Forschungs- und Innovationsprojekt
Biokohleprojekt Bayern

Mehrere Personen bringen per Hand Biokohle auf einem Feld aus

Ausbringung von Biokohle auf einem Versuchsfeld in Puch

Wirkung karbonisierter, organischer Reststoffe auf die Bodenfruchtbarkeit

Es ist davon auszugehen, dass die Landwirtschaft aufgrund des Klimawandels sich auf zunehmende Trockenheit, Starkregenereignisse sowie Veränderungen bei der Nährstoffverfügbarkeit einstellen muss. Der Einsatz von Biokohle im Ackerbau kann möglicherweise einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung einer klimaschonenden Landwirtschaft und zur Sicherung der natürlichen Bodenfunktionen leisten. Durch Einbringung von Biokohle in den Boden, besonders bei leichten Böden, soll aufgrund der chemisch-physikalischen Eigenschaften der Biokohle die Speicherfähigkeit für Wasser und Nähstoffe erhöht werden und damit eine langfristige Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit erreicht werden. Zum anderen bewirkt ein Verkohlungsprozess eine langfristige Festlegung von klimaschädlichen CO2.
Anregung für das Biokohleprojekt waren u.a. die Terra Preta Böden Brasiliens
Terra preta (portugiesisch für „schwarze Erde“) beziehungsweise Terra preta do indio, wird ein von Menschen gemachter Boden in Amazonien genannt.
Der Boden besteht aus einer Mischung von Holzkohle, Dung, Kompost und Tonscherben. Man findet diesen für die örtlichen Verhältnisse besonders fruchtbaren Boden in teils meterdicken Schichten in alten und prähistorischen Siedlungsgebieten.

Problemstellung

Die wenigen wissenschaftlichen Erkenntnisse zur Wirkung von Biokohle entstammen nahezu ausschließlich aus Topf- oder Gewächshausversuchen. In den noch jungen Feldversuchen (Biochar Europa 2012) bleiben Standortfaktoren und mögliche, langfristige Veränderungen der Bodenfruchtbarkeit, weitgehend unberücksichtigt. Aktuelle Forschungsarbeiten beschäftigen sich vor allem mit dem Herstellungsverfahren, dem Nährstoff- und Schadstoffgehalt der Kohlen. In Bayern fehlen praxisbezogene Feldversuche völlig.

Ziele

Folgende Fragen, bezüglich der Wirkung und der Einsatzmöglichkeit von Biokohle im Ackerbau sollen geklärt werden.

1. Gibt es Unterschiede in der Wirkungsweise von Biokohlen je nach Herstellungsverfahren und verwendetem Rohstoff?

Die Vorteile der hydrothermalen Kohle (HTC-Kohle) gegenüber der Pyrolysekohle liegen im energetisch günstigerem Verfahren, in der Möglichkeit auch Flüssigkeiten wie Biogasgärreste und Klärschlamm zu verkohlen und im hohen Nährstoffgehalt, bedingt durch die Nährstoffgehalte in der Flüssigkeit. Mögliche Nachteile der HTC-Kohle könnten das Porenvolumen und die Haltbarkeit sein. Die Eignungsfähigkeit beider Kohlen in der Landwirtschaft sollen unter Praxisbedingungen verglichen werden.

2. Für welche Standorte und Bodenarten ist Biokohle geeignet?

Ähnlich wie Ton besitzt Kohle eine riesige Oberfläche (1g Kohle hat die Fläche eines Fußballfeldes), an der eine große Menge an polaren (Wasser) oder geladenen Molekülen adsorbiert werden kann. Auf Grund dieser Tatsache wäre ein idealer Einsatzbereich für Biokohle an trockenen Standorten mit leichten bis mittelschweren Böden. Hier könnte die Biokohle als Wasser- und Nährstoffpuffer fungieren und durch eine Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit langfristig zu einer Humusmehrung führen. Im Forschungsprojekt werden daher gezielt trockene Standorte mit leichten bis mittelschweren Böden ausgewählt.

