Einfluss von HTC-Biokohle auf chemische und physikalische Bodeneigenschaften und Pflanzenwachstum

Durch Hydrothermale Carbonisierung (HTC) von Bioabfällen erzeugte HTC-Biokohlen (C-Gehalt 50-55 %) bieten - bei Einarbeitung in den Boden - ein Potenzial zur Erhaltung der Fruchtbarkeit. Ziel dieser Studie war es, die Effekte verschiedener HTC-Biokohlen (Ausgangsmaterial: Rübenschnitzel (RS), Biertreber (BT); Prozessführung: Temperatur 180-250 °C, Dauer 4-12 h) in praxisüblichen Mengen (Feld 10 bzw. Mikrokosmos 30 t ha-1) auf ackerbaulich bedeutsame Kenngrößen (CO2-Freisetzung; Gesamtporenvolumen (GPV); Wasserhaltekapazität (WHK); Aggregatstabilität (AS); pH-Wert; elektrische Leitfähigkeit (EC); Kationenaustauschkapazität (KAK); N-Versorgung; Pflanzenwachstum) zu quantifizieren.

Die HTC-Biokohle förderte die CO2-Freisetzung aus dem Boden, die im Zeitverlauf exponentiell sank. Eine hohe Temperatur sowie eine lange Dauer der HTC führten zu einer deutlich abbaustabileren HTC-Biokohle, wobei kein Effekt des Ausgangsmaterials auftrat. Die errechnete mittlere Verweilzeit der HTC-Biokohle im Boden (5-8 Jahre) lag zwischen der von Weizenstroh und Fertigkompost.

Ein Einfluss von HTC-Biokohle in einer Menge von 10 t ha-1 auf Bodeneigenschaften wurde nicht festgestellt. Ab 30 t ha-1 zeigte sich, dass HTC-Biokohle das GPV des Bodens vergrößerte, was zur Erhöhung der WHK um 3 Vol.-% führte. Bei kurzer Dauer der HTC bzw. RS als Ausgangsmaterial zeigte der behandelte Boden eine höhere WHK. HTC-Biokohle steigerte die AS des Bodens. Als mögliche Folge mikrobieller Stoffumsetzungen stieg der pH-Wert im Boden trotz eines niedrigen Ausgangswertes (pH 4-5) an, die EC sank. HTC-Biokohle aus RS erhöhte die KAK des Bodens um 40 %, was zu einer verbesserten Nährstoffpufferung beitragen könnte.

Unmittelbar nach der HTC-Biokohle-Anwendung wurden Zuckerrüben bei unterschiedlichen Ngaben angebaut. Der Feldaufgang wurde nicht beeinflusst, jedoch bei niedriger N-Gabe und insbesondere bei HTC-Biokohle aus RS (C/N 38) wurde ein stark vermindertes Jugendwachstum festgestellt. Eine hohe N-Gabe kompensierte dies vollständig. HTC-Biokohle aus BT (C/N 16) steigerte den N-Gehalt im Boden (Nmin) sowie in den Pflanzen signifikant. Grund für das schwache Jugendwachstum war demnach verminderte N-Verfügbarkeit, vermutlich als Folge mikrobieller NImmobilisierung. Zur Endernte war der Ertrag nur dann vermindert, wenn HTC-Biokohle aus RS und kein N appliziert wurde.

Um aus der möglichen N-Immobilisierung ökologische Vorteile zu ziehen, sollte HTC-Biokohle terminlich und standortbezogen optimiert angewendet werden. Die Effekte der unterschiedlichen Prozessführung bei der HTC weisen auf Optimierungsmöglichkeiten hin. Bei entsprechender Herstellung kann die Anwendung von HTC-Biokohle den Gehalt an organischer Substanz im Boden erhöhen und weitere Bodeneigenschaften nachhaltig verbessern. Weitere systematische Untersuchungen, vor allem langfristiger Effekte unter Feldbedingungen, sind nötig.