Barbara Michler, Hagen S. Fischer und Frank Burger
Pflanzenvielfalt in Kurzumtriebsplantagen - LWF Wissen 79

Die Energiewaldflächen bei Kaufering, liegen auf einer Höhe von 618 m ü. NN im Wuchsbezirk Lechfeld (13.1) auf der mit einer Lößlehmschicht überzogenen Landsberger Platte. Die Jahresdurchschnittstemperatur liegt zwischen 7 ° und 8 °C. Jährlich fallen ca. 1.000 mm Niederschlag (www.bis.bayern.de). Archäologische Funde und Pollenanalysen belegen, dass das Gebiet bereits in der Mittelsteinzeit (9.000 bis 6.500 v. Chr.) von Jägern und Sammlern bewohnt war und seit 7.500 v. Chr. ackerbaulich genutzt wird. Schon zur Römerzeit war das Gebiet waldarm (Meier 2010). Eine intensiv genutzte, von Ackerbau dominierte Agrarlandschaft prägt die direkte Umgebung der KUP.

Natürlicherweise würde auf den nährstoffreichen Böden der Sternmieren-Hainbuchen-Stieleichenwald (Stellario holosteae-Carpinetum) stocken (StMELF 2013). In der weiteren Umgebung existieren jedoch keine naturnahen Waldbestände dieses Typs mehr. Die nächstgelegenen Wälder finden sich in 300 Meter Entfernung in den Lechauen bzw. an der steil ansteigenden Kauferinger Lechleite. Sie repräsentieren jedoch einen anderen Standorttyp.

Die KUP wurde erst 2008 angelegt: Sie ist mit Max3-Pappelhybriden im Pflanzverband 1 m¥×¥2 m bestockt. Zwei Varianten wurden implementiert: Der Typ »konventionell« (1,5 ha) ist eine konventionell bewirtschafteten KUP, sie wurde früher als Grünland genutzt. Der Typ »Bio« (3,1 ha) wurde ohne Herbizideinsatz auf einem Bio-Acker angelegt (Zacios et al 2012). Von 2009–2014 fanden in dieser KUP vegetationskundliche Untersuchungen statt. Die Analyse der Vegetationsdaten von Kaufering soll aufzeigen, wie die Entwicklung der Bodenvegetation im ersten Umtrieb in der biologisch bewirtschafteten, im Vergleich mit der konventionell bewirtschafteten KUP verläuft.

Die KUP in Wöllershof ist eine der ältesten in Bayern. Die Versuchsfläche besteht seit 1992 und ist im Wuchsbezirk Vorderer Oberpfälzer Wald (10.3) auf einer Höhe von 420–440 m ü. NN gelegen. Die Jahresdurchschnittstemperatur liegt ebenfalls zwischen 7 ° und 8 °C. Der Jahresniederschlag beträgt aber nur ca. 700 mm (www.bis.bayern.de). Ausgangsmaterial für die Bodenbildung sind glimmerreiche Gneise, die grusig-lehmig verwittern. Die Standorteinheit ist zumeist ein mäßig frischer bis frischer sandig-grusiger Lehm (Burger 2010). Die potentielle natürliche Waldgesellschaft ist der Hainsimsen-Buchenwald (Luzulo-Fagetum), bei besserer Nährstoffversorgung auch der Waldmeister-Buchenwald (Galio odorati-Fagetum). In den Tallagen können Auwälder (Stellario-Alnetum) und Bruchwälder (Alnion) wachsen.

Die Umgebung der KUP ist deutlich strukturierter als in Kaufering. Es finden sich neben Äckern auch Wälder und Hecken. Die KUP liegt auf einem nach Norden exponierten Hang. Oberhalb der KUP schließt ein Acker an, im Westen und Osten grenzt Wald an, im Tal wird eine Fischzuchtanlage betrieben. Die KUP wurde 1992 auf einer Ackerfläche angelegt und hat eine Gesamtfläche von 8 ha. Ein Teil der KUP wird im fünfjährigen Umtrieb bewirtschaftet. Im Beobachtungszeitraum liegen vier Umtriebszeiten (1992–1997, 1998–2002, 2003–2007, 2008–2013). Andere Flächen weisen eine Umtriebszeit von zehn Jahren auf (1992–2002, 2003–2013) (Burger 2010). Auf den Versuchsflächen im fünfjährigen Umtrieb wurde ein einheitlicher Pflanzverband gewählt (2,5 m × 0,6 m). Für die zehnjährige Umtriebszeit wurde der Abstand in der Reihe auf 1,2 m verdoppelt (2,5 m × 1,2 m). Robinie, Roterle, die Aspensorten Ahle, Tapiau und Münden sowie zwölf Klone der Balsampappel wurden ausgebracht.

