Terra Preta als Modell für die nachhaltige Nutzung natürlicher Ressourcen im 21. Jahrhundert

Transkript

1 Terra Preta als Modell für die nachhaltige Nutzung natürlicher Ressourcen im 21. Jahrhundert Inhalt: Bedeutung von Humus für die Bodenfruchtbarkeit Terra Preta vs. Pflanzenkohle Pflanzenkohle-Effekte Gesetzgebung Take home 1/17

2 Humus beinflusst Bodenfruchtbarkeit und Ökosystemfunktionen Nährstoffspeicher Baldock und Skjemstad (1999) Pervill (Hrsg.) Soil Analysis CSIR /17

3 Intensive Landwirtschaft führt zu Humus-Schwund 3/17

4 Mrd. Pg Tonnen C per year C 2 -C Humus Terra Preta Pflanzenkohle Effekte Recht Take Home Fossile Brennstoffe Fossile Brennstoffe und Humusschwund tragen zum Klimawandel bei 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 1,2 1,3 0,5 8,0 C-Quellen C sources Böden 4,5 0,5 0,4 1,9 1,4 2,3 C-Senken C sinks No tillage Desertification con Klimawandel Conversion to pas Biomass Direktsaat etc. cean Acker => Weide Land degradation Pflanzen Meere Steel production Cement productio Fossil fuel electric production Glaser, B. (2011) Biochar use: a productive alternative to carbon storage. In "CP 17 United Nations Climate Change Conference", Vol. Produced for: CP 17, United Nations Climate Change Conference, Durban, pp Green Media in partnership with the United Nations Environment Programme (UNEP), Durban, South Africa. 4/17

5 Terra Preta Humusaufbau trotz intensiver Bewirtschaftung Ferralsol rganische Abfälle (nährstoffreich) Terra Preta Küchenabfälle Streu Exkremente Knochen Pflanzenkohle Mikroorganismen Anreicherung großer Mengen an N und P (15 Mg ha -1 ) Anreicherung von Verkohlungsrückständen (50 Mg ha -1 ) Mikrobelle Umwandlung (Humusaufbau, Mineralisation) Relikt einer früheren Besiedelung und Konzept für kreislaufbasierte Bioökonomie Glaser et al. (2001) Naturwissenschaften 88: /17

6 Nordic Dark Earth (Elbslawen, Wendland) Sandige Braunerde Streu Biomasse- Abfälle Lebensmittelreste Elbslawen- Schwarzerde Knochen Kompost Exkremene Pflanzenkohle Mikroorganismen Alte Siedlungsflächen, ähnliche Entstehung wie Terra Preta Wiedner et al. (2015) Catena 132: /17

7 Terra Preta Genese Prozessauflärung mit Biomarkern Nährstoffe Mikroorganismen Pflanzenkohle R P G+Bakterien(5) Actinomyceten(3) G-Bakterien(4) Pilze(2) / VAM(1) Protozoen(1) Glaser and Birk (2012) Geochimica et Cosmochimica Acta 82: /17

8 Terra Preta Pflanzenkohle Anorganisch rganisch Asche Tierische Abfälle Pflanzliche Abfälle Pflanzen kohle Labiler Humus Stabiler Humus Nährstoffe Speicherfähigkeit KAK Biomasse Glaser and Birk (2012) Geochimica et Cosmochimica Acta 82: /17

9 Terra Preta Pflanzenkohle Anorganisch rganisch Asche Tierische Abfälle Pflanzliche Abfälle Pflanzen kohle Labiler Humus Stabiler Humus Nährstoffe Speicherfähigkeit KAK Biomasse Glaser and Birk (2012) Geochimica et Cosmochimica Acta 82: /17

10 Modernes Terra Preta-Konzept Kreislaufbasierte Bioökonomie Nährstoff arm e. g. PYREG Energie Pflanzenkohle Biomasse reste Nährstoff reich Klärschlamm Mist/Gülle Gärreste Terra Preta Substrate Biogas Energie Biomasse Boden Biochar Eruope (2010) 9/17

