Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde die Wirkung von Pflanzenkohlekomposten auf die Bodenfruchtbarkeit untersucht. Dabei wurden drei Aspekte betrachtet, die für die Landwirtschaft von besonderer Bedeutung sind und bei denen auf Grund des aktuellen Wissenstands trotz gewisser Risiken positive Effekte durch Pflanzenkohlekomposte zu erwarten sind. Im Einzelnen sind dies:
Mithilfe von Perkolations- und Inkubationsversuchen wurde dann untersucht, ob die reifen Pflanzenkohlekomposte Nitrat sorbieren und somit die Nitratauswaschung reduzieren können. Zudem erfolgten Gefäßversuche mit Spinat und Mais, um den Einfluss der Pflanzenkohlekomposte auf die Pflanzenverfügbarkeit von Nitrat zu prüfen. Inwiefern die Pflanzenkohlekomposte die Kupfersorption von Böden erhöhen und damit die Kupfertoxizität reduzieren können, wurde sowohl in Inkubations- als auch in Sorptions- bzw. Desorptionsversuchen getestet. Darüber hinaus wurden ein Gefäßversuch mit Hopfenjungpflanzen sowie Keimpflanzentests mit Chinakohl angesetzt, um die Pflanzenverfügbarkeit des an den Pflanzenkohlekomposten adsorbierten Kupfers zu ermitteln. Der Einfluss der Pflanzenkohlekomposte auf das Bodenleben wurde über Messungen der mikrobiellen Atmung sowie über Vermeidungstests mit Regenwürmern untersucht.
Da erhöhte Kupfergehalte das Bodenleben in der Regel beeinträchtigen und der Einsatz von Pflanzenkohlekompost in diesem Zusammenhang einen supplementären Nutzen mit sich bringen kann, erfolgten sowohl die Vermeidungs- als auch die Bodenatmungstests in unterschiedlich stark mit Kupfer belasteten Böden.
Reduktion der Nitratauswaschung
Anhand der Perkolationsversuche konnten keinerlei Hinweise auf eine mögliche Nitratsorption durch die Anwendung der Pflanzenkohlekomposte gefunden werden. Auch die Ergebnisse aus den Inkubationsversuchen mit Nitrat und Chlorid sprachen grundsätzlich gegen eine signifikante Anionen- bzw. Nitrataustauschkapazität. Hinzu kommt, dass in den Gefäßversuchen mit Spinat und Mais die Nitrataufnahme der Pflanzen durch die verwendeten Pflanzenkohlekomposte nicht negativ beeinflusst wurde. Diese Pflanzenkohlenkomposte könnten damit nicht zu einer Verringerung der Nitratauswaschung auf Freilandböden beitragen.
Erzeugung von Pflanzenkohlekompost
Unter den Rahmenbedingungen des Forschungsvorhabens hat sich die Beimischung von feinstrukturierter Pflanzenkohle positiv auf die Kompostierung ausgewirkt. So wurden nur in den Varianten mit hoh em Anteil an Premium- bzw. bioaktiver Pflanzenkohle die für eine sichere Hygienisierung des Materials notwendigen Temperaturen während des Kompostierprozesses erreicht. Zudem führte die Beimi schung zu einer verstärkten Bildung stabiler Kohlenstoffverbindungen.
Reduktion der Kupfertoxizität
Im Gegensatz zur Nitratauswaschung zeigten sich bei der Reduktion der Kupfertoxizität durchaus positive Ergebnisse, wobei aber erhebliche Wechselwirkungen mit den jeweiligen Bodeneigenschaften bestanden: So traten im Gefäßversuch mit Hopfenjungpflanzen selbst bei sehr hoher Kupferbelastung des Bodens und ohne Zugabe von Pflanzenkohlekompost keinerlei Toxizitätssymptome auf, was vermutlich auf eine sehr geringe Kupfermobilität in den verwendeten Böden zurückzuführen ist.
In den Keimpflanzenversuchen mit Chinakohl führten vergleichbare Kupfergehalte dagegen zu deutlich negativen Effekten, die durch die Anwendung der Pflanzenkohlekomposte signifikant reduziert werden. Obendrein wurde in den Sorptions- und Desorptionsversuchen die Kupferaffinität des verwendeten Bodens vor allem durch die Komposte mit der Premiumkohle gesteigert und der Anteil des wiederum desorbierbaren Kupfers verringert.
