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Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-opus-41753

Sphagnum growth and its perspectives for Sphagnum farming

  • The genus Sphagnum (L.) belongs to the Bryophyte plant division and includes 150 to 400 species. As all mosses Sphagnum has no roots and can hardly regulate its water uptake. As long as enough water is available Sphagnum can grow nearly unlimited while the lower, older parts die off and may accumulate as peat. Single Sphagnum species are able to build up an acrotelm as a hydrological self-regulating mechanism of a bog, a type of intact peatland (mire) only fed by precipitation. Because Sphagnum dominates nearly half of the peatlands in the world, it is one of the globally most important peat formers. Sphagnum biomass is an important raw material for many valuable products, but in a much larger scale Sphagnum is used in its fossil state – as Sphagnum peat. With a consumption of c. 40 million m³ per year globally, Sphagnum peat is the predominant raw material for horticultural growing media. To get Sphagnum biomass it is currently collected from wild populations, to get Sphagnum peat it is extracted from bogs. By far, more peatlands (including bogs) are subjects to drainage for agri- and silvicultural use since centuries, which harms their ecosystem services, including their typical biodiversity, carbon storage capacity, water regulation function and palaeo-environmental archive. In Europe, c. 25 % of all peatlands are used for agriculture, in Germany more than 80 %. Globally drained peatlands cover 0.4 % of land surface but produce 5 % of all anthropogenic greenhouse gas emissions. Sphagnum farming aims to cultivate Sphagnum biomass on rewetted degraded bogs as a new agricultural crop. Sphagnum farming is paludiculture and contributes to the protection of bogs and their peat by conserving the peat body through rewetting and by offering a climate-friendly alternative to fossil peat in horticulture. Next to climate change mitigation, Sphagnum farming has benefits for nutrient retention and biodiversity conservation. This thesis contributes to the development of Sphagnum farming by studying the conditions under which Sphagnum may reach maximal growth. Under (semi)controlled glasshouse conditions, we tested the effects of different water regimes and fertilisation levels on the productivity of various Sphagnum species. On a 1260 m² large irrigated field on cut-over bog in Lower Saxony (Germany) we studied length increase, biomass productivity and tissue nutrient content of Sphagnum over a period of 10 years. Finally, we reviewed all scientific literature and practical experiences with respect to Sphagnum farming worldwide as a first step towards a science-based implementation manual. The main conclusions of our studies are: 1. It is possible to cultivate Sphagnum on rewetted cut-over bog and on rewetted former bog grassland. 2. The rapid establishment of a closed, highly productive Sphagnum lawn requires the deployment of a loose, >1(–5) cm thick Sphagnum layer (80–100 m³ of Sphagnum founder material per hectare) at the start of the growing season (when long frost periods are no longer probable) and adequate water supply. 3. Water table management must be very precise until a dense, well-growing Sphagnum lawn has established. For highest yields the water table should rise with Sphagnum growth and be kept a few centimetres below the Sphagnum capitula. Water supply via open irrigation ditches seems to function better than via subsurface irrigation pipes. 4. Fertilisation does not increase Sphagnum productivity on sites with high atmospheric nitrogen deposition and irrigation with phosphate-rich surface water from the agricultural surroundings. To avoid growth reduction a balanced stoichiometry is important. 5. From all studied species, Sphagnum fallax has the highest productivity. Its fast decomposition and low water holding capacity, however, may make this species less suitable for use in horticultural substrates. 6. Vascular plant cover on Sphagnum production fields can be kept low (<50 % cover) by regular mowing. Higher covers retard Sphagnum growth and reduce its quality for growing media. 7. Pathogenic fungi occurred far more in the glasshouse than in the field and have to be controlled for highest Sphagnum yields. We found Sphagnum vitality and growth rate to be stimulated by high water levels, where Sphagnum is less vulnerable to fungal or algal infection despite high nutrient loads. 8. The rate of Sphagnum biomass accumulation may remain constant over at least 4–5 years after establishing a Sphagnum production field with sufficient water supply. At dry conditions Sphagnum biomass accumulation is lower as a result of lower biomass productivity and higher decomposition rates.
