Studien zur Pflanzenkohle

Hier finden Sie aktuelle Studien zum Thema Pflanzenkohle

Autor D. Fischer   Zeitschrift

Synergismen zwischen Kompost und Pflanzenkohle für Nachhaltige Bodenverbesserung

Angetrieben durch den Klimawandel und das Bevölkerungswachstum zwingt der zunehmende menschliche Druck auf das Land die Umwandlung von Naturlandschaften in landwirtschaftliche Flächen und Weiden, während gleichzeitig erschöpfende Flächen derzeit landwirtschaftlich genutzt werden (Lal, 2009). Als Folge davon entwickelt sich ein Teufelskreis: weitere Verschärfung des Klimawandels, Bodendegradation, Erosion, Verlust organischer Bodenbestandteile Materie (SOM) und Auslaugung von Nährstoffen.

Autor
Daniel Fischer, Bruno Glaser
Veröffentlicht
Zeitschrift
Studie
http://www.biomastec.com/fileadmin/Sonstiges/InTech-Synergisms_between_compost_and_biochar_for_sustainable_soil_amelioration.pdf

Angetrieben durch den Klimawandel und das Bevölkerungswachstum zwingt der zunehmende menschliche Druck auf den Boden zur Umwandlung von Naturlandschaften in landwirtschaftliche Flächen und Weiden bei gleichzeitiger Verarmung der derzeit landwirtschaftlich genutzten Flächen (Lal, 2009). Als Folge davon entwickelt sich ein Teufelskreis, der Klimawandel, Bodendegradation, Erosion, Verlust an organischer Substanz im Boden (SOM) und Auswaschung von Nährstoffen weiter verschärft. Daher sind nachhaltige Konzepte zur Steigerung der Nahrungsmittelproduktion dringend erforderlich, um den Druck auf die Böden zu verringern, um die negativen Umweltauswirkungen der intensiven Landwirtschaft zu reduzieren oder zu verhindern. Ein Schlüssel für solche Strategien ist die Erhaltung oder Erhöhung des SOM-Niveaus, das positive Ökosystemleistungen wie erhöhte Produktivität, Nährstoff- und Wasserspeicherung, intakte Filterkapazität, Bewurzelung, Belüftung und Lebensraum für Bodenorganismen usw. induziert. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass SOM die Bodenfruchtbarkeit und die C-Speicherung (C-Sequestrierung) verbessert. Eine effiziente Möglichkeit zur Erhöhung des SOM-Niveaus ist die Anwendung von Kompost, der insbesondere aus Biomasseabfällen hergestellt wird. Während der letzten Jahrzehnte wurde aufgrund verschiedener Trends in der heutigen Gesellschaft der Professionalisierung der Kompostierung Aufmerksamkeit geschenkt: Zum einen ist ein Wachstum der Viehzucht und eine Intensivierung der Pflanzenproduktion zu verzeichnen, während gleichzeitig eine zunehmende Verknappung der Ressourcen, d.h. der fossilen Brennstoffe, der fossilen Nährstoffvorräte und des Ackerlandes, zu erkennen ist. Andererseits sind die Verstädterung und das Bevölkerungswachstum, verbunden mit einer erhöhten Abfallmenge, für die Umweltgefährdung und -verschmutzung verantwortlich. Daher wurde die Kompostierung zu einem effizienten Mittel der Abfallverarbeitung, der Bodenverbesserung und der allgemeinen Umweltverbesserung. Allerdings ist das bisher berichtete C-Sequestrierungspotential durch die Kompostierung im Hinblick auf die Effizienz der C-Nutzung und die langfristige C-Erhaltung selbst in Kombination mit ökologischem Landbau und dem Management ohne Kasse begrenzt. Daher sind neue Konzepte für die C-Sequestrierung, die einen weiteren Anstieg der atmosphärischen CO2-Emissionen verhindern, dringend erforderlich. Eine vielversprechende Option ist die Anwendung des "terra preta-Konzepts", das Biokohle und Kompostierungstechnologien kombiniert. Dieses Konzept könnte die Qualität und die Materialeigenschaften von Kompostprodukten verbessern, was zu einer höheren Wertschöpfung und zu einem wesentlich besseren C-Sequestrierungspotenzial aufgrund der Langzeitstabilität von Biokohle führen könnte. Wir gehen davon aus, dass die Kompostierung von Biokohle zusammen mit anderen biogenen Materialien, die labiles organisches Material und Nährstoffe enthalten, ein geeignetes Mittel sein kann, um ein Substrat mit ähnlichen Eigenschaften wie Terra Preta zu erzeugen, wie z.B. verbesserte Bodenfruchtbarkeit und C-Sequestrierung. Die derzeit verfügbare Literatur wird zu diesen Aspekten überprüft.

Autor J. D. Gomez et. al. (2013)   Zeitschrift British Society of Soil Science

Die Pflanzenkohle-Zugaberate beeinflusst die mikrobielle Vielfalt des Bodens und Aktivität in gemäßigten Böden

Pflanzenkohle (BC) zur Bodenverbesserung ist eine vorgeschlagene Strategie zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit und zur Eindämmung des Klimawandels. Bevor dies jedoch zu einer empfohlenen Managementpraxis werden kann, muss ein besseres Verständnis der Auswirkungen von BC auf die Bodenbiota benötigt wird. Wir haben den Effekt der Zugaberaten (0, 1, 5, 10 und 20% der Masse) bestimmt.

Autor
J. D. Gomez, K. Denef, C. E. Stewart, J. Zheng, M. F. Cotrufo
Veröffentlicht
2013
Zeitschrift
British Society of Soil Science
Studie
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ejss.12097

Biokohle (BC) zur Bodenverbesserung ist eine vorgeschlagene Strategie zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit und zur Eindämmung des Klimawandels. Bevor dies jedoch zu einer empfohlenen Bewirtschaftungspraxis werden kann, ist ein besseres Verständnis der Auswirkungen von BC auf die Bodenbiota erforderlich. Wir haben die Auswirkungen der Zugaberaten (0, 1, 5, 10 und 20 Massenprozent) eines schnell pyrolysierenden, aus Holz gewonnenen BC auf die Extraktionseffizienz (EE), die Abundanz und die zeitliche Dynamik von Phospholipid-Fettsäuren (PLFAs, mikrobielle Gemeinschafts-Biomarker) in vier gemäßigten Böden während einer einjährigen Inkubation bestimmt. Zusätzlich wurden die Auswirkungen auf die mikrobielle Mineralisierung/Inkorporation von BC-C bestimmt, indem der CO2-Efflux und der BC-Beitrag zu CO2 und PLFA-C unter Verwendung des natürlichen 13C-Häufigkeitsunterschieds zwischen BC und Böden gemessen wurde. Die Zugabe von Biokohle erhöhte proportional die mikrobielle Abundanz in allen Böden und veränderte die Zusammensetzung der Gemeinschaft, insbesondere bei der größten Zugaberate, in Richtung einer eher gramnegativen bakteriadominierten (relativ zu Pilzen und grampositiven) Gemeinschaft. Obwohl chemisch widerspenstig, diente das BC als Substrat für die mikrobielle Aktivität, vor allem bei großen Zugaberaten und in Böden mit wenig organischer Substanz. Die mikrobielle Nutzung von BC-C für das Wachstum konnte die beobachtete Zunahme der mikrobiellen Biomasse nur teilweise erklären, was darauf hindeutet, dass andere, potenziell abiotische Mechanismen beteiligt waren. Der starke Rückgang des PLFA EE (-77%) in allen Böden mit Biokohlezugabe unterstreicht die Notwendigkeit, den EE zu messen und zu korrigieren, wenn PLFA-Biomarker zur Abschätzung der mikrobiellen Bodenreaktionen auf BC-Zugaben verwendet werden. Insgesamt bietet unsere Studie Unterstützung für die Verwendung von BC als Bodenzusatz, der die mikrobielle Aktivität und das Wachstum potenziell stimuliert.

Autor K. Terytze et. al. (2016)   Zeitschrift Frei Universität Berlin

Schließung von Kreisläufen durch Energie- und Stoffstrommanagement bei Nutzung der Terra-Preta-Technologie im Botanischen Garten im Hinblick auf Ressourceneffizienz und Klimaschutz – Modellprojekt Urban farming

Die Verwertung von organischen Rest- und Abfallstoffen leistet einen wichtigen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz und der Schonung fossiler Ressourcen. Aufgrund der ökologischen und ökonomischen Bedeutung besitzen organische Abfälle darüber hinaus eine wichtige Rolle innerhalb eines regionalen Stoffstrommanagements (IfaS, 2008). Durch die energiepolitische Abhängigkeit und die Auswirkungen des Klimawandels ist es erforderlich, lokal bis regional angepasste Konzepte für ein innovatives, integriertes Landnutzungs-, Energie- und Stoffstrommanagement zu entwickeln.

Autor
Terytze, Konstantin; Wagner, Robert; Schatten, René; Rößler, Kathrin; König, Nadine
Veröffentlicht
2016
Zeitschrift
Frei Universität Berlin
Studie
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/15068

Die Verwertung von organischen Rest- und Abfallstoffen leistet einen wichtigen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz und der Schonung fossiler Ressourcen. Aufgrund der ökologischen und ökonomischen Bedeutung besitzen organische Abfälle darüber hinaus eine wichtige Rolle innerhalb eines regionalen Stoffstrommanagements (IfaS, 2008). Durch die energiepolitische Abhängigkeit und die Auswirkungen des Klimawandels ist es erforderlich, lokal bis regional angepasste Konzepte für ein innovatives, integriertes Landnutzungs-, Energie- und Stoffstrommanagement zu entwickeln. Der Botanische Garten Berlin (BG) zählt u.a. aufgrund seiner Fläche (43 Hektar) und seiner 20.000 Pflanzenarten zu den größten und bedeutendsten Botanischen Gärten der Welt. Diese Pflanzenvielfalt produziert eine große Menge an Biomasse, die jährlich ca. 600 Tonnen Kohlendioxid speichert (BG, unveröffentlicht). Daraus resultieren durchschnittlich 2.100 m³ pflanzliche Reststoffe. Zu Projektbeginn wurden diese nur teilweise selbst genutzt. Ein Großteil der Pflanzenreste wurde von externen Firmen entsorgt. Daneben fallen durch Besucher und Mitarbeiter des BG in nicht unbeträchtlichem Umfang Rohstoffe in Form von Urin und Fäkalien an, die in das örtliche Entsorgungssystem einfließen. Die darin enthaltenen Nährstoffe (vor allem Stickstoff und Phosphor) werden als eine wichtige Quelle für den zukünftigen internen Bedarf angesehen. Bisher zugekaufte Dünger könnten so teilweise ersetzt werden. Durch technische Neuerungen und verbesserte Prozessführungen wurde im BG der Grundstein für eine erfolgreiche und nachhaltige Entwicklung auf betrieblicher Ebene gelegt. Der neue Verwertungsansatz stellt einerseits einen Beitrag zum Klimaschutz in Bezug auf eine erhöhte Kohlenstoffspeicherung in Böden dar, andererseits wird ein möglicher Ansatz zur Adaption an die Folgen des Klimawandels aufgezeigt, der auf andere Lokalitäten und Regionen übertragbar ist.

Autor J. Wang et. al. (2012)   Zeitschrift Research Gate

Auswirkungen der Änderung der Pflanzenkohle in zwei Böden auf das Treibhausgas Emissionen und Pflanzenproduktion

Hintergrund: Weltweit wächst das Interesse bei der Verwendung von Pflanzenkohle in der Landwirtschaft, um die globale Klimaerwärmung zu mildern und die Ernteproduktivität zu verbessern. Methoden, die Auswirkungen von Pflanzenkohle auf das Treibhausgas und (THG)-Emissionen sowie Reis- und Weizenerträge haben, wurden mit Hilfe von Freilandversuchen in zwei verschiedenen Böden (Hochlandboden vs. Rohboden) und einer aeroben Inkubationsexperiment im Rohboden bemessen.

Autor
Jinyang Wang & Xiaojian Pan & Yinglie Liu & Xiaolin Zhang & Zhengqin Xiong
Veröffentlicht
2012
Zeitschrift
Research Gate
Seiten
287-298
Studie
https://www.researchgate.net/publication/230563476_Effects_of_biochar_amendment_in_two_soils_on_greenhouse_gas_emissions_and_crop_production

Hintergrund: Weltweit besteht ein zunehmendes Interesse an der Verwendung von Biokohle in der Landwirtschaft, um die globale Erwärmung abzuschwächen und die Pflanzenproduktivität zu verbessern. Methoden Die Auswirkungen von Biokohle auf die Treibhausgasemissionen (THG) und die Reis- und Weizenerträge wurden mit Freilandversuchen in zwei verschiedenen Böden (Hochlandboden vs. Rohboden) und einem aeroben Inkubationsexperiment im Rohboden bewertet. Ergebnisse Die Zugabe von Biokohle in den Bergboden erhöhte die Methan (CH4)-Emissionen während der Reissaison um 37 %, während sie während der Weizensaison keine Auswirkung auf die CH4-Emissionen hatte. Die Zugabe von Biokohle verringerte die Distickstoffoxid-Emissionen (N2O) während der Reis- und Weizensaison um 54 % bzw. 53 %, hatte aber in beiden Jahreszeiten keinen Einfluss auf die Atmung des Ökosystems. Im aeroben Inkubationsexperiment verringerte der Zusatz von Biokohle die N2O-Emissionen signifikant und erhöhte die Kohlendioxid (CO2)-Emissionen aus dem Rohboden (P<0,01) ohne Harnstoff-Stickstoff. Die Zugabe von Biokohle erhöhte den Getreideertrag und die Biomasse, wenn sie mit Stickstoffdünger ausgebracht wurde. Im Durchschnitt der beiden Böden steigerte die Biokohle-Zugabe die Produktion von Reis und Weizen um 12 % bzw. 17 %, und diese Erhöhungen können teilweise auf die erhöhte Nitratrückhaltung im Boden zurückgeführt werden. Schlussfolgerungen Unsere Ergebnisse zeigten, dass, obwohl Biokohle das globale Erwärmungspotential bei der Ausbringung von hohem Stickstoffdünger erhöhte, die Einarbeitung von Biokohle die N2O-Emissionen deutlich verringerte und gleichzeitig die Pflanzenproduktion förderte.

Autor H. Li et. al. (2017)   Zeitschrift Science Direct

Mechanismen der Metallsorption durch Pflanzenkohle: Eigenschaften von Pflanzenkohle und Änderungen

Pflanzenkohle, die durch thermische Zersetzung von Biomasse unter sauerstoffbegrenzten Bedingungen hergestellt wird, hat als kostengünstiges Sorbens zur Behandlung von metallkontaminierten Gewässern zunehmend an Bedeutung gewonnen. Es fehlt jedoch an Informationen über die Rolle der verschiedenen Sorptionsmechanismen für verschiedene Metalle und die jüngste Entwicklung der Modifikation von Pflanzenkohle zur Verbesserung der Metallsorptionskapazität, die für die Anwendung von Pflanzenkohle im Feld entscheidend ist. Dieser Bericht fasst die Eigenschaften von Pflanzenkohle (z.B. Oberfläche, Porosität, pH-Wert, Oberflächenladung, funktionelle Gruppen und Mineralkomponenten) und die wichtigsten Mechanismen zusammen, die die Sorption von As, Cr, Cd, Pb und Hg durch Pflanzenkohle regeln.

Autor
Hongbo Li, Xiaoling Dong, Evandro B. da Silva, Letuzia M. de Oliveira, Yanshan Chen, Lena Q. Ma
Veröffentlicht
2017
Zeitschrift
Science Direct
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653517304356

Biokohle, die durch thermische Zersetzung von Biomasse unter sauerstoffbegrenzten Bedingungen hergestellt wird, hat als kostengünstiges Sorbens zur Behandlung von metallkontaminierten Wässern zunehmend an Bedeutung gewonnen. Es fehlt jedoch an Informationen über die Rolle der verschiedenen Sorptionsmechanismen für verschiedene Metalle und die jüngste Entwicklung der Modifikation von Biokohle zur Verbesserung der Metallsorptionskapazität, die für die Anwendung von Biokohle im Feld entscheidend ist. Dieser Bericht fasst die Eigenschaften von Biokohle (z.B. Oberfläche, Porosität, pH-Wert, Oberflächenladung, funktionelle Gruppen und Mineralkomponenten) und die wichtigsten Mechanismen zusammen, die die Sorption von As, Cr, Cd, Pb und Hg durch Biokohle regeln. Die Eigenschaften von Biokohle variieren erheblich mit dem Ausgangsmaterial und der Pyrolysetemperatur, wobei bei hoher Temperatur Biokohle mit größerer Oberfläche, Porosität, pH-Wert und Mineraliengehalt, aber weniger funktionellen Gruppen erzeugt wird. Verschiedene Mechanismen dominieren die Sorption von As (Komplexierung und elektrostatische Wechselwirkungen), Cr (elektrostatische Wechselwirkungen, Reduktion und Komplexierung), Cd und Pb (Komplexierung, Kationenaustausch und Ausfällung) und Hg (Komplexierung und Reduktion). Neben den Sorptionsmechanismen werden auch die jüngsten Fortschritte bei der Modifizierung von Biokohle durch Beladung mit Mineralien, Reduktionsmitteln, organischen funktionellen Gruppen und Nanopartikeln sowie die Aktivierung mit Alkalilösung zur Verbesserung der Metallsorptionskapazität diskutiert. Zukünftiger Forschungsbedarf für die Feldanwendung von Biokohle umfasst wettbewerbsfähige Sorptionsmechanismen von koexistierenden Metallen, die Wiederverwendung von Biokohle und die Kostenreduzierung der Biokohleproduktion.

Autor S. Brodowski et. al (2005)   Zeitschrift Science Direct

Morphologische und chemische Eigenschaften von Schwarzkohlenstoff in physikalischen Bodenfraktionen, die durch Rasterelektronenmikroskopie und energiedispersive Röntgenspektroskopie ermittelt wurden

Die Böden enthalten erhebliche Mengen an Ruß (BC) aus der Verbrennung von Biomasse und fossilen Brennstoffen. Seine Herkunft, Morphologie und Chemie sind jedoch unklar geblieben. Hier untersuchten wir BC in Partikelgrößen- und Dichteanteilen des Oberflächenbodens eines haplischen Chernozems mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM), das an ein energiedispersives Röntgenspektrometer (EDX) gekoppelt ist, um die morphologischen und chemischen Eigenschaften von BC als Funktion seiner Herkunft und seines Verbleibs in Böden zu untersuchen.

Autor
Sonja Brodowski, Wulf Amelung, Ludwig Haumaier, Clarissa Abetz, Wolfgang Zech
Veröffentlicht
2005
Zeitschrift
Science Direct
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706104003301

Die Böden enthalten erhebliche Mengen an Ruß (BC) aus der Verbrennung von Biomasse und fossilen Brennstoffen. Seine Herkunft, Morphologie und Chemie sind jedoch unklar geblieben. Hier untersuchten wir BC in Partikelgrößen- und Dichteanteilen des Oberflächenbodens eines haplischen Chernozems mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM), das an ein energiedispersives Röntgenspektrometer (EDX) gekoppelt ist, um die morphologischen und chemischen Eigenschaften von BC als Funktion seiner Herkunft und seines Verbleibs in Böden zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass BC nicht nur als gut definierte, sondern auch als SEM-amorphe Partikel auftrat. Die BC-Partikel wiesen unterschiedliche Morphologien auf, die von kugelförmigen bis unregelmäßigen Formen und von glatten bis rauen Oberflächen reichten. Partikel mit ähnlichen Morphologien wurden in verschiedenen Bodenfraktionen gefunden, was darauf hinweist, dass BC aus verschiedenen Quellen im Boden vorhanden ist, wobei Ruß-BC aus der Verbrennung von Kohle (und Öl) und Holzkohle-BC aus der Verbrennung von Kohle und Biomasse dominierten. Die Identität von BC wurde anhand der atomaren O/C-Verhältnisse ≤ 0,33 ermittelt. Innerhalb eines BC-Partikels stieg das O/C-Verhältnis von der inneren zur äußeren Oberfläche an. Der mittlere Oxidationsgrad stieg signifikant mit einer Zunahme der Größe der Teilchenfraktion und einer Zunahme der Dichte der Fraktion. Das Vorhandensein von inhärent leichtem BC in schweren Mineralfraktionen sowie REM-sichtbaren Mineralassoziationen mit BC-Partikeln lieferte den Beweis, dass das teilweise oxidierte BC chemisch mit der mineralischen Phase interagierte, was vermutlich zu einem Schutz des eingeschlossenen BC vor weiterer Zersetzung im Boden führte.

Autor Y. Yao et. al. (2012)   Zeitschrift ScienceDirect

Auswirkung der Änderung der Pflanzenkohle auf die Sorption und Auslaugung von Nitrat, Ammonium, und Phosphat in einem sandigen Boden

Bei der Anwendung auf Böden ist unklar, ob und wie Pflanzenkohle die Bodennährstoffe beeinflussen kann. Dies hat Auswirkungen sowohl auf die Verfügbarkeit von Nährstoffen für Pflanzen oder Mikroben als auch auf die Frage, ob die Bodenverbesserung durch Pflanzenkohle die Nährstoffauswaschung verbessern oder verringern kann. In dieser Arbeit wurde eine Reihe von Laborexperimenten durchgeführt, um die Auswirkung der Pflanzenkohleänderung auf die Sorption und Auswaschung von Nitrat, Ammonium und Phosphat in einem Sandboden zu bestimmen. Insgesamt wurden dreizehn Pflanzenkohlen in Labor-Sorptionsexperimenten getestet, und die meisten von ihnen zeigten wenig/keine Fähigkeit zur Sorption von Nitrat oder Phosphat.

Autor
Ying Yao, Bin Gao , Ming Zhang, Mandu Inyang , Andrew R. Zimmerman
Veröffentlicht
2012
Zeitschrift
ScienceDirect
Seiten
1467-1471
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653512007709

Bei der Anwendung auf Böden ist unklar, ob und wie Biokohle die Bodennährstoffe beeinflussen kann. Dies hat Auswirkungen sowohl auf die Verfügbarkeit von Nährstoffen für Pflanzen oder Mikroben als auch auf die Frage, ob die Bodenverbesserung durch Biokohle die Nährstoffauswaschung verbessern oder verringern kann. In dieser Arbeit wurde eine Reihe von Laborexperimenten durchgeführt, um die Auswirkung der Biokohleänderung auf die Sorption und Auswaschung von Nitrat, Ammonium und Phosphat in einem Sandboden zu bestimmen. Insgesamt wurden dreizehn Biokohle in Labor-Sorptionsexperimenten getestet, und die meisten von ihnen zeigten wenig/keine Fähigkeit zur Sorption von Nitrat oder Phosphat. Neun Biochars konnten jedoch Ammonium aus einer wässrigen Lösung entfernen. Biochars aus brasilianischem Pfefferholz und Erdnussschalen bei 600 °C (PH600 bzw. BP600) wurden in einem Säulenauswaschungsexperiment verwendet, um ihre Fähigkeit, Nährstoffe in einem sandigen Boden zu halten, zu bewerten. Die BP600-Biokohle reduzierte die Gesamtmenge an Nitrat, Ammonium und Phosphat in den Sickerwässern um 34,0%, 34,7% bzw. 20,6%, bezogen auf den Boden allein. Die PH600-Biokohle verringerte auch die Auswaschung von Nitrat und Ammonium um 34% bzw. 14%, verursachte jedoch eine zusätzliche Phosphatfreisetzung aus den Bodensäulen. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Wirkung von Biokohle auf die Auswaschung von landwirtschaftlichen Nährstoffen in Böden nicht einheitlich ist und je nach Biokohle und Nährstoffart variiert. Daher sollten die Nährstoffsorptionseigenschaften einer Biokohle vor ihrer Verwendung in einem bestimmten Bodenverbesserungsprojekt untersucht werden.

Autor A. Mukherjee, A. R. Zimmermann (2012)   Zeitschrift Science Direct

Organische Kohlenstoff- und Nährstofffreisetzung aus einer Reihe von im Labor produzierten Pflanzenkohlen und Pflanzenkohle-Boden-Gemische

Pflanzenkohle hat sich als eine vielversprechende Bodenverbesserung erwiesen, die die Kohlenstoffbindung und die Fruchtbarkeit erhöht, aber ihre Auswirkungen auf den Kreislauf und den Verlust von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC), Stickstoff (N) und Phosphor (P) sind nicht gut verstanden. Hier wird die Nährstofffreisetzung aus einer Vielzahl neuer und gealterter Pflanzenkohle, die rein und mit Böden vermischt ist, mittels Batch-Extraktion und Säulenauswaschung untersucht.

Autor
Atanu Mukherjee, Andrew R. Zimmerman
Veröffentlicht
2012
Zeitschrift
Science Direct
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706112003382

Biokohle hat sich als eine vielversprechende Bodenverbesserung erwiesen, die die Kohlenstoffbindung und die Fruchtbarkeit erhöht, aber ihre Auswirkungen auf den Kreislauf und den Verlust von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC), Stickstoff (N) und Phosphor (P) sind nicht gut verstanden. Hier wird die Nährstofffreisetzung aus einer Vielzahl neuer und gealterter Biokohle, die rein und mit Böden vermischt ist, mittels Batch-Extraktion und Säulenauswaschung untersucht. Bei aufeinanderfolgenden Chargenextraktionen von Biokohle lagen die kumulativen Verluste bei etwa 0,1-2, 0,5-8 und 5-100% des anfänglich vorhandenen Gesamt-C, N und P, wobei größere Freisetzungen aus Biochars, die bei niedrigerer Temperatur hergestellt wurden, und aus Gras stattfanden. Ammonium war in der Regel die am häufigsten vorkommende N-Form in Sickerwässern, aber auch Nitrat war in einigen Biokars reichlich vorhanden, während organisches N und P bis zu 61% bzw. 93% der gesamten N- und P-Verluste ausmachten. Die Freisetzung von DOC, N und P in Wasser korrelierte mit dem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von Biokohle und der Dichte der funktionellen Säuregruppen. Die P-Freisetzung über die Mehlich-1-Extraktion war jedoch stärker mit dem Aschegehalt verbunden, was auf eine mineralische P-Fraktion schließen lässt. Säulen mit Boden/Biokohle-Gemischen zeigten je nach Biokohle und Bodentyp Hinweise auf eine Sorption von Bodennährstoffen durch Biokohle und eine Sorption von Biokohlenährstoffen durch den Boden. Diese Studie zeigt, dass Biokohle eine Reihe von Nährstoffformen mit unterschiedlichen Freisetzungsraten enthält, was die unterschiedliche Wirkung von Biokohle auf die Bodenfruchtbarkeit je nach Boden- und Kulturpflanzentyp und im Laufe der Zeit erklärt.

Highlights

► Biokohle setzt DOC, N und P in wässrige Lösung frei, einen Großteil davon in organischer Form.
► Biokohle, die bei niedrigerer Temperatur und aus Gras hergestellt wird, setzt relativ mehr Nährstoffe frei.
► Ausgelaugter DOC & N korrelieren mit flüchtigen Stoffen und die P-Freisetzung mit dem Aschegehalt.
► Biokohle sorbiert Bodennährstoffe und Boden sorbiert Nährstoffe, die von Biokohle freigesetzt werden.

Autor S. Steinbeiss et. al. (2006)   Zeitschrift ScienceDirect

Auswirkung der Änderung der Pflanzenkohle auf die Kohlenstoffbilanz und die mikrobielle Aktivität des Bodens

Wir untersuchten das Verhalten von Pflanzenkohlen in Acker- und Waldböden in einem Gewächshaus-Experiment, um zu beweisen, dass diese Änderungen die Kohlenstoffspeicherung im Boden erhöhen können. Zwei Qualitäten von Pflanzenkohle wurden durch hydrothermale Pyrolyse aus 13C-markierter Glukose (0% N) bzw. Hefe (5% N) hergestellt. Wir quantifizierten die respiratorischen Verluste von Boden- und Pflanzenkohle-Kohlenstoff und berechneten die mittlere Verweilzeit der Pflanzenkohle mit Hilfe der Isotopenmarkierung.

Autor
S. Steinbeiss, G. Gleixner, M. Antonietti
Veröffentlicht
2006
Zeitschrift
ScienceDirect
Seiten
1301-1310
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071709001242

Wir untersuchten das Verhalten von Biochars in Acker- und Waldböden in einem Gewächshaus-Experiment, um zu beweisen, dass diese Änderungen die Kohlenstoffspeicherung im Boden erhöhen können. Zwei Qualitäten von Biokohle wurden durch hydrothermale Pyrolyse aus 13C-markierter Glukose (0% N) bzw. Hefe (5% N) hergestellt. Wir quantifizierten die respiratorischen Verluste von Boden- und Biokohle-Kohlenstoff und berechneten die mittlere Verweilzeit der Biokohle mit Hilfe der Isotopenmarkierung. Die Extraktion von Phospholipid-Fettsäuren aus dem Boden zu Beginn und nach 4 Monaten Inkubation wurde zur Quantifizierung der Veränderungen in der mikrobiellen Biomasse und zur Identifizierung der mikrobiellen Gruppen unter Verwendung der Biochars verwendet. Die mittlere Verweildauer variierte zwischen 4 und 29 Jahren, je nach Bodentyp und Qualität der Biokohle. Hefe-Biokohle förderte Pilze im Boden, während Glukose-Biokohle von Gram-negativen Bakterien genutzt wurde. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Verweildauer von Biokohle im Boden mit dem Ziel manipuliert werden kann, die bestmögliche Biokohle für einen bestimmten Bodentyp zu "entwerfen".

Autor C. I. Kammann et. al. (2015)   Zeitschrift Scientific Reports

Verbesserung des Pflanzenwachstums durch Nitrateinfang in mitkompostierter Pflanzenkohle

Die Bodenverbesserung mit pyrogenem Kohlenstoff (Pflanzenkohle) wird als Strategie zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit diskutiert, um wirtschaftliche und ökologische Vorteile zu ermöglichen. In gemäßigten Böden hat die Verwendung von reiner Pflanzenkohle jedoch meist mäßig negative bis -positive Ertragseffekte. Hier zeigen wir, dass die Co-Kompostierung die positiven Effekte von Pflanzenkohle erheblich fördert, vor allem durch die Erfassung und Abgabe von Nitrat (Nährstoffen).

