Untersuchungen zur Abbaustabilität organischer Substanz in Gärprodukten aus Biogasanlagen

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1 Pflanzenbauliche Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen Untersuchungen zur Abbaustabilität organischer Substanz in Gärprodukten aus Biogasanlagen, Karen Sensel-Gunke Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP) Berlin den

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Material & Methoden 3. Erste Ergebnisse 4. Fazit 5. Ausblick 2

3 Einleitung Humus im Ackerboden Humus bezeichnet die Gesamtheit der toten organischen Substanz des Bodens (Scheffer & Schachtschabel, 2002) Humus ist einem stetigen Abbau, Umbau und Aufbau unterworfen Humusgehalt ist ein entscheidender Faktor für die Bodenfruchtbarkeit Durch Energiefruchtfolgen starke Humuszehrung befürchtet In welchem Maße kann durch die Rückführung von Gärprodukten in den Boden zur Humusreproduktion beigetragen werden? 3

4 Einleitung Materialien TS-Gehalt (%) Humus-Reproduktion kg Humus-C (t Substrat) -1 Stallmist, verrottet Gärreste, fest Rindergülle Gärreste, flüssig

5 Einleitung In welchem Maße kann durch die Rückführung von Gärprodukten (GP) in den Boden zur Humusreproduktion beigetragen werden? Projekt: Humusreproduktion von Gärprodukten aus Biogasanlagen gefördert vom BMELV, Projektträger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR) Erforschung der Grundlagen für eine differenzierte Beurteilung der Humusreproduktionsleistung von Gärprodukten Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz Fokus: Gärprodukte aus Biogasanlagen, die NawaRo-Substrate einsetzen 5

6 Material & Methoden Gärprodukte Fermentationsart Inputsubstrat T-Bereich HRT [d] Fermenter/ Nachgärer Gärproduktlager TR Nassfermentation Rindergülle (50%), Maissilage (35 %), Grassilage (15%) mesophil 70 2/1 geschlossen GM Nassfermentation Schweinegülle (50 %), Maissilage (50%) mesophil 60 1/0 offen SE Nassfermentation Maissilage (100 %) thermophil 72 1/0 geschlossen RB Nassfermentation Rindergülle (30 %), Stallmist (10%) Maissilage (30 %), Grassilage (30 %) mesophil 80 1/1 Separation des Gärproduktes 6

7 Material & Methoden Methoden zur Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz 1. Inkubationsversuche Aerob: Messung der Bodenatmung in Laborversuchen über mindestens 100 Tage CarbO 2 Bot nach ISERMEYER Anaerob: Restgaspotenzialbestimmung (VDI 4630) zur Untersuchung der Stabilität der org. Substanz unter anaeroben Bedingungen (Eudiometerapparatur) CarbO 2 Bot Isermeyer Eudiometer 2. Gefäß- Versuche Messung der Bodenatmung im Gewächshaus (Abbau unter kontrollierten Bedingungen ohne Vegetation) 3. Statischer Kleinparzellen- Versuch Freilandversuch, 3 Vegetationsperioden (Weiterführung geplant) Gefäßversuch Feldversuch 7

8 Material & Methoden Methoden zur Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz Inkubationsversuch Aerob: Messung der Bodenatmung in Laborversuchen CarbO 2 Bot Messprinzip: Konduktometrie Stündliche kumulative Erfassung der CO 2 -Freisetzung mind. 100 d Versuchsdauer bei 20 ± 1 C 6-fach Wiederholung Boden-Dünger-Mischung WHK max : 60 % 50 %ige Erhöhung des C org des Bodens CarbO 2 Bot 8

9 Mineralisierter Anteil Corg Substrat [%] Erste Ergebnisse Messung der Bodenatmung im Inkubationsversuch Inkubationsversuch - Messung der Bodenatmung f = a(1-e -bx ) + c(1-e -dx ), R 2 > 0, Rindergülle Gärprodukte Stallmist (Rotte) Zeit [d] GM-Ü TR-E RB-fest RB-flüssig SE-E Regr_GM-Ü Regr_TR-E Regr_RB-fest Regr_RB-flüssig Regr_SE-E Stallmist Rindergülle Glukose Humussäure Regr_Stallmist Regr_Gülle Regr_Glu Regr_HS Substrat Mineralisierter Anteil Corg Substrat nach 100 d [%] STABW Varianzanalyse und Tukey-Test (α=0,05) Mathem. Grenzwert der Regressionsfunktion [%] Rindergülle 64 e 2 66 SE-E 42 d 1 55 GM-Ü 39 d 3 44 RB-flüssig 40 d 1 42 TR-E 34 c 3 42 RB-fest 30 b 2 Stallmist 15 a 2 Glukose Humussäure

10 Erste Ergebnisse Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz in Gärprodukten kg Corg t -1 Frischmasse (nicht mineralisiert) 2. Inkubationsversuch 1. Inkubationsversuch mathem. Grenzwert mathem. Grenzwert Humus- Reproduktion kg Humus-C (t Substrat ) - 1 Substrat TS [%] nach 100 d nach 140 d nach 100 d GM-Ü GM-E (VDLUFA) TR-E RB-flüssig SE-E Rindergülle RB-fest Stallmist Rotte Stallmist frisch

11 Fazit Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz in Gärprodukten Nach derzeitigem Kenntnisstand sind die Humusreproduktionsleistungen für flüssige Gärprodukte an die Richtwerte für Rindergülle und für feste Gärprodukte an die von Stallmist angelehnt (VDLUFA). Die Stabilität und der Anteil der organischen Substanz in Gärprodukten unterscheiden sich von denen in Gülle und Stallmist. Die nicht mineralisierte Menge an organischem Kohlenstoff je Frischmasse lag bei den flüssigen Gärprodukten % über der von Rindergülle. Durch flüssige Gärprodukte wird deutlich mehr stabiler organischer Kohlenstoff in den Boden eingebracht als durch Gülle. 11

12 Ausblick Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz in Gärprodukten Mathematische Beschreibung des Mineralisierungsverhaltens der organischen Substanz Korrelation des Mineralisierungsverhaltens der Gärprodukte mit stofflichen Paramerten (Fasern, Huminstoffe, C/N- Verhältnis, FT-IR-Spektren ) Abhängigkeit des Mineralisierungsverhaltes von der Bodenart aus Dauerfeldversuchen sind Zahlen zur Humusreproduktion von Stallmist bekannt Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz der Gärprodukte im Vergleich mit der von Stallmist Überprüfung durch Dauerfeldversuche (statischer Kleinparzellenversuch in Berge) 12

13 Biogasanlage gemalt auf eine Silowand von Kevin, Florian and Robin, 11 Jahre DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT