Mitteilungen der Gesellschaft für Pflanzenbauwissenschaften Band 23

Mitt. Ges. Pflanzenbauwiss. 23: 138–141 (2011)
Modellgestützte Analyse von Pflanzenanbausystemen für die
Biogasproduktion
Babette Wienforth
Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Kiel. E-Mail: wienforth@pflanzenbau.uni-kiel.de
Einleitung
Bedingt durch seine hohen realisierbaren Biomasseerträge ist Silomais derzeit mit
einem Anteil von ca. 80 % die dominierende Kulturart im Energiepflanzenanbau für
die Biogaserzeugung. Dies führt zunehmend zu einer Intensivierung der
Silomaisproduktion hin zu mehr Maisanbau in Monokultur oder in Fruchtfolgen mit
hohen Silomaisanteilen sowie zu einer Ausdehnung des Maisanbaus auf für den
Mais eher untypische Standorte. Neben Fragen bezüglich der Umweltwirkungen
einer gestiegenen Silomaisproduktion ergeben sich hieraus auch Fragen bezüglich
der Produktivität von Silomais auf Grenz- und Hochertragsstandorten. Für eine
effiziente Biogasproduktion sind hohe Biomasseerträge grundlegend, da sie sowohl
ökonomisch als auch hinsichtlich des CO2-Einsparungspotenzials von großer
Bedeutung sind. Die Produktivität von Anbausystemen ist zunächst eine Funktion der
Strahlungsaufnahme von photosynthetisch aktiver Strahlung (PAR) sowie deren
Transformation in pflanzliche Biomasse. Zur Realisierung hoher Erträge müssen
somit sowohl die Höhe und Dauer der Strahlungsaufnahme als auch die
Lichtnutzungseffizienz (LUE) maximiert werden (Loomis and Amthor, 1999 Kapitel 2).
Temperatur- oder Trockenstress können Q und LUE negativ beeinflussen und
dadurch ertragslimitierend wirken.
Ziel dieser Arbeit war es zum einen, mit Hilfe eines neu entwickelten Pflanzenwachstumsmodells
für Silomais, mittels Simulationsstudien, die Ertragspotenziale,
mittleren Erträge und Ressourcennutzungseffizienzen von Silomais an drei
verschiedenen Standorten in Deutschland zu quantifizieren und so die
Ertragslimitierung durch Temperatur- und Trockenstress an diesen Standorten zu
analysieren. Zum anderen sollten unter den klimatischen Bedingungen Schleswig-
Holsteins (kühle Temperaturen, hohe gleichmäßig verteilte Niederschläge)
alternative Anbausysteme für die Biogasproduktion hinsichtlich ihrer Produktivität
geprüft werden. Hierfür wurden mittels modellgestützter Datenanalyse die
Ertragsleistungen und Ressourcennutzungseffizienzen von intensiven Fruchtfolgen,
die C3- und C4-Pflanzen kombinieren und Winterzwischenfrüchte integrieren, und von
Dauergrünland mit denen von Maismonokulturen verglichen.
Material und Methoden
Für die modellbasierte Analyse des Ertragspotenzials von Silomais wurde ein für
temperierte Klimate entwickeltes und angepasstes Pflanzenwachstumsmodell für
Silomais verwendet. Neben der LUE-basierten Berechnung der Trockenmasseproduktion,
werden die Stoffverteilung auf Blatt, Stängel, Kolben und Wurzeln sowie
die Blattflächenexpansion und die räumliche Wurzelverteilung empirisch-dynamisch
berechnet. Über die Kopplung an ein Bodenwasserhaushaltsmodell und ein Modul
zur Berechnung der Evapotranspiration kann der Wasserhaushalt und dessen
Wirkung auf das Pflanzenwachstum abgebildet werden. Die negative Wirkung von
Trocken- und Temperaturstress auf den Trockenmassezuwachs wird zum einen
durch das Verhältnis von aktueller zu potenzieller Transpiration (Tact / Tpot) und zum
anderen durch eine aus einer Temperaturoptimumsfunktion (Basistemperatur 6 °C)