OLGA

Modul 1: Nachhaltige Holznutzung an Fließgewässern

Ökosystemleistungen und regionale Wertschöpfung von Agrarholzstrukturen fördern

© Himbeerspecht | Liane Hoder

Kleinere Fließgewässer sind wichtige Landschaftselemente in Stadt und Land. Sie bieten eine Reihe von Ökosystemleistungen, wie Klimaregulierung, Gewässer- und Hochwasserschutz, Erholung oder Erhalt der Biodiversität. Laut EU-Wasserrahmenrichtlinie sind aber nur 6,7 % der Oberflächengewässer in guter Verfassung. OLGA erforscht deshalb, wie der ökologische Zustand von kleinen Fließgewässern durch in Ufernähe nachhaltig angepflanzte Agrarholzstrukturen verbessert werden kann.

Welche Ökosystemleistungen bringen Agrargehölze an Fließgewässern vor allem hinsichtlich des Gewässer- , Klima- und Hochwasserschutzes und zum Schutz der Biodiversität?

Welche wirtschaftlichen Perspektiven und Vermarktungsmöglichkeiten ergeben sich hier für Landwirte und Flächeneigentümer und wie können Agrargehölze als landwirtschaftliches Produkt und Energieressource bekannter werden?

In Modul 1 werden folgende Aktivitäten durchgeführt:

  • Monitoring des Mikroklimas an gehölzbestandenen Fließgewässern anhand von Wasserstands- und Temperaturmessungen sowie der Untersuchung des vorhandenen biologischen Makrozoobenthos in den Jahren 2021, 2022 und 2023
  • Modellierung der Auswirkungen von Vegetation an Fließgewässern auf Hochwasserrückhalt und aquatische Lebensräume mit Hilfe einer Habitatmodellierung und der Entwicklung von Hochwasserszenarien 
  • Strukturanalyse von Agrargehölzen und Visualisierung mittels 3D-Laserscanning
  •  Untersuchung der Pflanzenphysiologie und Durchwurzelung von Agrargehölzen, um Erkenntnisse über die Entwicklung des Mikroklimas, des Wasserhaushaltes und der Bewurzelungsdynamik dieser Gehölzsorten zu erhalten
  • Umsetzung einer Agrarholzplantage in der Region Dresden 

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Messkampagne gestartet: Untersuchungen in und an Agrarholzplantagen an Fließgewässern

Welche Auswirkungen haben gewässernahe Agrarholzstrukturen auf Mikroklima und Biodiversität?

Untersuchungsflächen mit Agrarholzplantagen im Projekt OLGA | © TU Dresden/IfW, Manuel Wewer

Welche Leistungen können gewässernahe Agrarholzstrukturen für Fließgewässer erbringen? Vor allem in heißen Trockenperioden leiden die Ökosysteme kleiner Bäche enorm. Der Wasserstand nimmt ab oder sie trocknen oft sogar völlig aus, so dass sich die Lebensbedingungen in und am Gewässer in kurzer Zeit stark verändern können.

Zusätzlich zu den natürlich gewachsenen Ufergehölzen können Agrarholzstrukturen zu einer Verschattung des Gewässers und damit Abkühlung beitragen. Der Laubfall im Herbst kann gegebenenfalls auch als Nahrungsgrundlage für im Gewässer lebende Kleinstlebewesen dienen. Pflanzen wirken gegen Erosion und können Schadstoffeinträge aus der Landwirtschaft ins Gewässer reduzieren. Agrarholzpflanzungen am Gewässer können auch einen Beitrag zum Hochwasserschutz liefern, indem die Bäume durch ihren Fließwiderstand eine Retentionswirkung entfalten und dadurch die Hochwasserwelle verlangsamen.

Wie müssen diese Agrarholzstrukturen nun konkret beschaffen sein, d.h. welche Baumarten sind zu verwenden, und wie müssen sie gepflanzt werden, damit sie sich positiv auf das Klima im und am Gewässer, auf den Boden und die biologische Vielfalt auswirken? Die Wissenschafts-Partner der TU Dresden haben dazu eine umfassende Messkampagne an drei Standorten in der Region Dresden gestartet.

Klima- und Gehölzparameter im Fokus der Untersuchungen

Agrarholzplantage mit Pappeln am Peickwitzer Mühlengraben bei Senftenberg | © Biomasse Schraden e. V.

Die Agrarholzplantage am Peickwitzer Mühlgraben bei Senftenberg (LK Oberspreewald-Lausitz) dient zur Erfassung von Informationen zu den physiologischen Prozessen in den einzelnen Gehölzen und zur Durchwurzelung des Bodens. Die Analysen werden von der Arbeitsgruppe Molekulare Gehölzphysiologie der Professur Forstbotanik durchgeführt. Hier werden über das Jahr 2021 kontinuierlich sowohl klimatische Parameter, wie Lufttemperatur und -feuchtigkeit, Niederschlag, Bodenwassergehalt und Strahlungswärme gemessen. An den Gehölzen selbst wird die zeitliche Veränderung des Stammumfanges der Bäume und der Blattflächen dokumentiert sowie der Laubaustrieb und -fall beobachtet.

Eine weitere in die Untersuchungen einbezogene Agrarholzstruktur steht am Wiesengrundbach in Klingenberg-Colmnitz (LK Sächsische Schweiz-Osterzgebirge) am Tharandter Wald. Hier liegen die Erhebungen im Bereich Fließgewässer, ebenso wie an einem weiteren Standort an einem renaturierten Gewässerabschnitt des Mortelbaches bei Waldheim (LK Mittelsachsen). Die Professur für Wasserbau erhebt hier Informationen zur Gewässerhydraulik, zum Mikroklima Fließgewässer sowie zum Makrozoobenthos (benthische wirbellose Fauna) und untersucht die Korrelation dieser Parameter untereinander.

Besichtigung der Agrarholstruktur am Wiesengrundbach in Klingenberg-Colmnitz | © Anke Hahn

Ergänzend zu den gehölzphysiologischen, klimatischen und hydraulischen Messungen ergänzt die Professur für Biodiversität und Naturschutz die Untersuchungen durch Analysen zur Gehölzstruktur und, der Lage der Bäume und des Fließgewässers im Raum mittels hochauflösendem, terrestrischem 3D-Laserscanning. Aufgrund der Laserscanner-Daten wird ein digitales Geländemodell der Untersuchungsflächen erstellt. Weiterhin werden die Bodenbeschaffenheit sowie die Vegetationszusammensetzung in der Plantage selbst und auf den umliegenden Agrarflächen untersucht und die Diasporenbank anhand von Bodenproben analysiert.

Die Messkampagne der TU Dresden laufen während der Vegetationsperioden der Jahre 2021 und 2022. Sie soll Informationen zur multifunktionalen und biodiversen Umsetzung einer Agrarholzstruktur liefern.

Kriterienkatalog erarbeitet: Flächenpotenziale für Agrarholzplantagen in Dresden und Umgebung

Überblick über ausgeschlossene und Potenzialflächen auf Basis von Acker- und Brachflächen sowie Grünland | © Herzig/Schwarz ArcGIS Pro (2021)

Mitarbeiter:innen der Professur Biodiversität und Naturschutz an der TU Dresden betreuten im Rahmen des OLGA Projekts eine studentische Projektarbeit im Rahmen des Masterstudienganges Raumentwicklung und Naturressourcenmanagement, der in Kooperation zwischen der TU Dresden und dem Leibniz-Institut für ökologische Raumentwicklung durchgeführt wird. Im Rahmen der Arbeit wurde das Flächenpotential für die Pflanzung von Agrargehölzen in Dresden und den umliegenden Landkreisen analysiert. Dabei soll neben der energetischen Verwertung des schnellwachsenden Holzes vor allem der ökologische Zustand der Fließgewässer gemäß der EU-Wasserrahmenrichtlinie verbessert werden. 
Als Ausgangspunkt diente ein Kriterienkatalog, der Erfordernisse, Ausschlussgebiete und rechtliche Rahmenbedingungen für die potenziellen Flächen der Agrarholzpflanzung regelt:

