Risiken und Chancen des Paulownia-Anbaus unter mitteleuropäischen Bedingungen | Risks and opportunities of Paulownia cultivation under Central European conditions

Einleitung Die Paulownia ist eine der ältesten vom Menschen aktiv angebauten Baumgattungen der Welt. Erste schriftliche Erwähnungen gehen bis 1000 v.Chr. zurück (Barton, 2007). Eine genaue Bestimmung der natürlichen Verbreitung ist, aufgrund der jahrhundertelangen, anthropogenen Streuung der verschiedenen Arten heutzutage nicht mehr möglich. Aber auf Grundlage der ökologischen Amplitude der Gattung lässt sich das natürliche Verbreitungsgebiet von Indochina über Taiwan und China bis nach Korea und Japan beschreiben. Aus der Gattung Paulownia haben sich, durch die geographische Isolation in sich stark voneinander unterscheidenden Klimaregionen und die damit verbundene natürliche Anpassung an die unterschiedlichen Umwelteinflüsse, verschiedene Arten herausgebildet. Die Taxonomie ist auch bisher nicht zweifelsfrei geklärt, wobei in der Mehrzahl der jüngeren Literatur die Bildung einer eigenen Familie der Paulowniaceae (Blauglockenbaumgewächse) und eine Einteilung in sieben Arten (eFloras, 2014) favorisiert wird. Der Baum und mit ihm sein leichtes und formstabiles Holz, die weiß-lila Blüten und die großen Blätter, sind tief in der asiatischen Mythologie verankert und es wird mit ihnen Stärke, Reinheit und Erneuerung verbunden (Lacy, 2000). Um 1830 gelangte nachweislich das erste Exemplar der Gattung nach Europa. Heutzutage sind Paulownia-Baumarten in jedem Land des Kontinents zu finden, wobei die Bäume nur selten in den für sie natürlichen Vegetationstypen wie bspw. Auenstandorte und Waldlichtungen anzutreffen sind (Essel, 2007). In vielen europäischen Länder wird aber von sich natürlich verbreitenden Bäumen berichtet, die oft im Zusammenhang mit bereits vorhandenen Plantagenbäumen stehen (Essel, 2007). Im deutschsprachigen Raum wurde das erste verwilderte Vorkommen (P.tomentosa) bereits um 1925 beschrieben (Kiermeier, 1977). In den Bundesländern Baden-Württemberg, Hessen, Nordrhein-Westfalen gilt sie heute als eingebürgert (Buttler and Thieme, 2013). In Berlin, Bayern, Niedersachsen und Rheinland-Pfalz wurden noch weitere bisher unbeständige Vorkommen gesichtet, wobei es sich dabei zumeist um Grenzstandorte in urbanen Bereichen wie bspw. Bahndämme, Mauerritzen, usw. handelt (Keil and Loos, 2004). Die häufigste Form der Verbreitung erfolgt durch den Anbau von Hybriden auf Kurzumtriebsplantagen (Cathaia, 2020). Auch werden die verschiedenen Arten seit vielen Jahren im Pflanzenhandel angeboten (Stimm et al., 2013) und finden auf diese Weise Einzug in die deutschen Vorgärten und von dort aus weiter in die freie Natur. Fragestellung Bei jeder Kulturbegründung ist die Phase des Anwuchses besonders kritisch für die Pflanzen. Dabei sind für den Anwuchserfolg sehr viele unterschiedliche Faktoren bedeutend, wie z.B. die Baumart, ihre Provenienz, der Zustand des Pflanzmaterials usw. Von besonderer Wichtigkeit sind aber die Witterungsbedingungen zum Zeitpunkt der Pflanzung, als auch in den Wochen und Monaten danach. Die in den letzten Jahren immer häufiger auftretenden saisonalen Trockenereignisse gefährden den Anwuchs-erfolg der Pflanzen zunehmend. Dieses Manuskript widmet sich mittels einem Freiland- und einem Gewächshausversuch der Beantwortung unterschiedlicher und sich ergänzender Fragestellungen zu dieser Problematik. Aufgrund ihrer Wuchseigenschaften und der Häufigkeit ihres weltweiten Anbaus wurden dafür die drei P.-Arten: P.elongata, P.fortunei und P.tomentosa als Untersuchungsobjekte ausgewählt. In einem dreijährigen Freilandversuch werden die Wachstumsreaktionen der drei P.