In die KUP ist ein als Biotop kartierter Hohlweg mit altem Baumbestand integriert (LfU 1990, 2009). Zwei Stromtrassen durchqueren die KUP in Nord-Süd-Richtung. Die Flächen unter der Leitung werden gelegentlich gefräst um Gehölzaufwuchs zu verhindern. Bei der Holzernte werden sie befahren. Den südlichen Rand der KUP bildet eine Hecke mit naturnaher Baum- und Strauchbepflanzung. Zwischen Hecke und KUP liegt ein ca. 10 m breiter Streifen, der wie die Stromtrassen bewirtschaftet wird. Die Entwicklung der Freiflächen (Brachen) unter der Trasse und vor der Hecke wurde in die Analysen mit einbezogen. Seit 1992 wurden Vegetationsaufnahmen in der KUP, in der Freifläche der KUP, in dem angrenzenden Acker und im angrenzenden Grünland erstellt um die Entwicklung der Vegetation zu dokumentieren.

Raunkiær hat 1919 ein System der Lebensformen von Pflanzen erstellt, indem die Arten nach der Lage ihrer Überdauerungsknospen eingeteilt werden. Die Überdauerung ungünstiger Jahreszeiten umfasst neben kalten Wintern auch trockene Jahreszeiten

Für unsere Fragestellung ist von Interesse, ob eine Entwicklung in der Zusammensetzung der Lebensformen stattfindet.

Ellenberg et al. (2003) ordneten den mitteleuropäischen Arten Lebensformen zu. Für die verschiedenen Nutzungstypen wurde der prozentuale Anteil (relative Häufigkeit) des Vorkommens der einzelnen Lebensformen in den Vegetationsaufnahmen (KUP) ermittelt und ein Mittelwert differenziert nach Jahr und Nutzung berechnet.

Schmidt et al (2011) erstellten eine Waldartenlisten der Farn- und Blütenpflanzen (1.216 Taxa), Moose und Flechten Deutschlands, differenziert nach naturräumlichen Großregionen. Die Beobachtungspunkte sind der Großregion Hügel- und Bergland zuzuordnen.

Die Autoren unterscheiden folgende Kategorien bei der Bindung von Pflanzenarten an Wald:
1 weitgehend an Wald gebunden
1.1 vorwiegend im geschlossenen Wald
1.2 vorwiegend an Waldrändern und auf Waldverlichtungen
2 im Wald und im Offenland
2.1 im Wald wie im Offenland
2.2 auch im Wald, aber Schwerpunkt im Offenland

Bei Gefäßpflanzen werden die Buchstaben B (Bäume), S (Sträucher), K (Kräuter) verwendet. Die Anzahl der Waldarten pro Vegetationsaufnahme wurde bestimmt und der Anteil der Kategorien differenziert nach Jahr und Nutzung berechnet.

Um das Ergebnis übersichtlich zu gestalten, wurden nur die Unterkategorien zu Hauptkategorien, differenziert nach Bäumen, Sträuchern und Kräutern, zusammengefasst:
1 weitgehend an Wald gebunden: B1, S1, K1
2 im Wald und im Offenland: B2, S2, K2

Die Zuordnung der vorkommenden Arten zu soziologischen Artgruppen spiegelt die Veränderung der Lebensbedingungen auf der Ebene von Pflanzengesellschaften wider.

Ellenberg et al. (2003) differenzieren in der Übersicht der Pflanzengesellschaften Mitteleuropas neun übergeordnete Gruppen von Klassen.

Der Anteil der vorkommenden Arten der soziologischen Artgruppen wurde pro Vegetationsaufnahme bestimmt und der prozentuale Anteil der Artgruppen pro Aufnahme differenziert nach Jahr und Nutzung ermittelt.

Die Vegetationsaufnahmen wurden multivariat statistisch analysiert. Damit kann zum einen die floristische Entwicklung der KUP im Beobachtungsraum aufgezeigt werden und zum anderen können die Kurzumtriebsplantagen mit Äckern und Brachen und Grünland verglichen werden.

Die statistische Analyse orientiert sich an einer Veröffentlichung von Wildi (1989). Die Analyse der Daten erfolgte mit dem Statistikpaket R (R development core team 2010) mit den Zusatzpaketen vegan (Oksanen et al. 2011), dave (Wildi 2013), RColorBrewer (Neuwirth 2014) sowie ggplot (Wickham 2016) und gclus (Hurley 2012). Die Daten wurden wegen der linkssteilen, rechtsschiefen Verteilung der Deckungswerte transformiert, um den Einfluss einzelner hoher Deckungswerte zu mindern. Die Vegetationsaufnahmen der verschiedenen Bewirtschaftungsformen wurden für die Auswertung differenziert nach Jahren gemittelt. Das Ergebnis der Analysen wird tabellarisch und als Dendrogramm dargestellt.

