Phytosanitäre Aspekte in Biogasanlagen. Carmen Büttner und Martina Bandte

Transkript

1 Phytosanitäre Aspekte in Biogasanlagen Carmen Büttner und Martina Bandte FACHTAGUNG Pflanzenbauliche Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen Berlin, 20./21. März 2013

2 Entsorgung über Biogasanlage Anfragen aus der Praxis

3 Rechtliche Rahmenbedingungen Düngemittelverordnung (DüMV) Düngemittel dürfen nur in Verkehr gebracht werden, wenn sie bei sachgerechter Anwendung die Fruchtbarkeit des Bodens, die Gesundheit von Menschen, Haustieren und Nutzpflanzen nicht schädigen und den Naturhaushalt nicht gefährden ( 3 (1) Nr. 1 und 4 (1) Nr. 1 DüMV) Bioabfallverordnung (BioAbfV) Behandlungsvorgaben zur Erreichung der hygienischen Unbedenklichkeit von Gärresten: - thermophile Vergärung bei mindestens 50 C - Pasteurisierung für 1h bei 70 C (Anlage 2 BioAbfV) - Anwendungsverbot für Gärreste in Wirtskulturen des Tobacco mosaic virus ( 6 (2a)

4 Risikofaktoren für die Pflanzengesundheit Unzureichend hygienisierte Gärreste sind Infektionsquelle Konzentration auf wenige Arten NaWaRo beeinträchtigt die Fruchtfolge/erhöht Infektionsdruck Einsatzstoffe und Gärreste überregional gehandelt Wahrscheinlichkeit der Ein- und Verschleppung von Krankheitserregern, die vorher nicht vorkamen steigt

5 Risikofaktoren für die Pflanzengesundheit Ein grundsätzliches Gefährdungspotential ist gegeben: durch bodenbürtige Krankheitserreger, die a) langlebige Dauerorgane bilden b) in der Lage sind Mykotoxine zu bilden durch Krankheitserreger mit hoher Stabilität bei Verwertung von Befallspartien. Ziel muss sein, das Ausmaß der im Boden natürlich vorkommenden Phytopathogene nicht zu erhöhen und einer Anreicherung im Boden entgegen zu wirken

6 Initierung eines Verbundprojekts zum phytosanitären Risiko bei der anaeroben Vergärung von pflanzlichen Biomassen in Biogasanlagen Bandte, M., Pietsch, M., Schultheiß, U., Hofmann, M., Büttner, C bis Förderkennzeichen: , und

7 Verbundprojekt - Projektpartner - Pathogene Fachgebiet Phytomedizin Prof. Dr. Carmen Büttner, Dr. Martina Bandte, Dr. Monika Gossmann, Dipl. Ing. Yvonne Schleusner, Dipl. Ing. Jakob Müller Pathogene Institut für nat./internat. Angelegenheiten der Pfl.gesundheit Dr. Magdalene Pietsch, Dr. Petra Müller Institut für Pflanzenschutz in Ackerbau u. Grünland Dr. Bernd Rodemann, Dr. Kerstin Flath, Dipl. Ing. Ulrike Pottberg Samen/ Diasporen Institut für Landnutzung - Phytomedizin Prof. Dr. Bärbel Gerowitt, Dr. Paula Westerman Technik, Modellanlage Abteilung Technikbewertung und Stoffkreisläufe Dr. Monika Heiermann, Dipl. Ing. (FH) Vincent Plogsties Technik, Praxisanlage Beratung BioenergieBeratungBornim GmbH Dr. Matthias Plöchl Systembewertung Dr. Ute Schultheiß, Dr. Martina Hofmann

8 Infiziertes Pflanzenmaterial Viren Bakterien Pilze Einbringen in Probenträger Modellanlage Anaerobe Vergärung Praxisanlage Ausplattierung der Gärreste Identifizierung der Erreger Pathogenitätstest vollständige Hygienisierung Keine vollständige Hygienisierung

9 Versuchsdesign - berücksichtigte Verfahrensparameter - Verfahrensparameter TS Gehalt der Substrate Art der Beschickung Anzahl der Prozessphasen Prozesstemperatur Modus Feststoffvergärung Trockenvergärung diskontinuierlich quasikontinuierlich kontinuierlich einphasig zweiphasig psychrophil mesophil thermophil

10 Versuchsdesign - Einsatzstoffe/Pathogene/Anlagen - Versuchsanlage Potsdam Praxisanlage Wildau Neuerkerode Pilze Fusarium spp. Fusarium spp. Bakterien Sclerotinia sclerotiorum Claviceps purpurea Viren Samen Rhizoctonia solani HUB ATB JKI HUB Uni Rostock B 3 JKI Uni Rostock

11 Material und Methoden - Einschleusen von infiziertem Pflanzenmaterial -

12 Material und Methoden - Nachweis der Krankheitserreger- Pilze: Biotest/Pathogenitätstest Ausplattierung/Mikroskopie Bakterien: Biotest/Pathogenitätstest Ausplattierung IF-Test (Immun-Fluoreszenztest) PCR (Polymerasekettenreaktion) Viren: Biotest/Pathogenitätstest ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay)

13 Material und Methoden - Nachweis der Krankheitserreger, Pilze -

14 Erforderliche Expositionszeit zur vollständigen Inaktivierung der Krankheitserreger während einer anaeroben Vergärung (mesophil, 37 C) in vollständig durchmischten Rührkesselreaktoren unter Berücksichtigung des Einsatzstoffes, Krankheitserregers und der Gärrestlagerung Schleusner et al., 2011: Gärreste ohne Risiko? DLG-Mitteilungen 3/2011

