Martina Zacios und Lothar Zimmermann
Hydrologische Aspekte von Pappel-Kurzumtriebsplantagen - LWF Wissen 79

Die wertvolle Ressource Wasser, sei es Grund-, aber auch Oberflächenwasser, ist verschiedenen Gefahren der Verunreinigung ausgesetzt. Besonders hervorzuheben sind dabei Stickstoffverbindungen (im wesentlichen Nitrat) und Pflanzenschutzmittel (PSM), von denen aufgrund ihres flächenhaften Eintrags eine wesentliche Beeinträchtigung der Grundwasserqualität ausgehen kann (BayLfU 2014).

Für Nitrat wird der gemäß Grundwasserverordnung geltende Schwellenwert in Höhe von 50 mg/l in Bayern im Rohwasser von etwa 3 % der untersuchten Wassergewinnungsanlagen überschritten. Weitere 16 bis 20 % der Anlagen bzw. gleichzeitig auch der gewonnenen Wassermenge verteilen sich auf die Belastungsklassen zwischen 25 und 50 mg/l und sind somit als mäßig bis stark belastet einzustufen. Mit Blick auf die Vorgaben der Wasserrahmenrichtlinie sind daher laut LfU (Bayerisches Landesamt für Umwelt) weitergehende Maßnahmen erforderlich.
Bayern setzt dabei auf ergänzende Maßnahmen im Rahmen des Bayerischen Kulturlandschaftsprogramms und eine entsprechende Beratung, um die Stickstoffeinträge zu vermindern und damit für eine Verbesserung der Nitratsituation im Grundwasser zu sorgen.

Durch eine Extensivierung der Landnutzung mittels der Anlage einer Kurzumtriebsplantage (KUP) können die Nitrateinträge ins Grundwasser gegenüber gedüngten Flächen, sei es Acker aber auch intensiv bewirtschaftetes Grünland, deutlich reduziert werden, da je nach Standort während der KUP-Bewirtschaftung größtenteils oder gar ganz auf eine Düngung verzichtet werden kann.

Verglichen mit konventioneller Ackernutzung ist auf KUP-Flächen auch der Einsatz von Pflanzenschutzmitteln beispielsweise zur Unkrautregulierung in der Begründungsphase deutlich geringer. KUP sind damit eine geeignete Landnutzung, um Stoffeinträge in das Grundwasser zu minimieren.

Hauptthema dieses Beitrags aus dem Projekt »Ökologische und ertragskundliche Aspekte von Kurzumtriebsplantagen bei Kaufering (KLIP11)« ist daher die Hydrologie einer Pappel-Kurzumtriebsplantage darzustellen. Zum einen quantitativ, d. h. wie ändert sich die Grundwasserspende, zum anderen qualitativ, wie ändern sich die Stoffkonzentrationen sowie die Stoffausträge, die in den Grundwasserkörper gelangen.

Die Erfahrungen haben gezeigt, dass nur aus dem Zusammenspiel von möglichst langen Messreihen und Modellierung fundierte Aussagen sowohl über den Wasser- als auch über den Stoffhaushalt der sehr wuchsdynamischen Kurzumtriebsbewirtschaftung bis über die erste Ernte hinaus abgeleitet werden können.

Auf den sächsischen Standorten von Petzold et al. nehmen diese im Mittel Werte von 115,5 mm an, mit 76 mm liegen Schmidt-Walter et al. (2013) sogar noch darunter. Mit knapp über 100 mm (16,5 %) bzw. 120 mm (21 %) im neun- bzw. dreijährigen Bestand weisen die KUP bei Murach et al. (2008) ähnliche Werte auf. Die Unterschiede in der Bodenevaporation lassen sich über die größere Wasserverfügbarkeit auf den Kauferinger Standorten erklären, welche die höheren Verdunstungsraten ermöglicht. In der Summe gleichen sich diese beiden Wasserhaushaltskomponenten wieder einander an.

In Kaufering ergeben sich Summen von Interzeption und Bodenevaporation von im Mittel 330 mm. Gegenüber 240 mm auf dem Weidenbestand bei Schmidt-Walter et al. (2013), 323 mm bis 254 mm auf von Petzold et al. (2010) beschriebenen sächsischen KUP-Standorten und den 270 bzw. 240 mm der Untersuchungen von Murach et al. (2008) sind die Unterschiede, besonders wenn das deutlich höhere Wasserangebot auf den Kauferinger Flächen berücksichtigt wird, als vernachlässigbar zu bezeichnen.

Die für die Kauferinger Flächen berechnete Transpiration von im Mittel 370 mm pro Jahr im fünfjährigen Umtrieb und 430 mm bis zur siebten Vegetationsperiode kann durch die Modellergebnisse für den Tharandter Standort mit einer ähnlichen Jahresniederschlagssumme von 957 mm gegenüber 932 mm in Kaufering bestätigt werden. Petzold et al. (2010) berechneten dort eine jährliche Transpiration von im Mittel 453 mm. Zum Teil deutlich niedrigere Werte weisen die Studien von Schmidt-Walter et al. (2013) und Murach et al. (2008) mit im Mittel 256 bzw. 222 mm auf.

Das Angebot an Niederschlag bestimmt also maßgeblich die Menge transpirierten Wassers. Die aus den Wasserhaushaltsberechnungen ermittelten Raten der Grundwasserneubildung können sehr gut mit jenen in Tharandt bei ähnlichen Niederschlagsverhältnissen verglichen werden. Bei Petzold et al. (2010) ergibt sich demzufolge im langjährigen Mittel eine Grundwasserneubildung von 204 mm gegenüber den in Kaufering für die Jahre 2010 bis 2014 unter beiden Bewirtschaftungsvarianten ermittelten mittleren Grundwasserneubildungsraten von 209 mm.

Zwar haben KUP erst bei größeren Flächenanteilen messbare Auswirkungen auf den Wasserhaushalt eines Gebiets, vor einem großflächigen Anbau, besonders in Bereichen mit geringer Grundwasserneubildung sollten daher wasserwirtschaftliche Aspekte berücksichtigt werden. Andersherum betrachtet kann die größere Ausschöpfung des Bodenwasserspeichers durch die KUP-Bäume auch durchaus gewünschte Effekte fördern.

Bei Hochwasser oder erosionswirksamen Starkregenereignisse in den Sommer- und Herbstmonaten kann der Boden viel Wasser aufnehmen und in der Fläche zurückhalten. Auch Flächen, die zur Vernässung neigen und dadurch oftmals schlecht zu befahren sind, bieten sich für eine KUP-Nutzung an. Pappeln als klassische Auen-Bewohner können mit einem gewissen Grad an Feuchtigkeit gut umgehen und kommen auch mit einer kurzfristigen Überschwemmung gut zurecht.