Autor
Claudia I. Kammann, Hans-Peter Schmidt, Nicole Messerschmidt, Sebastian Linsel, Diedrich Steffens, Christoph Müller, Hans-Werner Koyro, Pellegrino Conte & Stephen Joseph
Veröffentlicht
2015
Zeitschrift
Scientific Reports
Studie
https://www.nature.com/articles/srep11080

Die Bodenverbesserung mit pyrogenem Kohlenstoff (Biokohle) wird als Strategie zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit diskutiert, um wirtschaftliche und ökologische Vorteile zu ermöglichen. In gemäßigten Böden hat die Verwendung von reiner Biokohle jedoch meist mäßig negative bis -positive Ertragseffekte. Hier zeigen wir, dass die Co-Kompostierung die positiven Effekte von Biokohle erheblich fördert, vor allem durch die Erfassung und Abgabe von Nitrat (Nährstoffen). In einer Studie zum vollfaktoriellen Wachstum mit Chenopodium quinoa erhöhte sich der Biomasseertrag in einem sandigen, armen Boden um bis zu 305%, ergänzt durch 2% (w/w) co-kompostierte Biokohle (BCcomp). Umgekehrt verringerte die Zugabe von 2% (w/w) unbehandelter Biokohle (BCpure) die Biomasse auf 60% der Kontrolle. Sowohl wachstumsfördernde (BCcomp) als auch wachstumsmindernde (BCpure) Effekte waren bei niedrigerer Nährstoffversorgung ausgeprägter. Die Elektro-Ultrafiltration und das sequentielle Waschen der Biokohle-Partikel ergab, dass die mitkompostierte Biokohle nährstoffangereichert war, insbesondere mit den Anionen Nitrat und Phosphat. Das aufgefangene Nitrat in BCcomp war (1) mit Standardmethoden nur teilweise nachweisbar, (2) weitgehend gegen Auslaugung geschützt, (3) teilweise pflanzenverfügbar und (4) stimulierte die N2O-Emissionen nicht. Wir vermuten, dass die Oberflächenalterung plus die unkonventionelle Ionen-Wasser-Bindung in Mikro- und Nanoporen die Nitrateinlagerung in Biokohlepartikeln förderte. Die Ergänzung von (N-reichem) Bioabfall durch Biokohle kann seinen agronomischen Wert erhöhen und die Nährstoffverluste aus Bioabfällen und landwirtschaftlichen Böden verringern.

Autor M.P. Bernal et. al. (2009)   Zeitschrift ScienceDirect

Kompostierung von Tierdünger und chemische Kriterien für die Kompostreife Bewertung - Ein Lagebericht

Neue Systeme der Viehzucht, die auf der Intensivierung von Großbetrieben basieren, produzieren riesige Mengen an Dünger und Fäkalien, ohne dass genügend landwirtschaftliche Fläche für deren direkte Ausbringung als Dünger zur Verfügung steht. Die Kompostierung wird zunehmend als eine gute Möglichkeit angesehen, den Überschuss an Dünger als stabilisiertes und hygienisch einwandfreies Endprodukt für die Landwirtschaft zu verwerten, und in den letzten zehn Jahren wurde viel Forschungsarbeit geleistet. Um die Kosten der Kompostierung zu überwinden, sollte jedoch hochwertiger Kompost hergestellt werden.

Autor
M.P. Bernal, J.A. Alburquerque, R. Moral
Veröffentlicht
2009
Zeitschrift
ScienceDirect
Seiten
5444–5453
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852408009917

Neue Tierproduktionssysteme, die auf der Intensivierung in Großbetrieben basieren, produzieren riesige Mengen an Dung und Gülle, ohne dass genügend landwirtschaftliche Fläche für deren direkte Ausbringung als Dünger zur Verfügung steht. Die Kompostierung wird zunehmend als eine gute Möglichkeit angesehen, den Überschuss an Dung als stabilisiertes und hygienisiertes Endprodukt für die Landwirtschaft zu verwerten, und im letzten Jahrzehnt wurde viel Forschungsarbeit geleistet. Um die Kosten der Kompostierung zu überwinden, sollte jedoch hochwertiger Kompost hergestellt werden.

Um die in der Literatur über die Düngerkompostierung gefundenen Informationen bereitzustellen und zu überprüfen, erklärt der erste Teil dieses Papiers die grundlegenden Konzepte des Kompostierungsprozesses und wie die Eigenschaften des Düngers seine Leistung beeinflussen können. Dann wird eine Zusammenfassung jener Faktoren wie Stickstoffverluste (die den Nährstoffgehalt direkt reduzieren), Humifizierung der organischen Substanz und Kompostreife vorgestellt, die die Qualität der durch die Düngerkompostierung erzeugten Komposte beeinflussen. Besonderes Augenmerk wurde auf die Relevanz des Einsatzes eines geeigneten Auflockerungsmittels zur Reduzierung der N-Verluste und die Notwendigkeit einer Standardisierung der Reifeindizes aufgrund ihrer großen Bedeutung unter den Kompostqualitätskriterien gelegt.

Autor H.Schulz, G. Dunst, B. Glaser (2013)   Zeitschrift Agronomy for Sustainable Development

Positive Auswirkungen von kompostierter Pflanzenkohle auf Pflanzenwachstum und Bodenfruchtbarkeit

Die Menschheit steht tatsächlich vor ernsthaften Problemen aufgrund der übermäßigen Ausbeutung von fossilen Brennstoffen, Biomasse, Böden, Stickstoff und Phosphor. Es wird behauptet, dass die Zugabe von Pflanzenkohle zum Boden die C-Speicherung verbessert, um den CO2-Kreislauf in der Atmosphäre zu verhindern. Die Zugabe von Pflanzenkohle sollte auch die Bodenfruchtbarkeit in ähnlicher Weise erhöhen wie die anthropogenen dunklen Erden Zentralamazoniens. Frühere Studien haben gezeigt, dass Pflanzenkohle das Pflanzenwachstum stimuliert und die Effizienz des Düngers erhöht, insbesondere wenn Pflanzenkohle mit organischen Düngemitteln wie Kompost kombiniert wird.

Autor
Hardy Schulz, Gerald Dunst, Bruno Glaser
Veröffentlicht
2013
Zeitschrift
Agronomy for Sustainable Development
Studie
https://www.researchgate.net/publication/257805348_Positive_effects_of_composted_biochar_on_plant_growth_and_soil_fertility

Die Menschheit steht tatsächlich vor ernsthaften Problemen aufgrund der übermäßigen Ausbeutung von fossilen Brennstoffen, Biomasse, Böden, Stickstoff und Phosphor. Es wird behauptet, dass die Zugabe von Biokohle zum Boden die C-Speicherung verbessert, um den CO2-Kreislauf in der Atmosphäre zu verhindern. Die Zugabe von Biokohle sollte auch die Bodenfruchtbarkeit in ähnlicher Weise erhöhen wie die anthropogenen dunklen Erden Zentralamazoniens. Frühere Studien haben gezeigt, dass Biokohle das Pflanzenwachstum stimuliert und die Effizienz des Düngers erhöht, insbesondere wenn Biokohle mit organischen Düngern wie Kompost kombiniert wird. Über optimale Zugabemengen und Mischungsverhältnisse von Biokohle und Kompost ist jedoch wenig bekannt. Tatsächlich konzentrierten sich die meisten Experimente zur Nachahmung von Terra preta de Indio auf Biokohle allein oder Biokohle in Kombination mit Mineraldüngern. Daher untersuchten wir die optimalen Mengen und Mischungsverhältnisse von Biokohle und Kompost im Hinblick auf die Reaktion der Pflanzen und die Bodenfruchtbarkeit. Wir testeten die Wirkung der Gesamtmenge von 0 bis 200 Mg/ha und des Biokohleanteils von 0 % bis 50 % Biokohle von 18 verschiedenen Kompostmischungen auf das Wachstum von Hafer (Avena sativa L.) und die Bodeneigenschaften in einer vollständig randomisierten Gewächshausstudie mit sandigen und lehmigen Bodensubstraten. Wir beprobten Bodensubstrate vor und nach dem Pflanzenwachstum und analysierten das Pflanzenwachstum und den Ertrag, den gesamten organischen Kohlenstoff (TOC), den gesamten Stickstoff (TN), den mineralisierten Stickstoff (Nmin), die Bodenreaktion (pH) und die elektrische Leitfähigkeit (EC) unter Anwendung von Standardverfahren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Biomasseproduktion mit steigenden Biokohle- und Kompostmengen erhöht wurde. Die Höhe der Haferpflanzen und das Samengewicht wurden nur mit steigenden Biokohlemengen, nicht aber mit Kompostmengen verbessert. Dies könnte durch den Anstieg des gesamten organischen C und des gesamten N erklärt werden, nicht aber durch pflanzenverfügbares Ammonium und Nitrat. Der positive Einfluss von kompostierter Biokohle auf das Pflanzenwachstum und die Bodeneigenschaften legt nahe, dass die Kompostierung eine gute Möglichkeit zur Überwindung des inhärenten Nährstoffmangels von Biokohle ist, was sie zu einer geeigneten Technik macht, die zur Verfeinerung der Nährstoffkreisläufe im landwirtschaftlichen Maßstab beiträgt.

Autor C. H. McMichael et. al. (2014)   Zeitschrift PMC - NCBI

Vorhersage präkolumbianischer anthropogener Böden in Amazonien

Das Ausmaß und die Intensität der präkolumbianischen Auswirkungen auf das Tiefland Amazoniens sind nach wie vor ungewiss und umstritten. Verschiedene Indikatoren können verwendet werden, um die Auswirkungen präkolumbianischer Gesellschaften zu beurteilen, aber die Bildung nährstoffreicher Terra-Preta-Böden wurde weithin als Indikator für langfristige Besiedlung und Standorttreue akzeptiert. Mit Hilfe bekannter und neu entdeckter Terra-Preta-Standorte und Algorithmen zur Bestimmung der maximalen Entropie (Maxent) haben wir den Einfluss regionaler Umweltbedingungen auf die Wahrscheinlichkeit bestimmt, dass sich Terra-Preta-Böden an einem bestimmten Ort im Tiefland Amazoniens gebildet hätten.

Autor
C. H. McMichael, M. W. Palace, M. B. Bush, B. Braswell, S. Hagen, E. G. Neves, M. R. Silman, E. K. Tamanaha, and C. Czarnecki
Veröffentlicht
2014
Zeitschrift
PMC - NCBI
Studie
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3896013/

Das Ausmaß und die Intensität der präkolumbianischen Auswirkungen auf das Tiefland Amazoniens sind nach wie vor ungewiss und umstritten. Verschiedene Indikatoren können verwendet werden, um die Auswirkungen präkolumbianischer Gesellschaften zu beurteilen, aber die Bildung nährstoffreicher terra preta-Böden wurde weithin als Indikator für langfristige Besiedlung und Standorttreue akzeptiert. Mit Hilfe bekannter und neu entdeckter terra preta-Standorte und Algorithmen zur Bestimmung der maximalen Entropie (Maxent) haben wir den Einfluss regionaler Umweltbedingungen auf die Wahrscheinlichkeit bestimmt, dass sich terra preta-Böden an einem bestimmten Ort im Tiefland Amazoniens gebildet hätten. Terra pretas wurden am häufigsten in Zentral- und Ostamazonien entlang der Unterläufe der großen Flüsse des Amazonasgebietes gefunden. Terrain-, hydrologische und Bodeneigenschaften waren wichtigere Prädiktoren der terra pretas-Verteilung als die klimatischen Bedingungen. Unsere Modellierungsbemühungen deuteten darauf hin, dass terra pretas wahrscheinlich auf ca. 154 063 km2 oder 3,2% des Waldes zu finden sind. Wir sagen auch voraus, dass die terra preta-Bildung in den meisten Gebieten Westamazoniens begrenzt war. Die Modellergebnisse legten nahe, dass die Verteilung von terra preta auf der Grundlage von Umweltparametern sehr gut vorhersagbar war. Wir gaben Ziele für zukünftige archäologische Untersuchungen unter dem ausgedehnten Walddach vor und betonten auch, wie wenige der langfristigen Waldinventurplätze in Amazonien in der Lage sind, die Auswirkungen historischer Störungen zu erfassen.

Autor S. Case Niall et. al. (2013)   Zeitschrift Wiley Online Library

Kann Pflanzenkohle die Treibhausgasemissionen im Boden aus einer Miscanthus-Bioenergiepflanzen reduzieren?

Die Energieproduktion aus Bioenergiepflanzen kann die Treibhausgasemissionen (THG) durch die Substitution fossiler Brennstoffe erheblich reduzieren. Eine Änderung der Pflanzenkohle im Boden kann die Nettoklimawirkung der Produktion von Bioenergiepflanzen weiter verringern, dies wurde jedoch noch nicht unter Feldbedingungen bewertet.

Autor
Sean D. C. Case Niall P. McNamara David S. Reay Jeanette Whitaker
Veröffentlicht
2013
Zeitschrift
Wiley Online Library
Seiten
76-89
Studie
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcbb.12052

Die Energieproduktion aus Bioenergiepflanzen kann die Treibhausgasemissionen (THG) durch die Substitution fossiler Brennstoffe erheblich reduzieren. Eine Änderung der Biokohle im Boden kann die Nettoklimawirkung der Produktion von Bioenergiepflanzen weiter verringern, dies wurde jedoch noch nicht unter Feldbedingungen bewertet. Eine signifikante Unterdrückung der Distickstoffoxid- (N2O) und Kohlendioxid- (CO2) Emissionen im Boden nach der Biokohleänderung wurde von einer Reihe von Autoren in Kurzzeit-Laborinkubationen nachgewiesen, jedoch waren die Beweise aus Langzeit-Feldversuchen widersprüchlich. In dieser Studie wurde untersucht, ob eine Änderung der Biokohle die THG-Emissionen im Boden unter Feld- und kontrollierten Bedingungen in einer Miscanthus × Giganteus-Kultur unterdrücken könnte und ob die Unterdrückung während der ersten zwei Jahre nach der Änderung aufrechterhalten werden könnte. Auf dem Feld unterdrückte die Biokohle-Novelle die CO2-Emissionen im Boden um 33% und die jährlichen Netto-CO2-Äquivalent-Emissionen (CO2, N2O und Methan, CH4) um 37% über 2 Jahre. Im Labor, unter kontrollierter Temperatur und ausgeglichenem gravimetrischen Wassergehalt, unterdrückte die Biokohleänderung die Boden-CO2-Emissionen um 53% und die Netto-Emissionen des Boden-CO2-Äquivalents (Äquivalent) um 55%. Die N2O-Emissionen im Boden wurden durch die Biokohleänderung nicht signifikant unterdrückt, obwohl sie im Allgemeinen gering waren. Die CH4-Flüsse im Boden lagen in beiden Experimenten unter den minimal nachweisbaren Grenzwerten. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Biokohle-Zusatzstoffe das Potential haben, die Netto-CO2-Emissionen im Boden in Bioenergiepflanzen-Systemen bis zu 2 Jahre nach der Zugabe zu unterdrücken, hauptsächlich durch reduzierte CO2-Emissionen. Die Unterdrückung der CO2-Emissionen im Boden kann auf einen kombinierten Effekt aus reduzierter enzymatischer Aktivität, der erhöhten Kohlenstoff-Nutzungseffizienz durch die Ko-Lokalisierung von Bodenmikroben, organischer Substanz und Nährstoffen sowie der Ausfällung von CO2 auf die Biokohle-Oberfläche zurückzuführen sein. Wir kommen zu dem Schluss, dass Hartholz-Biokohle das Potenzial hat, die THG-Bilanz von Bioenergiepflanzen durch die Reduzierung der Netto-CO2-Emissionen im Boden zu verbessern.

Autor L. R. Peake et. al. (2014)   Zeitschrift ScienceDirect

Quantifizierung des Einflusses von Pflanzenkohle auf die physikalischen und hydrologischen Eigenschaften von ungleichen Böden

Es gibt Hinweise darauf, dass Pflanzenkohle die physikalischen Eigenschaften des Bodens, insbesondere die Bodenhydrologie, beeinflusst, doch es gibt relativ wenig Daten zu diesem Thema, insbesondere in Bezug auf den Bodentyp oder die Bodenmerkmale. Diese Studie stellt einen neuartigen Versuch vor, den Einfluss von Pflanzenkohle (angewandt bei 0,1, 0,5 und 2,5%) auf die physikalischen Eigenschaften des Bodens in Bezug auf quantifizierte Bodenvariablen zu analysieren.

