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Pflanzenbauliche Verwertung von Gärrückständen aus Biogasanlagen

Berlin den 22.03.2013

Untersuchungen zur Abbaustabilität organischer Substanz

in Gärprodukten aus Biogasanlagen

Kerstin Nielsen, Karen Sensel-Gunke

Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte

an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP)

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1. Einleitung

2. Material & Methoden

3. Erste Ergebnisse

4. Fazit

5. Ausblick

Gliederung

Kerstin Nielsen

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Einleitung

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?

Humus im Ackerboden

Kerstin Nielsen

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Materialien TS-Gehalt (%)

Humus-Reproduktion

kg Humus-C (t Substrat)-1

Stallmist, verrottet 25 40

Gärreste, fest 25 36

Rindergülle 4

10

6

12

Gärreste, flüssig 4

10

6

12

Einleitung

Kerstin Nielsen

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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

Kerstin Nielsen

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Gärprodukte

Fermentationsart Inputsubstrat T-Bereich HRT [d]

Fermenter/Nachgärer

Gärprodukt-lager

Nassfermentation Rindergülle (50%), Maissilage (35 %), Grassilage (15%)

mesophil 70 2/1 geschlossen

Nassfermentation Schweinegülle (50 %), Maissilage (50%)

mesophil 60 1/0 offen

Nassfermentation Maissilage (100 %)

thermophil 72 1/0 geschlossen

Nassfermentation Rindergülle (30 %), Stallmist (10%) Maissilage (30 %), Grassilage (30 %)

mesophil 80 1/1 Separation des Gär-

produktes

TR

GM

SE

RB

Material & Methoden

Kerstin Nielsen

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Material & Methoden

Methoden zur Beurteilung

der Stabilität der organischen Substanz

1. Inkubations- versuche

Aerob: Messung der Bodenatmung in

Laborversuchen über mindestens 100 Tage CarbO2Bot® nach ISERMEYER

Anaerob: Restgaspotenzialbestimmung (VDI 4630) zur Untersuchung der Stabilität der org. Substanz unter anaeroben Bedingungen (Eudiometerapparatur)

2. Gefäß- Versuche

Messung der Bodenatmung im

Gewächshaus (Abbau unter kontrollierten Bedingungen ohne Vegetation)

3. Statischer Kleinparzellen- Versuch

Freilandversuch, 3 Vegetationsperioden

(Weiterführung geplant)

CarbO2Bot

Isermeyer

Eudiometer

Feldversuch Gefäßversuch

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Methoden zur Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz

Inkubations- versuch

Aerob: Messung der Bodenatmung in

Laborversuchen CarbO2Bot®

• Messprinzip: Konduktometrie • Stündliche kumulative Erfassung der

CO2-Freisetzung • mind. 100 d Versuchsdauer bei 20 ± 1 °C • 6-fach Wiederholung • Boden-Dünger-Mischung • WHKmax: 60 % • 50 %ige Erhöhung des Corg des Bodens

CarbO2Bot

Material & Methoden

Kerstin Nielsen

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0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Min

era

lisi

erte

r An

teil

Co

rg S

ub

stra

t [%

]

Zeit [d]

Inkubationsversuch - Messung der Bodenatmung

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

Gärprodukte

Rindergülle

Stallmist (Rotte)

Erste Ergebnisse

Messung der Bodenatmung im Inkubationsversuch

Kerstin Nielsen

Varianzanalyse und Tukey-Test (α=0,05)

Substrat

Minerali-sierter Anteil Corg Substrat

STABW

Mathem. Grenzwert der Regressions-

funktion [%]

nach 100 d

[%]

Rindergülle 64e 2 66

SE-E 42d 1 55

GM-Ü 39d 3 44

RB-flüssig 40d 1 42

TR-E 34c 3 42

RB-fest 30b 2

Stallmist 15a 2

Glukose 93 1 102

Humussäure 3 0 4

f = a(1-e-bx) + c(1-e-dx) , R2 > 0,99

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kg Corg t-1 Frischmasse (nicht mineralisiert) Humus-

Reproduktion kg Humus-C (t Substrat )-1 2. Inkubationsversuch 1. Inkubationsversuch

Substrat TS [%] nach 100 d nach 140 d

mathem. Grenzwert nach 100 d

mathem. Grenzwert (VDLUFA)

GM-Ü 6 14 13 12 8

7 16 15 9

GM-E 4 9 8 6

TR-E 6 15 14 16 14 8

RB-flüssig 6 15 14 8

7 16 15 14 9

SE-E 6 17 15 13 16 13 8

Rindergülle 7 11 10 9

8 13 13 11 10

RB-fest 18 46 27

21 54 52 30

Stallmist Rotte 23 69 36

Stallmist frisch 26 37 34 35

Erste Ergebnisse

Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz in Gärprodukten

Kerstin Nielsen

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• 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 30-50 % über der von Rindergülle.

• Durch flüssige Gärprodukte wird deutlich mehr stabiler organischer Kohlenstoff in den Boden eingebracht als durch Gülle.

Fazit

Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz in Gärprodukten

Kerstin Nielsen

Nach derzeitigem Kenntnisstand sind die Humusreproduktionsleistungen für flüssige Gärprodukte an die Richtwerte für Rindergülle und für feste Gärprodukte an die von Stallmist angelehnt (VDLUFA).

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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)

Ausblick

Kerstin Nielsen

Beurteilung der Stabilität der organischen Substanz in Gärprodukten

DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT

Biogasanlage gemalt auf eine Silowand von Kevin, Florian and Robin, 11 Jahre