  • Die Gattung Sphagnum (L.) gehört zur Abteilung der Bryophyten und umfasst 150 bis 400 Arten. Wie alle Moose hat Sphagnum keine Wurzeln und kann seine Wasseraufnahme kaum regulieren. Solange genügend Wasser vorhanden ist, kann Sphagnum fast unbegrenzt wachsen, während die unteren, älteren Teile absterben und als Torf akkumulieren können. Einzelne Sphagnum-Arten sind in der Lage, ein Akrotelm als hydrologischen Selbstregulierungsmechanismus eines Hochmoores aufzubauen. Hochmoore werden nur durch Niederschläge gespeist. Da Sphagnum fast die Hälfte der Moore der Welt dominiert, ist es einer der weltweit wichtigsten Torfbildner. Sphagnum-Biomasse ist ein wichtiger Rohstoff für viele wertvolle Produkte, aber in viel größerem Umfang wird Sphagnum in seinem fossilen Zustand verwendet - als Sphagnum-Torf. Mit einem Verbrauch von weltweit ca. 40 Mio. m³ pro Jahr ist Sphagnum-Torf der dominierende Rohstoff für gärtnerische Kultursubstrate. Um Sphagnum-Biomasse zu erhalten, wird sie derzeit aus Wildbeständen gesammelt. Um Sphagnum-Torf zu erhalten, wird dieser in Hochmooren abgebaut. Weitaus mehr Moore (einschließlich Hochmoore) werden seit Jahrhunderten für die land- und forstwirtschaftliche Nutzung entwässert mit negativen Folgen für ihre Ökosystemdienstleistungen, einschließlich der typischen Biodiversität, Kohlenstoffspeicherkapazität, Wasserregulierungsfunktion und ihrer Funktion als Paläo-Umweltarchiv. In Europa werden ca. 25 % aller Moore für die Landwirtschaft genutzt, in Deutschland über 80 %. Global bedecken entwässerte Moore 0,4 % der Landoberfläche, verursachen aber 5 % aller anthropogenen Treibhausgasemissionen. Torfmooskultivierung (‚Sphagnum farming‘) zielt darauf ab, Sphagnum-Biomasse auf wiedervernässten, degradierten Hochmooren als neue Nutzpflanze anzubauen. Torfmooskultivierung ist Paludikultur und trägt zum Schutz von Mooren und deren Torf bei, indem sie den Torfkörper durch Wiedervernässung erhält und eine klimafreundliche Alternative zu fossilem Torf im Gartenbau bietet. Neben dem Klimaschutz hat Torfmooskultivierung auch Vorteile für den Nährstoffrückhalt und den Biodiversitätsschutz. Diese Arbeit trägt zur Entwicklung von Torfmooskultivierung bei, indem die Bedingungen, unter denen Sphagnum ein maximales Wachstum erreichen kann, untersucht wurden. Unter (semi-)kontrollierten Gewächshausbedingungen haben wir die Auswirkungen verschiedener Wasserregime und Düngestufen auf die Produktivität verschiedener Sphagnum-Arten getestet. Auf einer 1.260 m² großen, bewässerten Fläche in einem abgetorften Hochmoor in Niedersachsen (Deutschland) untersuchten wir über einen Zeitraum von 10 Jahren Längenzunahme, Biomasseproduktivität und Nährstoffgehalt der ausgebrachten Torfmoose. Schließlich haben wir weltweit die wissenschaftliche Literatur und praktischen Erfahrungen zu Torfmooskultivierung zusammengetragen und geprüft - als einen ersten Schritt hin zu einer wissensbasierten Anleitung zur praktischen Umsetzung von Torfmooskultivierung. Die wichtigsten Schlussfolgerungen unserer Studien sind: 1. Es ist möglich, Sphagnum auf wiedervernässtem, abgetorften Hochmoor und auf wiedervernässtem, ehemaligen Hochmoorgrünland anzubauen. 2. Die schnelle Etablierung eines geschlossenen, hochproduktiven Sphagnum-Rasens erforderten die Ausbringung einer losen, >1(-5) cm dicken Sphagnum-Schicht (80-100 m³ Sphagnum- „Saatgut“ pro Hektar) zu Beginn der Vegetationsperiode (wenn lange Frostperioden nicht mehr wahrscheinlich sind) sowie eine ausreichende Wasserversorgung. 3. Das Wassermanagement muss sehr präzise sein, bis ein dichter, gut wachsender Sphagnum- Rasen etabliert ist. Für höchste Erträge sollte der Wasserspiegel mit dem Sphagnum- Wachstum ansteigen und einige Zentimeter unter den Sphagnum-Köpfchen (Capitula) gehalten werden. Die Wasserversorgung über offene Bewässerungsgräben scheint besser zu funktionieren als über unterirdische Bewässerungsrohre. 4. Düngung erhöht nicht die Produktivität von Sphagnum an Standorten mit hoher atmosphärischer Stickstoffdeposition und bei Bewässerung mit phosphatreichem Oberflächenwasser aus der landwirtschaftlichen Umgebung. Um Wachstumsreduktionen zu vermeiden, ist eine ausgewogene Stöchiometrie wichtig. 5. Von allen untersuchten Arten weist Sphagnum fallax die höchste Produktivität auf. Aufgrund der schnellen Zersetzung und der geringen Wasserspeicherkapazität könnte diese Art jedoch weniger für den Einsatz in Gartenbausubstraten geeignet sein. 6. Die Gefäßpflanzendeckung auf den Sphagnum-Produktionsfeldern kann durch regelmäßige Mahd niedrig gehalten werden (<50 % Deckung). Höhere Deckungen verringern das Torfmooswachstum und die Qualität für Kultursubstrate. 7. Pathogene Pilze traten im Gewächshaus weitaus häufiger auf als im Feld und müssen für höchste Erträge von Sphagnum-Biomasse kontrolliert werden. Wir haben festgestellt, dass die Vitalität und Wachstumsrate von Sphagnum durch hohe Wasserstände stimuliert wird, bei denen Sphagnum trotz hoher Nährstofffracht weniger anfällig für Pilz- oder Algeninfektionen ist. 8. Die Biomasseakkumulationsrate von Sphagnum kann über einen Zeitraum von mindestens 4─5 Jahren nach der Etablierung eines Sphagnum-Produktionsfeldes mit ausreichender Wasserversorgung konstant bleiben. Bei trockenen Bedingungen ist die Biomasseakkumulation von Sphagnum aufgrund der geringeren Biomasseproduktivität und der höheren Zersetzungsraten geringer.

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Metadaten
Author: Greta GaudigORCiD
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-41753
Title Additional (English):Das Wachstum von Torfmoosen und die Möglichkeiten für deren Anbau
Referee:Prof. Dr. Dr. Hans Joosten, Prof. Dr. Harri Vasander
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2020
Date of first Publication:2020/12/11
Granting Institution:Universität Greifswald, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Date of final exam:2020/06/16
Release Date:2020/12/11
Tag:agriculture; biomass; bog; climate mitigation; growing media; horticulture; paludiculture; peat moss; peatland; sustainable land use
GND Keyword:Moor, Torf, Klimaschutz, Landwirtschaft, Paludikultur, Bodennutzung, Gartenbau
Page Number:112
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Botanik und Landschaftsökologie & Botanischer Garten
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie