Miscanthus: aus Asien auf unsere Äcker  

Interview: querFELDein

Herr Prof. Clifton-Brown, Sie forschen bereits seit 1990 zu Miscanthus. Was macht diese Pflanzengattung für Sie so besonders?

John Clifton-Brown: Miscanthus vereint mehrere außergewöhnliche Eigenschaften. Im Grunde ist es eine an gemäßigte Klimazonen angepasste Variante des Zuckerrohrs, das zu den ertragreichsten Pflanzen der Erde zählt. Wie Mais und Sorghum verfügt auch Miscanthus über eine besondere, hochleistungsfähige Form der Photosynthese, die als „C4-Photosynthese“ bekannt ist. Im Vergleich zu Nutzpflanzen mit normaler C3-Photosynthese können C4-Pflanzen pro Einheit Lichtenergie etwa 40 Prozent mehr Biomasse produzieren und benötigen dabei etwa 40 Prozent weniger Stickstoff und Wasser.

Zusätzlich wachsen die Grashalme des Miscanthus in einer speziellen Anordnung, sodass die Lichtenergie der Sonne tief in sein Blätterdach eindringen kann. Dadurch wird es zu einer Art hocheffizientem biologischen Solarpanel.

Miscanthus ist zudem, anders als viele seiner „C4-Kollegen”, eine mehrjährige Pflanze. Er speichert die für sein Wachstum notwendigen Nährstoffe während des Winters in seinen Wurzeln, um sie im Frühling wieder zu nutzen. Miscanthus anzubauen und zu ernten spart also Dünger, insbesondere Stickstoffdünger. Das ist gut für Klima und Umwelt.

Wie gelangte Miscanthus überhaupt von Asien nach Europa?

Clifton-Brown: Diese Geschichte begann 1935, als ein dänischer Pflanzensammler Miscanthus als Ziergras aus Japan mitbrachte. Das Interesse an der Pflanze stieg nach der Ölkrise von 1973, als Forschende begannen, nach Pflanzen mit hohem Biomasseertrag als Alternative zu fossilen Brennstoffen zu suchen. Doch erst 1988 erhielt Miscanthus echte Aufmerksamkeit, als eine besonders leistungsstarke Sorte nach Deutschland gelangte. Ich kam 1990 dazu, als die Pflanze an verschiedenen Standorten in Europa getestet wurde. Ich pflanzte Miscanthus zum ersten Mal auf Grünland in Irland. Was als kleines Forschungsprojekt begann, wurde schließlich zu meiner Bachelorarbeit und später zu meiner Doktorarbeit.

Herr Kohl, wie wird Miscanthus heute eingesetzt?

Lucas Kohl: In der Praxis wird Miscanthus derzeit vor allem als hochwertiges Einstreu für Tiere, insbesondere für Pferde, genutzt. Es ist sehr saugfähig, staubarm und hygienisch. Daneben wird es als Mulch zur Bodenabdeckung im Gemüsebau sowie zur energetischen Nutzung eingesetzt.

Es gibt jedoch auch weitere Nutzungsmöglichkeiten, die derzeit intensiv erforscht werden. Besonders interessant sind Anwendungen, bei denen der im Miscanthus gebundene Kohlenstoff langfristig gespeichert bleibt und somit Treibhausgasemissionen eingespart werden können. Dazu zählen die Nutzung als Baustoff oder Dämmmaterial sowie die Herstellung von Pflanzenkohle durch Pyrolyse. Besonders spannend sind dabei sogenannte Nutzungsketten. An der Justus-Liebig-Universität Gießen forschen wir beispielsweise daran, zunächst bestimmte Zuckerfraktionen aus Miscanthus zu extrahieren. Diese sollen anschließend als Präbiotika in der Tier- und Humanernährung eingesetzt werden, um die Darmgesundheit und die Nährstoffverwertung zu verbessern. Die verbleibende Biomasse könnte wie gesagt verarbeitet und als Pflanzenkohle bzw. als Bau- und Dämmmaterial weiterverwendet werden. Auch Anwendungen in Leichtbeton erscheinen vielversprechend. In der landwirtschaftlichen Praxis spielen diese Verwertungspfade allerdings bislang noch kaum eine Rolle.

