Elke Dietz, Ute Bachmann-Gigl, Nele Sutterer, Jutta Gerlach, Frank Burger und Stephan Millitzer
KUP-Scout jetzt online - LWF-aktuell 110
Bayernweite Flächeninformation zu Ertragspotenzialen für Pappeln im Kurzumtrieb
»KUP-Scout« heißt die bayernweite digitale Ertragspotenzialkarte für Pappeln im Kurzumtrieb. Kurzumtriebsplantagen sind ein wertvoller Beitrag zu einer nachhaltigen Energiegewinnung. Mit KUP-Scout ist nun eine bayernweite flurstückscharfe Ertragsschätzung für Pappeln im Kurzumtrieb möglich. Die Daten und Informationen wurden in das Bayerische Waldinformationssystem (BayWIS) integriert und sind nun für die forstlichen Berater an den Ämtern für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten abrufbar.
Die Bereitstellung im Informationssystem der Landwirtschaftsverwaltung (iBalis) für die landwirtschaftlichen Berater folgt in Kürze. Die Informationen kann man auch zusammengefasst auf Gemeindeebene über das Internet abrufen.
Das Projekt KUP-Scout zielte darauf ab, Holz aus Kurzumtriebsplantagen (KUP) in lokale und (über-)regionale Energieversorgungskonzepte Bayerns einfacher einzubinden. Im Teilprojekt KUP-Scout I (Burger et al. 2012) hat man an drei Landkreisen in Bayern eine standortbasierte Ertragsschätzung nach dem Modell von Murach et al. (2008), das ursprünglich für Brandenburg entwickelt wurde, getestet. Dieser Modellansatz lieferte in Bayern auf Böden mit sehr guter Wasserversorgung zum Teil extrem hohe Erträge, die selbst für leistungsstarke Standorte zu hoch erschienen. Im Teilprojekt KUPScout II wurden daher die Ergebnisse dieses und weiterer Ertragsmodelle mit der Zuwachsleistung auf bayerischen Praxisflächen für Pappeln im Kurzumtrieb verglichen.
Aufbauend auf diesen Resultaten wurde ein auf bayerische Standortsverhältnisse angepasstes Ertragsmodell entwickelt. Mit Hilfe eines GIS konnten potenzielle Pappel-Erträge auf Landwirtschaftsflächen berechnet und in Kartenform dargestellt werden. Die Herausforderung hierbei war, die regional unterschiedlichen standörtlichen Verhältnisse (Boden und Klima) in Bayern möglichst zutreffend abzubilden, um daraus realistische Ertragsschätzungen zu erhalten.
Verschiedene Wege zum Ziel
Abbildung 1: Kurzumtriebsplantage (Foto: F. Burger)
Zur Modellerstellung schlug man im Projekt KUP-Scout II zwei unterschiedliche Wege ein: Zum einen griff man auf bereits vorhandene Modelle zurück und testete diese an Praxisflächen. Die berechneten Erträge wurden mit den tatsächlichen Erträgen der Praxisflächen verglichen und geprüft, ob die Modelle, beispielsweise durch schrittweise Anpassungen bzw. Änderungen, verbessert werden können.
Zum anderen entwickelte man auf der Grundlage der Daten aus bayerischen Praxisflächen zwei eigene Ertragsmodelle. Die verwendeten Praxisflächen setzten sich aus den Versuchsflächen der Bayerischen Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft (LWF), des Bayerischen Amts für forstliche Saat- und Pflanzenzucht (ASP) und den Untersuchungsflächen der Hochschule Weihenstephan- Triesdorf (HSWT) zusammen.
Sechs Ertragsmodelle auf dem Prüfstand
Vier der gesichteten Modelle erfüllten alle Anforderungen: Murach et al. (2008), Ali (2009), Aust (2012) und Amthauer Gallardo (2014) (Abbildung 2). Das Modell von Murach et al. (2008) stammt aus dem DENDROM Projekt und wurde für das Land Brandenburg entwickelt. Die anderen drei Ertragsmodelle entstanden im Rahmen von Dissertationen. Bei allen Modellen ist die Wasserverfügbarkeit der entscheidende Faktor für das Wachstum der Pappel, die Herleitung erfolgt jedoch über unterschiedliche Eingangsgrößen und Berechnungsverfahren.
