Wirkung von Gärprodukten aus Biogasanlagen ... - Humusnetzwerk

Wirkung von Gärprodukten aus Biogasanlagen auf
Humusreproduktion und Bodenökologie
Kerstin Nielsen ∗ , Gabriela Bermejo ∗∗ , Karen Sensel * , Verena Wragge * , Stefanie Krück ** ,
Frank Ellmer ∗∗
In der Regel werden Gärprodukte aus Biogasanlagen als Dünger auf landwirtschaftliche
Nutzflächen ausgebracht. Mit dem intensiven Anbau von Silomais, einer stark
humuszehrenden Fruchtart, wächst die Sorge einer negativen Humusbilanz. Durch die
Rückführung organischer Substanz über die Gärprodukte in den Boden kann unmittelbar zur
Humusreproduktion beigetragen werden. Ob die Humusreproduktionsleistung von
Gärprodukten aus Biogasanlagen für eine ausgeglichene Humusbilanz ausreicht, ist allerdings
bisher noch ungeklärt. Auch die Wirkung von Gärprodukten auf die Bodenökologie ist derzeit
noch nicht hinreichend erforscht. Untersuchungen u. a. zu diesen Fragestellungen werden am
Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin
(IASP) zusammen mit dem Fachgebiet für Acker- und Pflanzenbau der Humboldt-Universität
zu Berlin durchgeführt.
Bis jetzt gibt es sehr wenige Erkenntnisse hinsichtlich der C-Mineralisierung und der
Abbaustabilität von Gärprodukten im Boden und damit ihres Potenzials für die
Humusreproduktion.
Untersucht wurden ein flüssiges Gärprodukt aus einer Anlage mit Nassfermentation, welche
Rindergülle und Maissilage einsetzt, sowie ein festes Gärprodukt aus einer
Trockenfermentationsanlage, die ausschließlich Maissilage als Substrat einsetzt (Tab. 1).
Mit Hilfe eines aeroben Inkubationsversuches über 100 Tage wurde über die Messung der
CO2-Freisetzung von Sandboden-Dünger-Gemischen der Abbau der organischen Substanz
aus Gärprodukten im Vergleich zu Rindergülle und Stallmist im Boden bestimmt (Abb. 1).
Dabei wurden jeweils 50 g Sandboden mit einer Düngermenge, die 0,11 mg N g -1 Boden
entspricht, gemischt. Die Bodenatmung der Proben wurde mittels Respirometer (Respicond,
Nordgren Innovations, Schweden) ermittelt.
Mineralisierter Anteil des Dünger‐
Kohlenstoffs [%]
60
50
40
30
20
10
0
Rindermist (verrottet) Rindergülle
Gärprodukt fest Gärprodukt flüssig
0 20 40 60 80 100
Zeit [d]
Abbildung 1: Zeitlicher Verlauf der C-Mineralisierung
von Bodenproben mit Gärprodukten im Vergleich zu
Rindergülle und Rindermist
Mineralisierter Anteil des Dünger‐
Kohlenstoffs [%]
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Rindermist
(verrottet)
Gärprodukt
fest
Rindergülle Gärprodukt
flüssig
Abbildung 2: Mineralisierter Anteil des Dünger-
Kohlenstoffs in Sandboden nach 100 Tage Inkubation
bei 22 °C (Mittelwerte und Standardfehler)
In der Versuchsvariante mit Rindergülle wurde nach 100 Tagen Inkubation ein mineralisierter
Anteil des Düngerkohlenstoffs von 48 % festgestellt (Abb. 2). Dieser lag damit mehr als
doppelt so hoch wie im flüssigen Gärprodukt (22 %). Im festen Gärprodukt lag der
∗ Institut für Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP)
∗ ∗ Humboldt‐Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich‐Gärtnerische Fakultät, FG Acker‐ und Pflanzenbau