Autor
Lewis R. Peake, Brian J. Reid, Xiangyu Tang
Veröffentlicht
2014
Zeitschrift
ScienceDirect
Seiten
182-190
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706114002651

Es gibt Hinweise darauf, dass Biokohle die physikalischen Eigenschaften des Bodens, insbesondere die Bodenhydrologie, beeinflusst, doch es gibt relativ wenig Daten zu diesem Thema, insbesondere in Bezug auf den Bodentyp oder die Bodenmerkmale. Dieses Papier stellt einen neuartigen Versuch vor, den Einfluss von Biokohle (angewendet bei 0,1, 0,5 und 2,5%) auf die physikalischen Eigenschaften des Bodens in Bezug auf quantifizierte Bodenvariablen zu analysieren. Topfversuche wurden verwendet, um den Einfluss von Biokohle auf die Schüttdichte, den Bodenfeuchtigkeitsgehalt bei Feldkapazität und die verfügbare Wasserkapazität zu ermitteln. Die aggregierte Wirkung von Biokohle über alle Böden war für alle Eigenschaften signifikant (P < 0,01). Mit zunehmender Menge an Biokohle waren die Veränderungen der Schüttdichte, der Feldkapazität und der verfügbaren Wasserkapazität ausgeprägter. Bei den 2,5% Behandlungen reichten diese Veränderungen von - 4,2% bis - 19,2%, 1,3% bis 42,2% bzw. 0,3% bis 48,4%. Die Regression zeigte, dass der Bodenschluffgehalt den Einfluss der Biokohle auf die Feldkapazität und die verfügbare Wasserkapazität negativ milderte. Die Ergebnisse legten nahe, dass mittlere (20 t ha-1) und hohe (100 t ha-1) Biokohleanwendungen die Wasserhaltekapazität (um bis zu 22%) und die Verdichtung (um bis zu 15%) verbessern könnten und dass Böden mit niedrigem Schluffgehalt wahrscheinlich hydrologisch besser auf die Biokohleanwendung reagieren.

Highlights

•Die Wirkung von Biokohle wird in Bezug auf quantifizierte Bodenvariablen berichtet.
•Ausnahmsweise umfasste diese Biokohle-Studie acht verschiedene Böden.
•Biokohle (100 t ha-1) verringerte die Schüttdichte um ca. 4,2-19,2%.
• Biokohle (100 t ha-1) verbesserte die FZ um 1,3-42,2% und die AWC um 0,3-48,4%.
•Der Schluffgehalt des Bodens milderte den Einfluss von Biokohle auf die FZ und die AWC negativ.
Autor Y. Kuzyakov (2009)   Zeitschrift ScienceDirect

Zersetzung von Schwarzkohlenstoff und Einbau in die mikrobielle Biomasse des Bodens geschätzt durch 14C-Kennzeichnung

Die unvollständige Verbrennung von organischen Stoffen wie Vegetation oder fossilen Brennstoffen führte zu einer Anhäufung von verkohlten Produkten im oberen Bodenhorizont. Solche verkohlten Produkte, die häufig als pyrogener Kohlenstoff oder Ruß (BC) bezeichnet werden, können langfristig als wichtige Kohlenstoffsenke (C) fungieren, da ihre mikrobielle Zersetzung und chemische Umwandlung wahrscheinlich sehr langsam erfolgt.

Autor
Yakov Kuzyakov a, Irina Subbotina b , Haiqing Chen b , Irina Bogomolova a , Xingliang Xu
Veröffentlicht
2009
Zeitschrift
ScienceDirect
Seiten
210-219
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0038071708003544

Die unvollständige Verbrennung von organischen Stoffen wie Vegetation oder fossilen Brennstoffen führte zu einer Anhäufung von verkohlten Produkten im oberen Bodenhorizont. Solche verkohlten Produkte, die häufig als pyrogener Kohlenstoff oder Ruß (BC) bezeichnet werden, können langfristig als wichtige Kohlenstoffsenke (C) fungieren, da ihre mikrobielle Zersetzung und chemische Umwandlung wahrscheinlich sehr langsam erfolgt. Direkte Schätzungen der Zersetzungsraten von BC fehlen, da die Änderungen des BC-Gehalts für eine relevante Versuchsperiode zu gering sind. Schätzungen auf der Grundlage des CO2-Effluxes sind ebenfalls ungeeignet, da der Beitrag von BC zum CO2 im Vergleich zur organischen Bodensubstanz (SOM) und anderen Quellen zu gering ist.

Wir produzierten BC durch Verkohlung von 14C-markierten Rückständen von mehrjährigem Weidelgras (Lolium perenne). Diese 14C-markierten BC wurden dann 3,2 Jahre lang in Ah eines haplischen Luvisol-Bodens aus Löß oder in Löß inkubiert. Die Zersetzungsraten von BC wurden auf der Grundlage von 14CO2-Proben geschätzt, die 44 Mal während der 3,2-jährigen Inkubationszeit (1181 Tage) entnommen wurden. Zusätzlich führten wir fünf wiederholte Behandlungen ein, bei denen entweder 1) Glukose als Energiequelle für die Mikroorganismen hinzugefügt wurde, um den kometabolischen BC-Abbau einzuleiten, oder 2) der Boden intensiv durchmischt wurde, um die Auswirkung einer mechanischen Störung der Aggregate auf den BC-Abbau zu überprüfen. Die Zugabe von Schwarzkohlenstoff in Höhe von 20 % des Corg des Bodens oder 200 % des Corg des Lößes veränderte den gesamten CO2-Ausstoß aus dem Boden nicht und verringerte ihn geringfügig aus dem Löß. Dies zeigt einen sehr geringen Beitrag von BC zu den jüngsten CO2-Flüssen. Die auf der Basis von 14C im CO2 berechneten Abbauraten von BC waren im Boden und im Löß ähnlich und betrugen 1,36 10-5 d-1 (=1,36 10-3% d-1). Dies entspricht einer Zersetzung von etwa 0,5% BC pro Jahr unter optimalen Bedingungen. Unter Berücksichtigung der etwa 10-mal langsameren Zersetzung von BC unter natürlichen Bedingungen beträgt die mittlere Verweilzeit (MRT) von BC etwa 2000 Jahre, und die Halbwertszeit beträgt etwa 1400 Jahre. Unter Berücksichtigung der kurzen Inkubationsdauer und der typischen, mit der Zeit abnehmenden Zersetzungsraten schließen wir, dass die MRT von BC in Böden im Bereich von Jahrtausenden liegt.

Der starke Anstieg der Zersetzungsraten von BC (bis zu 6-fach) nach Zugabe von Glukose und die Abnahme dieser Stimulation nach 2 Wochen im Boden (und nach 3 Monaten im Löß) erlaubten uns, auf einen kometabolischen BC-Zerfall zu schließen. Unterstützt wurde dies durch eine höhere Stimulation des BC-Abbaus durch Glukosezugabe im Vergleich zu mechanischen Störungen sowie durch höhere Glukoseeffekte im Löß im Vergleich zum Boden. Der Effekt der mechanischen Störung war innerhalb von 2 Wochen vorbei. Die Einarbeitung von BC in Mikroorganismen (Begasung/Extraktion) nach 624 Tagen Inkubation betrug 2,6 bzw. 1,5% des 14C-Eintrags in Boden und Löß. Die Menge an BC im gelösten organischen Kohlenstoff (DOC) lag unter der Nachweisgrenze (<0,01%) und zeigte keine BC-Zersetzungsprodukte im aus dem Boden ausgelaugten Wasser.

Wir kommen zu dem Schluss, dass die Anwendung von 14C-markiertem BC neue Wege für die sehr empfindliche Verfolgung von BC-Transformationsprodukten in freigesetztem CO2, mikrobieller Biomasse, DOC und SOM-Pools mit verschiedenen Eigenschaften eröffnet.

Autor X. Yu et al. (2009)   Zeitschrift ScienceDirect

Reduzierte Pflanzenaufnahme von Pestiziden mit Pflanzenkohlezusätzen im Boden

Wir untersuchten die Wirksamkeit von zwei Arten von Pflanzenkohle bei der Verringerung der Bioverfügbarkeit von zwei im Boden ausgebrachten Insektiziden (Chlorpyrifos und Carbofuran) für Frühlingszwiebeln (Allium cepa). Die aus der Pyrolyse von Eucalyptus spp. und Holzspänen bei 450 und 850 °C (BC850) hergestellte Pflanzenkohle wurde gründlich in den Boden gemischt, um 0, 0,1, 0,5 und 1 % des Bodengewichts zu erreichen.

Autor
Xiang-Yang Yu, Guang-Guo Yinga, Rai S.Kookana
Veröffentlicht
2009
Zeitschrift
ScienceDirect
Seiten
665-671
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653509004226

Wir untersuchten die Wirksamkeit von zwei Arten von Biochars bei der Verringerung der Bioverfügbarkeit von zwei im Boden ausgebrachten Insektiziden (Chlorpyrifos und Carbofuran) für Frühlingszwiebeln (Allium cepa). Die aus der Pyrolyse von Eucalyptus spp. Holzspänen bei 450 und 850 °C (BC850) hergestellten Biochars wurden gründlich in den Boden gemischt, um 0, 0,1, 0,5 und 1 % des Bodengewichts zu erreichen. Eine Frühlingszwiebelkultur wurde für 5 Wochen in den mit Biokohle angereicherten Böden angebaut, die mit 50 mg kg-1 jedes Pestizids angereichert wurden. Der Verlust beider Pestizide durch Abbau und/oder Sequestrierung im Boden nahm mit zunehmender Menge an Biokohle im Boden deutlich ab. Über 35 d gingen 86-88% der Pestizide aus dem Kontrollboden verloren, während nur 51% des Carbofurans und 44% des Chlorpyrifos aus dem mit 1,0% BC850 veränderten Boden stammten. Trotz größerer Persistenz der Pestizidrückstände in mit Biokohle versetzten Böden nahm die Pestizidaufnahme der Pflanzen mit zunehmendem Biokohlegehalt des Bodens deutlich ab. Mit 1 % der BC850-Bodenverbesserung gingen die gesamten Pflanzenrückstände für Chlorpyrifos und Carbofuran auf 10 % bzw. 25 % der in der Kontrollbehandlung verwendeten Menge zurück. Das BC850 war aufgrund seiner hohen Affinität zu und seiner Fähigkeit, Pestizidrückstände zu sequestrieren, besonders wirksam bei der Verringerung der Phytoverfügbarkeit beider Pestizide im Boden.

Autor Y. Ding et. al. (2016)   Zeitschrift Research Gate

Pflanzenkohle zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit. Ein Lagebericht

Die Erschöpfung der Bodenmineralien ist ein großes Problem, das hauptsächlich auf Bodenerosion und Nährstoffauswaschung zurückzuführen ist. Der Zusatz von Pflanzenkohle ist eine Lösung, weil Pflanzenkohle nachweislich die Fruchtbarkeit verbessert ,zur Förderung des Pflanzenwachstums beiträgt, zur Steigerung der Ernteerträge sorgt und Kontaminationen reduziert.

Autor
Yang Ding & Yunguo Liu & Shaobo Liu & Zhongwu Li & Xiaofei Tan & Xixian Huang & Guangming Zeng1 & Lu Zhou & Bohong Zheng
Veröffentlicht
2016
Zeitschrift
Research Gate
Studie
https://www.researchgate.net/publication/303694067_Biochar_to_improve_soil_fertility_A_review

Die Erschöpfung der Bodenmineralien ist ein großes Problem, das hauptsächlich auf die Bodenerosion und die Nährstoffauswaschung zurückzuführen ist. Die Zugabe von Biokohle ist eine Lösung, da Biokohle nachweislich die Bodenfruchtbarkeit verbessert, das Pflanzenwachstum fördert, den Ernteertrag steigert und die Kontaminationen reduziert. Wir überprüfen hier das Potenzial von Biokohle zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit. Die Haupteigenschaften von Biokohle sind folgende: große Oberfläche mit vielen funktionellen Gruppen, hoher Nährstoffgehalt und langsam freigesetzter Dünger. Wir diskutieren den Einfluss des Ausgangsmaterials, der Pyrolysetemperatur, des pH-Wertes, der Aufwandmengen und der Bodentypen. Wir überprüfen die Mechanismen, die die Adsorption von Nährstoffen durch Biokohle regeln.

Autor R. Renner (2007)   Zeitschrift Environmental Science & Technology

Umdenken bei Pflanzenkohle

Stellen Sie sich einen einfachen landwirtschaftlichen Bodenzusatz mit der Möglichkeit von doppelten oder dreifachen Pflanzenerträgen bei reduziertem Bedarf an Dünger vor. Was wäre, wenn zusätzlich zur Reduzierung des nährstoffhaltigen Abflusses diese erstaunliche Zutat auch Treibhausgase in großem Maßstab reduzieren könnte? Diese revolutionäre Substanz existiert, und ist noch nicht einmal hochtechnologisch oder gar neuartig.Ihre Verwendung lässt sich bis in die Zeit bevor Kolumbus Südamerika entdeckte zurückführen.

Autor
Rebecca Renner
Veröffentlicht
2007
Zeitschrift
Environmental Science & Technology
Studie
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/es0726097

Stellen Sie sich eine einfache landwirtschaftliche Bodenverbesserung vor, mit der sich die Pflanzenerträge verdoppeln oder verdreifachen lassen, während gleichzeitig der Bedarf an Dünger reduziert wird. Was wäre, wenn diese erstaunliche Zutat nicht nur den nährstoffhaltigen Abfluss verringert, sondern auch die Treibhausgase in großem Maßstab reduzieren könnte? Diese revolutionäre Substanz existiert, und sie ist nicht hochtechnologisch oder gar neuartig - ihre Verwendung kann bis in das präkolumbianische Südamerika zurückverfolgt werden. Der Inhaltsstoff ist Holzkohle, in diesem Zusammenhang Biokohle oder Agrichar genannt, und wenn sich eine wachsende Zahl von Wissenschaftlern, Unternehmern, Landwirten und politischen Entscheidungsträgern durchsetzt, wird diese langlebige Form von Kohlenstoff seinen Weg in die Böden auf der ganzen Welt finden. "Biokohle hat ein enormes Potenzial", sagt John Mathews von der Macquarie University in Australien. "Wenn es in großem Maßstab eingesetzt wird, kann es Gigatonnen von Kohlenstoff aus der Atmosphäre aufnehmen", fügt er hinzu. Die Vorteile von Agrichar ergeben sich aus zwei Eigenschaften, sagt der Bodenwissenschaftler Johannes Lehmann von der Cornell University. Es lässt Pflanzen gut wachsen und ist extrem stabil und hält sich über Hunderte, wenn nicht Tausende von Jahren. "Biokohle kann dazu verwendet werden, einige der dringendsten Umweltprobleme unserer Zeit anzugehen - Bodendegradation, Nahrungsmittelunsicherheit, Wasserverschmutzung durch Agrichemikalien und Klimaveränderung", sagt er. Aber um das Versprechen zu erfüllen, bedarf es weiterer Forschung. "Wir brauchen zuverlässige Daten über das agronomische und kohlenstoffbindende Potenzial von Biokohle", sagt Robert Brown, Direktor des Office of Biorenewables Programs an der Iowa State University. "Die Auswirkungen sind real, aber sie sind derzeit schwer zu quantifizieren." Die Dynamik scheint sich zu verstärken - dieses Jahr gab es die erste internationale Konferenz über Biokohle, mehr Forschungsfinanzierung und die Ausweitung von Projekten vom Gewächshaus auf das Feld.