3. Wie wirken verschiedene Biokohlen auf die Bodenfruchtbarkeit?

Die Wirkung verschiedener Biokohlen auf wichtige Merkmale der Bodenfruchtbarkeit (Aggregatstabilität, Humusgehalt, mikrobielle Aktivität) soll erstmals unter Praxisbedingungen in Bayern aufgezeigt werden.

4. Wie ist die Nährstoffwirkung verschiedener Biokohlen?

In Laborversuchen soll die Nähstoffverfügbarkeit (N,S,P) bei verschiedenen Vorbehandlungen (Biogasgärreste, Gülle) der Kohle geprüft werden.

Ausbringung von Biokohle auf einem Feld in Puch.

Methode

Im Herbst 2013 wurden in Puch, Großlellenfeld und Ochsenfurt Feldversuche in praxisüblicher Fruchtfolge auf leichten bis mittelschweren Böden angelegt, um die Wirkung verschiedener Pflanzenkohlen mit und ohne Nährstoffaktivierung in verschiedenen Applikationsmengen (insgesamt sieben Varianten) zu testen. Fünf Varianten mit Pyrolyse-Kohle wurden im Herbst 2013 angelegt, eine Minimalvariante mit Buchenholzkohle und eine HTC-Kohlevariante wurden im Herbst 2014 angelegt. An allen Standorten erfolgen jährlich humuschemische (organische Bodenkohlenstoff- und Gesamtstickstoffgehalte, pH-Wert, HI-Index) bodenmikrobiologische (mikrobielle Biomasse, Katalase) und bodenphysikalische Untersuchungen (Aggregatstabilität, Porenverteilung, Textur, Lagerungsdichte). Zudem werden parzellengenau die Ernteerträge ermittelt und die Nährstoffgehalte im Boden und in den Pflanzen für eine Nährstoffbilanzierung festgehalten.

Ergebnisse

Die Erträge der Parzellen an allen drei Standorten zeigten eine relativ hohe räumliche Variabilität, aber bisher keinerlei Effekte im Hinblick auf Ertragshöhe, -qualität, Schädlingsbefall, Verunkrautung oder Wasserverfügbarkeit, die systematisch der Kohleapplikation zuzuordnen wären. Trotz Kohleapplikation gab es bei starkem Trocken- und Hitzestress 2015 sehr niedrige Silomaiserträge in Großlellenfeld. Eine ertragsrettende Erhöhung der Wasserspeicherung durch Biokohle konnte in diesem sehr starken Stressjahr nicht gefunden werden. Damit erfüllt die Biokohle weder die Hoffnungen im Hinblick auf eine bodenchemische noch eine bodenphysikalische Verbesserung in leichten bis mittelschweren Ackerböden in ertragsrelevantem Umfang. Die bisherigen humusanalytischen Ergebnisse weisen auf eine relativ schnelle Zersetzung der Biokohle hin, womit auch die Erwartungen im Hinblick auf eine langfristige Kohlenstoffsequestrierung nicht erfüllt werden.
Projektinformation
Projektleitung LfL: Martin Wiesmeier
Projektbearbeitung LfL: Heide Scherzer-Gois, Sandra Schwarzmeier, Monika Dirscherl, Veronika Ilmberger, Waltraud Rinder, Gisela Bongers, Mandy Kaps, Martin Wiesmeier
Laufzeit: 01.04.2013–31.12.2017
Finanzierung: Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF)
Projektkoordination: LfL
Projektpartner: Hochschule Weihenstephan-Triesdorf, Institut für Gartenbau, Fachgruppe Pflanzenernährung (Prof. Dr. Meinken), Ämter für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten Würzburg und Ansbach, Abteilung Qualitätssicherung und Untersuchungswesen an der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (AQU)
Förderkennzeichen: EW/13/33