-Arten unter mitteleuropäischen Klimabedingungen im Vergleich zueinander beobachtet. Der zweijährige Gewächshausversuch ergänzt und erweitert diese Fragestellung, indem das Wachstumsverhalten unter Beeinflussung verschiedener Belichtungs- und Bewässerungsstufen betrachtet wird. Methodik Zum experimentellen Anbau im Freiland wurden drei von den Boden- und den Klimaverhältnissen her unterschiedliche Standorte ausgewählt, die sich im westlichen Brandenburg, in Süd-Niedersachsen und auf der Nordseeinsel Föhr befinden. Von den Bodenverhältnissen ergab sich dadurch eine Variation von einer Braunerde über eine Rendzina aus Kalkgestein, bis hin zu einem Marschboden mit einer Podsol-Parabraunerde. Des Weiteren konnten sowohl ein Kontinental- als auch ein Übergangsklima abgebildet und um ein raues, klar atlantisch beeinflusstes Seeklima ergänzt werden. Auf den Versuchsflächen wurden Plots der drei P.-Arten zu gleichen Anteilen gepflanzt. Die Plots wurden vorab in vier verschiedene Behandlungsgruppen unterteilt, um einen möglichen Wachstumseffekt durch die Verwendung von dem Bodenhilfsstoff Geohumus bzw. einer Mykorrhizierung beobachten zu können. Aufbauend auf den ersten Erfahrungen im Freiland wurde die Fragestellung mit Hilfe eines Gewächshausversuches ergänzt. Dazu wurden Keimlinge der drei P.-Arten vereinzelt in Töpfe gepflanzt und ihr Wachstum in einem überdachten, vollverglasten und nach außen hin offenem Gewächshausabteil beobachtet. Die Pflanzen wurden vorab in drei verschiedene Belichtungs- und Bewässerungsstufen mit der jeweiligen Abstufung von 100 zu 60 zu 40 % unterteilt. Insgesamt ergaben sich folglich 27 verschiedene Behandlungsstufen (3 Pflanzenarten x 3 Lichtstufen x 3 Wasserstufen). Die Lichtabstufungen wurden mittels Beschattungsnetzen realisiert und die Bewässerung orientierte sich mit ihrem 100 % Wert an dem Jahresniederschlag in Rheinland-Pfalz. Ergebnisse Der Anbau von Paulownia ist unter mitteleuropäischen Klimabedingungen möglich, wie die Freilandversuche gezeigt haben. Auf die immer häufiger auftretenden Frühjahrs- und Sommertrockenheit reagieren die jungen Paulownia-Pflanzen jedoch mit hohen Ausfallraten. Der Anwuchserfolg ist folglich stark von den vorherrschenden Witterungsverhältnissen abhängig. Beim Längenwachstum blieben die drei P.-Arten weit hinter den Erwartungen, die im Allgemeinen mit dieser Gattung verknüpft werden, zurück. Die verschiedenen Behandlungsarten, unter Einsatz von Geohumus und Mykorrhizierung, haben keinen nachweislichen Effekt auf das Wachstum der Pflanzen genommen. Im Gewächshaus haben die P.-Pflanzen verschiedenartig auf die gegebenen Licht- und Wasserverhältnisse reagiert. Sowohl das Längen- als auch das Durchmesserwachstum nehmen bei einer Verringerung des Lichtes zu. Dabei verschiebt sich aber das Verhältnis von Höhe zu Durchmesser und es entwickeln sich bei starker Beschattung lange, aber dafür dünne Pflanzen. Die Wasserverfügbarkeit hat keinen nachweislichen Effekt auf das Längenwachstum. Jedoch zeichnet sich ein Zusammenhang zwischen der gegebenen Wassermenge und der Entwicklung des Pflanzendurchmessers ab. Ein Rückgang der Wasserverfügbarkeit ist mit einer Verringerung der Stängelbiomasse und kleineren Blattflächen verbunden. Auch im Gewächshaus haben sich keine Unterschiede zwischen den drei P.-Arten gezeigt. Schlussfolgerungen Um den Anwuchserfolg zu sichern und die Ausfallraten im Freiland gering zu halten, empfiehlt sich eine Bewässerung der Kultur oder die Pflanzung älterer aber stabilerer Pflanzenindividuen (Cathaia, 2020; EnPf, 2021; WeGrow, 2020), was wiederum die Anbaukosten erhöhen würde. Um arttypische Unterschiede und einen möglichen positiven Einfluss von Bodenhilfsstoffen (Mehrotra, 1996; Mehrotra et al., 1998; Mehrotra, 1997a) im Wachstum der P.