Autor J. Lehmann (2006)   Zeitschrift Springer Link

Pflanzenkohle-Bindung im terrestrischen Ökosystem - Ein Rückblick

Die Anwendung von Pflanzenkohle (Holzkohle oder aus Biomasse gewonnener schwarzer Kohlenstoff (C)) auf den Boden wird als neuer Ansatz vorgeschlagen, um eine signifikante, langfristige Senkung für atmosphärisches Kohlendioxid in terrestrischen Ökosystemen zu schaffen.

Autor
Johannes Lehmann, John Gaunt & Marco Rondon
Veröffentlicht
2006
Zeitschrift
Springer Link
Seiten
403-427
Studie
https://link.springer.com/article/10.1007/s11027-005-9006-5

Die Anwendung von Biokohle (Holzkohle oder aus Biomasse gewonnener schwarzer Kohlenstoff (C)) auf den Boden wird als neuer Ansatz vorgeschlagen, um eine signifikante, langfristige Senke für atmosphärisches Kohlendioxid in terrestrischen Ökosystemen zu schaffen. Abgesehen von den positiven Effekten bei der Reduzierung der Emissionen und der Erhöhung der Sequestrierung von Treibhausgasen, wird die Produktion von Biokohle und ihre Anwendung auf den Boden durch eine verbesserte Bodenfruchtbarkeit und eine erhöhte Pflanzenproduktion unmittelbare Vorteile bringen. Die Umwandlung von Biomasse C in Biokohle C führt zu einer Sequestrierung von ca. 50% des ursprünglichen C im Vergleich zu den geringen Mengen, die nach der Verbrennung (3%) und dem biologischen Abbau (< 10-20% nach 5-10 Jahren) zurückbleiben, wodurch stabileres Boden-C gewonnen wird, als durch Verbrennung oder direkte Landanwendung von Biomasse. Diese Effizienz der C-Konvertierung von Biomasse in Biokohle hängt stark von der Art des Ausgangsmaterials ab, wird aber nicht wesentlich durch die Pyrolysetemperatur (innerhalb von 350-500 ∘C üblich für die Pyrolyse) beeinflusst. Bestehende Brandrodungsfeuerungssysteme verursachen eine signifikante Verschlechterung des Bodens und die Freisetzung von Treibhausgasen, und es gibt möglicherweise Möglichkeiten, dieses System durch die Umwandlung in Brandrodungsfeuerungssysteme zu verbessern. Unsere globale Analyse ergab, dass bis zu 12% der gesamten anthropogenen C-Emissionen durch Landnutzungsänderungen (0,21 Pg C) jährlich im Boden ausgeglichen werden können, wenn Brandrodung durch Brandrodung ersetzt wird. Land- und forstwirtschaftliche Abfälle wie Waldreste, Mühlenrückstände, Feldfruchtreste oder städtische Abfälle fügen konservativ geschätzte 0,16 Pg C yr-1 hinzu. Bei der Herstellung von Biokraftstoff unter Verwendung moderner Biomasse kann durch Pyrolyse ein Nebenprodukt der Biokohle erzeugt werden, das eine Abscheidung von 30,6 kg C pro GJ erzeugter Energie ergibt. Unter Verwendung veröffentlichter Prognosen über die Nutzung erneuerbarer Brennstoffe im Jahr 2100 könnte die Sequestrierung von Biokohle 5,5-9,5 Pg C yr-1 betragen, wenn dieser Energiebedarf durch Pyrolyse gedeckt würde, was die derzeitigen Emissionen aus fossilen Brennstoffen (5,4 Pg C yr-1) übersteigen würde. Biokohle-Bodenbewirtschaftungssysteme können eine handelbare C-Emissionsreduktion liefern, und das abgeschiedene C ist leicht zu kontrollieren und nachprüfbar.

Autor Y. Fang et. al. (2013)   Zeitschrift Wiley Online Library

Stabilität von Pflanzenkohle in vier kontrastierenden Böden

Es gibt ein begrenztes Verständnis der Auswirkungen der Bodeneigenschaften auf die Stabilität von Pflanzenkohle (C). Dieses Wissen ist unerlässlich, um die Fähigkeit der Pflanzenkohle zur langfristigen Bindung von Boden-C zu bewerten.

Autor
Y. Fang B. Singh B. P. Singh E. Krull
Veröffentlicht
2013
Zeitschrift
Wiley Online Library
Seiten
60-71
Studie
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ejss.12094

Es gibt ein begrenztes Verständnis der Auswirkungen der Bodeneigenschaften auf die Stabilität von Biokohle (C). Dieses Wissen ist unerlässlich, um die Fähigkeit der Biokohle zur langfristigen Bindung von Boden-C zu bewerten. In dieser Studie wurden zwei Biokohlen, die durch langsame Pyrolyse bei 450 oder 550°C aus einem δ13C-armen (-36.4‰) Eucalyptus saligna Sm. Holzmaterial hergestellt wurden, in vier Böden (Inceptisol, Entisol, Oxisol und Vertisol) mit kontrastierenden chemischen und mineralogischen Eigenschaften inkubiert. Die gesamte über 12 Monate mineralisierte Biokohle-C betrug 0,30-1,14 und 0,97-2,71% der Boden-Biokohle-Mischungen, die bei 20 bzw. 40°C inkubiert wurden. Die gesamte mineralisierte Menge an Biokohle-C (mg CO2-C pro Einheit an organischem C (SOC) auf der Basis von einheimischem Boden) aus Böden, die mit der 450°C-Biokohle bebrütet wurden, war ungefähr doppelt so hoch wie die entsprechende Menge, die aus den 550°C-Biokohlesystemen mineralisiert wurde. Der Einfluss der Bodeneigenschaften auf die Mineralisierung von Biokohle-C war bei der 450°C-Biokohle größer als bei der 550°C-Biokohle. Der geringste Anteil an mineralisiertem C aus der 450°C-Biokohle kam im Inceptisol bei 20°C und im Oxisol bei 40°C vor. Wenn man jedoch die C-Mineralisierung der 450 und 550°C-Biokohle auf der Basis von nativem SOC pro Einheit ausdrückt, war die C-Mineralisierung der 450 und 550°C-Biokohle im Oxisol am geringsten und im Inceptisol bei beiden Inkubationstemperaturen am größten. Die mit dem Zwei-Pool-Exponentialmodell geschätzte mittlere Verweilzeit (MRT) der Biochars variierte zwischen 44 und 610 Jahren. Die geschätzte MRT der Biochars kann unter Feldbedingungen in Abhängigkeit von den Umweltbedingungen und der Zugabe von labilem C aus Pflanzen variieren. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass Biokohle-C durch Mineralien mit variabler Ladung im Oxisol stabilisiert wurde und dass die Stabilisierung bei hohen Temperaturen schnell erfolgte.

Autor L. Biedermann et. al. (2012)   Zeitschrift Wiley Online Library

Pflanzenkohle und ihre Auswirkungen auf die Pflanzenproduktivität und den Nährstoffkreislauf: eine Meta-Analyse

Pflanzenkohle ist ein kohlenstoffreiches Koprodukt, das bei der Pyrolyse von Biomasse entsteht. Wenn sie auf den Boden aufgetragen wird, widersteht sie der Zersetzung, wodurch der aufgetragene Kohlenstoff effektiv gebunden und die anthropogenen CO2-Emissionen gemildert werden. Weitere geförderte Vorteile der Anwendung von Pflanzenkohle auf dem Boden sind eine erhöhte Pflanzenproduktivität und eine geringere Nährstoffauswaschung. Die Auswirkungen von Pflanzenkohle sind jedoch unterschiedlich, und es bleibt unklar, ob der jüngste Enthusiasmus gerechtfertigt werden kann.

Autor
Lori A. Biederman W. Stanley Harpole
Veröffentlicht
2012
Zeitschrift
Wiley Online Library
Seiten
202-214
Studie
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/gcbb.12037

Biokohle ist ein kohlenstoffreiches Koprodukt, das bei der Pyrolyse von Biomasse entsteht. Wenn sie auf den Boden aufgetragen wird, widersteht sie der Zersetzung, wodurch der aufgetragene Kohlenstoff effektiv gebunden und die anthropogenen CO2-Emissionen gemildert werden. Weitere geförderte Vorteile der Anwendung von Biokohle auf dem Boden sind eine erhöhte Pflanzenproduktivität und eine geringere Nährstoffauswaschung. Die Auswirkungen von Biokohle sind jedoch unterschiedlich, und es bleibt unklar, ob der jüngste Enthusiasmus gerechtfertigt werden kann. Wir bewerten die Reaktionen des Ökosystems auf die Anwendung von Biokohle mit einer Meta-Analyse von 371 unabhängigen Studien, die aus 114 veröffentlichten Manuskripten ausgewählt wurden. Wir stellen fest, dass die Zugabe von Biokohle zu Böden trotz der durch Boden und Klima eingeführten Variabilität im Durchschnitt zu einer Erhöhung der oberirdischen Produktivität, des Ernteertrags, der mikrobiellen Bodenbiomasse, der Rhizobienknöllchenbildung, der K-Gewebekonzentration der Pflanze, des Bodenphosphors (P), des Bodenkaliums (K), des gesamten Bodenstickstoffs (N) und des gesamten Bodenkohlenstoffs (C) im Vergleich zu den Kontrollbedingungen führte. Der pH-Wert des Bodens neigte auch dazu, nach der Zugabe von Biokohle zu steigen und weniger sauer zu werden. Zu den Variablen, die keine signifikante mittlere Reaktion auf Biokohle zeigten, gehörten die unterirdische Produktivität, das Verhältnis von oberirdischer : unterirdischer Biomasse, die Mykorrhizakolonisation der Wurzeln, die N-Konzentration im Pflanzengewebe und die P-Konzentration im Boden sowie die anorganische N-Konzentration im Boden. Zusätzliche Analysen ergaben keine nachweisbare Beziehung zwischen der Menge der zugegebenen Biokohle und der oberirdischen Produktivität. Unsere Ergebnisse bieten die erste quantitative Überprüfung der Auswirkungen von Biokohle auf die verschiedenen Ökosystemfunktionen, und die zentralen Tendenzen lassen vermuten, dass Biokohle eine vielversprechende Win-Win-Win-Lösung für Energie, Kohlenstoffspeicherung und Ökosystemfunktionen darstellt. Die Auswirkungen von Biokohle auf eine vierte Komponente, die nachgelagerten Nicht-Zielumgebungen, sind jedoch nach wie vor unbekannt und stellen eine kritische Forschungslücke dar.

Autor Z. Tan, C. S. K. Lin, X. Ji, T. J. Rainey (2017)   Zeitschrift Science Direct

Rückführung von Pflanzenkohle auf die Felder: Ein Rückblick

Pflanzenkohle, die durch thermochemische Umwandlung von Biomasse erzeugt wird, reduziert die Treibhausgasemissionen und ist nützlich für die Verbesserung der ökologischen Systeme in der Landwirtschaft. Bestimmte Pflanzenkohle funktioniert jedoch gut zur Verbesserung des Bodens, andere Pflanzenkohle nicht. Warum? Weil nicht klar ist, wie man die beste Pflanzenkohle für den Boden vorbereitet. Es besteht eine Diskrepanz zwischen der Vorbereitung von Pflanzenkohle und der Rückführung der Pflanzenkohle in den Boden.

Autor
Zhongxin Tan, Carol S.K. Lin, Xiaoyan Ji, Thomas J. Rainey
Veröffentlicht
2017
Zeitschrift
Science Direct
Seiten
1-11
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0929139316303687

Biokohle, die durch thermochemische Umwandlung von Biomasse erzeugt wird, reduziert die Treibhausgasemissionen und ist nützlich für die Verbesserung der ökologischen Systeme in der Landwirtschaft. Bestimmte Biokohle funktioniert jedoch gut zur Verbesserung des Bodens, andere Biokohle nicht. Warum? Weil nicht klar ist, wie man die beste Biokohle für den Boden vorbereitet. Es besteht eine Diskrepanz zwischen der Vorbereitung der Biokohle und der Rückführung der Biokohle in den Boden. Um diesen Zusammenhang zu verdeutlichen, werden in diesem Papier (i) Technologien zur Aufbereitung von Biokohle, (ii) die Auswirkungen der Aufbereitungsbedingungen auf die Eigenschaften von Biokohle und (iii) die Auswirkungen auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Bodens untersucht. Neben der Verringerung der Treibhausgasemissionen verbessert Biokohle die physikalisch-chemischen und mikrobiellen Eigenschaften des Bodens und absorbiert giftige und schädliche Substanzen. Da Biokohle durch Pyrolyse hergestellt wird, ist die Optimierung der Verarbeitungsbedingungen zur Verbesserung ihrer Eigenschaften für die landwirtschaftliche Nutzung ein zentrales Thema, das in diesem Artikel untersucht wird.

Autor K. Karhu (2010)   Zeitschrift ResearchGate

Die Zugabe von Pflanzenkohle zum landwirtschaftlichen Boden erhöht die CH4-Aufnahme- und Wasserspeicherkapazität - Ergebnisse einer kurzfristigen Pilot-Feldstudie

Die Zugabe von Pflanzenkohle zu landwirtschaftlichen Böden wurde vorgeschlagen, um den Klimawandel durch eine verstärkte biogene Kohlenstoffspeicherung und die Reduzierung von Treibhausgasemissionen abzuschwächen. Wir haben die Flüsse von N2O, CO2 und CH4 nach Zugabe von 9tha-1 Pflanzenkohle auf einem landwirtschaftlichen Boden in Südfinnland im Mai 2009 gemessen.

Autor
Kristiina Karhu, Toumas Mattila, Kristiina Regina
Veröffentlicht
2010
Zeitschrift
ResearchGate
Seiten
309-313
Studie
https://www.researchgate.net/publication/251520323_Biochar_Addition_to_Agricultural_Soil_Increased_CH4_Uptake_and_Water_Holding_Capacity_-_Results_from_a_Short-Term_Pilot_Field_Study

Die Zugabe von Biokohle zu landwirtschaftlichen Böden wurde vorgeschlagen, um den Klimawandel durch eine verstärkte biogene Kohlenstoffspeicherung und die Reduzierung von Treibhausgasemissionen abzuschwächen. Wir haben die Flüsse von N2O, CO2 und CH4 nach Zugabe von 9tha-1 Biokohle auf einem landwirtschaftlichen Boden in Südfinnland im Mai 2009 gemessen. Wir führten diese Messungen 1,5 Monate lang zweimal wöchentlich durch, zwischen Aussaat und Kronendachschließung, um den Zeitraum mit den höchsten N2O-Emissionen zu erfassen, in dem auch das Potenzial für eine Minderung am größten ist. Die Zugabe von Biokohle erhöhte die CH4-Aufnahme (96% Steigerung der durchschnittlichen kumulativen CH4-Aufnahme), aber es wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede in den CO2- und N2O-Emissionen zwischen den geänderten Biokohle- und Kontrollflächen beobachtet. Der Zusatz von Biokohle erhöhte die Wasserhaltekapazität des Bodens um 11%. Weitere Studien sind erforderlich, um zu klären, ob dies dazu beitragen kann, Schwankungen in der Wasserverfügbarkeit für Pflanzen im zukünftigen Klima mit häufigeren Dürreperioden auszugleichen.

Autor J. D. Gomez et. al. (2013)   Zeitschrift Wiley Online Library

Die Zugaberate von Pflanzenkohle beeinflusst die mikrobielle Vielfalt und Aktivität von Böden in gemäßigten Zonen

Pflanzenkohle (BC) zur Bodenverbesserung ist eine vorgeschlagene Strategie zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit und zur Eindämmung des Klimawandels. Bevor dies jedoch zu einer empfohlenen Bewirtschaftungspraxis werden kann, ist ein besseres Verständnis der Auswirkungen von BC auf die Bodenbiota erforderlich. Wir haben die Auswirkungen der Zugaberaten (0, 1, 5, 10 und 20 Massenprozent) eines schnell pyrolysierenden, aus Holz gewonnenen BC auf die Extraktionseffizienz (EE), die Abundanz und die zeitliche Dynamik von Phospholipid-Fettsäuren (PLFAs, mikrobielle Gemeinschafts-Biomarker) in vier gemäßigten Böden während einer einjährigen Inkubation bestimmt.

