Untersuchungen zur Wirkung von Biokohlekomposten in Topf- und Feldversuchen mit ausgewählten Pflanzen aus unterschiedlichen Klimazonen

Abstract

Die hochwertige Verwertung anfallender organischer Reststoffe trägt zum Klima-, Umwelt- und Ressourcenschutz bei. Durch lokal und regional angepasste intelligente Stoffkreislauf-konzepte können aus vorhandenen Ressourcen qualitativ hochwertige Substrate nachhaltig erzeugt werden, die ein attraktives Anwendungspotenzial in der Landwirtschaft sowie im Garten- und Zierpflanzenbau aufweisen. Die Herstellung von Biokohlekompost (BKK) auf der Basis einer neuen kreislauforientierten und ressourcenschonenden Produktionstechnik unter Zugabe von Biokohle kann als effektive Behandlungsmethode organischer Abfälle angesehen werden, um den Nährstoffkreislauf zu stabilisieren. Um das Nutzpotenzial von BKK abzuleiten, wurden unter der Zielsetzung der Bewertung pflanzenbaulicher Wirkung von BKK zahlreiche Pflanzenwachstumstests unter Gewächshaus- und Freilandbedingungen sowie unter unterschiedlichen klimatischen Bedingungen durchgeführt. Die Anwendung von BKK als Substratkomponente und Torfersatzstoff im Zierpflanzenbau sowie als Bodenverbesserungsmittel mit ertragssteigernder Wirkung auf landwirtschaftlichen Nutzflächen in semiariden Gebieten bildeten den Schwerpunkt dieser Untersuchung. Zum einen wurde die Eignung von BKK als Substratkomponente und Torfersatzstoff im Botanischen Garten Berlin (BG) mittels Pflanzenwachstumstests von 11 verschiedenen Pflanzenspezies aus drei unterschiedlichen Klimazonen (tropisch, subtropisch und gemäßigt) überprüft. Es wurde das Pflanzenwachstum in den untersuchten Testsubstraten mit dem im BG herkömmlich verwendeten pflanzenspezifischen Substrat verglichen. Zum anderen wurde die Wirkung von BKK als nachhaltiges Bodenverbesserungsmittel zur Steigerung der Ertragsleistung auf einem lehmigen Sandboden mit pH-Werten zwischen 4,6 und 5,9 sowie Gehalten an organischer Substanz zwischen 0,7 und 2,8 in der nördlichen Region der Republik Ghana untersucht. Es wurden die Maiserträge sowie das Pflanzen-wachstum der BKK-Flächen mit den Kontrollflächen verglichen. Die erzielten Untersuchungsergebnisse verdeutlichen die Eignung von BKK als Substratkomponente und Torfersatzstoff sowie als nachhaltiges Bodenverbesserungsmittel zur Steigerung der Ertragsleistung und Verbesserung des Pflanzenwachstums sowie der Bodenqualität. Im Botanischen Garten Berlin zeigten die untersuchten Pflanzen in den Testsubstraten mit BKK ein gleichwertiges oder verbessertes Pflanzenwachstum gegenüber den bisher verwendeten Standardsubstraten. Es wurden keine signifikanten Wachstumsbeeinträchtigungen bei den torfreduzierten Testsubstraten gegenüber den torfhaltigen Kontrollsubstraten festgestellt. Durch die Anwendung von BKK als Torfersatz wurde ein Torfeinsparpotenzial von 22 bis 33 % nachgewiesen. Darüber hinaus wurde durch die Anwendung von BKK als neue Substratkomponente ein 30 % iges Düngereinsparpotenzial ermittelt. Die Untersuchungen der Wirkung von BKK auf landwirtschaftlichen Nutzflächen in Nordghana zeigten signifikante Steigerungen der Ertragsleistung und ein verbessertes Pflanzenwachstum auf den BKK-Flächen gegenüber den Kontrollflächen. Die Applikation von BKK mit einer Auftragungsmenge von 12,5 t ha-1 führte zu einer durchschnittlichen Steigerung der Maiserträge um das 1,3 bis 4,9-Fache. Darüber hinaus zeigte BKK ein bodenverbesserndes Potenzial im Hinblick auf boden-physikalisch-chemische Eigenschaften. Es wurde eine pH- Wert-Erhöhung von durchschnittlich 0,3 pH-Einheiten festgestellt. Weiterhin konnte durch BKK die Kationenaustauschkapazität sowie die organische Bodensubstanz durchschnittlich um das 1,3-Fache erhöht werden.

The high-quality utilization of organic residues contributes to climate, environmental and resource protection. Through locally and regionally adapted intelligent material cycle concepts, high-quality substrates with an attractive application potential in agriculture as well as in horticulture and cultivation of ornamental plants can be produced from existing resources. The production of biochar-compost (BKK) on the basis of a new recycling-oriented and resource-conserving production technology with the addition of biochar can be regarded as an effective treatment method of organic waste in order to stabilize the nutrient cycle. In order to tap the potential of the use of BKK, numerous plant growth tests were carried out under greenhouse and field conditions as well as under different climatic conditions to assess the effects on plant growth of BKK. The focus of this study was the use of BKK as a substrate component and peat substitute in ornamental plant cultivation as well as a soil amendment with a yield-increasing effect on agricultural areas in semi-arid areas. In one substudy, the suitability of BKK as a substrate component and peat substitute was tested by means of plant growth tests of 11 different plant species from three different climate zones (tropical, subtropical and temperate) in the Botanical Garden of Berlin (BG). Effects on plant growth in the test substrates were compared with the plant specific standard substrates traditionally used in the BG. In the second substudy, the impact of BKK as a sustainable soil improver was investigated to increase the harvest yield of a loamy sand soil with pH values between 4.6 and 5.9 and contents of organic matter between 0.7 and 2.8 in the northern region of the Republic of Ghana. Maize yield and plant growth of the BKK-fields were compared with the control fields. The results obtained confirm the suitability of BKK as a substrate component and peat substitute as well as a sustainable soil improver to increase plant growth and yield. In the Botanical Garden of Berlin the plants tested in the test substrates containing BKK showed similar or enhanced plant growth when compared with the standard substrate traditionally used in the BG. Plants in the peat-reduced test substrates did not show any significant negative effect on plant growth in comparison to the peat containing control substrates. The use of BKK as a peat substitute showed a peat saving potential of 22-33%. In addition, the use of BKK as a new substrate component resulted in a 30% fertilizer savings potential. Investigations of the effect of BKK on agricultural land in northern Ghana showed significant increases in yield and improved plant growth on the BKK- fields compared to the control-fields. The application of BKK with a volume of 12.5 t ha-1 led to a 1.3 to 4.9-fold increase in maize yields on average. In addition, BKK showed a soil-improving potential with regard to soil physico- chemical properties. An average increase of the pH-value of 0.3 pH units was achieved. Furthermore, BKK was able to increase the cation exchange capacity as well as the soil organic matter by an average of a factor of 1.3.