Untersuchung und Bewertung der biologischen Qualität von Biokohlekomposten und deren Wirkungen auf die Lebensraumfunktion von Böden mit dem Ziel der Ableitung von biologischen Qualitätskriterien

Abstract

Um die negativen Effekte einer intensiven Landwirtschaft im Zuge des Bevölkerungswachstums und des steigenden Nahrungsmittelbedarfs abzumildern, ist es notwendig den bewirtschafteten Böden organisches Material, z.B. in Form von Komposten zuzuführen. Seit einigen Jahren kommt der Biokohle als Zuschlagstoff zu Komposten ein immer höherer Stellenwert zu, da sie den Kompostierprozess optimiert und neben diversen positiven Effekten, wie der Erhöhung der Wasserhaltekapazität und des Nährstoffspeicherpotentials auch den Kohlenstoff im Boden bindet. Um zu gewährleisten, dass Materialien, die auf Böden aufgebracht werden auch eine positive Wirkung im Boden haben, bzw. um zu vermeiden das negative Effekte auftreten, gibt es verschiedene gesetzliche Regelungen und freiwillige Gütekriterien. Für Biokohlekomposte gibt es solche Qualitätskriterien bislang nicht. In dieser Dissertation wurden verschiedene Biokohlekomposte mit dem Ziel untersucht, biologische Qualitätskriterien zu entwickeln bzw. abzuleiten. Die vorgeschlagenen Kriterien sollen zur Einordnung und Orientierung bei der Bewertung von Biokohlekomposten dienen. Sie betreffen verschiedene mikrobielle Parameter (Basalatmung, mikrobielle Biomasse, metabolischer Quotient, potentielle Ammoniumoxidation), zwei Pflanzentests zur Überprüfung der Pflanzenverträglichkeit (Kressetest und Chinakohltest), den Kressetest zur Detektion phytotoxischer Gase und den Regenwurmfluchttest. Für die mikrobiologischen Parameter treten je nach eingesetzter Biokohle, eingesetztem Kompost und verwendeter Biokohlemenge unterschiedliche Effekte auf. Die Bioverfügbarkeit von an der Biokohle sorbierten Stoffen (Kohlenstoffverbindungen, Ammonium) ist das wesentliche Kriterium, ob trotz Sorption eine Hemmung oder Förderung der mikrobiellen Aktivität auftritt. Die Höhe der mikrobiellen Aktivität des Komposts/ Biokohlekomposts erlaubt keine Einteilung in „gut“ oder „schlecht“, denn sie zeigt die Reife eines Komposts an und bestimmt damit seinen Anwendungszweck. Die Biokohle hatte auf die untersuchten Pflanzen kaum einen Einfluss, da die hohen Nährstoffgehalte des Komposts die Biokohleeffekte verdecken. Fast alle hergestellten Ansätze erfüllen die Qualitätskriterien der durchgeführten Pflanzenverträglichkeitstests, lediglich die reinen Biokohlen und aktivierten Biokohlen sind nicht pflanzenverträglich. Beim Regenwurmfluchttest wurden die Qualitätskriterien in der Regel erreicht, allerdings sind weitere Tests durchzuführen, um eine endgültige Aussage treffen zu können. Die Untersuchungen zur Wirkung von Biokohlekomposten auf die Lebensraumfunktion von drei verschiedenen Sandböden zeigten für die mit Kompost und Biokohlekompost behandelten Böden auch noch nach 4 Jahren Versuchslaufzeit höhere mikrobielle Aktivitäten, als die unbehandelten Böden. Auch der Regenwurmfluchttest zeigt nach 4 Jahren Versuchslaufzeit weiterhin einen positiven Effekt der Kompost- und Biokohlekompostgabe. Ein signifikanter Unterschied zwischen Kompost und Biokohlekompost war jedoch nicht nachweisbar.

In order to mitigate the negative effects of intensive agriculture in the wake of population growth and rising food demand, it is necessary to add organic material to the cultivated soils, for example in form of composts. For some years now, biochar has been gaining increasing importance an additive to compost, as it optimizes the composting process, and in addition to various positive effects such as the increase of water holding capacity and nutrient storage potential also binds the carbon in the soil. To ensure that materials applied to soils have positive effects, or to avoid negative effects, there are various legal regulations and quality criteria. Such quality criteria do not yet exist for biochar composts. In this doctoral thesis different biochar composts were investigated with the aim to develop and derive biological quality criteria. The proposed biological criteria should help in the classification of biochar composts and give orientation values when working with these products. They include various microbial parameters (basal respiration, microbial biomass, metabolic quotient and potential ammonium oxidation), two plant tests to investigate plant compatibility, the cress test to detect phytotoxic gases and the earthworm avoidance test. Depending on the biochar, the compost and the amount of biochar used different effects occur for the microbiological parameters. The bioavailability of substances sorbed on the biochar surface (carbon compound, ammonium) is the essential criterion as to whether inhibition or promotion of microbial activity occurs. The level of microbial activity of composts/biochar composts does not allow the classification of “good” or “bad”, as it shows the maturity of a compost/biochar compost and thus determines its use. The biochar had hardly any influence on the plants studied, since the high nutrient content of composts hides the biochar effects. Almost all composts/ biocharcomposts produced meet the plant compatibility tests carries out, only the pure biochar and the pure activated biochar are not plant compatible. In the earthworm avoidance test the quality criteria were usually met, but further tests are necessary to make a final statement.