-Pflanzen nachweisen zu können, bedarf es voraussichtlich eines längeren Beobachtungszeitraumes der über drei Vegetationsperioden hinaus geht. Die Keimung, als auch das spätere Heranreifen der Samen zu Jungpflanzen, erfordert intensiven Lichtgenuss, da laut Zhu et al. (1986) bereits eine Beschattung um 70 % tödlich auf die Verjüngung wirken kann. Die maximale Beschattung im Gewächshaus erreichte 60 % und schon bei dieser Stufe zeigten sich hohe Ausfallzahlen im Verlauf der zweiten Vegetationsperiode. Aufgrund dieser geringen Schattentoleranz erscheint es mehr als fraglich ob Paulownia das Potential zu einer natürlichen Verbreitung in mitteleuropäischen Wälder besitzt (Bork et al., 2015). Mosandl and Stimm (2015) gehen davon aus, dass sie im Verlauf der natürlichen Sukzessionsprozesse der Wälder verdrängt werden würde. Einmal abgesehen von den Ziergehölzen in den Vorgärten und der ungewollten Verbreitung in den Wäldern, sind die in Deutschland zurzeit denkbaren Landnutzungsysteme zum aktiven Anbau von Paulownia Kurzumtriebsplantagen und Agroforstsysteme. Seit vielen Jahren findet bereits der Anbau von Paulownia-Baumarten und ihrer Hybriden auf Kurzumtriebsplantagen (KUP) in Deutschland statt (Cathaia, 2020, siehe auch WeGrow, 2020). Dabei besitzt die Gattung eine ganze Reihe von vorteilhaften Eigenschaften die sie im Besonderen als Plantagenbaum im Kurzumtrieb empfehlen, wie Zhu et al. (1991, 1986) ausführlich darlegen (siehe auch Hofheinz, 2016). Bei der Anlage einer Paulownia-KUP braucht es keine Extraplanung da sie sich in Punkto Pflanzverfahren und Pflege nicht von anderen üblichen KUP-Gehölzen unterscheidet (Schildbach et al., 2009). Eine Paulownia-KUP besitzt durchaus ein hohes Potential das Landschaftsbild zu bereichern und in ökologischer Hinsicht aufzuwerten. Allerdings wäre hierfür eine Anpassung des rechtlichen Rahmens ratsam, um Paulownia in die Liste der förderfähigen KUP-Baumarten aufnehmen zu können (VwG Köln, 2014). Ein Anbau von Paulownia in Form von Agroforstsystemen (AFS) wird in China seit Jahrhunderten praktiziert (Wang and Shogren, 1992; Zhu et al., 1991, 1986). Erst seit den 2010er Jahren hat sich auch die Forschung zur Paulownia in Deutschland intensiviert (Bork et al., 2015; Felbermeier et al., 2015; Mosandl and Stimm, 2015; Stimm et al., 2013). Infolgedessen ist die Verwendung in AFS noch nicht sehr weit bekannt, verbreitet und erforscht. Die Neu-Etablierung von AFS in Deutschland ist rechtlich noch nicht abschließend geklärt (Böhm et al., 2017; Chalmin and Möndel, 2009; Zehlius-Eckert, 2018). Der Anbau von Paulownia kann aber, unter Beachtung der in den Freilandversuchen ausführlich beschriebenen Anwuchsprobleme, ökologisch und ökonomisch sinnvoll sein (Möndel et al., 2009). Seit geraumer Zeit sind P.-Arten mit einer gewissen Selbstverständlichkeit in der mitteleuropäischen Naturlandschaft zu finden. Die Anzeichen von Invasivität, wie sie bspw. nach Waldbränden in den USA, in Form von Massenvermehrungen, beschrieben werden (Innes, 2009; Remaley, 2005), sind laut Nehring et al. (2013) aber nicht einfach auf mitteleuropäische Verhältnisse übertragbar. Die Autoren Vor et al. (2015) beschreiben fünf Kriterien um eine mögliche Gefahr der Invasivität bewerten zu können, die in Teilen durchaus auch auf die Paulownia zutreffend sind. Daher verwundert es folglich nicht, dass bspw. die Baumart P.tomentosa als nicht anbauwürdig für die deutschen Wälder eingestuft wird (Vor et al., 2015). Einzelne Exemplare die sich auf natürliche Weise verbreitet haben, würden voraussichtlich schon allein durch die natürliche Sukzession der mitteleuropäischen Wälder verdrängt werden (Mosandl and Stimm, 2015). Ein Anbau auf landwirtschaftlichen Flächen ist, anders als es im Wald der Fall ist, weiterhin jederzeit möglich (EnPf, 2021; WeGrow, 2020). Ob dies im Laufe der Zeit eine Neubewertung hinsichtlich der potenziellen Invasivität (Nehring et al., 2013) nach sich zieht und Paulownia evtl. in ähnlicher Form wie die Art Robinia pseudoacacia bewertet wird (Vor et al., 2015), und sie somit als „bedingt anbauwürdig“ eingestuft wird, bleibt aber weiterhin fraglich.