Die energetische Nutzung findet also heute nur noch am Rande statt?

Clifton-Brown: Ja, der Fokus auf Bioenergie liegt in der Vergangenheit. Die Idee war damals, dass ein Hektar Miscanthus etwa 5.000 Liter Heizöl pro Jahr ersetzen könnte. Allerdings blieben fossile Brennstoffe im Allgemeinen zu günstig und zu leicht verfügbar, als dass sich diese Idee wettbewerbsfähig durchsetzen könnte. Das Interesse an Miscanthus als Energiepflanze stieg somit meist nur vorübergehend an, wenn die Ölpreise in die Höhe schossen.

Wie genau sieht der Anbau von Miscanthus auf dem Feld aus?

Kohl: Miscanthus wird heute fast immer als großflächige Monokultur angebaut. Unser Streifenanbauprojekt in Hessen ist deshalb eine Ausnahme. In einem EIP-Agri-Projekt untersuchen wir gemeinsam mit Praxisbetrieben, wie sich Miscanthus-Streifen in klassische Ackerbausysteme integrieren lassen – ähnlich wie man es aus Agroforstsystemen kennt.

In unseren Feldversuchen sind die Miscanthus-Streifen etwa zwölf Meter breit und werden mit einem Abstand von rund 33 Metern zu einjährigen Ackerkulturen wie Raps, Weizen oder Ackerbohnen angebaut. Unser Ziel ist es, positive Effekte auf das Mikroklima, die Biodiversität und den Bodenschutz zu erzeugen, ohne die reguläre Bewirtschaftung vollständig umzustellen.

Sie haben die Vorteile des Anbaus von Miscanthus für den Boden erwähnt. Wie sehen diese genau aus?

Kohl: Im Vergleich zu vielen anderen Kulturpflanzen werden bei der Ernte von Miscanthus kaum Nährstoffe aus dem Feld entnommen – zumindest, wenn die Ernte erst erfolgt, nachdem die Miscanthus-Pflanzen den Großteil ihrer Nährstoffe wieder in ihre Wurzelsysteme zurückgeführt hat. Zu diesem Zeitpunkt enthält die geerntete Biomasse fast nur noch Kohlenstoff und Silizium.

Tatsächlich kann Miscanthus die Bodenqualität im Laufe der Zeit sogar verbessern. Jedes Jahr bildet die Pflanze eine dicke Mulchschicht, die dem Boden organischen Kohlenstoff zuführt und die Wasserspeicherung verbessert. Zudem entwickelt Miscanthus ein ausgedehntes Wurzelsystem in den oberen 30 Zentimetern des Bodens. Dieses ist zwar nicht so tief wie die Wurzelsysteme von Luzerne oder Bäumen, trägt aber dennoch positiv zur Bodenqualität bei.

Clifton-Brown: Das dichte Wachstum des Miscanthus in den Streifen bietet zudem einen wirksamen Schutz vor Erosion. Obwohl die Pflanzen nicht so hoch wie Bäume sind, verringern sie mit ihren vier bis fünf Metern die Winderosion bis zu einem gewissen Grad – vorausgesetzt, die Streifen sind richtig angelegt. Noch bedeutsamer ist jedoch der Schutz vor Wassererosion durch die dicke Mulchschicht.

Wann sollte Miscanthus denn geerntet werden, wenn wir warten wollen, bis die Nährstoffe wieder in den Wurzeln gespeichert sind?

Clifton-Brown: Miscanthus treibt jedes Jahr nach der Ernte wieder aus und kann entweder direkt nach Ende der Vegetationsperiode geerntet werden, solange die Blätter noch grün sind, oder im Frühjahr. Letzteres bezeichnen wir als „verzögerte Frühjahrsernte“. Unmittelbar nach der Vegetationsperiode enthält die Pflanze noch viel Feuchtigkeit und wertvolle Inhaltsstoffe, die sich für Anwendungen wie die Biogasproduktion eignen. Grüne Biomasse muss jedoch schnell verarbeitet oder in Silagesystemen gelagert werden.