Vier »externe« Modelle
In die Funktion von Ali (2009) zur Schätzung des Ertrags über die Bestandsoberhöhe flossen Daten aus sechs in Sachsen gelegenen Versuchsarealen ein. Die Modellparameter sind Sprossalter, Niederschlagssumme, Ackerzahl sowie die nutzbare Feldkapazität. Diese gibt die Wassermenge an, die sich im Wurzelraum der Pappel befindet, gegen die Schwerkraft im Boden gehalten wird und von der Pappel genutzt werden kann.
Das Modell von Aust (2012) nutzt Daten von 47 Flächen aus Baden-Württemberg, Rheinland-Pfalz und Frankreich und verwendet als Eingangsgröße die Wasserverfügbarkeit in der Vegetationszeit, in die mittels Reliefkorrektur auch der Wasserzu- und -abfluss mit eingehen.
Amthauer Gallardo (2014) entwickelte unter anderem klonspezifische Ertragsfunktionen aus einem Datenpool von 33 deutschlandweiten Versuchsflächen (PROLOC Projekt) mit ähnlichen Bestandsdaten. Als Modellvariablen verwendete er die nutzbare Feldkapazität und den Trockenheitsindex nach De Martonne (1926), der sich aus Niederschlagssumme und Temperaturmittel zusammensetzt.
Zwei bayerische Modelle
Das zweite bayerische Modell greift einen von Amthauer Gallardo (2014) entwickelten Ansatz auf, der die Körnung des Bodens (Hauptbodenart) als signifikanten Einflussfaktor auf den Zuwachs berücksichtigt. Für das Modell wurden Ertragsdaten der Praxisflächen von Max- Klonen (Alter 5 und 6 Jahre) verwendet. Der schrittweise Ansatz bezieht zunächst die einfache Wasserbilanz und in einem zweiten Schritt (Residuen) den Schluffgehalt mit ein. So konnte die Erklärungsgüte des Modells von 49 % auf 64 % erhöht werden. Neben dieser Modellgüte waren für die Auswahl des Modells auch Kriterien wie unter anderem die Flächenabdeckung der Eingangsparameter (Gültigkeitsbereiche) relevant.
Vom Basismodell zur bayerischen Ertragspotenzialkarte
Abbildung 3: Schematische Darstellung der anwenderspezifischen Bereitstellung der Ergebnisse von KUP-Scout für Nutzer auf verschiedenen Ebenen.
(Foto Spielfiguren: T. Reckmann, pixelio.de)
Ziel war es, auf diese Weise wachstumshemmende bzw. unterstützende Einflussfaktoren, zum Beispiel niedrige Temperaturen, Trockenstress und Grundwasser, auf die tatsächlichen Erträge besser abzubilden und so ein für bayerische Verhältnisse bestmöglich zutreffendes Ertragsmodell, die bayerische Ertragspotenzialkarte für KUP, zu schaffen. Das Ergebnis von KUP-Scout, die bayerische Ertragspotenzialkarte für KUP, liegt im Maßstab 1 : 10.000 vor und gibt das langfristige Ertragspotenzial für Pappel im Kurzumtrieb an.
Um der in Bayern derzeit gängigen Anbaupraxis Rechnung zu tragen, beziehen sich die Berechnungen auf die weitverbreiteten Max-Klone bei einer mittleren Bestandsdichte von 7.400 (5.100–9.500) im zweiten Umtrieb mit einer Umtriebszeit von sechs Jahren.
Bereitstellung der Daten
Das Ergebnis von KUP-Scout wird auf zwei Informationsebenen anwenderspezifisch (Abbildung 3) bereitgestellt:
- über behördeninterne Informationssysteme flurstückscharfe, detaillierte Informationen zu Beratungszwecken;
- im Internet in aggregierter Form für interessierte Bürger, Kommunen, Planer (z. B. im Rahmen der regionalen Energieversorgung).
