Schnell wachsende Pappeln - potenzielle Bioenergie
Der Erfolg hochproduktiver KUP-Plantagen hängt stark davon, ob Bodenwasser verfügbar ist, sowie von der Empfindlichkeit der Bäume gegenüber der Erzeugung von troposphärischem Ozon (O3) ab. Das von der EU finanzierte Projekt PHYSIO-POP erforschte daher die physiologischen und ökologischen Steuerfaktoren von Wasser- und O3-Flüssen bei verschiedenen KUP-Pappelgenotypen auf Blatt-, Baum- und Ökosystemebene im Lauf des Tages und der Jahreszeiten. Die Forscherinnen und Forscher wollten mehr über die physiologischen Anpassungen erfahren, die verschiedenen Pappel-Genotypen in KUP-Bioenergieplantagen durch den Klimawandel auferlegt werden. „Die Empfindlichkeit der Pappel gegenüber Wassermangel und hohen O3-Konzentrationen grenzt die zukünftige Weiterentwicklung ihres Anbaus in KUP-Bioenergieplantagen ein“, stellt Projektkoordinator Professor Reinhart Ceulemans klar. „Deshalb erfolgt die Untersuchung der physiologischen und ökologischen Faktoren Wasserverlust und O3-Aufnahme und insbesondere ihrer stomatären Steuerung gerade rechtzeitig.“ Die Forscherinnen und Forscher sammelten auf einer existierenden Kurzumtriebsplantage in Flandern, Belgien, über eine gesamte Vegetationsperiode hinweg Daten über Wasserflüsse und deren Schwankungen. Bei der Quantifizierung des Wasserverlusts durch Transpiration an den Blättern für die Pappelgenotypen kamen Gasaustausch- und Wasserverhältnismessungen zum Einsatz. Der Wasserverlust durch Transpiration auf Baumhöhe wurde mit Hilfe kontinuierlich aufgezeichneter Saftstrommessungen in Zahlen gefasst. Der Wasserverlust durch Transpiration auf Ökosystemebene wurde durch kontinuierliche Aufzeichnung der Flüsse mit der Eddy-Kovarianz-Methode ermittelt. Höhere Wassereffizienz Alle Messungen wurden an vier Pappelgenotypen durchgeführt. Diese speziell ausgewählten Genotypen deckten einen breiten genetischen Hintergrund ab und wurden dem Fußabdruck der Flussmessungen entnommen. Bakan und Koster, zwei Pappelgenotypen erwiesen sich als am besten geeignet für Kurzumtriebsplantagen in Systemen mit geringer Wasserzufuhr mit wenig oder ohne Bewässerung, wie sie im gemäßigten mediterranen oder warmen ozeanischen/kontinentalen Klimazonen vorherrschen. In Regionen wie Flandern, in denen die Wasserverfügbarkeit eher keine Rolle spielt, können mit Hilfe des Genotyps Grimminge aufgrund seiner hohen Transpirationsraten überschwemmte Gebiete entwässert werden. Das spricht auch dafür, dass die untersuchten Genotypen Umweltveränderungen wie etwa Trockenperioden oder Überschwemmungen, die mit dem Klimawandel zusammenhängen, besser tolerieren könnten. Eines der zukünftigen Auswahlkriterien für KUP-Pappelgenotypen sollte nach Aussagen von Dr. Alejandra Navarro, Forscherin des PHYSIO-POP-Projekts, eine hohe Wasserverwertungseffizienz sein. „Das bedeutet eine hohe Biomasseerzeugung pro Einheit Wasserverlust; oder unter Bedingungen der Wasserknappheit ein begrenzter Verlust an gewonnener Biomasse in Kombination mit minimalem Wasserverlust durch Transpiration.“ Eine physiologische Steuerung der Transpiration könnte die zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels in diesen KUP-Kulturen abschwächen. „Das Projekt konnte belegen, dass eine Pappel-KUP-Versuchspflanzung weniger Wasser als Referenzgrünland und andere Freilandanbaupflanzen verbrauchte. Folglich handelt es sich bei dieser Art des Anbaus um eine realisierbare Option, um ohne übermäßigen Wasserverbrauch Biomasse für Energie zu gewinnen“, sagt Dr. Navarro. Genotyp passend zu Umweltbedingungen Die Ermittlung von Pappelhybriden mit verschiedenen physiologischen Merkmalen, Wassernutzungseffizienzen und Transpirationsreaktionen wird die zukünftige Forschungsarbeit beflügeln. Sie wird außerdem zum Anbau von Pappel-Kurzumtriebsplantagen auf Flächen beitragen, auf denen die Bodenwasserverfügbarkeit jahreszeitlich bedingten Schwankungen unterliegt, die durch Mangel und Überschuss an Wasserzufuhr verursacht werden. Bakan und Koster zeigten Zurückhaltung im Wasserverbrauch und niedrige Transpirationsraten. Sie könnten am besten für Kurzumtriebsplantagen in Systemen mit geringer Wasserzufuhr sowie geringer oder ohne Bewässerung geeignet sein. In Regionen wie beispielsweise auf häufig überschwemmten Grenzertragsböden, wo das verfügbare Wasser keine Rolle spielt, könnte hingegen aufgrund des Wasserabgabeverhaltens (hohe Transpirationsraten) mit der Sorte Grimminge eine wirkungsvolle Entwässerung von überfluteten Flächen zu erreichen sein. Die von PHYSIO-POP profitierenden Akteure sind die Landwirte und der Bioenergiesektor. „Sie erhalten einen Hinweis auf den Wasserverbrauch der verschiedenen Pappelgenotypen sowie die ganze Plantage“, merkt Dr. Navarro an. Zwecks Verbreitung der Projektresultate und technischen Möglichkeiten und Weitergabe dieses Wissens an Fachfremde organisierte PHYSIO-POP geführte Feldbesichtigungen auf den Plantagen. Im Rahmen des Projekts produzierte man außerdem ein kurzes Video(öffnet in neuem Fenster) über die im Feldversuch eingesetzten Sensoren.
Schlüsselbegriffe
PHYSIO-POP, Pappel, Bioenergie, O3, Kurzumtriebsplantagen, KUP, Klimawandel, Wasserverlust durch Transpiration
