GIS-based Tools for Regional Assessments and Planning Processes Regarding Potential Environmental Effects of Poplar SRC

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• 作者：Gerald Busch (1) welcome.balsa@email.de
• 关键词：Multi ; criteria evaluation – ; Linguistic variable – ; Poplar SRC – ; Annual deep percolation water – ; Stakeholder preferences – ; Wind erosion – ; Landscape heterogeneity
• 刊名：BioEnergy Research
• 出版年：2012
• 出版时间：September 2012
• 年：2012
• 卷：5
• 期：3
• 页码：584-605
• 全文大小：1.9 MB
• 参考文献：1. EU — European Union (2009) Directive 2009/28/Ec Of The European Parliament And Of The Council of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC. Official Journal of the European Union L 140/16, Brussels
  2. BMU — Bundesministerium f眉r Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2011) Tariffs, degression and sample calculations pursuant to the new Renewable Energy Sources Act (Erneuerbare-Energien-Gesetz - EEG) of 4 August 2011 ('EEG 2012'), Berlin
  3. BMELV — Bundesministerium f眉r Ern盲hrung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (2009) Bioenergie-Regionen — Bundeswettbewerb zum Aufbau regionaler Netzwerke im Bereich der Bioenergie [Bioenergy regions — National competition of regional bioenergy networks], Berlin
  4. FNR — Fachagentur f眉r nachwachsende Rohstoffe (2012) Bioenergy in Germany: Facts and Figures, Guelzow–Pruetzen
  5. FNR – Fachagentur f眉r nachwachsende Rohstoffe (2011) Forschungsf枚rderung des BMELV im Bereich der Agrarholzproduktion. [Research sponsorship of the German Federal Ministry of Nutrition, Agriculture and Consumer Protection (BMELV) for SRC projects]: In Chancen und Hemmnisse f眉r die Energieholzproduktion aus Kurzumtriebsplantagen Tharandt, 20/21.11.2011, Tharandt, pp 1-6
  6. DBFZ — Deutsche Biomasseforschungszentrum (2011) Identifizierung strategischer Hemmnisse und Entwicklung von L枚sungsans盲tzen zur Reduzierung der Nutzungskonkurrenzen beim weiteren Ausbau der Biomassenutzung [Options for reducing competiton between food an biomass production], DBFZ-Report Nr. 4, Leipzig
  7. BMELV — Bundesministerium f眉r Ern盲hrung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (2011) Waldstrategie 2020. Nachhaltige Waldbewirtschaftung — eine gesellschaftliche Chance und Herausforderung [Forest strategy 2020], Berlin
  8. BMU/BMELV — Bundesministerium f眉r Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit/Bundesministerium f眉r Ern盲hrung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz (2010) Nationaler Biomasseaktionsplan f眉r Deutschland. Beitrag der Biomasse f眉r eine nachhaltige Energieversorgung [National biomass action plan], Berlin
  9. BMU — Bundesministerium f眉r Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2009) Langfristszenarien und Strategien f眉r den Ausbau erneuerbarer Energien in Deutschland — Leitszenario 2009 [Long-term scenarios and strategies for extending renewable energies in Germany — Lead scenario 2009], Berlin
  10. BMU — Bundesministerium f眉r Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (2010) Langfristszenarien und Strategien f眉r den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland bei Ber眉cksichtigung der Entwicklung in Europa und global — Leitstudie 2010 [Long-term scenarios and strategies for extending renewable energies in Germany — Lead study 2010], Berlin
  11. Fritsche U, Heinz A, Baur F et al (2004) Stoffstromanalyse zur nachhaltigen energetischen Nutzung von Biomasse [LCA of sustainable energetic use of biomass]. 脰koinstitut, Darmstadt