Autor
J. D. Gomez K. Denef C. E. Stewart J. Zheng M. F. Cotrufo
Veröffentlicht
2013
Zeitschrift
Wiley Online Library
Seiten
28-38
Studie
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ejss.12097

Biokohle (BC) zur Bodenverbesserung ist eine vorgeschlagene Strategie zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit und zur Eindämmung des Klimawandels. Bevor dies jedoch zu einer empfohlenen Bewirtschaftungspraxis werden kann, ist ein besseres Verständnis der Auswirkungen von BC auf die Bodenbiota erforderlich. Wir haben die Auswirkungen der Zugaberaten (0, 1, 5, 10 und 20 Massenprozent) eines schnell pyrolysierenden, aus Holz gewonnenen BC auf die Extraktionseffizienz (EE), die Abundanz und die zeitliche Dynamik von Phospholipid-Fettsäuren (PLFAs, mikrobielle Gemeinschafts-Biomarker) in vier gemäßigten Böden während einer einjährigen Inkubation bestimmt. Zusätzlich wurden die Auswirkungen auf die mikrobielle Mineralisierung/Inkorporation von BC-C bestimmt, indem der CO2-Efflux und der BC-Beitrag zu CO2 und PLFA-C unter Verwendung des natürlichen 13C-Häufigkeitsunterschieds zwischen BC und Böden gemessen wurde. Die Zugabe von Biokohle erhöhte proportional die mikrobielle Abundanz in allen Böden und veränderte die Zusammensetzung der Gemeinschaft, insbesondere bei der größten Zugaberate, in Richtung einer mehr gramnegativen (im Vergleich zu Pilzen und grampositiven) Bakterien dominierenden Gemeinschaft. Obwohl chemisch widerspenstig, diente das BC als Substrat für die mikrobielle Aktivität, vor allem bei großen Zugaberaten und in Böden mit wenig organischer Substanz. Die mikrobielle Nutzung von BC-C für das Wachstum konnte die beobachtete Zunahme der mikrobiellen Biomasse nur teilweise erklären, was darauf hindeutet, dass andere, potenziell abiotische Mechanismen beteiligt waren. Der starke Rückgang des PLFA EE (-77%) in allen Böden mit Biokohlezugabe unterstreicht die Notwendigkeit, den EE zu messen und zu korrigieren, wenn PLFA-Biomarker zur Abschätzung der mikrobiellen Bodenreaktionen auf BC-Zugaben verwendet werden. Insgesamt bietet unsere Studie Unterstützung für die Verwendung von BC als Bodenzusatz, der die mikrobielle Aktivität und das Wachstum potenziell stimuliert.

Autor S. Schimmelpfennig, B. Glaser (2010)   Zeitschrift Journal of Environmental Quality

Ein Schritt vorwärts zur Charakterisierung: Einige wichtige Eigenschaften zur Unterscheidung von Pflanzenkohle

Die Terra-Preta-Forschung lieferte Belege für den positiven Einfluss von verkohltem organischem Material (Pflanzenkohle) auf unfruchtbare tropische Böden. Angesichts globaler Herausforderungen wie Bodendegradation, Rückgang der fossilen Energieträger, Wasserknappheit und Klimawandel scheint die Verwendung von Pflanzenkohle als eine in regionale Stoffkreisläufe eingebettete Bodenverbesserung eine umfassende Lösung zu bieten.

Autor
Sonja Schimmelpfennig und Bruno Glaser
Veröffentlicht
2010
Zeitschrift
Journal of Environmental Quality
Studie
https://www.researchgate.net/publication/228102866_One_Step_Forward_toward_Characterization_Some_Important_Material_Properties_to_Distinguish_Biochars

Die Terra-Preta-Forschung lieferte Belege für den positiven Einfluss von verkohltem organischem Material (Biokohle) auf unfruchtbare tropische Böden. Angesichts globaler Herausforderungen wie Bodendegradation, Rückgang der fossilen Energieträger, Wasserknappheit und Klimawandel scheint die Verwendung von Biokohle als eine in regionale Stoffkreisläufe eingebettete Bodenverbesserung eine umfassende Lösung zu bieten. Über die Auswirkungen der Biokohle auf einzelne Ökosystemprozesse ist jedoch wenig bekannt. Zudem wird der Begriff für eine Vielzahl von verkohlten Produkten verwendet. Ziel dieser Studie war es daher, die wichtigsten Materialeigenschaften verschiedener Kohlenhydrate zu untersuchen, um ein Minimum an analytischen Eigenschaften und Schwellenwerten für die Identifizierung von Biokohle festzulegen. Zu diesem Zweck wurden verkohlte Produkte aus verschiedenen Produktionsprozessen (traditioneller Holzkohlestapel, Drehrohrofen, Pyreg-Reaktor, Holzvergaser und hydrothermale Karbonisierung) auf physikalische und chemische Eigenschaften wie Oberfläche, Schwarzkohlenstoff, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und elementare Zusammensetzung analysiert. Unsere Ergebnisse zeigten einen signifikanten Einfluss der Produktionsprozesse auf die Eigenschaften der Biokohle. Auf der Grundlage unserer Ergebnisse empfehlen wir zur Identifizierung von Biokohle, die sich für die Bodenverbesserung und Kohlenstoffbindung eignet, Variablen mit den folgenden Schwellenwerten zu verwenden: O/C-Verhältnis <0,4, H/C-Verhältnis <0,6, Schwarzkohlenstoff >15% C, polyaromatische Kohlenwasserstoffe, die niedriger als die Hintergrundwerte des Bodens sind, und eine Oberfläche von >100 m g. Die Ergebnisse zeigen einen signifikanten Einfluss der Produktionsprozesse auf die Eigenschaften der Biokohle.

Autor H. Neumann (2017)   Zeitschrift top agrar

Pflanzenkohle: Alleskönner für Stall und Acker

Ob Nitraüberschuss oder Klimaschutz: Pflanzenkohle könnte in der Landwirtschaft viele Probleme lösen. Der Markt nimmt rasant an Fahrt auf und scheint eine interessante Verwertung für Biomasse bieten.

Autor
Hinrich Neumann
Veröffentlicht
2017
Zeitschrift
top agrar
Seiten
8-11
Studie
https://www.topagrar.com/heftausgabe/Heftausgabe-Die_Themen_des_Energiemagazins_3_2017-9621305.html
Autor M. W. I. Schmidt, A. G. Noack (2000)   Zeitschrift AGU 100

Schwarzer Kohlenstoff in Böden und Sedimenten: Analyse, Verteilung, Auswirkungen und aktuelle Herausforderungen

Dieser Bericht hebt die Allgegenwart von Schwarzkohlenstoff (BC) hervor, der durch die unvollständige Verbrennung von Pflanzenmaterial und fossilen Brennstoffen in Torf, Böden sowie lakustrischen und marinen Sedimenten entsteht. Wir untersuchen verschiedene Definitionen und analytische Ansätze und versuchen, eine gemeinsame Sprache zu finden. BC stellt ein Kontinuum von teilweise verkohltem Material bis hin zu Graphit- und Rußpartikeln dar, wobei keine allgemeine Übereinstimmung über klare Grenzen besteht. Die Bildung von BC kann auf zwei grundlegend verschiedene Arten erfolgen. Die flüchtigen Bestandteile rekondensieren zu hochgradig graphitierter Ruß-BC, während die festen Rückstände Kohle-BC bilden. Beide Formen von BC sind relativ inert und werden durch Wasser und Wind über den fluvialen und atmosphärischen Transport global verteilt. Wir fassen die Ubiquität von BC in Böden und Sedimenten seit der Devonzeit chronologisch zusammen und unterscheiden zwischen BC von Vegetationsbränden und der Verbrennung fossiler Brennstoffe. BC hat wichtige Auswirkungen auf verschiedene biologische, geochemische und ökologische Prozesse.

Autor
Michael W. I. Schmidt und Angela G. Noack
Veröffentlicht
2000
Zeitschrift
AGU 100
Seiten
777-793
Studie
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/1999GB001208

Dieser Bericht hebt die Allgegenwart von Schwarzkohlenstoff (BC) hervor, der durch die unvollständige Verbrennung von Pflanzenmaterial und fossilen Brennstoffen in Torf, Böden sowie lakustrischen und marinen Sedimenten entsteht. Wir untersuchen verschiedene Definitionen und analytische Ansätze und versuchen, eine gemeinsame Sprache zu finden. BC stellt ein Kontinuum von teilweise verkohltem Material bis hin zu Graphit- und Rußpartikeln dar, wobei keine allgemeine Übereinstimmung über klare Grenzen besteht. Die Bildung von BC kann auf zwei grundlegend verschiedene Arten erfolgen. Die flüchtigen Bestandteile rekondensieren zu hochgradig graphitierter Ruß-BC, während die festen Rückstände Kohle-BC bilden. Beide Formen von BC sind relativ inert und werden durch Wasser und Wind über den fluvialen und atmosphärischen Transport global verteilt. Wir fassen die Ubiquität von BC in Böden und Sedimenten seit der Devonzeit chronologisch zusammen und unterscheiden zwischen BC von Vegetationsbränden und der Verbrennung fossiler Brennstoffe. BC hat wichtige Auswirkungen auf verschiedene biologische, geochemische und ökologische Prozesse. So kann BC eine bedeutende Senke im globalen Kohlenstoffkreislauf darstellen, den Strahlungswärmehaushalt der Erde beeinflussen, ein nützlicher Tracer für die Brandgeschichte der Erde sein, einen bedeutenden Anteil des in Böden und Sedimenten vergrabenen Kohlenstoffs aufbauen und organische Schadstoffe mit sich führen. An Land scheint BC in dunklen Böden reichlich vorhanden zu sein, die durch häufige Vegetationsverbrennung und Verbrennung fossiler Brennstoffe beeinträchtigt werden und somit wahrscheinlich zu den hochstabilen aromatischen Komponenten der organischen Bodensubstanz beitragen. Wir diskutieren Herausforderungen für die zukünftige Forschung. Trotz der großen Bedeutung von BC wurden nur begrenzte Fortschritte bei der Kalibrierung der analytischen Techniken erzielt. Fortschritte bei der Quantifizierung von BC werden wahrscheinlich durch systematische Vergleiche zwischen BCs aus verschiedenen Quellen und in verschiedenen natürlichen Matrizen erzielt werden. Die Identifizierung von BZ könnte von isotopischen und spektroskopischen Techniken profitieren, die auf der Massen- und Molekularebene angewandt werden. Der Schlüssel zur Abschätzung der BC-Bestände in Böden und Sedimenten ist das Verständnis der Prozesse, die bei der BC-Degradation auf molekularer Ebene ablaufen. Ein vielversprechender Ansatz wäre die Kombination von kurzfristigen Laborexperimenten und langfristigen Feldversuchen.

Autor C. E. Brewer et. al. (2019)   Zeitschrift Wiley Interscience

Charakterisierung von Pflanzenkohle von der Schnellpyrolyse und Vergasungssysteme

Die thermochemische Verarbeitung von Biomasse erzeugt eine festes Produkt, das Holzkohle (meist Kohlenstoff) und Asche enthalten. Diese Holzkohle kann zur Wärme- und Stromerzeugung verbrannt werden, vergast, für Adsorptionsanwendungen aktiviert werden, oder auf Böden als Bodenverbesserung und Kohlenstoff als Sequestrierungsmittel verwendet werden. Die vorteilhafteste Verwendung eines der gegebenen Holzkohle hängt von seinen physikalischen und chemischen Merkmalen ab, obwohl die Beziehung von Holzkohle Eigenschaften zu diesen Anwendungen noch nicht gut verstanden wurde.

Autor
Catherine E. Brewer Klaus Schmidt‐Rohr Justinus A. Satrio Robert C. Brown
Veröffentlicht
2019
Zeitschrift
Wiley Interscience
Seiten
386-394
Studie
https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ep.10378

Bei der thermochemischen Verarbeitung von Biomasse entsteht ein festes Produkt, das Holzkohle (meist Kohlenstoff) und Asche enthält. Dieser Holzkohle kann zur Wärme- und Stromerzeugung verbrannt, vergast, für Adsorptionsanwendungen aktiviert oder als Bodenverbesserungs- und Kohlenstoffbindungsmittel auf Böden aufgebracht werden. Die vorteilhafteste Verwendung eines bestimmten Saiblings hängt von seinen physikalischen und chemischen Eigenschaften ab, obwohl die Beziehung der Saiblingseigenschaften zu diesen Anwendungen nicht gut verstanden ist. Kohlen aus der Schnellpyrolyse und Vergasung von Switchgras und Maisstroh wurden durch die Nahanalyse, die CHNS-Elementaranalyse, die Brunauer-Emmet-Teller (BET)-Oberfläche, die Partikeldichte, den höheren Heizwert (HHV), die Rasterelektronenmikroskopie, die Analyse des Aschegehalts der Röntgenfluoreszenz, die Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie mit einem photoakustischen Detektor (FTIR-PAS) und die quantitative 13C-Kernresonanzspektroskopie (NMR) mit direkter Polarisation und magischem Winkelspinning charakterisiert. Die unter langsamen Pyrolysebedingungen hergestellten Holzsorten aus denselben Ausgangsmaterialien und eine kommerzielle Hartholzkohle wurden ebenfalls charakterisiert. Es wurde festgestellt, dass Switchgras- und Maisstrohkohle einen hohen Aschegehalt (32-55 Gew.-%) aufweisen, der zum großen Teil aus Kieselsäure besteht. Die BET-Oberflächen waren gering (7-50 m2/g) und die HHVs lagen zwischen 13 und 21 kJ/kg. Die Aromatisierungen aus der NMR, die zwischen 81 und 94% lagen, schienen mit der Reaktionszeit zuzunehmen. In NMR- und FTIR-PAS-Spektren wurde eine ausgeprägte Abnahme der aromatischen CH-Funktionalität zwischen langsamer Pyrolyse und Vergasungskohle beobachtet. Die NMR-Schätzungen der Größe der Cluster mit fusionierten aromatischen Ringen zeigten, dass die schnellen und langsamen Pyrolysekohle ähnlich waren (∼7-8 Ringe pro Cluster), während die Vergasungskohle bei höheren Temperaturen viel stärker kondensiert war (∼17 Ringe pro Cluster).

Autor unbekannt (2003)   Zeitschrift wave GmbH

Studie zum Phosphorrecycling aus kommunalem Abwasser in Baden- Württemberg – Möglichkeiten und Grenzen

In der Vergangenheit wurde ein Großteil der bei der Abwasserreinigung anfallenden Klärschlämme landwirtschaftlich als „Dünger“ verwertet und somit die darin enthaltenen Nährstoffe (wie Stickstoff und Phosphor) in den Nährstoffkreislauf zurückgeführt. Da der Anteil dieses Verwertungsweges gegenüber der thermischen Behandlung des anfallenden Klärschlammes kontinuierlich zurückgeht und zudem aktuell eine intensive Diskussion über die Vor- und Nachteile der landwirtschaftlichen Klärschlammnutzung geführt wird, kommt hierbei insbesondere dem Umgang mit Phosphor - als einem nicht substituierbarem Nährstoff - erhöhte Aufmerksamkeit zu.