Wenn wir mit der Ernte bis zum Frühjahr warten, wird die Biomasse über den Winter aufgrund von Frost und der sich verändernden Tageslänge braun und trocken. Diese trockene Biomasse lässt sich viel leichter lagern, transportieren und verarbeiten. Zudem werden die Nährstoffverluste im Feld deutlich reduziert, da Miscanthus im Winter die meisten Nährstoffe zurück in seine Wurzeln transportiert. Durch die verzögerte Ernte entziehen wir dem Boden nur etwa 40 Kilogramm Stickstoff pro Hektar, während bei einer früheren Ernte zwischen 120 und 200 Kilogramm entzogen werden – ähnlich wie bei konventionellen einjährigen Ackerkulturen. Unsere Langzeitfeldversuche in Großbritannien zeigen, dass durch die verzögerte Frühjahrsernte die Nährstoffwerte im Boden seit 2005 stabil bleiben – auch ohne Düngung.

Mit welchem Ernteertrag kann ein Betrieb rechnen und wie viel Feldarbeit ist für die Kultivierung von Miscanthus erforderlich?

Kohl: In unserer Region liegen die Erträge in der Regel bei sieben bis 15 Tonnen pro Hektar und Jahr. Einige Betriebe in Deutschland erzielen in besonders guten Jahren jedoch 20 bis 25 Tonnen. Wir forschen derzeit daran, die Anbaumethoden zu optimieren und weitere Sorten zu testen, um die Erträge weiter zu steigern.

Die Etablierungsphase in den ersten ein bis zwei Jahren ist am anspruchsvollsten, da die Miscanthus-Streifen in dieser Zeit unkrautfrei gehalten und mit ausreichend Wasser versorgt werden müssen. Danach wird die Bewirtschaftung relativ einfach. Auf guten Böden müssen Betriebe lediglich einmal im Jahr ernten. Auf sandigen Böden kann gelegentlich eine geringe Menge Stickstoffdünger erforderlich sein.

Kommen wir noch auf Ihren Anbauversuch in Limburg an der Lahn zu sprechen. Wieso haben Sie das Versuchsfeld genau so angelegt und könnte dieses Design auch in der realen landwirtschaftlichen Praxis funktionieren?

Clifton-Brown: Um in wissenschaftlichen Feldversuchen zuverlässige Ergebnisse zu erhalten, ist es wichtig, den Aufbau und die Messungen an verschiedenen Stellen zu wiederholen und die Feldbehandlungen zu randomisieren. Gemeinsam mit unserem Partnerbetrieb haben wir dieses Streifendesign entwickelt, das uns vier Wiederholungen ermöglicht und gleichzeitig die Entstehung von Windkanälen verhindert.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht der Abstand von 33 Metern zwischen den Miscanthus-Streifen, dass vor allem große Landschaftsmaschinen effizient über das Feld fahren können. Im Laufe des Projekts wurde uns zudem klar, dass moderne Technologien wie GPS-Steuerung und automatische Lenksysteme auch die Bewirtschaftung solch komplexer Felddesigns ermöglichen.

Trotzdem wäre ein solches Streifensystem für Betriebe derzeit nicht automatisch attraktiver als der klassische Monokulturanbau. Sein Nutzen liegt vor allem in zusätzlichen Ökosystemleistungen wie Erosionsschutz, Förderung der Biodiversität oder Verbesserung des Mikroklimas. Ähnlich wie bei Agroforstsystemen stellt sich deshalb die Frage, wie solche Gemeinwohlleistungen künftig honoriert werden können.

Wie lange dauert es in der Regel, bis Miscanthus an einem neuen Standort seine volle Produktivität erreicht?