11 Rolle der Pflanzenkohle Struktur Porosität Kondensierte Aromaten Funktionelle Gruppen Labiler org. Kohlenstoff Asche Ökosystemfunktion Wasserspeicherung C-Speicherung Nährstoff-Speicherung Nahrung für Mikroorganismen Sofortiger Dünger Biochar Eruope (2010) 10/17

12 Pflanzenkohle-Feldversuche in Europa Mengeneffekt Kompostierung Pyrokohle vs. Hydrokohle Praxis-Rezepte 11/17

13 Pflanzenkohle-Mengeneffekt (Brandenburg 2009) [Mg ha -1 dm -1 ] Biochar 4 Biochar 2 Biochar 1 Compost Control Compost Biochar Bis zu 80% höhere Erträge Humusgehalte verdreifacht (1 > 3%) Wasserspeicherung verdoppelt (60 > 120 L m 2 ) 12/17

14 Praxisrezepte (Wendland 2012) Mindestens so gut wie konventionelle Mineraldüngung Humusgehalte verdreifacht (3 >9%) Nährstoffaufnahme verbessert Schadstoffaufnahme vermindert Glaser et al. (2015) Agron Sust Dev 35: /17

15 Rechtliche Situation Freiwillige Zertifikate: EBC, BQM, IBI Teil des Ecolabels in: UK, Schweden Legal in: Schweiz, Österreich, Italien Teil der neuen Europäischen Düngemittel- Verordnung (Annex A) Ungeklärt: REACH Noch keine klare legale Situation Dennoch kommerzielle Nutzung 14/17

16 Pflanzenkohle in der Tierernährung Historische Nutzung von Holzkohle in der Tier- und Humanernährung Bekannt und angewandt bei Verdauungs-Störungen Weltweite Anwendung als Additiv für Tiernahrung (meist als Präventiv) Positive Effekte Adsorption von organischen Molekülen (z.b. Geruchsstoffe) Adsorption von Mikroorganismen und Toxinen Höhere Nährstoff-Verwertung Negative Effekte Evtl. auch Sorption von Vitaminen und Therapeutika Gesetzgebung (EG) Nr. 68/2013 EC Product no (Pflanzliche Kohle [Holzkohle] aus Pyrolyse von pflanzl. Biomasse Product quality mandate: (EG) Nr. 178/2002, v.a. Schwermetalle, Dioxine, Furane Schweiz: Futterkohle als Teil der FIBL-Liste für Biolandbau Schmidt et al. (2016) Ithaka Journal 95, /17

17 Pflanzenkohle in der Humanernährung (E 153) 16/17

18 Take Home Pflanzenkohle als ption in der Erträge anfangs mehr oder weniger gleich Vorteile der Pflanzenkohle-Substrate mit zunehmender Versuchsdauer Sonnenerde kreislaufbasierten mit Abstand die höchsten Erträge Bio-Ökonomie Palaterra mit Abstand die niedrigsten Erträge Nährstoff-Speicherfähigkeit: Interessante ption Torf für > Pflanzenkohle NÄHRSTFF-ARME Nährstoffe: Ca > K > Mg, Torf tendenziell abnehmend Massenverluste Biomasse +/- 10% 10-30% Co-Kompostierung Humusverlust, keine eindeutigen mit NÄHRSTFF-REICHER Unterschiede 1-5% stabiler Kohlenstoff (5-12% bezogen auf TC) Auch Torf Biomasse enthält vergleichbare Mengen stabilen Kohlenstoff!!! Struktur vergleichbar, obwohl Torf ähnlich HTC-Kohle Pflanzenkohleprodukte 100% Substitution höhere von mibi Rückstände Mineraldünger bezogen möglich auf TC Alle Produkte bakteriendominiert Pflanzenkohle Teilweise fördert Ertragssteigerung Pilze!!! im Vergleich zum ffene Fragen: Langzeitverhalten, +/- Mulch, +/- Mykorrhiza Status-Quo Einmal-Applikation < 20 Mg ha -1 Besser regelmäßig kleinere Mengen applizieren (z.b. 1 Mg ha -1 jährlich) 17/17