•    Aktuelle Flächennutzung: Ackerland, Grünland, Brachflächen
•    Entfernung zum Gewässer: 60 m umgebend
•    Abstand zu Siedlungs- und Verkehrsflächen: 8 m
•    Ausschluss: Flächennaturdenkmäler, Kernzonen von Nationalpark und Biosphärenreservat, gesetzlich geschützte Biotope, Überschwemmungsgebiete
•    Hangneigung: max. 20 %
•    Flächengröße: 2-20 ha pro Agrarholzplantage

Ausschnitt einer Potenzialfläche (orange) für Agrarholzstrukturen an den Bächen Triebisch und Kroatenwasser bei Grillenburg im Tharandter Wald | © Herzig/Schwarz ArcGIS Pro (2021)

Unter Verwendung von Datenquellen des Sächsischen Landesamtes für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie sowie des Staatsbetriebs Geobasisinformation und Vermessung Sachsen erfolgte die Ermittlung der Potenzialflächen mit Hilfe des Geoinformationssystems ArcGIS Pro.  

Für die Etablierung der Agrargehölze kommen nach Durchführung der Analyse 2.480 Flächen infrage, die innerhalb eines Radius von 40 km um die Stadtgrenze von Dresden liegen und in die vorgegebene Flächengröße von 2- 20 ha pro Agrarholzpflanzung fallen. Diese haben eine Gesamtflächengröße von 8.951 ha, was einem Anteil an den Grünland-, Acker- bzw. Brachflächen von 7 % entspricht. Die meisten Potenzialflächen sind eher kleinteilig und erreichen die Mindestgröße von 2 ha. Im Mittel beträgt die Größe aller Potenzialflächen 3,6 ha, wobei die größte Fläche 17,2 ha groß ist. Auch Flächen über 20 ha dienen potenziell zur Pflanzung von mehreren Agrarholzpflanzungen, deren Größe jeweils die 20 ha nicht überschreiten. 

Die Ergebnisse der Arbeit geben eine erste Einschätzung über mögliche Flächennutzungen mit Agrarholz in der Region Dresden.  Zur endgültigen Ermittlung der Flächenpotenziale und realisierbaren Umsetzungsflächen wird der Kriterienkatalog im weiteren Projektverlauf noch weiter spezifiziert.

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HERZIG, Marie, SCHWARZ, Lena (2021)Etablierung von Gehölzen zur Verbesserung des ökologischen Gewässerzustandes - Analyse zum Flächenpotenzial in der Stadt Dresden und umgebenden Landkreisen (GIS-Auswertung). Studentische Arbeit an der TU Dresden, Fakultät Umweltwissenschaften im Masterstudiengang Raumentwicklung und Naturressourcenmanagement, im Rahmen des Projektes OLGA.

Können Agrarholzstrukturen am Fließgewässer das Hochwasserrisiko senken?

Überschwemmungen sind natürliche Ereignisse. Ausgangspunkt sind lang anhaltende, großflächige Dauerregen oder kurze, heftige Starkregenereignisse. Wenn die entstehenden Wassermassen zu groß werden, treten Flüsse und Bäche über die Ufer und überschwemmen das Vorland. Diese Überschwemmungsgebiete fungieren als natürliche Rückhalteflächen, welche große Wassermengen aufnehmen und zurückhalten können. Die Vegetation entlang der Fließgewässer kann in diesem Fall eine bremsende Wirkung auf die Wassermassen haben, die Hochwasserwelle verzögern und die Abflussspitzen reduzieren.

Im Rahmen von OLGA unstersucht das Institut für Wasserbau und Technische Hydromechanik an der TU Dresden, inwieweit Ufervegetation (u.a. Agrarholzstrukturen bzw. Agroforstsysteme) das Hochwasserrisiko in flussabwärts gelegenen Siedlungsgebieten verringern kann. Ein Untersuchungsgebiet in OLGA ist der renaturierte Abschnitt des Wiesengrundbachs in Klingenberg-Colmnitz im Landkreis Sächsische Schweiz-Osterzgebirge.