  12. Kr枚ber M, Heinrich J, Wagner P, Schweinle J (2010) 脰konomische Bewertung und Einordnung von Kurzumtriebsplantagen in die gesamtbetriebliche Anbaustruktur [Farm-level economic assessment of SRC]. In: Bemmann A, Knust C (eds) AGROWOOD Kurzumtriebsplantagen in Deutschland und europ盲ische Perspektiven. Wei脽ensee, Berlin, pp 217-229
  13. Keoleian GA, Volk TA (2005) Renewable energy from willow biomass crops. Life cycle energy, environmental and economic performance. Crit Rev Plant Sci 24(5–6):385–406
  14. Hofmann M (2005) Pappeln als nachwachsender Rohstoff auf Ackerstandorten — Kulturverfahren, 脰kologie und Wachstum unter dem Aspekt der Sortenwahl [Poplar SRC — a renewable resource on agricultural sites]. Dissertation, Georg August University, Goettingen
  15. Scholz V (2007) Mechanization of SRC production. In: Energiepflanzen im Aufwind. Wissenschaftliche Ergebnisse und praktische Erfahrungen zur Produktion von Biogaspflanzen und Feldholz, vol 61. Bornimer Agrartechnische Berichte, Potsdam, pp 130–143
  16. Schulz U, Brauner O, Gru脽 H (2009) Animal diversity on short-rotation coppices — a review. Landbauforsch vTI AG 3:171–182
  17. Kroiher F, Bielefeldt J, Bolte A, Schulter M (2008) Die Phytodiversit盲t in Energieholzbest盲nden — erste Ergebnisse im Rahmen des Projekts NOVALIS [Phytodiversity on SRC sites]. Arch Forstwes 42(4):158–165
  18. Busch G, Lamersdorf N (eds) (2009) Kurzumtriebsplantagen. Handlungsempfehlungen zur naturvertr盲glichen Produktion von Energieholz in der Landwirtschaft. Ergebnisse aus dem Projekt NOVALIS [SRC on agricultural sites — recommendations for an environmentally sound production]. DBU, Osnabr眉ck
  19. Bemmann A, Knust C (eds) (2010) AGROWOOD — Kurzumtriebsplantagen in Deutschland und europ盲ische Perspektiven [The project AGROWOOD — SRC in Germany and Europe]. Wei脽ensee, Berlin
  20. Reeg T, Bemmann A, Konold W, Murach D, Spiecker H (eds) (2009) Anbau und Nutzung von B盲umen auf landwirtschaftlichen Fl盲chen [Trees on agricultural sites]. Wiley, Weinheim
  21. Heck P, Wagener F, B枚hmer J (2009) Vielfalt in der Landschaft — extensive Anbausysteme mit nachwachsend Rohstoffen als Option f眉r den Naturschutz? (ELKE) [Variety in landscapes]. In: FNR (ed) G眉lzower Fachgespr盲che 34. FNR, G眉lzow, pp 221–232
  22. BGR/NLfB (2004) Die Klimadaten im Nieders盲chsischen Bodeninformationssystem (NIBIS) und im Fachinformationssystem Bodenkunde der BGR (FISBo BGR). [Climate data for the soil information system of Lower Saxony, Germany]. Arbeitshefte Boden Heft 2004/4 BGR — Bundesanstalt f眉r Geowissenschaften und Rohstoffe/NLfB — Nieders盲chsisches Landesamt f眉r Bodenforschung, Hannover
  23. NLS — Nieders盲chsisches Landesamt f眉r Statistik (2011) Municipal agricultural statistics http://www1.nls.niedersachsen.de/statistik/ Accessed 15 November 2011
  24. Fricke E (2006) Landwirtschaftliche Bew盲sserung — ein Beitrag zur Ertragssicherung [Irrigation agriculture — an option for sustained yield], Tagungsbeitrag zur Internationalen Fachmesse Wasser Berlin, 03.04.2006. Internet: http://www.dlg.org/uploads/media/Fricke_01.pdf Accessed 15 November 2011
  25. An P, Moon WM, Rencz AN (1991) Application of fuzzy set theory for integration of geological, geophysical and remote sensing data. Can J Explor Geophys 27(1):1–11
  26. Bonham-Carter GF (1995) Geographic information systems for geoscientists: modelling with GIS (Computer methods in the geosciences). Pergamon, New York
  27. Busch G (2009) Kurzumtriebsplantagen (KUP) — Perspektiven und Gestaltungsspielr盲ume. Fragebogen zur Vorbereitung eines Regionalworkshops im Landkreis Uelzen [SRC — Perspectives and options for regional implementation in the district of Uelzen]. Unpublished — further reading in Reference 18
