Einflüsse unterschiedlich aufbereiteter Bioabfallgärreste auf die bodenphysikalischen Kennwerte von Ackerböden

Influence of differently processed biowaste fermentation residues on the physical characteristics of arable soils

  • Bioabfälle sind eine wertvolle Ressource, welche laut Kreislaufwirtschaftsgesetzt (KrWG) möglichst umfassend genutzt werden sollte. Hierfür bietet sich neben der aeroben Kompostierung der Einsatz von kommunalen Bioabfälle in Biogasanlagen an, wodurch neben dem stofflichen zusätzlich ein energetisches Recycling erfolgt. Um Gärreste im natürlichen Stoffkreislauf ganzheitlichen bodenbezogen einsetzen zu können, müssen rechtliche Qualitätsanforderung der Bioabfallverordnung (BioAbV) und der Düngeverordnung (DüV) eingehalten werden, was eine nachgelagerte Aufbereitung der Gärreste bedingt. Dabei ist die Landwirtschaft schon heute der Hauptabnehmer der bei der Bioabfallbehandlung erzeugten Komposte und Gärreste. Bedingt durch das heterogene Ausgangsmaterial Bioabfall und der anaeroben Behandlungsmethode unterscheiden sich die entstehenden Bioabfallgärreste von klassischen organischen Düngern (Mist, Kompost und Klärschlamm). Über die bodenphysikalische Wirkung aufbereiteter Bioabfallgärreste ist wenig bekannt, da der Fokus bei AbfallstoffenBioabfälle sind eine wertvolle Ressource, welche laut Kreislaufwirtschaftsgesetzt (KrWG) möglichst umfassend genutzt werden sollte. Hierfür bietet sich neben der aeroben Kompostierung der Einsatz von kommunalen Bioabfälle in Biogasanlagen an, wodurch neben dem stofflichen zusätzlich ein energetisches Recycling erfolgt. Um Gärreste im natürlichen Stoffkreislauf ganzheitlichen bodenbezogen einsetzen zu können, müssen rechtliche Qualitätsanforderung der Bioabfallverordnung (BioAbV) und der Düngeverordnung (DüV) eingehalten werden, was eine nachgelagerte Aufbereitung der Gärreste bedingt. Dabei ist die Landwirtschaft schon heute der Hauptabnehmer der bei der Bioabfallbehandlung erzeugten Komposte und Gärreste. Bedingt durch das heterogene Ausgangsmaterial Bioabfall und der anaeroben Behandlungsmethode unterscheiden sich die entstehenden Bioabfallgärreste von klassischen organischen Düngern (Mist, Kompost und Klärschlamm). Über die bodenphysikalische Wirkung aufbereiteter Bioabfallgärreste ist wenig bekannt, da der Fokus bei Abfallstoffen bisher eher auf den chemischen und biologischen Parametern liegt. Gemeinhin wird eine positive bodenphysikalische Wirkung bei Zuführung von organischer Substanz impliziert. Diese Annahme zu prüfen, ist Forschungsgegenstand dieser Arbeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wirkung von vier unterschiedlich aufbereiteten Gärrestprodukten aus der Bioabfallvergärung auf die bodenphysikalischen Kennwerte in einem dreijährigen Feldversuch und fünf Gefäßversuchen (sandiger Boden) untersucht. Die verwendeten Gärrestsubstrate entstammen einer zweistufigen Biogasanlage und wurden im Nachgang nochmals kompostiert sowie teilweise pelletiert. Zur Charakterisierung des Einflusses der Gärrestprodukte auf die bodenphysikalischen Kennwerte wurden an gestörten und ungestörten Bodenproben aus dem Feldversuch sowie den Gefäßversuchen die Parameter Textur, Lagerungsdichte, Kennwerte der Wasserbindung, gesättigte Wasserleitfähigkeit und Luftleitfähigkeit unter Laborbedingungen bestimmt. Die Applikation von aufbereiteten Bioabfallgärreste auf landwirtschaftlichen Nutzflächen führt zu einer Zunahme des Gehalts an organischer Substanz im Boden und kann damit positiv auf die bodenphysikalischen Eigenschaften wirken. Innerhalb des dreijährigen Feldversuches und der Gefäßversuche konnten jedoch keine signifikanten Effekte der aufbereiteten Gärrestprodukte auf die bodenphysikalischen Kennwerte festgestellt werden. Da die Wirkung organischer Dünger auf physikalische Bodeneigenschaften sowohl von der applizierten Menge als auch von der Versuchsdauer abhängen, sind Effekte voranging in Langzeitversuchen festzustellen, was bei zukünftigen Versuchsdesignen beachtet werden sollte.show moreshow less