Autor
unbekannt
Veröffentlicht
2003
Zeitschrift
wave GmbH
Studie
https://fachdokumente.lubw.baden-wuerttemberg.de/servlet/is/40156/wb_Precycling_V31.pdf?command=downloadContent&filename=wb_Precycling_V31.pdf&FIS=203

Es ist davon auszugehen, dass in Baden-Württemberg zur Zeit ca. 8.400 t Phosphor/a aus dem Abwasserstrom entnommen werden. Ca. 50 % des gesamten, eliminierten Phosphors werden bei den Anlagen mit einer Ausbaugröße über 100.000 EW aus dem Abwasser entfernt. Die Vielzahl der Anlagen mit einer Ausbaugröße unter 10.000 EW tragen dabei in der Summe nur zu ca. 10 % des eliminierten Phosphors aus Kläranlagen bei. Insgesamt ist das Potenzial des Phosphorrecyclings aus Abwasser – insbesondere auch im Vergleich zum PDüngemitteleinsatz- damit beschränkt.
Bei Anstrebung eines flächendeckenden Phosphorrecylings in Baden-
Württemberg aus kommunalen Abwasseranlagen in Höhe von 30 % bezogen auf die zur Zeit entnommene Fracht müssen bei 93 Anlagen (bis zu einer Ausbaugröße von ca. 45.000 EW) entsprechende Nebenstromverfahren (bspw. Phostrip-Verfahren, MAP-Fällung aus dem Schlammwasser etc.) realisiert werden. Damit werden dann ca. 64 % der anfallenden Schlammtrockenmasse zusätzlich behandelt.
Bei dem Einsatz von Verfahren zum Recycling aus dem Schlamm oder
Aschen muss eine entsprechende Verfahrenstechnik bei nur 13 Anlagen (bis zu
einer Ausbaugröße von ca. 250.000 EW) realisiert werden. Damit werden dann nur ca. 32 % der anfallenden Schlammtrockenmasse zusätzlich behandelt. Bei Aufschluss der Asche aus den drei Monoverbrennungsanlagen von Baden-
Württemberg könnte bei Aufbereitung dieser Aschen theoretisch ein P-Recycling von ca. 14 % bezogen auf die heute entnommen P-Fracht in Baden-Württemberg erreicht werden.
Die Betrachtungen zeigen aber auch deutlich, dass ein weitgehendes Phosphorrecycling in Baden-Württemberg infolge der Anlagenverteilung mit sehr vielen kleinen Kläranlagen nur über eine Schwerpunktbildung sinnvoll erscheint. In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, dass das Phosphorrecycling als gesellschaftliche Aufgabe einer nachhaltigen Ressourcenbewirtschaftung zu begreifen ist, deren Finanzierung und Betrieb losgelöst von der bisherigen Struktur über die Abwassergebühr im Einzugsgebiet der Kläranlagen erfolgen muss. Denkbar sind hier Finanzierungsmodelle über einwohnerbezogene Sonderabgaben, Nutzerabgabe (P-Steuer) oder über den allgemeinen Haushalt. Bei grob geschätzten Aufwendungen zu Erzielung eines gezielten 30%igen P-Recylings aus Abwasser mit Nebenstromverfahren sind dann jährliche Belastungen von mindestens 16 Mio. EUR für die Investition und den Betrieb dieser Anlagen anzusetzen.
Auch ist anzumerken, dass für Baden-Württemberg eine P-Recyclingquote über 30% (bezogen auf den entnommenen Phosphor) ohne eine maßgebliche, direkte landwirtschaftliche Verwertung von Nassschlämmen nur mit einem außerordentlich hohem Aufwand auf zahlreichen Kläranlagen in Baden-Württemberg möglich ist.
Verfahrenstechniken zur Rückgewinnung von Phosphaten aus dem Abwasser sind bei den Prozessen der Kristallisation bereits heute vereinzelt großtechnisch realisiert, trotzdem besteht insbesondere zur einfachen und wirtschaftlichen Rücklösung von Phosphaten aus Klärschlämmen und Aschen noch erheblicher Forschungsbedarf.

Autor A. Böhrnsen (2019)   Zeitschrift profi

Pflanzenkohle statt Spurenelemente

Pflanzenkohle hat bei Verwendung als Bodenhilfsmittel vielfältige positive Effekte. Eingesetzt als Additiv im Biogasfermenter soll sie den Gärprozess stabilisieren und den Methanertrag steigern.

Autor
Anja Böhrnsen
Veröffentlicht
2019
Zeitschrift
profi
Seiten
84-86
Studie
https://www.profi.de/technisch/aus-dem-heft/pflanzenkohle-statt-spurenelemente-11686069.html
Autor C. Kammann, H. Schmidt (2017)   Zeitschrift Interessengemeinschaft gesunder Boden

Pflanzenkohle als Werkzeug für eine nachhaltige Landwirtschaft?

Was ist Biokohle, was ist Pflanzenkohle? Neue Ergebnisse aus Forschung und Entwicklung werden in nachfolgendem Text erklärt. Die Autoren gehen auf die Verwendung von Pflanzenkohle in der Landwirtschaft ein, auf mögliche Risiken und die gesetzlichen Rahmenbedingungen.

Autor
Claudia Kammann und Hans-Peter Schmidt
Veröffentlicht
2017
Zeitschrift
Interessengemeinschaft gesunder Boden
Studie
/fileadmin/pdf/Pflanzenkohle/Vortrag_Prof._Kamman__2.3.2017__Bodentag.pdf
Autor D. Steffens (2019)   Zeitschrift Landwirtschaft ohne Pflug

Kohlenstoff in die Böden bringen

Im Amazonasbecken steigerte der Einsatz von verkohltem Kohlenstoff die Fruchtbarkeit und damit Ertragsfähigkeit ursprünglich karger Böden. Die Ureinwohner verwendeten ein Gemisch organischer Substanzen aus unter anderem Holzkohleresten, Exkrementen und Speiseabfällen als Dünger. Die so zu hoher Qualität aufgewerteten Böden werden als "Terra preta" bezeichnet. Nach deren Entdeckung lag der Gedanke nicht fern, diesen Effekt für Böden in anderen Gegenden wie Deutschland nutzbar zu machen. In einem Feldversuch in Hessen hat eine Forschungsgruppe der Universität Gießen die Wirksamkeit von verschiedenen Pflanzenkohlen auf die Bodenqualität untersucht. Dabei konnten Pflanzenkohlen die Wasserversorgung und Ertragsleistung der Pflanzen im semiariden Raum allerdings nicht verbessern. Auf jeden Fall kann Pflanzenkohle aber zur Sequestierung von Kohlenstoff beitragen.

Autor
Diedrich Steffens
Veröffentlicht
2019
Zeitschrift
Landwirtschaft ohne Pflug
Seiten
36-39
Studie
https://www.pfluglos.de/ausgaben/lop-2019/april-2019
Autor J. E. Thies, M. C. Rillig (2008)   Zeitschrift ResearchGate

Merkmale von Pflanzenkohle: Biologische Eigenschaften

Jahrzehntelange Forschungsarbeiten in Japan und kürzlich durchgeführte Studien in den USA haben gezeigt, das Pflanzenkohle die Aktivität von verschiedenen wichtigen Boden-Mikroorganismen stimuliert. Unterschiedlich große Poren in Pflanzenkohle schaffen einen geeigneten Lebensraum für viele Mikroorganismen, indem sie diese vor Raubbau und Austrocknung schützen und viele ihrer vielfältigen Bedürfnisse an Kohlenstoff (C), Energie und Mineralstoffen decken (Saito und Muramoto, 2002; Warnock et al., 2007). Da die Bodenorganismen eine Vielzahl von Ökosystemleistungen erbringen, ist das Verständnis, wie die Zugabe von Pflanzenkohle zum Boden die Bodenökologie beeinflussen kann, von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Bodenqualität und die Integrität des Subsystems Boden erhalten bleiben.

Autor
Janice E.Thies und Matthias C. Rillig
Veröffentlicht
2008
Zeitschrift
ResearchGate
Studie
https://www.researchgate.net/publication/284041311_Characteristics_of_biochar_biological_properties

Jahrzehntelange Forschung in Japan und neuere Studien in den USA haben gezeigt, dass Biokohle die Aktivität einer Vielzahl von landwirtschaftlich wichtigen Bodenmikroorganismen stimuliert und die mikrobiologischen Eigenschaften von Böden stark beeinflussen kann (Ogawa et al, 1983; Pietikäinen etal, 2000). Das Vorhandensein und die Größenverteilung der Poren in Biokohle bietet einen geeigneten Lebensraum für viele Mikroorganismen, indem sie diese vor Raubbau und Austrocknung schützt und viele ihrer vielfältigen Bedürfnisse an Kohlenstoff (C), Energie und Mineralnährstoffen deckt (Saito und Muramoto, 2002; Warnock et al., 2007).Mit dem Interesse an der Verwendung von Biokohle zur Förderung der Bodenfruchtbarkeit werden viele wissenschaftliche Studien durchgeführt, um besser zu verstehen, wie sich dies auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Böden und ihre Eignung als mikrobieller Lebensraum auswirkt. Da Bodenorganismen eine Vielzahl von Ökosystemleistungen erbringen, ist das Verständnis, wie die Zugabe von Biokohle zum Boden die Bodenökologie beeinflussen kann, entscheidend, um sicherzustellen, dass die Bodenqualität und die Integrität des Teilsystems Boden erhalten bleiben. Zu den Ökosystemleistungen, die Bodenmikroorganismen erbringen, gehören der Abbau von organischer Substanz, der Kreislauf und die Immobilisierung von anorganischen Nährstoffen, die Filterung und biologische Sanierung von Bodenverunreinigungen, die Unterdrückung und Verursachung von Pflanzenkrankheiten, die Erzeugung und Freisetzung von Treibhausgasen und die Verbesserung der Bodenporosität, -aggregation und Wasserinfiltration (Coleman, 1986; Thies und Grossman, 2006; Paul, 2007). Da sie mit Pflanzen in der Rhizosphäre interagieren, beeinflussen Bakterien, Pilze, Einzeller und Nematoden stark die Fähigkeit der Pflanzen, Makro- und Mikronährstoffe aufzunehmen. Dies kann als direkte Folge mutualistischer Assoziationen zwischen Pflanzenwurzeln und Mikroorganismen geschehen, wie z.B. mit den arbuskulären Mykorrhizapilzen (AM) (Glomeromycota; Robson et al., 1994) oder den Stickstoff (N2)-fixierenden Rhizobien-Bakterien; oder durch trophische Interaktionen, die zu einer Nährstoffausscheidung durch sekundäre Futtermittel, wie Protozoen und Nematoden, führen (Brussaard et al., 1990). Es ist klar, dass die mikrobielle Aktivität des Bodens die Bodenfunktion und damit das Wachstum und den Ertrag der Pflanzen stark beeinflusst. Die physikalische und chemische Umgebung von Biokohle kann viele dieser biologischen Aktivitäten verändern, die im Folgenden ausführlich erörtert werden. Die Art und Funktion der mikrobiellen Bodengemeinschaften verändern sich als Reaktion auf viele edaphische, klimatische und Managementfaktoren, insbesondere auf die Zugabe von organischer Substanz (Thies und Grossman, 2006). Die Veränderung von Böden durch Biokohle ist keine Ausnahme. Die Art und Weise, in der Biokohle die Bodenbiota beeinflusst, kann sich jedoch von anderen Arten zugefügter organischer Substanz unterscheiden, da die Stabilität von Biokohle es unwahrscheinlich macht, dass sie nach der Zersetzung anfänglicher Bioöle oder Kondensate eine Quelle für Energie oder Zellen C ist (siehe Kapitel 11). Stattdessen verändert Biokohle die physikalische (siehe Kapitel 2) und chemische (siehe Kapitel 3 bis 5) Umgebung des Bodens, was wiederum die Eigenschaften und das Verhalten der Bodenbiota beeinflusst. Die Auswirkungen der Biokohle auf die Abundanz, Aktivität und Diversität der Bodenorganismen sind Gegenstand dieses Kapitels, wobei dieser Forschungsbereich hinter anderen Bereichen der Biokohleforschung zurückbleibt. Vieles von dem, was über die Biota in biokohlehaltigen Böden bekannt ist, resultiert aus der Pionierarbeit des japanischen Forschers M. Ogawa und seiner Kollegen sowie aus der Forschung über mikrobielle Gemeinschaften in den dunklen Erden des Amazonas (ADE, auch "Terra Preta de Indio" genannt) aus Brasilien. Wir stellen hier Beispiele aus diesen Arbeiten vor, um zu prognostizieren, wie sowohl die Bodenflora als auch die Tierpopulationen auf Änderungen der Biokohle reagieren könnten, und um fruchtbarere Wege für zukünftige Forschungen vorzuschlagen.

 

Autor H. Schmidt et. al. (2019)   Zeitschrift NCBI

Die Verwendung von Pflanzenkohle in der Tierernährung

Pflanzenkohle, d.h. verkohlte Biomasse ähnlich wie Holzkohle, wird seit vielen Jahrhunderten in der akuten medizinischen Behandlung von Tieren eingesetzt. Seit 2010 setzen Viehhalter Pflanzenkohle zunehmend als regelmäßiges Ergänzungsfuttermittel ein, um die Tiergesundheit zu verbessern, die Effizienz der Nährstoffaufnahme und damit die Produktivität zu steigern. Da Pflanzenkohle während des Verdauungsprozesses mit stickstoffreichen organischen Verbindungen angereichert wird, wird die ausgeschiedene Pflanzenkohlendüngung zu einem wertvolleren organischen Dünger, der bei der Lagerung und Ausbringung in den Boden geringere Nährstoffverluste und Treibhausgasemissionen verursacht.

Autor
Hans-Peter Schmidt , Nikolas Hagemann, Kathleen Draper und Claudia Kammann
Veröffentlicht
2019
Zeitschrift
NCBI
Studie
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6679646/

Biokohle, d.h. verkohlte Biomasse ähnlich wie Holzkohle, wird seit vielen Jahrhunderten in der akuten medizinischen Behandlung von Tieren eingesetzt. Seit 2010 setzen Viehhalter Biokohle zunehmend als regelmäßiges Ergänzungsfuttermittel ein, um die Tiergesundheit zu verbessern, die Effizienz der Nährstoffaufnahme und damit die Produktivität zu erhöhen. Da Biokohle während des Verdauungsprozesses mit stickstoffreichen organischen Verbindungen angereichert wird, wird die ausgeschiedene Biokohlendüngung zu einem wertvolleren organischen Dünger, der bei der Lagerung und Ausbringung in den Boden geringere Nährstoffverluste und Treibhausgasemissionen verursacht. Wissenschaftler haben erst vor kurzem damit begonnen, die Mechanismen der Biokohle in den verschiedenen Stadien der tierischen Verdauung zu untersuchen, und daher basieren die meisten veröffentlichten Ergebnisse zur Biokohlefütterung bisher auf empirischen Studien. Diese Übersicht fasst den Wissensstand bis zum Jahr 2019 zusammen, indem 112 relevante wissenschaftliche Publikationen zum Thema ausgewertet werden, um erste Erkenntnisse abzuleiten, mögliche Mechanismen hinter den Beobachtungen zu diskutieren und wichtige Wissenslücken und zukünftigen Forschungsbedarf zu identifizieren. Die Literaturanalyse zeigt, dass in den meisten Studien und für alle untersuchten Nutztierarten positive Auswirkungen auf verschiedene Parameter wie Toxinadsorption, Verdauung, Blutwerte, Futtermitteleffizienz, Fleischqualität und/oder Treibhausgasemissionen bei der Zugabe von Biokohle zum Futtermittel gefunden werden konnten. Eine beträchtliche Anzahl von Studien lieferte statistisch nicht signifikante Ergebnisse, obwohl die Tendenzen meist positiv waren. Seltene negative Effekte wurden in Bezug auf die Immobilisierung fettlöslicher Futtermittelbestandteile (z.B. Vitamin E oder Carotinoide) identifiziert, die die langfristige Verfütterung von Biokohle einschränken können. Wir stellten fest, dass die meisten Studien die Eigenschaften von Biokohle (die sich stark unterscheiden können) und die Dosierung nicht systematisch untersucht haben, was ein wesentlicher Nachteil für die Verallgemeinerung der Ergebnisse ist. Unsere Überprüfung zeigt, dass die Verwendung von Biokohle als Futtermittelzusatzstoff das Potenzial hat, die Tiergesundheit, die Futtermitteleffizienz und das Stallklima zu verbessern, Nährstoffverluste und Treibhausgasemissionen zu verringern und den Gehalt an organischer Substanz im Boden und damit die Bodenfruchtbarkeit zu erhöhen, wenn sie schließlich auf den Boden aufgebracht wird. In Kombination mit anderen guten Praktiken kann die Mitfütterung von Biokohle daher das Potenzial haben, die Nachhaltigkeit der Tierhaltung zu verbessern. Es ist jedoch definitiv eine systematischere multidisziplinäre Forschung erforderlich, um zu verallgemeinerbaren Empfehlungen zu gelangen.