  28. AdV — Arbeitsgemeinschaft der Vermessungsverwaltungen der L盲nder der Bundesrepublik Deutschland (2003) Amtliches Topographisch–Kartographisches Informationssystem — ATKIS —cObjektartenkatalog Basis DLM [Digital Topographic Map of Germany 1:25.000], M眉nchen
  29. LGLN — Landesamt f眉r Geoinformation und Landesvermessung Niedersachsen (2009) Digital Orthophotos for the municipalities of Raetzlingen und Oetzen accessed via a java plugin available on http://www.geodaten.niedersachsen.de/portal/live.php?navigation_id=8674&article_id=25439&_psmand=28 Accessed 15 November 2011
  30. Mc Garrigal K (1995) FRAGSTATS — Spatial pattern analysis program for quantifying landscape structure, Version 2.0. Forest Science Department, Oregon State University, Corvallis
  31. M眉ller U (2004) Auswertungsmethoden im Bodenschutz. Dokumentation zur Methodenbank des Nieders盲chsischen Bodeninformationssystems (NIBIS) [Evaluation methods for soil protection]. Arbeitshefte Boden (2004/2). Schweizerbart, Stuttgart
  32. Landkreis Uelzen (2010) Landschaftsrahmenplan 2010 [Landscape structure plan]. Umweltamt, Uelzen
  33. Cousins S (2006) Plant species richness in midfield islets and road verges — the effect of landscape fragmentation. Biol Conserv 127:500–509
  34. Ernoult A, Alard D (2011) Species richness of hedgerow habitats in changing agricultural landscapes: are α and γ diversity shaped by the same factors? Landsc Ecol 26:683–696
  35. Waldhardt R, Simmering D, Otte A (2004) Estimation and prediction of plant species richness in a mosaic landscape. Landsc Ecol 19:211–226
  36. Duelli P (1997) Biodiversity evaluation in agricultural landscapes: An approach at two different scales. Agric Ecosyst Environ 62:81–91
  37. Baum S, Bolte, A, Weih (2012) The contribution of short rotation coppice (SRC) to gamma diversity of vascular plants in agricultural mosaic landscapes. Bioenergy Research – in press
  38. Baum S, Bolte A, Weih M (2012) High value of short rotation coppice plantations for phytodiversity in rural landscapes. GCB Bioenergy. doi:10.1111/j.1757-1707.2012.01162.x
  39. Schulz U, Brauner O, Gru脽 H (2009) Animal diversity on short-rotation coppices — a review. Landbauforsch vTi AG 59(3):171–182
  40. Cunningham MD, Bishop JD, McKay HV, Sage RB (2004) ARBRE monitoring — ecology of short rotation coppice. Department of Trade and Industry, London, URN Nr. 04/961
  41. Petzold R, Schw盲rzel K, Feger K-H (2009) Wasserhaushalt von Kurzumtriebsplantagen [Water balance of SRC]. In: Reeg T, Beeman A, Konold W, Murach D, Spiecker H (eds) Anbau und Nutzung von B盲umen auf landwirtschaftlichen Fl盲chen. Wiley, Weinheim, pp 181–191
  42. Busch G (2009) The impact of short rotation coppice cultivation on groundwater recharge — a spatial (planning) perspective. Landbauforschung vTI AG 59(3):207–222
  43. Dimitriou I, Baum C, Baum, S, Busch G, Schulz U, K枚hn J et al (2011) Quantifying environmental effects of short rotation coppice (SRC) on biodiversity, soil and water. 2011. IEA Bioenergy Task43, Report 1:2011
  44. Beims U, Gutt B (2002) Entwicklung eines rationellen Verfahrens zur Bewertung von Bodenkontaminationen und deren Exposition (EXPOSI) [model-based assessment of soil contamination], Abschlussbericht zum Vorhaben KU0055K01KBH9 — unpublished. DGC — Dresdner Grundwasser Consulting GmbH, Dresden
  45. BGR — Bundesanstalt f眉r Geowissenschaften und Rohstoffe (2005) Bodenkundliche Kartieranleitung. 5. verbesserte und erweiterte Auflage [soil mapping guidelines]. Schweizerbart, Stuttgart
