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The importance of short rotation forests and agroforestry systems for woody biomass production for bioenergy will increase in Central Europe within the next decades. In this context, black locust (Robinia pseudoacacia) has a high growth potential especially at marginal, drought-susceptible sites such as occur in Brandenburg State (Eastern Germany). As a pioneer tree species black locust grows under a wide range of site conditions. The native range of black locust in Northern America is classified by a humid to sub-humid climate with a mean annual precipitation of 1020 to 1830 mm. In Central and Eastern Europe, this species is cultivated in a more continental climate with an annual precipitation often below 600 mm. Therefore, black locust is known to be relatively drought tolerant compared to other temperate, deciduous tree species. Because of its N2-fixation ability black locust plays generally an important role for the improvement of soil fertility. This effect is of particular interest at marginal sites in the post-mining landscapes.
In order to estimate the N2-fixation potential of black locust at marginal sites leaf samples were taken from black locust trees in short rotation plantations planted between 1995 and 2007 in post-mining sites south of Cottbus (Brandenburg, NE Germany). The variation of the natural 15N abundance was measured to evaluate the biological nitrogen fixation. The nitrogen derived from the atmosphere can be calculated using a two-pool model from the quotient of the natural 15N abundances of the N2-fixing plant and the plant available soil N. Because representatively determining the plant available soil N is difficult, a non-N2-fixing reference plant growing at the same site with a similar root system and temporal N uptake pattern to the N2-fixing plant is often used. In our case we used red oak (Quercus rubra) as a reference.
The average nitrogen content in the leaves of black locust ranged from 3.1% (C/N 14.8) in 15 years old trees to 3.4% (C/N 14.4) in 3 year-old trees, respectively. A higher content of nitrogen was found in leaves of re-sprouted trees with 4.3% (C/N 11.5). The estimated percentage of nitrogen derived from the atmosphere (% NdfA) in black locust was 63% – 83% compared to 56% in seabuckthorn (Hippophaë rhamnoides) and 79% in common broom (Genista scuparia). The annual leaf biomass production of black locust varied between 1325 (2 years old trees) and 2576 kg/ha a (4 years old trees). The estimated leaf nitrogen fixed by Robinia was approx. 30.5 - 59.2 kg/ha a.
From the results, we can conclude that the biological nitrogen fixation by Robina is an important factor for the nitrogen balance of short-rotation plantations on nutrient poor-soils.
Als Pionierbaumart besiedelt die Robinie (Robinia pseudoacacia) schnell offene Flächen und gilt im Vergleich zu anderen mitteleuropäischen Baumarten als relativ gut angepasst an trockene Standorte mit lockeren Böden. Sie gehört zu den wenigen Baumarten Mitteleuropas, die zur biologischen Stickstoff-Fixierung (BNF) befähigt sind. In dieser Studie soll der jährliche Eintrag von Stickstoff (N) aus der biologischen N-Fixierung der Robinie in Kurzumtriebsplantagen und Agroforstsystemen abgeschätzt werden.
Short-rotation forestry and agroforestry systems have the potential to become an ecologically valuable and economically profitable land use alternative on marginal lands. Therefore, our project focuses on determining the water demand for biomass production of black locust in the Lusatia region (Eastern Germany). The area is characterized by relative low annual rainfall (560-600 mm/yr) and drought periods during spring and summer. Black locust (Robinia pseudoacacia L.) is planted in short rotation plantations as well as in agroforestry systems at reclaimed post-mining sites of the opencast mining area “Welzow Süd” and on a conventionally managed field near the town Forst (both study sites are located about 120 km to the south of Berlin). Due to mining activities the ground water table in “Welzow-Süd” is below 100 m, while on the field site in Forst the ground water table is about 2 m below the soil surface. Because of the water accessibility directly affecting the yield, it is crucial to identify the spatial variation of the soil water availability and its influence on black locust growth. The main question of this study is how the drought periods affect black locust’s growth and recovery and about the drought mitigation effect obtainable by an accessible water table. The growth rate is being estimated monthly by measuring the maximum height and the trunk diameter at 10 and 130 cm. Furthermore, several trees are equipped with dendrometers to record their diameter increment in daily intervals. The pre-dawn water potential for selected trees is evaluated periodically to quantify plant water stress and relate it to the growth pattern. Water availability and microclimatic condition are monitored continuously. At the end of the vegetation period, information gathered from the field will be used to develop a growth model to link the soil water availability and plant water status with the growth rate of the trees.
Stimulated by the rising demand for bioenergy, forestry practices for energy production are of increasing importance worldwide. Black locust (Robinia
pseudoacacia L.) is a suitable tree species for biomass production in shortrotation plantations in East Germany, especially on marginal land where insufficient water and nutrients are a limiting factor for tree growth. Our study aims to clarify the spatial and temporal variability of the black locust growth through the analysis of the plant water status, and to evaluate the effect of adverse edaphic conditions on growth performances, amplified by periods of summer drought. The study was carried out at two sites presenting comparable climatic but different edaphic conditions: (i) fertile agricultural soil; and (ii) heterogeneous unstructured soil from a reclaimed post-mining area. During the vegetation period, the growth rate decreased in both sites following the plant water status in terms of pre-dawn leaf water potential. Particularly in the post-mining area, due to the adverse edaphic conditions, below the critical pre-dawn water potential value of -0.5 MPa, the stem growth was drastically reduced during a period of summer drought. However, the trees could cope with the extreme soil and weather conditions in the post-mining site without perishing.
Der parallele Anbau von Ackerfrüchten und Agrarholz in Agroforstsystemen führt zu einer ökologischen Aufwertung der landwirtschaftlichen Nutzfläche und hat auch positive Auswirkungen auf das Mikroklima zwischen den Gehölzstreifen. Bei streifenförmigen Agroforstsystemen (Alley Cropping) in Brandenburg konnte eine deutliche Reduktion der Windgeschwindigkeit und von Temperaturextremen sowie ein Anstieg der relativen Luftfeuchtigkeit beobachtet werden (Böhm et al. 2014,
Kanzler et al. 2015). Eine Reduzierung der Windgeschwindigkeit führt zudem zu einer Minderung der potentiellen Evaporation. Dabei stellt sich die Frage, wie sich diese Veränderungen kleinräumig auf die gemessene Evaporation und auf die Produktivität der Ackerkulturen auswirken.
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.
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.