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Wissenschaftler*innen des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie haben für Faserhanf die Wasserproduktivität als ein Maß für die Effizienz der Wassernutzung untersucht. Die Ergebnisse aus dem Trockenjahr 2018 zeigen, dass Hanfpflanzen Wasser etwa sechsmal effizienter für die Biomassebildung nutzen als Baumwolle. Die Studie wurde kürzlich im Fachblatt Water veröffentlicht.
Drei niederschlagsarme Jahre in Folge haben den Blick auf die Verfügbarkeit von Wasser für die landwirtschaftliche Produktion geschärft. Angesichts des Klimawandels wird der Ruf nach einer nachhaltigen Wirtschaftsweise lauter, die einen sorgsamen Umgang mit dieser knappen Ressource ermöglicht. Dies impliziert auch, Pflanzenarten mit hohem Wasserbedarf durch solche zu ersetzen, die in der Lage sind, sprichwörtlich mehr aus jedem Tropfen Wasser herauszuholen.
Vielsprechend in dieser Hinsicht ist Hanf (Cannabis sativa L.). Früher eine weltweit verbreitete Pflanze für die Fasergewinnung wurde Hanf im letzten Jahrhundert durch Baumwolle und später durch synthetische Fasern fast vollständig verdrängt. Der Baumwollanbau ist jedoch verbunden mit einem hohen Wasserbedarf von mindestens 750 mm Niederschlags- bzw. Bewässerungswasser pro Vegetationsperiode, einer häufig in Folge auftretenden Bodenversalzung und einem intensiven Pestizideinsatz. Hanf dagegen ist eine ertragreiche und im Hinblick auf Pflanzenschutz und Düngung vergleichsweise anspruchslose Mehrzweckpflanze.
Die Wassernutzung von Hanfpflanzen im Wachstumsverlauf ist bisher wenig erforscht. ATB-Wissenschaftler*innen haben daher in einem Feldversuch die Wasserproduktivität zweier Hanfsorten untersucht. Die an mitteleuropäische Standortbedingungen adaptierten Sorten ‘Santhica 27‘ und ‘Ivory‘ wurden basierend auf Ergebnissen des 2017 abgeschlossenen Projekts MultiHemp ausgewählt. Die Untersuchungen erfolgten am ATB-Forschungsstandort Marquardt im Nordwesten Potsdams - mit einem mittleren Jahresniederschlag von 579 mm eines der trockensten Anbaugebiete in Deutschland. Der Grundwasserspiegel liegt 10 m unter der Geländeoberkante, der sandige Boden weist eine nur begrenzte Speicherkapazität für Wasser und Nährstoffe auf. Die Vegetationsperiode 2018 war extrem trocken, von Mai bis September fiel nur an sieben Tagen geringer Niederschlag von 0,7 bis 19,6 mm. Um die Etablierung des Versuches nach dem Auskeimen abzusichern wurden die Pflanzen in der Aufgangsphase bewässert.
Für die Studie wurden neben meteorologischen Daten die Wasserverfügbarkeit aus dem Boden, Transpiration und volumetrischer Wassergehalt, der Blattflächenindex sowie pflanzenphysiologische Parameter wie der Gaswechsel, die Photosyntheseleistung und Reaktionen auf Umwelteinflüsse regelmäßig erfasst. Erstmals haben die Wissenschaftler*innen mit Hilfe eines neuartigen Messaufbaus den Kronendurchlass bestimmt, d. h. den Niederschlag, der das Blattdach durchdringt.
In die Berechnung der Wasserproduktivität – also der Beziehung zwischen dem Wasserbedarf und dem Aufbau von Trockenmasse - flossen alle Komponenten des Wasserzuflusses über Luft und Boden ein, die für das Pflanzenwachstum genutzt werden. Der gesamte Biomasseertrag sowie der faserenthaltende Bastanteil wurden unmittelbar nach der Ernte im September ermittelt.
Die Ergebnisse belegen, dass die durchschnittliche Wasserproduktivität von Industriehanf mit 2,4 kg Trockenmasse pro Kubikmeter genutztem Wasser sechsmal höher ist als die von Baumwolle (0,4 kg / m3).