Die Simulation unten zeigt, dass die links von der von Nordwesten nach Süden verlaufenden Fahrstraße etablierte Agrarholzplantage das Wasser nur minimal zurückhält und somit in diesem Fall nicht wirklich als Retentionsfläche dient. Gründe dafür sind die Stauung des Wassers rechts von der Fahrstraße, weil der Wiesengrundbach diese durch ein Rohr unterquert, und der Eintiefung des Baches in Höhe der Plantage. 

Was blüht denn da? Vegetationskartierung in und um Agrarholzstrukturen

Die am häufigsten vorkommenden Pflanzenarten in und um die OLGA-Agrarholzflächen (von oben nach unten): Echte Nelkenwurz (Geum urbanum), Wiesen-Rispengras (Poa pratensis) und das Kletten-Labkraut (Galium aparine)
Fotos von oben nach unten: Animaflora PicsStock, skymoon13, Marco Warm - alle stock.adobe.com.

Um unsere Untersuchungsflächen am Peickwitzer Mühlgraben in Peickwitz bei Senftenberg (Bandenburg) und am Wiesengrundbach in Klingenberg-Colmnitz bei Dresden (Sachsen) naturschutzfachlich zu bewerten, wurden im Frühsommer 2021 Vegetationsaufnahmen in der Krautschicht durchgeführt. Wir untersuchen den Einfluss der Agrarholzplantagen auf die Pflanzendiversität und ziehen dazu angrenzende Referenzflächen (Agrarflächen, Rand-, Blüh- und Uferrandstreifen der Gewässer) als Vergleich heran. Da sich in der Nähe der Agrarholzplantagen Wald befindet, erweiterten wir das Untersuchungsdesign um jeweils fünf kreisförmige Aufnahmeflächen entlang des Transekts* Agrarholzplantage – Agrarfläche – Wald und zusätzlich am Peickwitzer Mühlgraben fünf weitere entlang des Transekts Agrarholzplantage – Agrarfläche/Randstreifen – Bahnstrecke. Ziel der Transekt-Analyse ist es, mögliche Verbreitungswege von Pflanzenarten zu identifizieren und herauszufinden, ob die Agrarholzplantagen im jeweiligen Landschaftskontext Teil eines Biotopverbundes sein könnten. Bahnstrecken sind außerdem für die Ausbreitung von Neophyten relevant.
Insgesamt wurde die Artenzusammensetzung und –deckungsgrade auf 55 Flächen aufgenommen, 25 Flächen befinden sich am Wiesengrundbach und 30 Flächen am Peickwitzer Mühlgraben.

In der Agrarholzplantage am Wiesengrundbach wurden insgesamt 22 Arten protokolliert, wobei die Echte Nelkenwurz (Geum urbanum) und das Wiesen-Rispengras (Poa pratensis) besonders häufig und in hohen Deckungsgraden vorkamen. Fast zwei Drittel der Arten sind sowohl im Wald, als auch im Offenland zu finden. 

Am Peickwitzer Mühlgraben konnten 19 Arten protokolliert werden. Das Kletten-Labkraut (Galium aparine) war die häufigste Art mit den höchsten Deckungsgraden. Mehr als die Hälfte der Arten sind reine Offenlandarten, die beispielsweise in Krautfluren, Säumen oder als Acker-Beikraut vorkommen. Ein Drittel der Arten ist sowohl im Wald als auch im Offenland zu finden. Auf den Referenzflächen erstreckte sich die Gesamtartenzahl zwischen 9 (Wiesengrundbach, Referenzfläche Agrarfläche) und 36 Arten (Peickwitzer Mühlgraben, Feldrand).

Weitere Analysen werden in den kommenden Monaten durchgeführt. Deren Ergebnisse werden hier veröffentlicht.

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*Transekt: Entlang eines Transekts, einer markierten geraden Linie, nimmt man in festgelegten Abständen Daten auf. Diese Methodik wird verwendet, wenn man zum Untersuchungsgegenstand einen räumlichen Zusammenhang herstellen möchte. Oft wird diese Methode in der Ökologie (Botanik und Zoologie), zu Felduntersuchungen (Kartierung) und der Geologie und Geoökologie angewendet.
(Quelle: https://www.pflanzenforschung.de/de/pflanzenwissen/lexikon-a-z/transekt-10152, Zugriff am 30.11.2021)