The profitability of reclaiming post-mining areas depends on the tree biomass productivity and the restoration of ecosystem functions, such as improving soil and water quality. Agroforestry systems, regarded as combined land-use systems of trees and crops, have the ability to facilitate soil development while reducing wind speed, soil erosion and evaporation. Achieving the maximum biomass productivity of the tree stands depends on the corresponding soil conditions and water availability, but is also influenced by stand structure and the competition between individual trees. For this purpose, black locust (Robinia pseudoacacia L.) trees were planted in a Nelder design in 2010, on a reclaimed post-mining site of the open-cast lignite mining in Welzow Süd (Brandenburg, Germany). Black locust is regarded as a drought-adapted tree species and commonly used for the reclamation of former lignite mining sites in Lower Lusatia, Germany. The Nelder design encompasses angles of arc of equal measure and with the same origin traversed by successive circumferences set at a predefined radial distance. Accordingly, a total of 1071 trees were planted in Welzow Süd at the intersection between 63 spokes and 17 circumferences and at densities ranging from 0.4 to 8.0 m2, with the aim of examining the influence of stand density on the tree growth in a timeframe of six years. In order to evaluate the biomass production of the trees and to determine an optimal planting density on a marginal land, various scenarios were assessed with the help of the Yield-SAFE model, a parameter-sparse process-based agroforestry model. The study revealed the consequences of choosing different tree densities on the tree biomass productivity and water use of trees in relation to the competition for light and water.
Der folgende Beitrag widmet sich der Frage, inwieweit sich mikroklimatische Änderungen in einem Agroforstsystem (AFS) bedingt durch die Gehölzkomponente kleinräumig auf die gemessene Evaporation sowie auf die Produktivität von Winterweizen (Triticum aestivum) auswirken. Hierfür wurden im Zeitraum von März bis August 2016 Untersuchungen auf einem ca. 40 ha großen Agroforstschlag und einer angrenzenden, konventionell bewirtschafteten Freifläche bei Neu Sacro (Landkreis Spree-Neiße, Brandenburg) durchgeführt. Neben mikroklimatischen Kenngrößen wie der Lufttemperatur, der relativen Luftfeuchte, der Windgeschwindigkeit und der Globalstrahlung wurde auch die Evaporation nach Piche bestimmt. Ergänzend wurden Ertragsmessungen zum Kornertrag und Messungen zum Blattflächenindex (LAI) des angebauten Winterweizens durchgeführt. Neben Änderungen der Tagesminima der relativen Luftfeuchtigkeit im Nahbereich der Gehölzstreifen wurde eine Reduktion der durchschnittlichen Windgeschwindigkeit von bis zu 51 % gegenüber der Freifläche festgestellt. Die Minderung der Evaporation im Vergleich zur Freifläche betrug je nach Witterung bzw. Nähe zum Gehölzstreifen bis zu 58 % und wurde dabei maßgeblich durch die Windgeschwindigkeit beeinflusst. Räumliche Unterschiede ergaben sich auch bezüglich des Kornertrags sowie beim LAI. So fielen die Kornerträge im Agroforstsystem mit bis zu 9,2 t ha-1 gegenüber ca. 7,0 t ha-1 für die Referenzfläche überwiegend höher aus. Mit Ausnahme des Leebereichs in 3 m Entfernung zum Gehölzstreifen lagen auch die LAI-Werte des AFS über jenen der angrenzenden Freifläche. Diese ersten Ergebnisse deuten darauf hin, dass in AFS durch Gehölzstrukturen neben der Windgeschwindigkeit auch die Wasserverdunstung im Bereich der angrenzenden Ackerkulturen gemindert werden kann. Die mikroklimatischen Unterschiede wirkten sich dabei potentiell auch positiv auf das Wachstumsverhalten bzw. den Ertrag des Winterweizens aus. Vor dem Hintergrund einer Verringerung der potentiellen Evaporation und einer hieraus resultierenden höheren Wasserverfügbarkeit für die Ackerkulturen könnte die agroforstliche Landnutzung zukünftig auch für trockenheitsgefährdete Gebiete Mitteleuropas eine vorteilhafte Anpassungsstrategie des Ackerbaus an den Klimawandel darstellen.