„Wir sehen, dass Hanf großes Potential für den Anbau an relativ trockenen Standorten bietet. Das macht Faserhanf interessant als umweltfreundliche Alternative zur Baumwolle, auch dank der geringeren Ansprüche an den Pflanzenschutz“, so Dr. Hans-Jörg Gusovius, Experte für Faserpflanzen am ATB. „Auch die hier verwendeten THC-freien und speziell für Wachstumsbedingungen in Europa gezüchteten Cannabis-Sorten sind für den Anbau auf eher trockenen Standorten geeignet.“
„Die Ergebnisse unserer Studie spiegeln die Bedingungen des Jahres 2018 für die Produktion an einem Standort wider“, resümiert Dr. Katrin Drastig, Hydrogeologin am ATB. Um angesichts der zu erwartenden klimatischen Szenarien die Produktivität der Wassernutzung in der Landwirtschaft auf Betriebsebene weiter verbessern zu können, bestehe noch erheblicher Forschungsbedarf. „Wir brauchen viel mehr Daten, um aus Einzelergebnissen Modelle für bestimmte Regionen, Managementpraktiken und Kulturpflanzenarten ableiten zu können. Damit könnten wir Landwirten Entscheidungsunterstützung bei der Optimierung der Wassernutzung bieten“, fasst die Wissenschaftlerin zusammen.
Das ATB forscht intensiv an der Gewinnung von Faserrohstoffen, nicht nur von klassischen Faserpflanzen wie Hanf, Lein und Nessel. Unter Nachhaltigkeitsaspekten rückt auch die Fasergewinnung aus der Koppel- und Reststoffnutzung von Nahrungs- und Futtermittelpflanzen wie Hopfen, Öllein oder Sorghum in den Forschungsfokus. Die multifunktionalen Pflanzen liefern hochwertige Pflanzenfasern für die Bioökonomie, wo sie fossile Rohstoffe ersetzen können, z.B. in Verbundwerkstoffen, als Bau- oder Dämmstoff.
Originalpublikation:
Drastig, K.; Flemming, I.; Herppich, W.; Gusovius, H.: Study of water productivity of industrial hemp under hot and dry conditions in Brandenburg (Germany) in the year 2018. Water 11 (12): 1-21, 2020. https://doi.org/10.3390/w12112982
Publikation im Kontext:
Herppich, W.B., Gusovius, H.-J., Flemming, I., Drastig, K.: Effects of drought and heat on photosynthetic performance, water use and yield of two selected fiber hemp cultivars at a poor-soil site in Brandenburg (Germany). Agronomy 2020, 10, 1361, 2020. https://doi.org/10.3390/agronomy10091361
Kontakt:
PD Dr. Katrin Drastig – Leiterin AG Wasserproduktivität in der Landwirtschaft (AgroHyd)
Tel.: 0331 5699-218, E-Mail: kdrastig@atb-potsdam.de
Dr. Hans-Jörg Gusovius – Leiter AG Verfahrenstechnik für Faserpflanzen
Tel.: 0331 5699-316, E-Mail: hgusovius@atb-potsdam.de
Dr. Werner B. Herppich – Seniorwissenschaftler Abteilung Technik im Gartenbau
Tel.: 0331 5699-620, E-Mail: wherppich@atb-potsdam.de
Helene Foltan - Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Tel.: 0331 5699-820, E-Mail: presse@atb-potsdam.de
Weitere Informationen zum Thema auch auf unserem Youtube-Kanal „Stream aus dem ATB-Fieldlab: Kirschen optimieren, Hanffasern nutzen“ (ab Minute 28)
https://www.youtube.com/watch?v=fZo9T0M_yes
Die Forschung des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) an der Schnittstelle von biologischen und technischen Systemen hat das Ziel, Grundlagen für nachhaltige bioökonomische Produktionssysteme zu schaffen. Dazu entwickelt und integriert das ATB neue Technologien und Managementstrategien für eine wissensbasierte, standortspezifische Produktion von Biomasse und deren Nutzung für die Ernährung, als biobasierte Produkte und Energieträger – von der Grundlagenforschung bis zur Anwendung.