  46. Petzold R, Schw盲rzel K, Feger K-H (2010) Boden枚kologische Aspekte von Kurzumtriebsplantagen — Wasserhaushalt [soil ecology of SRC — water balance]. In: Bemmann A, Knust C (eds) AGROWOOD — Kurzumtriebsplantagen in Deutschland und europ盲ische Perspektiven Wei脽ensee, Berlin, pp 179-188
  47. Bungart R, H眉ttl RF (2004) Growth dynamics and biomass accumulation of 8-year-old hybrid poplar clones in a short-rotation plantation on a clayey-sandy mining substrate with respect to plant nutrition and water budget. Eur J For Res 123(2):105–115
  48. Kahle P, Koop B, Lennartz B (2005) Schnell wachsende Baumarten f眉r qualifizierte Abdeckungen zur Oberfl盲chensicherung von Kleindeponien [SRC as an additional option for landfill covering]. Altlasten Spektrum 5:286–290
  49. Schultze B, Quinkenstein A, Schneider BU, Scherzer J, Jochheim H, Gr眉newald H et al (2008) Wirkung des Anbaus schnellwachsender Baumarten auf den Boden-Wasserhaushalt und die Kohlenstoffsequestrierung [SRC effects on soil, water balance and carbon sequestration]. In: Proceedings zur 1. Fachtagung Anbau und Nutzung von B盲umen auf landwirtschaftlichen Fl盲chen, Freiburg
  50. Boess J, Gehrt E, M眉ller U, Ostmann U, Sbresny J, Steininger A (2004) Erl盲uterungsheft zur digitalen nutzungsdifferenzierten Bodenkundlichen 脺bersichtskarte 1:50.000 (B脺K50n) von Niedersachsen [explanatory booklet for the soil map of Lower Saxony (1:50.000)]. Schweizerbart, Stuttgart, Arbeitshefte — Boden, 2004/3
  51. Fricke E (2004) Eine gesicherte Wasserversorgung ist existenzentscheidend [a secured water supply is vital for farmers]. Landwirtschaftskammer Hannover, Hannover, Referat Boden, D眉ngung, Beregnung
  52. Petzold R, Feger KH, Siemer B (2006) Stand枚rtliche Potenziale f眉r den Anbau von schnellwachsenden Baumarten auf Ackerfl盲chen [site suitability for SRC on agricultural sites]. AFZ-Der Wald 16:855–857
  53. R枚hricht Ch, Ruscher K (2004) Anbauempfehlungen f眉r schnellwachsende Baumarten [recommendations for SRC cultivation]. S盲chsische Landesanstalt f眉r Landwirtschaft, Leipzig
  54. Nebenf眉hr W (2007) Biomassegewinnung durch Pappel und Weide im Kurzumtrieb [biomass from poplar and willow SRC]. Interdokument:http://www.waldwissen.net/ themen/waldbau/waldgenetik/bfw_kurzumtrieb_Sortenwahl_2007_DE
  55. Raissi F, M眉ller U, Meesenburg H (2001) Ermittlung der effektiven Durchwurzelungstiefe von Forststandorten [effective rooting depth on various forest sites]. GeoFakten 9:1–7
  56. Crow P, Houston TJ (2004) The influence of soil and coppice cycle on the rooting habit of short rotation poplar and willow coppice. Biomass Bioenergy 26:497–505
  57. Petzold R, Schw盲rzel K, Feger K-H (2011) Transpiration of a hybrid poplar plantation in Saxony (Germany) in response to climate and soil conditions. Eur J For Res 130:695–706
  58. LGLN — Landesamt f眉r Geobasisinformation und Landesvermesssung Niedersachsen (2009) DGM25 [digital elevation model for Lower Saxony]. http://www.lgn.niedersachsen.de Accessed 15 November 2011
  59. CEC — Climate & Environment Consulting Potsdam GmbH (2010) Ergebnisse eines regionalen Szenarienlaufs f眉r Deutschland mit dem statistischen Modell WettReg [results of the WETTREG scenario runs for Germany]. Bericht f眉r das Umweltbundesamt, Z4-BR – 50 201-2/4Z4-BR – 50 201-2/4
  60. NL脰 — Nieders盲chsisches Landesamt f眉r 脰kologie (2003) Bodenqualit盲tszielkonzept Niedersachsen. Teil 1: Bodenerosion und Bodenversiegelung [soil quality concept of Lower Saxony 1: soil quality and soil sealing]. Nachhaltiges Niedersachsen 23. Nieders盲chsisches Landesamt f眉r 脰kologie, Hildesheim
  61. Thiermann A, Sbresny J, Sch盲fer W (2000) Ermittlung der Erosionsgef盲hrdung durch Wind [assessment of wind erosion]. Mitt Dtsch Bodenkdl Ges 92:104–107
