Auswirkungen des Einsatzes von Biokohlesubstraten auf die Bodenfruchtbarkeit ertragsschwacher sandiger Ackerböden am Beispiel der Niederlausitz

Abstract

Unter dem Gesichtspunkt eines wachsenden Bedarfs an agrarischen Produkten sind die Erhaltung und Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit essentiell. Nach dem Vorbild der Terra Preta do Indio (Glaser und Birk, 2012) ist eine Aufwertung von ertragsschwa-chen, sandigen Böden mit neuentwickelten Biokohlesubstraten (BKS) hinsichtlich ihrer Bodenfruchtbarkeit und Ertragsfähigkeit denkbar. Die Auswirkungen des Einsatzes von BKS auf die Bodenfruchtbarkeit wurden in er-tragsschwachen sandigen Acker- und Kippböden der Niederlausitz (Nordostdeutsch-land) mit mehrjährigen Gefäß-, Bodensäulen- und Lysimeterversuchen geprüft. In den Gefäßversuchen wurden BKS mit Biokohleanteilen von 15 Vol.-% und 30 Vol.-% und Aufwandmengen von 30 t/ha bis 240 t/ha untersucht. Zudem erfolgte die pflanzenbauli-che Prüfung von BKS, die mit verschiedenen Rezepturen aus regionalen Inputstoffen hergestellt wurden. In den Bodensäulen- und Lysimeterversuchen wurden BKS mit 15 Vol.-% Biokohle hinsichtlich ihres Einflusses auf die Sickerwassermenge und -qualität über drei Vegetationsperioden geprüft. Diese wurden im Zusammenhang mit den Erträgen und Entzügen der angebauten Kulturen Knaulgras (Dactylis glomerata L.), Senf (Sinapis alba L.), Sommergerste (Hordeum distichum L.), Mais (Zea mays L.) und Winterroggen (Secale cereale L.) sowie einer umfangreichen Bodenanalytik ausgewer-tet. Die Ergebnisse zeigen eine positive Beeinflussung der Bodenparameter in Abhängigkeit vom Ausgangszustand der Böden. Neben der Erhöhung des Gesamtporenvolumens auf 116 % (Kippboden) bzw. 124 % (Ackerboden) wird in dem Kippboden auch die nutzbare Feldkapazität auf 172 % angehoben. Die BKS-Düngung führt zu einer Verbes-serung des Humushaushaltes einhergehend mit der Erhöhung der KAKpot, der Nähr-stoffvorräte und der P-, K- und Mg-Verfügbarkeit. Die BKS weisen ein geringes N-Mineraldüngeräquivalent von < 10 % auf. Die Nmin-Austräge mit dem Sickerwasser können um 40 % (Kippboden) bzw. 69 % (Ackerboden) mit einer Gabe von 30 t/ha BKS (15 Vol.-% Biokohle) signifikant reduziert werden. Gestaffelte BKS-Gaben (3x30 t/ha) reduzieren den Nmin-Austrag des Kippbodens stärker als eine einmalige hohe Gabe von 90 t/ha. In einem sandigen Braunerde-Podsol bewirkt die Düngung mit den BKS erhöhte Nmin-Austräge auf bis zu 157 % (90 t/ha). Die K- und P-Austräge sind in allen geprüften Böden gering bzw. sehr gering. Die Anwendung von Biokohlesubstraten verbessert die ökologischen Bodenfunktionen sowie die Flächenproduktivität auf ertragsschwachen sandigen Böden und stellt eine vielversprechende Option für Grenzertragsstandorte und für die landwirtschaftliche Re-kultivierung von Kippböden dar.

Facing an increasing need of agronomic products, the conservation and improvement of soil fertility is essential. Following the archetype of the Terra Preta do Indio (Glaser und Birk, 2012) an improvement concerning soil fertility and crop productivity of low-yielding sandy soils is possible with the new technology of biochar substrates. The impact of biochar substrates on soil fertility has been investigated on low-yielding sandy arable land and dumped soil of Lusatia in North-Eastern Germany with perennial pot, soil column and lysimeter experiments. Biochar substrates with 15 vol.-% and 30 vol.-% of biochar and amounts of 30 t/ha up to 240 t/ha were tested in pot experi-ments. Furthermore, biochar substrates, which were produced with different recipes depending on regional input materials, were also agronomically tested. In the soil col-umn and lysimeter experiments biochar substrate with 15 vol.-% biochar was tested on its impact on the amount and quality of seepage water for three growing seasons. The results were interpreted together with the yields of orchardgrass (Dactylis glomerata L.), mustard (Sinapis alba L.), spring barley (Hordeum distichum L.), corn (Zea mays L.) und winter rye (Secale cereale L.), the removal of the grown crops and a considerable soil analytics. The results show a positive impact on physical and chemical parameters of the soils depending on their initial condition. Besides an increasing total pore volume of 116 % (dumped soil) and 124 % (arable land), there is also an increase of 172 % of the usable field capacity in the dumped soil. The fertilization with biochar substrates induces an improvement of the humus budget accompanied with an increase of the cation ex-change capacity, the nutrient reserves and the availability of phosphorus, potassium and magnesium. The biochar substrates have a low nitrogen mineral fertilizer equivalent of only < 10 %. The nitrogen leaching with the seepage water has been reduced significantly by 40 % (dumped soil) and by 69 % (arable land) with an amount of 30 t/ha biochar substrate (15 vol.-% biochar). The nitrogen leaching on dumped soil has been reduced more by a staggered fertilization (3x30 t/ha) than by a fertilization with one high amount of 90 t/ha. In a sandy cambisol the fertilization with biochar substrates induced an increasing nitro-gen leaching of up to 157 % (90 t/ha). The leaching of potassium and phosphorus in all examined soils is low and very low, respectively. The application of biochar substrates on low-yielding sandy soils improves the ecologi-cal soil functions and its crop productivity. The use of biochar substrates is a promising option for marginal land and the agricultural reclamation of dumped soil.