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Boden-Biodiversität, Kohlenstoff-Sequestrierungspotenzial und Energie- und Treibhausgasbilanzen von Energiepflanzen-Anbausystemen sowie Handlungsempfehlungen für die gute fachliche Praxis der landwirtschaftlichen Bodennutzung

Betreuende: Prof. Dr. rer. nat. Christoph Emmerling und Prof. Dr. iur Reinhard Hendler

Datum der wissenschaftlichen Aussprache: 25.10.2013

Zusammenfassung

Vor dem Hintergrund des globalen Klimawandels stellt die energetische Verwertung von Biomasse (Nachwachsende Rohstoffe (NaWaRo), Bioenergie) eine Option zur Minderung der globalen Treibhausgas‐Emissionen dar. Der Anbau von Biomasse auf landwirtschaftlichen Flächen wird im Allgemeinen jedoch kontrovers diskutiert. Während die Vorteile der Bioenergie in der Dezentralität der Energieerzeugung und der damit verbundenen Wertschöpfung auf regionaler Ebene sowie insbesondere in der Reduktion von Treibhausgas‐Emissionen liegen, werden hauptsächlich die Flächenkonkurrenz zur Nahrungs‐ und Futtermittelproduktion sowie zu den Belangen des Umwelt‐ und Naturschutzes kritisiert. Im Jahr 2011 betrug der Anteil der Bioenergie am deutschen Endenergieverbrauch 8,2 %. Von einer Ausweitung der NaWaRo‐Anbaufläche ist auszugehen, da die Bundesrepublik Deutschland zur Einhaltung nationaler und internationaler Klimaschutzziele zunehmend auf Bioenergie angewiesen sein wird. Aus Sicht des vorsorgenden Bodenschutzes ist dabei relevant, dass mit dem Biomasseanbau sowohl positive als auch negative Effekte für das Schutzgut Boden einhergehen können. Befürchtet werden u.a. ein weiterer Rückgang der (Boden‐)Biodiversität in den Agrarlandschaften, welche rund 50 % der Fläche Deutschlands ausmachen, sowie eine Reduktion der organischen Kohlenstoffvorräte des Bodens (Verlust an Bodenqualität, Quelle für Treibhausgase) infolge der Intensivierung der landwirtschaftlichen Bodennutzung. Dahingegen könnten extensive Landnutzungsformen jedoch bspw. auch zu einer Förderung der Biodiversität beitragen. Für die zukünftige Ausrichtung des Biomasseanbaus ist daher eine umfassende Evaluation der vorhandenen Anbausysteme notwendig.

Anhand der derzeit bedeutendsten Energiepflanzen Raps und Mais sowie der perennierenden C4‐Pflanze Miscanthus wurden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die Effekte des Biomasseanbaus auf die für die Bodenfunktionen relevanten Schlüsselfaktoren Boden‐Biodiversität (am Bsp. der Lumbriciden‐Populationen) und Humusgehalt (zur Abschätzung des C‐Sequestrierungspotenzials) ermittelt. Im Gesamtergebnis mussten die Auswirkungen des Raps‐ und Mais‐Anbaus auf die Boden‐Biodiversität als eher negativ bewertet werden. Gleiches galt für den Humusgehalt, da beide Kulturen klassische Humuszehrer darstellen. In beiden Fällen war die insgesamt hohe Bewirtschaftungsintensität ursächlich für das negative Bewertungsergebnis. Gleichzeitig war jedoch auch der konventionelle Anbau von Getreide als eher negativ für beide Schutzgüter zu bewerten, so dass es sich hier nicht um ein NaWaRo‐spezifisches Problem handelte. Im Unterschied dazu wirkte sich der Miscanthus‐Anbau eher positiv auf die Biodiversität der Lumbriciden‐Populationen aus. Dieser Umstand war u.a. auf die relativ hohe Artenvielfalt unter den Beständen zurückzuführen, wobei Miscanthus eine Mittelstellung zwischen den extensiven Landnutzungsformen Grünland und Brache sowie den intensiv genutzten Kulturen Mais, Raps und Getreide einnahm. In der Gesamtschau förderte der Miscanthus‐Anbau die Biodiversität selbst in einer ansonsten überwiegend intensiv genutzten Agrarlandschaft. Aufgrund der hohen Vor‐ und direkten Ernteverlusten sowie der unterirdischen Biomasse (Wurzeln, Rhizome) war Miscanthus zudem durch ein hohes C‐Sequestrierungspotenzial charakterisiert. Dieses dürfte zudem die physikalischen Bodeneigenschaften positiv beeinflussen.