Clifton-Brown: Im Vergleich zu einjährigen Kulturen wie Mais oder Sorghum etabliert sich Miscanthus relativ langsam, da es sich um eine mehrjährige Pflanze handelt. In der Regel dauert es drei bis vier Jahre, bis die Kultur ihre volle Produktivität erreicht. Im zweiten Jahr können Landwirte möglicherweise nur zwei bis drei Tonnen pro Hektar ernten. Im dritten Jahr können die Erträge auf fünf bis acht Tonnen pro Hektar steigen und unter sehr guten Wachstumsbedingungen sogar bis zu 15 Tonnen erreichen. Nach der Etablierungsphase hängen die jährlichen Erträge hauptsächlich von den Wetterbedingungen des jeweiligen Jahres ab.

Profitieren auch Tiere von den Miscanthus-Streifen in der Landschaft?

Kohl: Über die gesamten Auswirkungen von Miscanthus-Streifen auf die Artenvielfalt wissen wir noch nicht genug, aber sie bieten eindeutig wertvollen Schutz für viele Tierarten, insbesondere im Winter. So tauchten beispielsweise an unserem Versuchsstandort in Limburg Rebhühner wieder auf, die dort rund 20 Jahre lang verschwunden waren. Auch andere Vogelarten nutzen die Streifen als Schutz, insbesondere entlang der Feldränder.

In großen reinen Miscanthus-Beständen ist die Artenvielfalt in der Regel geringer. An den Rändern können jedoch attraktive Lebensräume entstehen, da die Tiere in der umgebenden Landschaft Nahrung finden und sich zum Schutz in den Miscanthus zurückziehen können. Für kleinere Insekten bietet Miscanthus ebenfalls kaum Nahrung, da seine Mulchschicht relativ reich an Kieselsäure ist. Auch sie nutzen Miscanthus daher hauptsächlich als Schutz- und weniger als Nahrungshabitat.

Miscanthus stammt ursprünglich aus Asien. Besteht denn nicht die Gefahr, dass er sich invasiv ausbreitet, wenn wir ihn hier vermehrt anbauen?

Clifton-Brown: Dieses Risiko besteht bei der heute überwiegend angebauten Sorte Miscanthus × giganteus nicht, da sie keine keimfähigen Samen bildet. Gleichzeitig wächst er horstartig und breitet sich nicht aggressiv über Rhizome aus, sondern bleibt typischerweise innerhalb eines kompakten Bestandes von maximal einem halben Quadratmeter.

Auch blühende Miscanthus-Zierformen werden bereits seit vielen Jahrzehnten in europäischen Gärten kultiviert, ohne dass sich daraus invasive Populationen entwickelt hätten. Die heute verwendeten Zierformen sind ebenfalls steril. Das ist auch einer der Gründe, weshalb sich Miscanthus gut für Streifensysteme eignet. Dort, wo er angepflanzt wird, bleibt er auch.

Miscanthus stellt demnach keine Gefahr für unsere europäischen Ökosysteme dar. Aber wie sieht es andersherum aus? Wie anfällig ist er für Krankheitsbefall?

Clifton-Brown: Auch hier ist das Risiko sehr gering, einschließlich des Risikos, durch den Anbau neue Krankheiten einzuschleppen. Ein Grund dafür ist die chemische Zusammensetzung der Pflanze: Im Vergleich zu ihrem Kohlenstoffgehalt enthält Miscanthus sehr wenig Stickstoff, wodurch sie für viele Mikroben und Krankheitserreger unattraktiv wird. Zusätzlich enthält Miscanthus relativ hohe Mengen an Silizium. Dies stabilisiert die Pflanzengewebe mechanisch und bietet einen natürlichen Schutz gegenüber Pilzkrankheiten und Schädlingen. Bemerkenswert ist, dass Miscanthus selbst in Asien, wo er heimisch ist und seit Jahrtausenden natürlich wächst, nur sehr selten von Krankheiten befallen wird.

Hinweis zum Beitrag:

Bei der Erstellung dieses Beitrags kamen KI-Tools für Transkription, Textredaktion und Lektorat zum Einsatz. Die inhaltliche Redaktion erfolgte ausschließlich durch querFELDein sowie den beteiligten Forschenden der Partnerinstitute.