Verwendung von Pflanzenkohle-Kompost zur Verbesserung des Anwachsverhaltens von Hopfenjungpflanzen auf kupferbelasteten Böden (KoKuHo)
Bereits seit Mitte der 1920er Jahre werden kupferhaltige Pflanzenschutzmittel zur Bekämpfung des Falschen Mehltaus (Pseudoperonospora humuli) im Hopfen eingesetzt. Da dieses Verfahren jahrzehntelang alternativlos war, wurden jährlich große Mengen von bis zu 60 kg Kupfer je Hektar in den Hopfengärten appliziert. Erst mit dem Aufkommen chemisch-synthetischer Pflanzenschutzmittel in den 1960er Jahren war es möglich, die hohen Aufwandmengen schrittweise zu reduzieren. Nichtsdestotrotz sind die Auswirkungen im Hopfenanbau bis heute spürbar: Da Kupfer fest an Oxiden und organischer Substanz im Boden gebunden und somit kaum mobil ist, führte die langjährige Anwendung kupferhaltiger Fungizide zu einer beträchtlichen Akkumulation in den oberen Bodenschichten. Hierdurch können besonders bei Neupflanzungen auf langjährig für den Hopfenanbau genutzten Flächen im ersten Standjahr erhebliche Pflanzenschäden auftreten. Zudem kann das Bodenleben durch die hohen Kupferkonzentrationen maßgeblich beeinträchtigt werden.
Eine punktuelle Anwendung von kompostierter Pflanzenkohle an der Pflanzstelle könnte dabei helfen, diesen Problemen entgegenzuwirken. Wie sich in zahlreichen Untersuchungen gezeigt hat, kann kompostierte Pflanzenkohle erhebliche Mengen an Kupfer adsorbieren und auf diese Weise dessen Bioverfügbarkeit reduzieren. Auch die bisherigen Ergebnisse des aktuell an der HSWT laufenden Forschungsprojektes zur Optimierung der Bodenfunktionen durch den Einsatz von Pflanzenkohle-Komposten deuten in diese Richtung. So konnte durch die Applikation von Pflanzenkohle-Komposten auf kupferbelasteten Böden unter anderem die Kupferaufnahme von Pflanzen reduziert sowie das Bodenleben gefördert werden.
Ziele
Aufbauend auf bisherigen Forschungsarbeiten wurde in einem Feldversuch unter Praxisbedingungen die Auswirkung von Pflanzenkohle-Komposten auf das Anwachsverhalten von Hopfenjungpflanzen auf einem kupferbelasteten Boden überprüft. Anhand der Versuchsergebnisse wurden praktische Anwendungsempfehlungen für Hopfenanbauer abgeleitet.
Methodik und Forschungsansatz
Im ersten Schritt wurden Hopfenrebenhäcksel gemeinsam mit Pflanzenkohle unter praxisüblichen Bedingungen kompostiert. Die reifen Komposte wurden anschließend in zwei Aufwandmengen als Pflanzlochgabe bei der Neupflanzung eines Hopfengartens auf einem stark mit Kupfer belasteten Standort ausgebracht. Über zwei Vegetationsperioden hinweg wurden in regelmäßigen Abständen sowohl die Pflanzenentwicklung als auch mögliche Symptome von Kupfertoxizität bonitiert und die Kupferkonzentration mittels Blattanalysen ermittelt. Zum Ende der zweiten Vegetationsperiode wurde der Hopfen dann beerntet und der Doldenertrag bzw. die Rebenbiomasse ermittelt. Zudem wurden zu Versuchsende Wurzelproben entnommen und auf ihren Kupfergehalt analysiert. Daneben wurde die mikrobielle Aktivität im Bereich des Pflanzlochs jeweils zum Ende der beiden Vegetationsperioden gemessen.
Ergebnisse
Erzeugung der Pflanzenkohlekomposte
Es wurden drei Kompostmieten aufgesetzt: Die erste Miete bestand nur aus Hopfenrebenhäckseln, bei der zweiten wurden den Hopfenrebenhäcksel 5 Vol.-% (ca. 17 Gew.-% in der TM) und bei der dritten 20 Vol.-% (ca. 46 Gew.-% in der TM) einer EBC-zertifizierten Tierfutterkohle untergemischt. Eine Sache, die potentielle Anwender unbedingt beachten müssen, zeigte sich direkt beim Aufsetzen der Mieten: Die Pflanzenkohle muss ausreichend feucht sein, da es ansonsten zu einer extremen Staubbildung kommen kann (Abb. 1).
Während der nachfolgenden Kompostierung zeigte sich ein eindeutig positiver Effekt der Pflanzenkohle auf die Intensität der Kompostierung, wobei kaum Unterschiede zwischen beiden Aufwandmengen zu beobachten waren. In beiden Mieten konnte die Dauer der thermophilen Phase (mit Mietentemperaturen über 40 °C) um annährend 30 Tage verlängert werden (Abb. 2).