Mit der Zunahme von extremen Witterungsereignissen ist die Auswahl von angepassten Baumarten und Klonen von großer Bedeutung für den Agrarholzanbau in der Lausitz. So zählte der Sommer 2015 zu den drittwärmsten Sommern in Deutschland mit langanhaltenden Trockenzeiten und Hitzeperioden auch in Brandenburg. Die ökophysiologischen Reaktionen von Robinien und Hybrid-Pappeln (Klon Max 1) auf Hitze- und Trockenstress wurden in einem Agroforstsystem bei Neu Sacro, Brandenburg untersucht. Die ökophysiologische Anpassungsfähigkeit wurde hinsichtlich der Photosyntheseleistung (Chlorophyllfluoreszenz), dem Wasserpotential, der 13C/12C Diskriminierung und dem Blatt-N-Gehalt untersucht. Gut wasserversorgte Bäume der beiden Arten zeigten keine wesentlichen Einschränkungen in Bezug auf die Photosyntheseleistung und dem Nährstoffhaushalt, da am Standort ein Grundwasseranschluss auch während der Trockenheit gewährleistet war. Bedingt durch kleinräumige Bodenheterogenitäten kann es allerdings auch örtlich zu Wassermangel kommen. An diesen Standorten zeigten die Pappeln deutliche morphologische und ökophysiologische Anzeichen von Trockenstress. Bei der sommerlichen Hitze zeigte die Photosynthese der beiden Baumarten eine hohe Plastizität.
Various ecological functions of biocrusts are mostly determined by their bacterial and fungal abundance and community diversity, which has not yet been fully investigated. To provide more insights into this issue, we collected samples of moss biocrusts, fixed sand, and mobile sand from a watershed with semi-arid climate on the Loess Plateau of China. The relative abundances and community diversities of soil bacteria and fungi of the samples were determined using high-throughput DNA sequencing. Finally, we analyzed the characteristics of bacterial and fungal community of the moss biocrusts and their relationships to the content of soil nutrients. Our results showed that the moss biocrusts had 1048 bacterial OTUs (operational taxonomic units) and 58 fungal OTUs, and their Shannon diversity indexes were 5.56 and 1.65, respectively. The bacterial community of the moss biocrusts was dominated by Acidobacteria (24.3%), Proteobacteria (23.8%), Chloroflexi (15.8%), and Actinobacteria (14.5%), and their fungal community was dominated by Ascomycota (68.0%) and Basidiomycota (23.8%). The moss biocrusts had far more bacterial OTUs (≥56.9%) but similar number of fungal OTUs as compared with the uncrusted soil, and their Sorenson’s similarity coefficients of bacterial and fungal communities were less than 0.768 and 0.596, respectively. Moreover, the contents of soil nutrients (C, N, P) were significantly correlated with the OTU numbers of bacteria and the relative abundances of bacteria and fungi. Our results indicated that moss biocrusts harbor a large number and high diversity of bacteria and fungi, and these diversified bacteria and fungi play important roles in ecosystem functioning through improving soil fertility.
Derzeit lebt mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung in Städten, Tendenz weiter steigend. Die Sicherstellung der Versorgung dieser Menschen mit Nahrungsmitteln wird künftig den Druck auf die Landwirtschaft in ländlichen Gebieten weiter erhöhen. Die Nahrungsmittelproduktion wird dabei stärker als zuvor durch das Umweltbewusstsein der Verbraucher einerseits und andererseits durch die Verminderung landwirtschaftlicher Produktionsfläche zugunsten der Stadtentwicklung beeinflusst werden (Vira et al. 2015). Die Folgen des Klimawandels (u.a. reduzierte Wasserverfügbarkeit, höheren Verdunstung, Zunahme von Witterungsextremen) werden zu Ertragsschwankungen führen (EEA 2017) und so die Landwirtschaft vor neue Herausforderungen stellen. Dies gilt vor allem für ertragsschwächere Standorte mit einem hohen Risiko für klimawandelbedingte Witterungseinflüsse. Vor diesem Hintergrund kann die agroforstliche Landnutzung, durch eine höhere Adaptionsfähigkeit gegenüber der Klimavariabilität (Kanzler et al. 2016) und der Möglichkeit zur ökologischen Aufwertung von Ackerflächen, aktiv zu einer stabilen, leistungsfähigen Landwirtschaft beitragen. Der folgende Beitrag widmet sich Untersuchungsergebnissen aus der Vegetationsperiode 2017 zum Mikroklima auf einem agroforstlich genutzten Ackerstandort in der Lausitz, Brandenburg.