Abbildung 4: Flurstückscharfe
Kartendarstellung
des Ertragspotenzials
»KUP-Basis« im BayWIS
(behördenintern)
Die Berater können somit schnell Informationen zu Lage und Größe der Fläche, dem zu erwartenden Ertrag, der Entfernung vom Hof und rechtlichen Einschränkungen wie zum Beispiel durch Schutzgebiete abrufen. Alle Flächen sind zudem mit ihren Ackerzahlen hinterlegt, sodass gezielt solche Flächen für Kurzumtriebsplantagen ausgewählt werden können, die eine geringe Ackerzahl aufweisen und somit weniger für die Nahrungsmittelproduktion geeignet sind. Ebenfalls hinterlegt sind Luftbilder und Wege, daher können vom Hof schlecht zu erreichende oder vom Zuschnitt her ungünstige Flächen gezielt für KUP ausgewählt werden.
In den BayWISMetadaten sind unter anderem Information zur Berechnung des Energiegehaltes angegeben, sodass über Flächengröße und Ertrag schnell die potenzielle Energieausbeute abzuschätzen ist. Informationen zu Schutzgebieten und Flächen, bei denen möglicherweise ein Vorbehalt gegenüber der Nutzung als KUP bestehen könnte, werden auf der Karte dargestellt und durch Informationen in den Metadaten ergänzt. Hinzu kommen Informationen zur Einstufung der Wasserverfügbarkeit (nutzbare Feldkapazität), Datenqualität sowie die Nutzungsbedingungen und der Verwendungszweck der Daten.
KUP-Scout im Internet
Abbildung 5: Aggregierte Darstellung der Ertragspotenziale
(Karte und zugehörige
Daten-Tabelle) im Internet am
Beispiel des Landkreises Landshut;
Gleich zu Seitenbeginn findet der eilige Nutzer Verlinkungen zu den kommunalen Auswertungen mit Ertragspotenzialen in Karten- und Tabellenform (Abbildung 5) für die sieben bayerischen Regierungsbezirke. Die Erläuterungen zu den Tabellen sind zunächst verborgen und können per Mausklick auf das vorangestellte Plus-Zeichen ausgeklappt werden. Der mittlere Bereich der Einstiegsseite beschreibt den fachlichen Hintergrund des KUP-Scouts und gibt einen Überblick über die einzelnen Projektphasen und die Modellierung der Erträge. Hier erhalten auch Nutzer mit wissenschaftlichem Interesse vertiefte Informationen zu den verwendeten Daten und den Ergebnissen des KUP-Scouts.
Zusammenfassung
Bodeninformation für landwirtschaftliche Fläche
Übersichtsbodenkarten des Landesamtes für Umwelt (LfU)
Für Bayern liegt eine bodenkundliche Kartierung im Maßstab 1:25.000, die Übersichtsbodenkarte des LFU, vor. Diese wurde von der LWF über entscheidungsbaumbasierte Modelle entsprechend den Reliefgegebenheiten verfeinert und in etwa 5.000 Bodeneinheiten aufgeteilt. Jede dieser Bodeneinheiten wird in einer Legendeneinheit beschrieben.
Diese Beschreibungen nutzt man, um den Legendeneinheiten sogenannte Leitprofile, das sind typische Böden, zuzuweisen. Sie stammen aus dem Bodeninformationssystem des LFU und sind mit chemischen und physikalischen Daten hinterlegt. Zum einen müssen die Leitprofile in der Fläche der entsprechenden Legendeneinheit verortet sein, zum anderen die Beschreibungen der Legendeneinheiten und der Leitprofile zum Beispiel bezüglich Korngrößenverteilung, Bodenhorizonten und Ausgangsmaterial übereinstimmen.
Einer Legendeneinheit können mehrere Leitprofile zugeordnet werden. Durch die Zuordnung der Leitprofile zu den Legendeneinheiten hat man den Flächen der Legendeneinheit gleichzeitig chemische und physikalische Daten zugeordnet, mit denen man nun in einem GIS flächige Berechnungen, beispielsweise mit Ertragsmodellen, durchführen kann.
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Weiterführende Links
- Trockensommer 2015- LWF-aktuell 110
- KUP Scout: Wie KUP pflanzen und was ist zu beachten?
- Kurzumtriebsplantagen in Bayern - LWF-aktuell 105
- KUP auf Grünland – wie geht das? - LWF-aktuell 105
- KUP-Scout: Ein Pappel-Ertragsmodell für Bayern
- Beraternetzwerk "LandSchafftEnergie"
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Autoren
- Dr. Elke Dietz
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