Introduction Paulownia is one of the oldest tree genera in the world actively cultivated by humans. First written records date back to 1000 BC (Barton, 2007). An exact determination of the natural distribution is no longer possible today, due to the anthropogenic dispersion of the different species over centuries. However, based on the ecological amplitude of the genus, the natural distribution area can be described from Indochina via Taiwan and China to Korea and Japan. Different species have evolved from the genus Paulownia due to the geographic isolation in climatic regions that differ greatly from each other and the natural adaptation to the different environmental influences associated with this. The taxonomy has also not yet been clarified beyond doubt, with the majority of recent literature favouring the formation of a separate family of the Paulowniaceae (in German: Blauglockenbaum) and a division into seven species (eFloras, 2014). The tree, and with it its light and dimensionally stable wood, white-purple flowers and large leaves, are deeply rooted in Asian mythology and are associated with strength, purity and renewal (Lacy, 2000). Around 1830, the first specimen of the genus is documented to have reached Europe. Today, Paulownia tree species can be found in every country on the continent, although the trees are rarely found in their natural vegetation types, such as floodplain sites and forest clearings (Essel, 2007). In many European countries, however, naturally spreading trees are reported, often in association with existing plantation trees (Essel, 2007). In German-speaking countries, the first feral occurrence (P.tomentosa) was already described around 1925 (Kiermeier, 1977). In the federal states of Baden-Württemberg, Hesse, North Rhine-Westphalia, it is now considered naturalised (Buttler and Thieme, 2013). In Berlin, Bavaria, Lower Saxony and Rhineland-Palatinate, other hitherto unstable occurrences have been sighted, most of which are border sites in urban areas such as railway embankments, wall cracks, etc. (Keil and Loos, 2004). The most common form of spread is through the cultivation of hybrids on short-rotation plantations (Cathaia, 2020). The various species have also been offered in the plant trade for many years (Stimm et al., 2013) and are thus finding their way into German front gardens and from there further into the wild. Issue In every cultivation, the phase of establishment is particularly critical for the plants. Many different factors are important for successful establishment, such as the tree species, its provenance, the condition of the planting material, etc. However, the weather conditions at the time of planting as well as in the weeks and months afterwards are of particular importance. Of particular importance, however, are the weather conditions at the time of planting as well as in the weeks and months afterwards. Seasonal drought events, which have become more frequent in recent years, are increasingly endangering the success of plant growth. This manuscript is dedicated to answering different and complementary questions on this problem by means of an field and a greenhouse experimental setup. Due to their growth characteristics and the frequency of their worldwide cultivation, the three Paulownia species: P. elongata, P. fortunei and P. tomentosa were selected as objects of study. In a three-year field experimental setup, the growth reactions of the three Paulownia species are observed in comparison to each other under Central European climatic conditions. The two-year greenhouse experimental setup complements and expands this question by observing the growth behaviour under the influence of different light and irrigation levels. Methods Three study sites with different soil and climatic conditions were selected for experimental cultivation in the field. They are located in western Brandenburg, in southern Lower Saxony and on the North Sea island of Föhr. The soil conditions varied from a brown earth to a rendzina of limestone to a marshy soil with a podsol-parabrown earth. Furthermore, both a continental and a transitional climate could be mapped and supplemented by a rough, clearly Atlantic-influenced maritime climate. Study plots of the three Paulownia species were planted in equal proportions. The study plots were divided into four different treatment groups in advance in order to be able to observe a possible growth effect through the use of the soil additive Geohumus or mycorrhisation. Based on the first experiences in the field, the question was supplemented with the help of a greenhouse experimental setup. For this purpose, seedlings of the three Paulownia species were planted individually in pots and their growth was observed in a covered, fully glazed greenhouse compartment that was open to the outside. The plants were divided in advance into three different light exposure and watering levels with the respective gradation of 100 to 60 to 40 %. This resulted in a total of 27 different treatment levels (3 plant species x 3 light levels x 3 water levels). The light levels were realised by means of shading nets and the irrigation was oriented with its 100 % value to the annual precipitation in Rhineland-Palatinate. Results The cultivation of Paulownia is possible under Central European climatic conditions, as the field trials have shown. However, the young Paulownia