Bei der Klassifikation der Aufnahmen werden Aufnahmegruppen gebildet. Wesentliche Elemente sind die Berechnung einer Ähnlichkeitsmatrix zwischen allen Paaren von Aufnahmen und die Verschmelzung floristisch ähnlicher Aufnahmen zu Gruppen. Als Ähnlichkeitsmaß wird für die Aufnahmen die »Jaccard-Ähnlichkeit« eingesetzt. Die Aufnahmen wurden mit einem hierarchischen Clusterverfahren nach Ward (1963) zu Gruppen verschmolzen.

Das Ergebnis wird als Dendrogramm dargestellt, das wie folgt interpretiert wird: Die Verschmelzung erfolgt von unten nach oben. Je niedriger die Verschmelzungsebene, desto ähnlicher sind sich Vegetationsaufnahmen, je höher die Verschmelzungsebene desto unähnlicher. Im Diagramm (Dendrogramm der Clusteranalyse und Vegetationstabelle, Abbildung 7) sind verschiedene Gruppen von Vegetationsaufnahmen zu erkennen. Probeflächen in unterschiedlichen Gruppen unterscheiden sich in ihrer floristischen Zusammensetzung. Probeflächen einer Gruppe sind sich floristisch sehr ähnlich. In der Vegetationstabelle des Diagrammes sind nur Arten dargestellt, die die Aufnahmegruppen signifikant differenzieren. Anhand einer einfaktoriellen Varianzanalyse (Jancey’s F-rank: Jancey 1979; Wildi und Orlóci 1996) werden die signifikanten Arten identifiziert.

Die Deckung des Unterwuchses reagiert deutlich auf die Beschattung der Kulturpflanzen. Bei höherer Deckung der Kulturpflanzen (> 60 %) geht die Deckung der Krautschicht deutlich zurück, wobei ein weiterer Pflanzabstand der Biodiversität zugutekommt. Dichter Kronenschluss reduziert nicht nur die Deckung der Arten, sondern auch ihre Fertilität. Viele Individuen sind nur vegetativ vorhanden. Die wenigsten gelangen zur Blüte bzw. zur Samenreife.

Werden in einer KUP verschiedene Pflanzabstände realisiert, resultiert eine Vielfalt von Lichtverhältnissen, in die sich verschiedene Pflanzenarten einnischen können. Die Entwicklung der Anteile verschiedener Lebensformen, soziologischen Artgruppen und typischen Waldarten zeigt im Beobachtungsraum (1993–2016) eine Entwicklung der KUP hin zu größerer Naturnähe. Zu diesem Schluss gelangen auch (Delarze und Ciardo 2002; Kroiher et al. 2010; Baum 2012) anhand kürzerer Beobachtungsreihen. Während die frühen Entwicklungsstadien viele einjährige Ruderalpflanzen und nur wenige typische Waldarten beherbergen, nehmen mit dem Alter der KUP die Anteile ausdauernder Waldarten zu.

In Wöllershof konnten sie aus dem Hohlwegbiotop und den angrenzenden Wäldern einwandern. Betrachtet man die langjährige Entwicklung der Vegetation in der KUP in Wöllershof, ist der von Ernteterminen geprägte zyklische Verlauf offensichtlich. Die mehrfachen Ernten und der damit verbundene erhöhte Lichtgenuss verändern die Artzusammensetzung immer wieder kurzfristig in Richtung des Ausgangszustands. Mit zunehmender Beschattung kommen aber auch die Waldarten wieder zum Zug. Am Ende des Beobachtungszeitraums hat sich die Bodenflora völlig verändert.

Betrachtet man die mittleren Artenzahlen des 5-jährigen und 10-jährigen Umtriebs, so sind sie nur im ersten Jahr nach der Anlage der KUP deutlich höher als 2016. Auf den gehölzfreien Brache- und Bewirtschaftungsstreifen (Freiflächen) entwickeln sich Grünlandbiotope mit Saumarten, die noch artenreicher sind, als die KUP. Sie unterscheiden sich aber auch deutlich von den intensiv genutzten Acker- und Grünlandflächen der Umgebung. Die Arten stammen wohl aus den umliegenden in die Landschaft eingebetteten Biotopen und den angrenzenden Wäldern.

Der NABU (2016) empfiehlt bei der Anlage von KUP Freiflächen und Strauchmäntel zu integrieren. Beides ist in Wöllershof vor 23 Jahren implementiert worden, artenreiches Grünland mit Saumarten konnte sich etablieren. Die statistische Analyse (Abbildung 7) zeigt, dass die KUP ein eigenes artenreiches Ökosystem entwickelt, das sich deutlich (nicht nur durch die anderen Kulturpflanzen) von den Acker- und Wiesensystemen unterscheidet, aus denen sie entstanden sind.