15 Ergebnisse und Diskussion - C. michiganiensis spp. sepedonicus infizierte Kartoffeln - Liebe et al., ,00E+10 1,00E+09 1,00E+08 1,00E+07 1,00E+06 1,00E+05 1,00E+04 1,00E+03 1,00E+02 1,00E+01 6h 138h 24h 1,00E Durchlauf 1. Durchlauf 1. Durchlauf 2. Durchlauf 2. Durchlauf 2. Durchlauf 3. Durchlauf 3. Durchlauf 3. Durchlauf keine Lagerung 1 Monat Lagerung 6 Monate Lagerung keine Lagerung 1 Monat Lagerung 6 Monate Lagerung keine Lagerung 1 Monat Lagerung 6 Monate Lagerung Gesamtzahl extrahierter Cms-Zellen (GZZ/ml) nach mesophiler anaerober Vergärung kein Unterscheidung zwischen lebenden und abgetöteten Zellen im IF-Test möglich

16 Ergebnisse und Diskussion - C. michiganiensis spp. sepedonicus infizierte Kartoffeln - Vitalität reisolierter Cms-Zellen aus Gärresten (mesophile anaerobe Vergärung) Liebe et al., 2012 Expositions zeit Wdh Vitalität der Cms-Zellen Keine Lagerung Lagerung 1 Monat Lagerung 6 Monate : Cms reisoliert, mit PCR identifiziert : Keine Reisolierung von Cms-Kolonien : Träger wurden nicht geprüft 1 6 h h h 2 3 Keine Inaktivierung von Cms innerhalb einer 6-stündigen Exposition, unabhängig von einer nachfolgenden Gärrestlagerung

17 Ergebnisse und Diskussion - Fusarium spp. - infizierte Hirse - Erreger-Arten eines Genus durch anaerobe Vergärung unterschiedlich beeinflusst beträchtliches Maß an Mortalität der Fusarium Sporen nach 138 Stunden In keinem der 32 Träger (=800 Aliquote) noch vermehrungsfähige Fusarium spp. Ergebnis aus Rührkesselreaktoren in Praxisanlage bestätigt Aliquote mit vermehrungsfähigen Fusarium spp. in Gärresten nach anaerober Vergärung Fusarium spp.-infizierter Hirse (MW und SD) Wiederholungen pro Durchlauf: Reaktor n=2; Fermenter, Lauf 1 n=10; Fermenter, Lauf 2 n=5 Bandte et al., 2013

18 Ergebnisse und Diskussion - Fusarium spp. - infizierte Hirse - Silierung erhöht das Ausmaß der Inaktivierung von Fusarium spp. Einfluß auf F. proliferatum höher als auf F. verticillioides Signifikante Reduktion durch Silierung bei Silierungsdauer von 35 Tagen (bei Expositionszeit von 24 Stunden) F. proliferatum bleibt in ~1/5 der Aliquote in Gärresten aus infizierter frischer Hirse nachweisbar mit Verwendung silierter Hirse Aliquote mit vermehrungsfähigen Fusarium spp. in Gärresten reduziert nach sich anaerober dieser Anteil Vergärung auf 1/10 Fusarium spp.-infizierter der Originalfracht Hirse in Abhängigkeit einer Vorbehandlung durch Silierung Wiederholung pro Lauf: 10; paarweise Vergleiche (α = 0,05) getrennt für Erreger und Lauf mit p-wert nach Holm-Sidak Verfahren; Zuordnung der Buchstaben pro Lauf; Analyse erstellt mit SAS Version 9.3, Verfahren GLIMMIX Bandte et al., 2013

19 Ergebnisse und Diskussion - Fusarium spp. - infizierte Hirse - Frisches Pflanzenmaterial Siliertes Pflanzenmaterial Aliquote mit vermehrungsfähigen Fusarium spp. in Gärresten nach anaerober Vergärung Fusarium spp.- infizierter Hirse in Abhängigkeit einer Vorbehandlung durch Silierung und Gärrestlagerung Wiederholung pro Lauf: 3; paarweise Vergleiche (α = 0,05) getrennt für Erreger und Lauf mit p-wert nach Holm-Sidak Verfahren; Zuordnung der Buchstaben pro Lauf; Analyse erstellt mit SAS Version 9.3, Verfahren GLIMMIX Bandte et al., 2013

20 Ergebnisse und Diskussion - S. sclerotiorum-zuckerrübe / R. solani- Kartoffel - Aliquote mit vermehrungsfähigen S. sclerotiorum bzw. R. solani in Gärresten nach anaerober Vergärung von infiziertem Pflanzenmaterial in Abhängigkeit einer Gärrestlagerung Wiederholung pro Lauf: 3; paarweise Vergleiche (α = 0,05) getrennt für Erreger und Lauf mit p-wert nach Holm-Sidak Verfahren; Zuordnung der Buchstaben pro Lauf; Analyse erstellt mit SAS Version 9.3, Verfahren GLIMMIX Bandte et al., 2013

21 Erforderliche Expositionszeit kann signifikant durch Silierung und Gärrestlagerung reduziert werden Zusammenfassung Untersucht wurde die Überlebensfähigkeit ausgewählter pflanzenpathogener Erreger während einer anaeroben Vergärung Ergebnisse aus Rührkesselreaktoren konnten in Praxisanlagen bestätigt werden Sclerotinia sclerotiorum und Rhizoctonia solani wurden innerhalb von sechs Stunden abgetötet Fusarium spp. infiziertes Pflanzenmaterial erforderte eine Expositionszeit von längstens 138 Stunden zur Hygienisierung