Ein weiterer Schwerpunkt der Dissertation lag in der Quantifizierung der Netto‐Energieerträge, der Energieeffizienz sowie des Treibhausgas‐Minderungspotenzials der Anbausysteme. Mais, Raps und Miscanthus stellten jeweils mehr Energie bereit, als für ihren Anbau bzw. die Bereitstellung des jeweiligen Energieträgers (z.B. Biodiesel, Miscanthus‐Hackschnitzel) notwendig war und trugen zudem jeweils zu einer Reduktion der fossilen Treibhausgas‐Emissionen bei. Der im Laufe des Miscanthus‐Anbaus im Boden akkumulierte Kohlenstoff konnte im Rahmen der ökologischen Bilanzierung bzw. Lebenszyklus‐Analyse (life cycle assessment) zudem als CO2‐Gutschrift berücksichtigt werden und war mit dafür verantwortlich, dass das Miscanthus‐Anbausystem eine CO2‐Senke darstellte.

Den naturwissenschaftlichen Studien schloss sich eine Analyse der gegenwärtigen Regelungen zur guten fachlichen Praxis (gfP) als zentralem Steuerungselement des vorsorgenden Bodenschutzes an. Diese diente zur Klärung der Frage, ob es hinsichtlich des Biomasseanbaus einer NaWaRo-spezifischen Konkretisierung der Grundsätzekataloge des BBodSchG, BNatSchG sowie des landwirtschaftlichen Fachrechts bedarf. Die Status quo‐Analyse verdeutlichte, dass die gfP‐relevanten Normen bereits einen beachtlichen Regelungsumfang mit zum Teil detailliertem Konkretisierungsgrad erreicht haben. Hinzu kommen weitere Normen, welche die eigentlichen Vorschriften zur guten fachlichen Praxis ergänzen (z.B. Pflanzenschutz‐Sachkundeverordnung im Pflanzenschutzrecht). Die ordnungsrechtliche Durchsetzbarkeit der gfP ist von Norm zu Norm jedoch nur in einem sehr stark unterschiedlichen Maße möglich. Da der Energiepflanzen‐Anbau eine landwirtschaftliche Tätigkeit darstellt, lassen sich die natur‐ und bodenschutzrechtlichen Anforderungen der gfP an den NaWaRo‐Anbau letztlich vollständig unter die allgemeinen Anforderungen an die Landwirtschaft subsumieren.

Auf den Ergebnissen der natur‐ und rechtswissenschaftlichen Studien aufbauend, wurden die mit der energetischen Verwertung von Biomasse einhergehenden Effekte auf die Schutzgüter Boden und Klima anhand des internen Zielkonfliktes des § 1 Abs. 3 Nr. 2 und 4 BNatSchG, welcher exemplarisch für das Spannungsfeld zwischen Landwirtschaft und Naturschutz steht, bewertet. Demnach ist der Ausbau der erneuerbaren Energien ein geeignetes und erforderliches Mittel zum Schutze des Klimas und der Luft. Sofern die Grundsätze der gfP zum Schutze des Bodens konsequent umgesetzt werden, muss der Anbau nachwachsender Rohstoffe zur Bioenergie‐Produktion in diesem Zusammenhang als allgemein verhältnismäßig, im Besonderen aber auch als angemessene Maßnahme hinsichtlich der sonstigen Anforderungen des Bodenschutzes, angesehen werden. Den Abschluss der Arbeit bildet ein nicht als abschließend zu verstehender Katalog NaWaRo‐spezifischer sowie allgemeiner Konkretisierungsvorschläge zur guten fachlichen Praxis der landwirtschaftlichen Bodennutzung.

Die Dissertation ist in der Schriftenreihe Trierer Bodenkundliche Schriften, Band 21, der Abteilung Bodenkunde der Universität Trier (Herausgeber) erschienen (ISBN 978-3-9816141-0-7) und auch als Online-Ressource abrufbar.