Für den Anwender hat diese Intensivierung zwei positive Auswirkungen: Zum einen werden die holzigen Bestandteile der Hopfenreben wesentlich stärker zersetzt, was die spätere Ausbringung des Materials erleichtert (Abb. 3). Zum zweiten erfolgt eine bessere Hygienisierung des Materials, was im Hinblick auf das Risiko einer Verbreitung von Pathogenen wie der Hopfenwelke oder Viren bzw. Viroiden (z. B. CBCVd, HpLV oder HpMV) für Hopfenanbauer von großer Bedeutung ist. Auf den ersten Blick wirkt die Intensivierung des Kompostierprozesses zwar etwas widersprüchlich, da die Pflanzenkohle mikrobiell kaum abbaubar ist und somit eine Hemmung des Kompostierungsprozesses zu erwarten gewesen wäre. Allerdings bestätigen Ergebnisse anderer Arbeitsgruppen (Luskar et al., 2022) die vorliegenden Beobachtungen und zeigen, dass vermutlich sogar noch geringere Aufwandmengen als die hier verwendeten 5 Vol.-% ausreichend sein könnten, um die Rotte signifikant zu intensivieren. Mögliche Ursachen für die Verbesserung des Kompostierungsprozesses sind vermutlich die verbesserten Lebensbedingungen für Mikroorganismen in der Kompostmiete aufgrund der Erhöhung der Wasserhaltefähigkeit sowie der Verbesserung der Nährstoffbedingungen und Vergrößerung der besiedelbaren Oberfläche durch die Pflanzenkohlepartikel. Darüber hinaus wurden vermutlich freie Hohlräume in den Kompostmieten mit Pflanzenkohlepartikel gefüllt und somit der Wärmeabtransport aus der Miete reduziert. Eine höhere Absorption von Sonnenlicht durch die dunklere Farbe der Komposthaufen mit Pflanzenkohle ist als Ursache eher unwahrscheinlich, da die Kompostierung im Spätherbst erfolgte.
Reduktion der Cu-Toxizität
Die fertigen Komposte wurden in Mengen von 1,25 bzw. 2,50 kg (Trockenmasse) auf einer Fläche von knapp 0,5 m² um das Pflanzloch herum ausgebracht (Abb. 4). Bei einer Pflanzdichte von 2.400 Pflanzen je Hektar ergaben sich somit Aufwandmengen von 3 bis 6 t Trockenmasse/ha. Als Kontrolle diente der Boden ohne Kohle, wobei eine der beiden Kontrollvarianten mit kohlensaurem Kalk gekalkt wurde, da der pH-Wert mit 5,4 etwas unterhalb des pflanzenbaulichen Optimums lag. Bei der zweiten Kontrolle wurde auf Maßnahmen zur Bodenverbesserung verzichtet.
Ein erster Pluspunkt der Kompostausbringung zeigte sich direkt zu Versuchsbeginn. Aufgrund einer ausgeprägten Frühjahrstrockenheit war der Boden stark ausgetrocknet und verklumpt, was die Pflanzung erheblich erschwerte. Durch die Komposte wurde die Pflanzung allerdings wesentlich erleichtert und somit der erhöhte Zeitbedarf für die Ausbringung der Komposte deutlich überkompensiert. Darüber hinaus vereinfachten die Komposte die in den ersten Wochen nach der Pflanzung notwendige Bewässerung der Pflanzen. Das Wasser versickerte wesentlich schneller als in den Varianten ohne Kompost. Dadurch konnte pro Gießgang mehr Wasser gegeben und der oberflächliche Abfluss von Wasser reduziert werden. Diese beiden positiven Aspekte beruhen allerdings alleine auf der allgemeinen Kompostwirkung. Ein zusätzlich positiver Aspekt durch die Pflanzenkohle konnte nicht festgestellt werden.
Bereits wenige Wochen nach der Pflanzung traten an den ersten Pflanzen die typischen Symptome von Kupfertoxizität in Form eines induzierten Eisenmangels auf. Diese wurden in drei Intensitätsstufen bonitiert (Abb. 5). Der Anteil an Pflanzen mit leichten und starken Symptomen und die daraus errechneten Schadindices waren in den Varianten mit Pflanzenkohlekompost bei jeder Bonitur signifikant niedriger als in den beiden Varianten ohne Kompost. Gleiches traf auch für den reinen Hopfenrebenhäckselkompost ohne Kohle in hoher Aufwandmenge zu, während bei niedriger Aufwandmenge z. T. keine Unterschiede zu mindestens einer der beiden Kontrollvarianten ohne Kompostgabe erkennbar waren. Zu beinahe allen Terminen führte die Verdopplung der Aufwandmenge sowohl beim Kompost ohne als auch beim Kompost mit 5 Vol.-% Kohle zu einer stärkeren Reduktion der Schadindices. Im Gegensatz dazu war beim Kompost mit 20 Vol.-% Kohle kein eindeutig positiver Effekt der Verdopplung der Aufwandmenge zu beobachten. Auch die Kalkung führte nicht zu einer Verringerung der Schadsymptome. Ganz im Gegenteil: Der Anteil an Pflanzen mit Toxizitätssymptomen war bei der zweiten Bonitur bei dieser Variante sogar signifikant größer. Unabhängig von der Variante nahmen die Symptome von Kupfertoxizität im Laufe der Vegetationsperiode kontinuierlich ab. Mit Sichtbarwerden der ersten Infloreszenzen (BBCH 51) waren keinerlei Symptome mehr zu erkennen, weshalb die Bonituren zu diesem Zeitpunkt eingestellt wurden.