  • Biowaste is a valuable resource, which, according to the Recycling Management Act (KrWG), should be used as extensively as possible. For this purpose, in addition to aerobic composting, the use of municipal bio-waste in biogas plants is an option, which means that, in addition to material-based recycling, energy-based recycling takes place. In order to be able to use digestate in the natural material cycle in a holistic soil-related manner, the legal quality requirements of the Biowaste Ordinance (BioAbV) and the Fertilizer Ordinance (DüV) must be complied with, requiring downstream processing of the digestate. The main part of the compost and digestate produced during biowaste treatment is already used by agriculture. Due to the heterogeneity of the raw material bio-waste and due to the anaerobic treatment method, the resulting bio-waste fermentation residues differ from conventional organic fertilizers (manure, compost and sewage sludge). Little is known about the physical effects of processed biowaste fermentation residues on theBiowaste is a valuable resource, which, according to the Recycling Management Act (KrWG), should be used as extensively as possible. For this purpose, in addition to aerobic composting, the use of municipal bio-waste in biogas plants is an option, which means that, in addition to material-based recycling, energy-based recycling takes place. In order to be able to use digestate in the natural material cycle in a holistic soil-related manner, the legal quality requirements of the Biowaste Ordinance (BioAbV) and the Fertilizer Ordinance (DüV) must be complied with, requiring downstream processing of the digestate. The main part of the compost and digestate produced during biowaste treatment is already used by agriculture. Due to the heterogeneity of the raw material bio-waste and due to the anaerobic treatment method, the resulting bio-waste fermentation residues differ from conventional organic fertilizers (manure, compost and sewage sludge). Little is known about the physical effects of processed biowaste fermentation residues on the soil, as the focus in the case of waste materials has so far tended to be on the chemical and biological parameters. In general, a positive effect on the soil physics is implied when adding organic matter. Testing this assumption is the subject of this thesis. As part of this work, the effect of four differently processed digestate products from biowaste fermentation on the soil physical parameters was investigated in a three-year field test and five container tests (carried out in sandy soil). The applied digestate substrates originate from a two-stage biogas plant and were subsequently composted again as well partially pelletized. To characterize the influence of the digestate products on the soil physical characteristics, the parameters texture, storage density, characteristics of water binding, saturated water conductivity and air conductivity were determined under laboratory conditions on disturbed and undisturbed soil samples from the field test and the container tests. The application of processed biowaste digestate on agricultural land leads to an increase in the content of organic matter in the soil and can thus have a positive effect on the soil physical characteristics. However, within the three-year field test and the vessel tests, no significant effects of the processed digestate on the soil physical properties could be determined. Since the effect of organic fertilizers on the soil physical properties depends both on the amount applied and on the duration of the experiment, effects must be determined in long-term experiments. The trial design of future experiments should thus be chosen accordingly.show moreshow less

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Metadaten
Author: Nils Dietrich
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-56539
DOI:https://doi.org/10.26127/BTUOpen-5653
Series (Serial Number):Geopedology and Landscape Development Research Series (12)
Referee / Advisor:Prof. Dr. Thomas RaabORCiD, PD Dr. Horst H. Gehrke
Document Type:Doctoral thesis
Language:German
Year of Completion:2021
Date of final exam:2021/04/26
Release Date:2021/11/13
Tag:Bodenphysik; Gärreste; Lagerungsdichte; Organische Bodenhilfsstoffe; Pellets
Bulk density; Organic soil additives; Pellets; Soil physics
GND Keyword:Bodendichte; Bodenphysik; Gärrest; Organisches Düngemittel; Pellet
Institutes:Fakultät 2 Umwelt und Naturwissenschaften / FG Geopedologie und Landschaftsentwicklung
Licence (German):Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.
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