Felten, D., Emmerling, C.: Contribution of regional agriculture to a sustainable energy supply. Energiekongress der Großregion / Congrès de l'énergie de la Grande Region am 21. November 2013 in Trier; Ministerium für Wirtschaft, Klimaschutz, Energie und Landesplanung Rheinland-Pfalz (Poster).

Felten, D., Emmerling, C.: Energie- und Treibhausgas-Bilanz von Miscanthus - Wie "grün" ist Energie aus Miscanthus-Biomasse? 7. Internationale Miscanthus-Tagung des MEG e.V. vom 7.-9. November 2012 am Campus Klein-Altendorf, Rheinbach (Vortrag).

Felten, D., Emmerling, C.: Energy balances of bioenergy crops (Miscanthus, maize, rapeseed) and their CO2-mitigation potential on a regional farm scale. European Geosciences Union General Assembly 2012, 22.-27. April 2012, Wien (Poster).

Felten, D., Emmerling, C.: Regionaler Anbau von Energiepflanzen - Rückkopplungen auf Landnutzung, Böden und Biodiversität. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft vom 3.-9. September 2011 in Berlin und Potsdam (Vortrag).

Felten, D.: (1) Grabverhalten von Regenwürmern und Entwicklung ihres Individualgewichts unter Mono- und Multispezies-Bedingungen. (2) Erprobung und Entwicklung eines Bodenqualitätstests mittels endogäischer Regenwürmer (Vorstellung der Diplomarbeit von C. Fischer, Universität Trier). Bayer CropScience, Monheim, 10. Dezember 2010 (Vortrag, eingeladen).

Felten, D., Emmerling, C.: Kohlenstoffspeicherung (C-Sequestrierung) unter langjährigen Miscanthus-Anbauflächen. 6. Internationale Miscanthus-Tagung des MEG e.V. vom 24.-26. November 2010 in Ardagger, Österreich (Poster).

Felten, D., Emmerling, C.: Boden-Biodiversität & NaWaRo-Anbau: Einfluss der Bewirtschaftungsintensität. 6. Internationale Miscanthus-Tagung des MEG e.V. vom 24.-26. November 2010 in Ardagger, Österreich (Poster).

Felten, D., Geilenkirchen, S., Emmerling, C.: Grabaktivität und Individualgewicht-Entwicklung von Regenwurmarten als Indikatoren organismischer Interaktionen. Organismische Interaktionen im Boden, Workshop der Kommission III der DBG, 30. September - 01. Oktober 2010, Kloster Frauenchiemsee (Vortrag).

Felten, D., Ernst, G., Emmerling, C.: Muster der Grabaktivität von Regenwürmern bei Mono- und Multispezies-Bedingungen in modifizierten Evans Gefäßen. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft vom 5.-13. September 2009 in Bonn (Vortrag).

Ernst, G., Felten, D., Emmerling, C.: Abbau und Mineralisation von Energiepflanzen-Streu unter dem Einfluss von Regenwürmern. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft vom 5.-13. September 2009 in Bonn (Vortrag).

Emmerling, C., Harder, N., Felten, D., Fründ, H.C.: Spuren biologischer Aktivität bei unterschiedlicher Bodennutzung. Jahrestagung der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft vom 5.-13. September 2009 in Bonn (Poster).

Felten, D., Ernst, G., Emmerling, C.: Muster der Grabaktivität von Regenwurmarten bei Mono- und Multi-Spezies-Bedingungen in modifizierten Evans Gefäßen. Biodiversität im Boden - Funktion und Leistung des Ökosystems, Workshop des AK Bodenökologie der GfÖ, 19.-20. Mai 2009, Berlin (Vortrag).

Felten, D., Kögel, S., Emmerling, C.: Earthworm burrowing activity affected by mono- and multi-species composition. Experimenting with Earthworms, Workshop der Kommission III der DBG, 20.-21. März 2009, Trier (Poster).

Ernst, G., Felten, D., Emmerling, C.: Impact of eco-physiologically different earthworms on soil water characteristics. EUROSOIL 2008, 25.-29. August 2008, Wien (Poster).