Auch im zweiten Standjahr traten an den Pflanzen Schadsymptome auf, die sich zwar etwas anders äußerten, aber ebenfalls durch die Kompostgabe deutlich reduziert wurden. Eindeutige Unterschiede zwischen den Komposten bzw. ein eindeutiger Effekt der applizierten Kompostmenge war aber nicht zu erkennen (Abb. 6). Auch die Blatt- und Wurzelanalysen zeigten keine klare Korrelation zur Kompostgabe bzw. zur Intensität der Schäden. Bei den Kupfergehalten in den Blättern und Wurzeln waren überhaupt keine Unterschiede zwischen den Varianten zu erkennen. Im Gegensatz dazu wurden die Mangangehalte durch die Komposte deutlich reduziert. Ob die geringeren Mangangehalte allerdings ursächlich für die verminderte Ausprägung der Schäden ist, bleibt fraglich, da die gekalkte Kontrolle zwar die geringsten Mangangehalte aufwies, die Schadsymptome aber stärker ausgeprägt waren als in den Varianten mit Kompost. Auf das Pflanzenwachstum (Doldenertrag und Rebenbiomasse) wirkte sich die Kompostgabe im Vergleich zur Kontrolle (unabhängig von der Kalkung) durchwegs positiv aus, wobei wiederrum keine Unterschiede zwischen den Komposten zu erkennen waren und auch die Steigerung der Aufwandmenge sich nicht positiv bemerkbar machte. Aufgrund der Heterogenität der Hopfenpflanzen und der relativ kleinen Anzahl an beprobten Pflanzen dürfen die beobachteten Effekte allerdings nicht überbewertet werden.
Einfluss auf das Bodenleben
Ähnlich wie beim Pflanzenwachstum waren auch beim Bodenleben positive Effekte der Kompostausbringung zu beobachten (Abb. 7a). Am Ende der ersten Vegetationsperiode wurde eine signifikante Erhöhung der Atmungsrate bei den Varianten mit Kompost gegenüber den Kontrollen ohne Kompost gemessen. Dieser Effekt war beim Kompost ohne Pflanzenkohle (0 % BC) am stärksten ausgeprägt und war positiv mit der Aufwandmenge korreliert (Abb. 7b). Dies deutet darauf hin, dass die Förderung der mikrobiellen Aktivität vor allem auf der Einbringung von relativ leicht abbaubarem Kohlenstoff (Nährhumus) beruht. Zu dieser Vermutung passt ebenfalls, dass am Ende der zweiten Vegetationsperiode kein positiver Effekt mehr zu beobachten war. Neben der förderlichen Wirkung auf die Bodenmikroorganismen zeigten verschiedene Untersuchungen nach der Einbringung von (Pflanzenkohle-)komposten auch ein reduziertes Vermeidungsverhalten von Regenwürmern bei hohen Kupfergehalten.
Fazit und Ausblick
Aus pflanzenbaulicher Sicht kann durch die Applikation von Kompost ins Pflanzloch das Anwachsverhalten von Hopfenjungpflanzen auf kupferbelasteten Standorten signifikant verbessert werden. Zudem erleichtert die Kompostgabe die Pflanzung und die Bewässerung in den ersten Monaten. Letzteres dürfte im Hinblick auf den Klimawandel und die damit einhergehende Zunahme von trocken-heißen Phasen zunehmend an Bedeutung gewinnen. Allerdings bringt die Beimischung von Pflanzenkohle in diesem Zusammenhang keinen zusätzlichen Nutzen. Positiv bemerkbar macht sich die Pflanzenkohle nur während des Kompostierungsprozesses: Bereits mit relativ geringen Aufwandmengen kann der Rotteprozess intensiviert und insbesondere die Dauer der thermophilen Phase verlängert werden. Dies sorgt für eine bessere Hygienisierung des Materials und reduziert das Risiko, Krankheiten wie die Hopfenwelke über den Kompost zu verbreiten. Ob diese Risikominderung allerdings die Mehrkosten für die Pflanzenkohle, die sich bei einer Einmischung von 5 Vol.-% und einer Aufwandmenge von 6 t/ha auf rund 2.000 € je Hektar belaufen, wettmachen, muss jeder Betrieb für sich entscheiden.
Quellen
- Luskar, L., Polanšek, J., Hladnik, A., & Čeh, B. (2022). On-farm composting of hop plant green waste – Chemical and biological value of compost. Applied Sciences, 12(9), 4190.