plants react with high failure rates to the increasingly frequent spring and summer droughts. Consequently, the growth success is strongly dependent on the prevailing weather conditions. In terms of length growth, the three Paulownia species fell far short of the expectations generally associated with this genus. The various treatments, using Geohumus and mycorrhization, did not have any demonstrable effect on the growth of the plants. In the greenhouse, the Paulownia plants reacted differently to the given light and water conditions. Both length and diameter growth increase when light is reduced. However, the ratio of height to diameter shifts and long but thin plants develop in the case of strong shading. Water availability has no demonstrable effect on length growth. However, there is a correlation between the given amount of water and the development of the plant diameter. A decrease in water availability is associated with a reduction in stem biomass and smaller leaf areas. No differences between the three Paulownia species were shown in the greenhouse either. Conclusions To ensure establishment success and keep failure rates low in the field, it is recommended to irrigate the crop or plant older but more stable plant individuals (Cathaia, 2020; EnPf, 2021; WeGrow, 2020), which in turn would increase cultivation costs. In order to be able to prove species-specific differences and a possible positive influence of soil additives (Mehrotra, 1996; Mehrotra et al., 1998; Mehrotra, 1997b) in the growth of Paulownia plants, a longer observation period of more than three vegetation periods is probably required. Germination, as well as the later maturation of the seeds into young plants, requires intensive light enjoyment, since according to Zhu et al. (1986), shading of as little as 70 % can have a lethal effect on regeneration. The maximum shading in the greenhouse reached 60 % and already at this level high numbers of failures appeared in the course of the second vegetation period. Due to this low shade tolerance, it seems more than questionable whether Paulownia has the potential to spread naturally in Central European forests (Bork et al., 2015). Mosandl and Stimm (2015) assume that it would be displaced in the course of the natural succession processes of forests. Apart from the ornamental shrubs in front gardens and the unintentional spread in forests, the land use systems currently conceivable in Germany for the active cultivation of paulownia are short-rotation plantations and agroforestry systems. For many years, Paulownia tree species and their hybrids have been cultivated on short-rotation plantations (SRC) in Germany (Cathaia, 2020, see also WeGrow, 2020). The genus possesses a whole range of advantageous characteristics that recommend it in particular as a plantation tree in short rotation, as Zhu et al. (1991, 1986) explain in detail (see also Hofheinz, 2016). The establishment of a Paulownia SRC plantation does not require any extra planning as it does not differ from other common SRC trees in terms of planting methods and maintenance (Schildbach et al., 2009). A Paulownia SRC plantation has a high potential to enrich the landscape and to enhance its ecological value. However, it would be advisable to adapt the legal framework to include Paulownia in the list of eligible SRC tree species (VwG Köln, 2014). Cultivation of Paulownia in the form of agroforestry systems (AFS) has been practised in China for centuries (Wang and Shogren, 1992; Zhu et al., 1991, 1986). Only since the 2010s has research on Paulownia also intensified in Germany (Bork et al., 2015; Felbermeier et al., 2015; Mosandl and Stimm, 2015; Stimm et al., 2013). As a result, its use in AFS is not yet very widely known, disseminated and researched. The new establishment of AFS in Germany has not yet been finally clarified legally (Böhm et al., 2017; Chalmin and Möndel, 2009; Zehlius-Eckert, 2018). However, the cultivation of Paulownia can be ecologically and economically sensible, taking into account the growth problems described in detail in the field experimental setup (Möndel et al., 2009). For some time now, Paulownia species have been found in the Central European natural landscape with a certain degree of self-evidence. However, according to Nehring et al. (2013), the signs of invasiveness described, for example, after forest fires in the US, in the form of mass propagation (Innes, 2009; Remaley, 2005), cannot simply be transferred to Central European conditions. The authors Vor et al. (2015) describe five criteria for assessing a possible risk of invasiveness, some of which are also applicable to Paulownia. It is therefore not surprising that the tree species P.tomentosa, for example, is classified as not worthy of cultivation in German forests (Vor et al., 2015). Individual specimens that have spread naturally would probably be displaced by the natural succession of Central European forests alone (Mosandl and Stimm, 2015). Cultivation on agricultural land, unlike in forests, is still possible at any time (EnPf, 2021; WeGrow, 2020). Whether this will lead to a reassessment of the potential invasiveness (Nehring et al., 2013) over time and whether Paulownia will be assessed in a similar way to the species Robinia pseudoacacia (Vor et al., 2015) and thus be classified as "conditionally worth cultivating" remains questionable.

2021-11-30