mineralisierte Anteil des Düngerkohlenstoffs mit 55 % mehr als viermal so hoch wie im
verrotteten Rindermist (13 %). Nach 100tägiger Inkubation war jedoch im festen Gärprodukt
und im verrotteten Rindermist noch kein stabiler Zustand der organischen Substanz im Boden
erreicht. Diese Ergebnisse zeigen, dass die organische Substanz im flüssigen Gärprodukt
stabiler ist als die der Gülle und die organische Substanz im festen Gärprodukt weniger
stabilisiert ist als die von Stallmist. Nach den Richtwerten der VDLUFA-
Humusbilanzierungsmethode wurden mangels verfügbarer Daten gleiche Humus-C-Werte 1
der organischen Substanz für flüssige Gärprodukte und Gülle sowie ähnliche Humus-C-Werte
für feste Gärprodukte und Stallmist angenommen. Dies kann durch die vorliegenden
Versuchsergebnisse nicht bestätigt werden. Die Abbaustabilität der organischen Substanz
wird u. a. durch deren Zusammensetzung beeinflusst. Es konnte eine Korrelation zwischen
den jeweiligen mineralisierten organischen Kohlenstoffanteilen und dem Gehalt an Cellulose
und Hemicellulose in den organischen Düngern beobachtet werden (Abb. 3).
Mineralisierte Anteil des Dünger‐
Kohlenstoffs [%]
60
50
40
30
20
10
0
R² = 0,9497
0 10 20 30 40
Cellulose‐ und Hemicelluloseanteil der Dünger [% TS]
Abbildung 3: Beziehung zwischen dem
Cellulose- und Hemicelluloseanteil und dem
mineralisierten Dünger-Kohlenstoff
Parameter
Gärprodukt
fest
Rindermist
(verrottet)
Gärprodukt
flüssig
Rindergülle
TS [%] 13,8 22,7 8,0 9,0
oTS [% TS] 79,1 68,4 71,5 78,8
pH 8,4 7,6 7,8 7,5
Corg [% TS] 39,4 29,8 37,1 42,7
Nges [% TS] 4,3 2,9 5,8 3,9
NH4 + -N [% TS] 1,5 0,1 2,9 2,1
C/N 9 10 6 11
Lignin [% TS] 9,3 23,1 11,8 6,5
Hemicellulose [% TS] 18,0 0,8 13,7 14,7
Cellulose [% TS] 17,7 11,9 8,9 17,3
Tabelle 1: Stoffliche Parameter der eingesetzten organischen
Dünger
Bodenlebewesen sind stark von ihrem unmittelbaren Lebensraum abhängig und aus diesem
Grund gut als Bioindikatoren für ökologische Zustandsgrößen von Böden geeignet. Am
Standort Berlin-Dahlem wurde im Herbst 2009 die Wirkung fester und flüssiger Gärprodukte
im Vergleich zu Wirtschaftsdüngern auf Regenwürmer in einer Braunerde-Fahlerde
untersucht. Dazu wurden 120 kg ha -1 Nges aus festen und flüssigen Gärprodukten sowie
Wirtschaftsdüngern in einer einfaktoriellen Blockanlage mit vierfacher Wiederholung zu
Sorghum ausgebracht. Als Kontrolle diente eine ungedüngte Variante. Einen Monat nach der
Düngung wurde die Abundanz von Regenwürmern bestimmt. Dafür wurde ein definiertes
Bodenvolumen von 2mal 1/8 m 2 und 20 cm Tiefe pro Parzelle beprobt. Mittels Formalin-
Extraktion wurden anektische, also tiefgrabende Arten erfasst (Abb. 4).
Abbildung 4: Feldversuch mit ausgebrachten organischen Düngern, Hand-Sortierung von Regenwürmern und
Lebensräume verschiedener Regenwurm-Gruppen
1 Humus‐C ist der für die Humusreproduktion im Boden anrechenbare Kohlenstoff

Die Ergebnisse zeigen, dass die organischen Dünger die Regenwurmabundanz gegenüber der
Kontrolle erhöht haben. Die höchste Individuendichte wurde in der mit verrottetem
Rindermist gedüngten Variante festgestellt (Abb. 5). Dieser organische Dünger hatte
verglichen mit den anderen geprüften Stoffen den höchsten Trockensubstanzgehalt und das
weiteste C/N-Verhältnis (Tab. 1). Diese Eigenschaften scheinen eine positive Wirkung auf die
Populationsentwicklung der Lumbriciden zu haben. Es ist allerdings darauf hinzuweisen, dass
dies nur für die untersuchten spezifischen Boden- und Klimabedingungen gilt.
Abbildung 5: Gesamtabundanz von Regenwürmern, unterteilt nach Arten, 1 Monat nach Ausbringung
verschiedener organischer Dünger im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle (Mittelwerte und Standardfehler);
A. = Gattung Aporrectodea, spec = species
Nach dem Einsatz von Gärprodukten war die Abundanz von Regenwürmern um rund 30 %
höher als in der ungedüngten Kontrolle. Dies resultierte hauptsächlich aus einem verstärkten
Auftreten der Arten Aporrectodea caliginosa und Aporrectodea icterica. Verglichen mit
Gülle- und Stallmistdüngung blieben die Effekte allerdings um 25 bzw. 27 % geringer. Das ist
möglicherweise auf die höheren NH4 + -N-Konzentrationen und pH-Werte der Gärprodukte
zurückzuführen. Zudem wurde weniger organische Substanz als durch Gülle und Stallmist
eingebracht, so dass die Ernährungsbedingungen für die Makrofauna des Bodens bei
Gärproduktdüngung weniger günstig ausfällt als bei der Düngung mit Gülle oder Stallmist.
Nach den vorliegenden Untersuchungen haben Gärprodukte eine fördernde Wirkung auf die
Abundanz von Regenwürmern in Ackerböden, der positive Effekt herkömmlicher
Wirtschaftsdünger wird jedoch nicht erreicht.
Durch den Abbau der organischen Substanz im Fermenter und dem dadurch eingeengten C/N-
Verhältnis gelangt bei der N-bezogenen Düngung mit flüssigem Gärprodukt insgesamt
weniger Kohlenstoff in den Boden als bei Gülle. Allerdings ist die organische Substanz im
flüssigen Gärprodukt stabiler als die von Gülle und trägt daher in höherem Maße zur
Humusreproduktion bei. Die organische Substanz in festen Gärprodukten ist dagegen deutlich
weniger stabilisiert als die von Stallmist. Der Anteil und die Abbaustabilität der organischen
Substanz in den Gärprodukten sind u. a. von den eingesetzten Substraten und
anlagenspezifischen Parametern wie der Verfahrensart und der Verweilzeit abhängig. Die
VDLUFA-Richtwerte für die Humusreproduktionsleistung von Gärprodukten bedürfen einer
Prüfung und einer stärkeren Differenzierung notwendigerweise unter Einbeziehung von
mehrjährigen Feldversuchen. Weitere Forschungen zu dieser Thematik sind am Institut für
Agrar- und Stadtökologische Projekte an der Humboldt-Universität zu Berlin (IASP) geplant.