Wirkung auf das Bodenleben
Da in den Vermeidungstests selbst bei sehr hohen Aufwandmengen an Pflanzenkohlekompost (>1000 t TM/ha) keinerlei Fluchtverhalten bei den Regenwürmern ausgelöst wurde, ist eine akute toxische Wirkung der Pflanzenkohlekomposte gegenüber Regenwürmern als Stellvertreter für Meso- und Makrofauna bei praxisüblichen Aufwandmengen auszuschließen. Unabhängig davon, ob die Kompostierung mit oder ohne Pflanzenkohle erfolgte, verfügten alle Komposte über eine stark anziehende Wirkung auf Regenwürmer und reduzierten zudem ein Cu-induziertes Fluchtverhalten.
Vermeidungsverhalten von Regenwürmern gegenüber einem mit Kupfer belasteten Prüfboden mit und ohne Kompostgabe im Kontroll- und Prüfboden (Fehlerbalken kennzeichnen die 95 %-Konfidenzintervalle (KI) der Mittelwerte; liegt die vertikale Linie innerhalb des KI, ist der Unterschied zu 50 % nicht signifikant)
Auch bei den Bodenatmungsversuchen zeigte sich, dass sowohl die Komposte mit als auch die ohne Kohle zu einer deutlichen Erhöhung der Atmungsrate im Boden führten. Allerdings nahm die mikrobielle Aktivität im Boden mit steigendem Kohleanteil in den Komposten ab, da durch die Zugabe der abbaustabilen Pflanzenkohle der Anteil an mikrobiell abbaubaren Kohlenstoffquellen im Kompost verringert wurde.
Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnten keinerlei Hinweise auf eine von verschiedenen Autoren beschriebene Nitratsorption durch die verwendeten Pflanzenkohlekomposte gefunden werden. Dies macht einmal mehr deutlich, dass die chemisch-physikalischen Eigenschaften von Pflanzenkohlen hoch variabel sind und Ergebnisse daher nicht einfach verallgemeinert werden dürfen. Bei der Reduktion der Cu-Toxizität traten dagegen durchaus positive Effekte auf, die aktuell in einem weiteren Forschungsprojekt weiter untersucht werden (Verwendung von Pflanzenkohlekompostzur Verbesserung des Anwachsverhaltens von Hopfenjungpflanzen aufkupferbelasteten Böden (KoKuHo)). Des Weiteren wurde das Bodenleben durch die Anwendung der Pflanzenkohlekomposte gefördert.
Görl, J.; Lohr, D.; Meinken, E. (2022)
31. International Horticultural Congress (IHC2022); International symposium on plant nutrition, fertilization, soil management
.
Co-composted
biochar is suspected to be an effective sorbent for nitrate and thus might reduce
nitrate leaching from agricultural soils. However, the underlying mechanism is
unknown now and the effect on nitrogen availability is under discussion. In the
current study, a pot trial with spinach was conducted to evaluate the influence
of two co-composted biochars on nitrogen availability. Two wood-based biochars
were co-composted with grass clippings and woody scrap material from
landscaping activities. Additionally, a compost without biochar was prepared.
Composts were mixed to an arable soil at rates of 30, 60 and 120 t ha-1
and nitrate was applied on basis of 100 kg N per hectare. Afterwards, mixtures
were filled in balcony boxes, moisturized and placed in a greenhouse for 40 days.
As control the soil without compost was treated in the same way. Furthermore,
additional treatments without and with the highest application rate, but without
nitrogen fertilization, were prepared. After the 40 days these balcony boxes
were also fertilized with 100 kg ha-1 of nitrogen and spinach –
pre-cultivated in press pots – was planted in all balcony boxes.
Irrespectively
of application rates and – in case of the highest application rate – of date of
nitrogen fertilization, no negative effect of co-composted biochar on N uptake
was observed. In addition, the nitrogen balance for treatments with
co-composted biochar was not significantly different from the control. However,
for treatments with compost without biochar an increasing balance shortfall
with increasing amounts of compost was observed. This might due to a nitrogen
immobilization of woody residues. In view of the fact, that N
uptake by plants was comparable and significant amounts of easily extractable
nitrate were found in the soil at the end of the experiment, we assume that the
co-composted biochars used in this experiment had no adsorption capacity for
nitrate.Effect of co-composted biochar on nitrogen availability to spinach
G2/KS/19/04