  62. M眉ller K, Toussaint V, Bork H-R, Hagedorn K, Kern J et al (2002) Nachhaltigkeit und Landschaftsnutzung. Neue Wege kooperativen Handelns [sustainability and land use]. Margraf, Weikersheim
  63. Hennings V (2004) Methodendokumentation Bodenkunde. Auswertungsmethoden zur Beurteilung der Empfindlichkeit und Belastbarkeit von B枚den. [Methods in soil science – a documentation]. Geol. Jahrbuch Reihe G. Schweizerbarth, Darmstadt
  64. Baerwolff M, Vetter A, B枚hm C, Hoffmann J, Schmidt C (2011) Was bringen Geh枚lzstreifen? [How useful are wood strips on agricultural sites?]. Energ Pflanzen 2:9–11
  65. Hollweg HD, B枚hm U, Fast I, Hennemuth B, Keuler K, Keup-Thiel E et al (2008) Ensemble simulations over Europe with the regional climate model CLM forced with IPCC AR4 global scenarios. M & D Technical Report 3
  66. Helmoltz Gemeinschaft (2012) Regionaler Klimaatlas Deutschland [regional climate atlas for Germany], http://www.regionaler-klimaatlas.de/ Accessed 15 March 2012
  67. Quinkenstein A, B枚hm C, da Silva Matos E, Freese D, H眉ttl RF (2011): Assessing the carbon sequestration in short rotation coppices of robinia pseudoacacia L. on marginal sites in Northeast Germany. In: Mohan Kumar B, Ramachandran Nair PK (Eds.) Carbon sequestration potential of agroforestry systems : opportunities and challenges. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 201–216
  68. PBL — Environmental Assessment Agency (2012) Greening the CAP, PBL publication number 500136007. PBL Netherlands, The Hague
• 作者单位：1. Balsa - Buro for applied landscape ecology and scenario analysis, Am Weissen Steine 4, 37085 Goettingen, Germany
• ISSN：1939-1242

文摘

Based on regional stakeholder preferences and planning guidelines as allocation criteria for SRC, this study aims at providing a transparent approach to evaluate multiple environmental effects and the regional significance of SRC systems. Using the example of two poplar SRC-systems (4-year rotation, 9-year rotation) the potential effects on ground water supply, wind erosion, and biodiversity aspects are evaluated in comparison to arable land for two selected municipalities in the district of Uelzen, Germany. Building on fuzzy membership functions and simple fuzzy-logic rules, the qualitative multi-criteria assessment is transparent and easily to adapt. This approach is transferable to other regions and spatial levels, since it derives from commonly available data and scientific evidence. Results show that implementation of SRC could provide multiple beneficial environmental effects, especially in areas with low landscape heterogeneity. The tools provided allow for a multi-criteria evaluation of environmental effects, and reveal the sensitivity to distinct allocation patterns. Physiographical conditions of the study area implicate a preference for mini-SRC systems. This is supported by smaller decline of annual deep percolation water compared to maxi-SRC. On average, decline in groundwater recharge of mini-SRC (92mm a−1) is comparable to irrigated arable land (80mm a−1), which is common practice in the study area. Currently, the utilization of beneficial environmental SRC effects is quite limited, since only 3 % of arable land is suitable for SRC implementation regarding farmers’ preferences for SRC allocation. Allocation preferences could however change substantially with increasing incentives for SRC, e.g., due to regional bioenergy schemes or “Greening” initiatives within the European Common Agricultural Policy, which is to be reformed by 2013.