Forschungs- und Innovationsprojekt
Pflanzenkohle in Baumsubstraten

Pflanzenkohlen unterschiedlicher Herkunft

Bewertung der organischen Bestandteile von mineralischen Substraten unter besonderer Berücksichtigung von Pflanzenkohlen

Pflanzenkohlen können eine geeignete organische Komponente in Baumsubstraten darstellen. Abhängig von Ausgangsmaterial und Herstellungsbedingungen unterscheiden sie sich allerdings stark in ihrer stofflichen Zusammensetzung und in ihren Eigenschaften. Im Projekt wird die Wirkung von Pflanzenkohlen auf die Nährstoffverfügbarkeit von Baumsubstraten untersucht.

Hintergrund des Projektes

Bei Substraten für Baumpflanzungen stehen die physikalischen Eigenschaften im Vordergrund. Die chemischen und biologischen Eigenschaften der Baumsubstrate werden kaum berücksichtigt. Die Substrate sollen struktur- und verdichtungsstabil sein, ein hohes Porenvolumen, eine hohe Luft- und Wasserkapazität sowie eine ausreichende Wasserdurchlässigkeit besitzen. Um diesen technischen Anforderungen zu entsprechen, bestehen die Substrate größtenteils aus grobkörnigen, mineralischen Komponenten. Organische Komponenten werden nur in geringem Maße zugegeben, damit eine tiefe und gleichmäßige Durchwurzelung begünstigt wird und keine Fäulnisprozesse und Sackungen auftreten. Als organische Komponente wird dabei häufig Kompost verwendet, der zum einen eine düngende Wirkung hat und zum anderen die Wasser- und Nährstoffspeicherfähigkeit im Substrat verbessert. Es kann jedoch angenommen werden, dass der Kompost wegen der guten Durchlüftung innerhalb relativ kurzer Zeit abgebaut wird.

Die Zusammensetzung der Substrate, mit niedrigem Feinkornanteil und geringem Gehalt an organischer Substanz, hat zur Folge, dass die Substrate oftmals nur eine geringe Nährstoffspeicherfähigkeit aufweisen, sodass eine ausreichende Nährstoffversorgung langfristig nicht gewährleistet ist.

Pflanzenkohlen als Zuschlagstoff in Baumsubstraten

Pflanzenkohlen, die bei der Pyrolyse von biogenen Ausgangsmaterialien erzeugt werden, könnten aufgrund ihrer Eigenschaften und beobachteter positiver Effekte nach der Einbringung in den Boden eine geeignete organische Komponente in Baumsubstraten darstellen. So konnten nach Zugabe von Pflanzenkohlen eine verbesserte Nährstoff- und Wasserspeicherung, eine Erhöhung des Humusgehalts und eine Zunahme der mikrobiellen Aktivität im Boden festgestellt werden. Pflanzenkohlen können sich in Abhängigkeit vom verwendeten Ausgangsmaterial und den Herstellungsbedingungen allerdings stark in ihrer Zusammensetzung und in ihren Eigenschaften unterscheiden. Zudem wird die Pflanzenkohle bei der Anwendung in Böden oder Substraten nicht pur zugegeben, sondern mit weiteren organischen Materialien vermischt oder kompostiert, da sonst aufgrund der hohen Sorptionskapazität zunächst eine Nährstofffixierung auftreten kann. Es ist daher anzunehmen, dass die Qualität und die Wirkung verschiedener Pflanzenkohle-Produkte erheblich variieren können.

In der Praxis gibt es bereits erste Anwendungen von Pflanzenkohlen in Baumsubstraten im urbanen Bereich. Derzeit sind jedoch kaum Kenntnisse hinsichtlich der Beeinflussung der chemischen Eigenschaften der Substrate durch die Zumischung von Pflanzenkohlen vorhanden. Darüber hinaus fehlen Kenntnisse bezüglich der Langzeitwirkung von Pflanzenkohlen in Baumsubstraten.

Ziel des Projektes

Die Wirkung von Pflanzenkohlen auf die Nährstoffverfügbarkeit in Baumsubstraten wurde noch nicht hinreichend untersucht.
Mithilfe von Laboruntersuchungen werden die chemischen Eigenschaften sowie die Stabilität von verschiedenen Pflanzenkohlen verglichen. Ergänzend zu dieser Materialcharakterisierung soll in einem Topfversuch unter Freilandbedingungen überprüft werden, ob die Zumischung von Pflanzenkohlen die pflanzenbaulichen Eigenschaften von Baumsubstraten im Vergleich zu einer herkömmlichen organischen Komponente verbessert.

Methode des Projektes

1. Materialcharakterisierung

1.1. Pflanzenkohlen
Untersuchung von Pflanzenkohlen verschiedener Hersteller aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien und Herstellungsverfahren. Die Auswahl umfasst ausschließlich marktfähige Produkte, damit die gewonnenen Erkenntnisse über deren Materialeigenschaften unmittelbar in der Praxis angewandt werden können.

1.2. Laboruntersuchungen zur Materialcharakterisierung von verschiedenen Pflanzenkohlen
- thermische Analyse (mit gleichmäßigem Temperaturanstieg von 160 bis 900°C)
- organischer Kohlenstoffgehalt und Carbonatgehalt
- pH-Wert
- Leitfähigkeit
- lösliche Anteile der Nährstoffe P, K
- Kationenaustauschkapazität (KAK)
2. Topfversuch zur Bewertung der Eignung von Pflanzenkohlen als Substratmischpartner in Baumsubstraten

2.1. Substratmischungen
Verwendung eines mineralischen Baumsubstrats, das den gängigen Richtlinien entspricht. Zugabe von unterschiedlichen Arten und Mengenanteilen von aufgeladener Pflanzenkohle und Pflanzenkohle-Kompost-Mischungen. Als Referenz dient eine Variante mit Kompost als organischer Komponente im Substrat.

2.2. Untersuchungen
Zu Beginn, etwa in der Mitte und am Ende des Versuchszeitraums werden der pH-Wert, der Salzgehalt sowie die Gehalte an löslichen Nährstoffen im Substrat ermittelt. Parallel dazu erfolgen zu den jeweiligen Messterminen eine Laboranalyse der Kohlenstoff-Zusammensetzung mittels thermischer Analyse und eine Bestimmung der Kationenaustauschkapazität.
Projektinformation
Projektleitung: Dr. Manfred Klemisch
Projektbearbeiter: Kerstin Beck
Laufzeit: 01.07.2017 bis 31.12.2018