Autor R. Zhaoa et. al. (2015)   Zeitschrift Science Direct

Auswirkungen von gealterten und frischen Pflanzenkohle auf den Säuregehalt des Bodens unter verschiedenen Inkubationsbedingungen

Pflanzenkohle hat positive Auswirkungen als Bodenversauerung, die ein globales Anliegen ist. Es wurden jedoch nur wenige Studien über die Wirkung von gealterter Pflanzenkohle auf die Bodenversauerung berichtet. Inkubationsmethoden mit unterschiedlichen Belüftungsbedingungen können unterschiedliche Auswirkungen auf die Bodenversauerung durch Pflanzenkohle hervorrufen. In dieser Studie wurden die Auswirkungen frischer und gealterter Pflanzenkohle auf die Änderung des Säuregehalts des Bodens mit verschiedenen Inkubationsmethoden analysiert.

Autor
Rudong Zhaoa, Neil Colesb, Zhe Konga, Jiaping Wuc
Veröffentlicht
2015
Zeitschrift
Science Direct
Seiten
133-138
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167198714002232

Biokohle hat positive Auswirkungen als Bodenversauerung, die ein globales Anliegen ist. Es wurden jedoch nur wenige Studien über die Wirkung von gealterter Biokohle auf die Bodenversauerung berichtet. Inkubationsmethoden mit unterschiedlichen Belüftungsbedingungen können unterschiedliche Auswirkungen auf die Bodenversauerung durch Biokohle hervorrufen. In dieser Studie wurden die Auswirkungen frischer und gealterter Biokohle auf die Änderung des Säuregehalts des Bodens mit verschiedenen Inkubationsmethoden analysiert. Proben von typisch sauren Böden (Sockeludulten) und frischer Pinus massoniana-Rinde wurden aus der hügeligen roten Bodenregion Südchinas entnommen und zur Herstellung von Biokohle (PB) mit der sauerstoffbegrenzten Pyrolyse-Methode bei 450C verwendet. Ein 4 Monate altes PB (PBa), das in einem Naturwald fire produziert wurde, wurde aus dem gleichen Gebiet wie das von Biokohle-PB gesammelt. Ein 69-tägiges Kubationsexperiment wurde mit einer verbesserten Inkubationsmethode durchgeführt. Die Behandlungen umfassten 100 g Boden+2 g PBa (PBA), 100 g Boden+2 g PB (belüftete Inkubation, PBV), 100 g Boden+2 g PB (versiegelte Inkubation, PBS) und 100 g Boden, der nur unter belüfteten (CKV) und versiegelten (CKS) Bedingungen inkubiert wurde. Der pH-Wert des Bodens wurde periodisch gemessen. Nach der Inkubation wurden austauschbare Basenkationen im Boden, austauschbare Säure, austauschbares Aluminium (Al3+) und Kationenaustauschkapazität (CEC) gemessen. Während der gesamten Inkubationszeit erhöhten PB und PB den pH-Wert des Bodens positiv (P<0,05), wobei PB bemerkenswertere Effekte zeigte. Ein ähnlicher Effekt wurde auch bei austauschbarem Al3+ und austauschbarer Säure im Boden beobachtet. Nach der Inkubation lagen die Boden-pH-Werte von PBV (5.050.02) und PBS (4.990.03) über dem Wert von PBA (4.980.03), wobei keine signifikanten Unterschiede (P>0.05) zwischen den Werten von PBV und PBS auftraten. Die Zugabe von PB verbesserte die austauschbaren Basenkationen im Boden und die Basensättigung im Vergleich zur Zugabe von PBa. Die CEC-Werte des Bodens in PBA, PBV und PBS unterschieden sich nicht signisikant von den in CKV und CKS, aber die CEC-Werte in PBV und PBS waren signifikant höher als die CEC-Werte in PBA. Alle Parameter in PBV unterschieden sich nicht signifikant von den Parametern in PBS. Biokohle-PB kann zur Änderung des Säuregehalts im Boden verwendet werden, aber die Effektivität sinkt bis zu einem gewissen Grad, wenn Biokohle-PB vor der Zugabe in den Boden kurzzeitig gealtert ist.  Die unterschiedlichen Belüftungsbedingungen hatten wenig Einfluss zur Änderung des Bodensäurestatus durch Biokohle. 

Autor H. M. Krause (2019)   Zeitschrift

Auswirkungen der Bodenbewirtschaftungspraktiken auf die N2O-Produktion und Reduzierung der mikrobiellen Gemeinschaften

Lachgas (N2O) ist ein wichtiges Treibhausgas das auch zum Abbau von stratosphärischem Ozon beiträgt. Hauptsächlich durch menschliches Einwirken auf den globalen Stickstoffzyklus stieg im letzten Jahrzehnt die atmosphärische N2O Konzentrationen kontinuierlich an. Im Jahr 2015 betrug die atmosphärische N2O Konzentration 121% im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter. Da der Grossteil der menschlich verursachten N2O Emissionen aus landwirtschaftlich genutzten Böden stammen ist die Entwicklung von Bodenbearbeitungsmethoden die N2O Emissionen mindern können eine wichtige Herausforderung für den gesamten landwirtschaftlichen Sektor.

Autor
Hans-Martin Krause
Veröffentlicht
2019
Zeitschrift
Studie
/fileadmin/images/Studien/2017_NO2_reduction_-_Krause_PhD_thesis.pdf

Lachgas (N2O) ist ein wichtiges Treibhausgas das auch zum Abbau von stratosphärischem Ozon beiträgt. Hauptsächlich durch menschliches Einwirken auf den globalen Stickstoffzyklus stieg im letzten Jahrzehnt die atmosphärische N2O Konzentrationen kontinuierlich an. Im Jahr 2015 betrug die atmosphärische N2O Konzentration 121% im Vergleich zum vorindustriellen Zeitalter. Da der Grossteil der menschlich verursachten N2O Emissionen aus landwirtschaftlich genutzten Böden stammen ist die Entwicklung von Bodenbearbeitungsmethoden die N2O Emissionen mindern können eine wichtige Herausforderung für den gesamten landwirtschaftlichen Sektor. Stickstoff wird um Boden vor allem mikrobiell umgesetzt. Innerhalb des mikrobiellen Stickstoffzyklus kann N2O durch mehrere Prozesse entstehen. Dabei werden Nitrifikation und Denitrifikation als die wichtigsten N2O bildenden Prozesse angesehen. Während Nitrifikation hauptsächlich unter oxischen Bedingungen stattfindet, wird die Denitrifikation durch sauerstofflimitierende Bedingungen begünstigt. Der letzte Schritt der Denitrifikation, die Reduktion von N2O zu N2 stellt die einzige bekannte biologische N2O Senke dar. Um eine klimafreundliche Landwirtschaft entwickeln zu können ist es daher unabdinglich ein grundlegendes Verständnis über die Auswirkung von Bodenbearbeitungsmethoden auf N2O produzierende und reduzierende Bodenbakterien zu bekommen. Mehrere Bodenbearbeitungsmethoden wurden als mögliche Strategien vorgeschlagen um N2O Emissionen zu verringern. Gegenstand diese Arbeit waren die reduzierte Bodenbearbeitung, der biologische Landbau und die Ausbringung von Pflanzenkohle. Um den Einfluss der verschiedenen Bodenbearbeitungsmethoden auf N2O Emissionen und N2O produzierende und reduzierende Bodenbakterien zu untersuchen wurden sowohl Inkubationsexperimente unter kontrollierten Bedingungen als auch Experimente im Feld durchgeführt. Funktionelle mikrobielle Gemeinschaften, die an Stickstoffumsetzungen beteiligt sind, wurden mit Hilfe von molekularbiologischen Methoden wie der quantitativen Polymerase-Kettenreaktion (qPCR) und modernen Sequenzierungstechniken untersucht. Weiterhin wurden 15N Markierungstechniken angewandt um die Herkunft von N2O und das N2O/(N2O+N2) Verhältnis in Böden unter biologischem und konventionellen Landbau zu bestimmen. Unter Reduzierter Bodenbearbeitung konnte in den tieferen Bodenschichten ein höheres Potenzial zur N2O Bildung durch Nitrifikation festgestellt werden. In Gegensatz dazu war eine erhöhte Abundanz von N2O reduzierenden Bakterien in der oberen Bodenschicht zu beobachten welche auch mit reduzierten N2O Emissionen in Verbindung gebracht werden konnten. Boden der unter biologischen Anbaumethoden bewirtschaftet wurde zeigte ein höheres Potenzial N2O zu emittieren, aber im Gegensatz zum konventionellen Landbau konnte die Funktionalität der N2O-Reduktase langfristig und ohne zusätzliche Kalkung durch einen stabilen Boden pH-Wert gewährleistet werden. Neben einer deutlichen Minderung von N2O Emissionen bewirkte die Zugabe von Pflanzenkohle einen Anstieg an stickstofffixierenden und N2O reduzierenden Bakterien. Im Feld konnte eine Veränderung der Gemeinschaftsstruktur von N2O reduzierenden Bakterien über eine gesamte Vegetationsperiode festgestellt werden. Durch die Zugabe von Pflanzenkohle wurden jene N2O reduzierenden Bakterien gefördert denen die genetische Fähigkeit N2O zu produzieren fehlte und somit als N2O Senke wirksam werden können. Unter allen untersuchten Bodenbearbeitungsmethoden war die Zugabe von Pflanzenkohle die wirksamste Strategie N2O Emissionen zu vermindern. Die Aktivität, Abundanz oder Struktur von N2O reduzierenden Bakteriengemeinschaften konnte in allen Experimenten mit den N2O Emissionen in Verbindung gebracht werden. Die deutet darauf hin, dass die Funktionalität dieser Gemeinschaft durch das Einwirken von Bodenbearbeitungsmethoden auf chemische und physikalische Bodeneigenschaften beeinflussbar ist. Daher scheint eine Fokussierung auf Bodenbearbeitungsmethoden welche biologische N2O Reduktion fördert ein vielversprechender Ansatz zu sein N2O Emissionen aus landwirtschaftlichen Böden zu verringern.

Autor McMichael et al. (2014)   Zeitschrift Proceedings of the Royal Society, Volume 281

Vorhersage präkolumbianischer anthropogener Böden in Amazonien

Das Ausmaß und die Intensität der präkolumbianischen Einflüsse auf das Amazonasgebiet im Tiefland blieben ungewiss und kontrovers. Das Vorkommen von mit Nährstoffen angereicherten Terra Preta-Böden gilt weithin als ein Indiz für die langfristige Besiedlung und Standorttreue der ersten Siedler.

Autor
C. H. McMichael, M. W. Palace, M. B. Bush, B. Braswell, S. Hagen, E. G. Neves, M. R. Silman, E. K. Tamanaha, C. Czarnecki
Veröffentlicht
2014
Zeitschrift
Proceedings of the Royal Society, Volume 281
Studie
https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspb.2013.2475

Das Ausmaß und die Intensität der präkolumbianischen Auswirkungen auf das Tiefland Amazoniens sind nach wie vor ungewiss und umstritten. Verschiedene Indikatoren können verwendet werden, um die Auswirkungen präkolumbianischer Gesellschaften zu beurteilen, aber die Bildung nährstoffreicher Terra-Preta-Böden wurde weithin als Indikator für langfristige Besiedlung und Standorttreue akzeptiert. Mit Hilfe bekannter und neu entdeckter Terra-Preta-Standorte und Algorithmen zur Bestimmung der maximalen Entropie (Maxent) haben wir den Einfluss regionaler Umweltbedingungen auf die Wahrscheinlichkeit bestimmt, dass sich Terra-Preta-Böden an einem bestimmten Ort im Tiefland Amazoniens gebildet hätten. Terra pretas wurden am häufigsten in Zentral- und Ostamazonien entlang der Unterläufe der großen Flüsse des Amazonasgebietes gefunden. Terrain-, hydrologische und Bodeneigenschaften waren wichtigere Prädiktoren der Terra-Pretas-Verteilung als die klimatischen Bedingungen. Unsere Modellierungsbemühungen deuteten darauf hin, dass Terra Pretas wahrscheinlich auf ca. 154 063 km2 oder 3,2% des Waldes zu finden sind. Wir sagen auch voraus, dass die Terra-Preta-Bildung in den meisten Gebieten Westamazoniens begrenzt war. Die Modellergebnisse legten nahe, dass die Verteilung von Terra Preta auf der Grundlage von Umweltparametern sehr gut vorhersagbar war. Wir gaben Ziele für zukünftige archäologische Untersuchungen unter dem ausgedehnten Walddach vor und betonten auch, wie wenige der langfristigen Waldinventurplätze in Amazonien in der Lage sind, die Auswirkungen historischer Störungen zu erfassen.

Autor Yang Ding, Yunguo Liu et al. (2016)   Zeitschrift Agronomy for Sustainable Development

Pflanzenkohle zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit. Ein Überblick.

Der Bodenmineralabbau ist ein Hauptproblem, das hauptsächlich auf Bodenerosion und Nährstoffauslaugung zurückzuführen ist. Die Zugabe von Biokohle ist eine Lösung, da gezeigt wurde, dass Biokohle die Bodenfruchtbarkeit verbessert.

Autor
Yang Ding, Yunguo Liu et al.
Veröffentlicht
2016
Zeitschrift
Agronomy for Sustainable Development
Studie
https://link.springer.com/article/10.1007/s13593-016-0372-z

Die Erschöpfung der Bodenmineralien ist ein großes Problem, das hauptsächlich auf die Bodenerosion und die Nährstoffauswaschung zurückzuführen ist. Die Zugabe von Biokohle ist eine Lösung, da Biokohle nachweislich die Bodenfruchtbarkeit verbessert, das Pflanzenwachstum fördert, den Ernteertrag steigert und die Kontaminationen reduziert. Wir überprüfen hier das Potenzial von Biokohle zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit. Die Haupteigenschaften von Biokohle sind folgende: große Oberfläche mit vielen funktionellen Gruppen, hoher Nährstoffgehalt und langsam freigesetzter Dünger. Wir diskutieren den Einfluss des Ausgangsmaterials, der Pyrolysetemperatur, des pH-Wertes, der Aufwandmengen und der Bodentypen. Wir überprüfen die Mechanismen, die die Adsorption von Nährstoffen durch Biokohle regeln.

Autor Lehmann et al. (2009)   Zeitschrift Nature Communications

Nachhaltige Pflanzenkohle zur Eindämmung des globalen Klimawandels

Durch die Produktion von Pflanzenkohle (der durch Pyrolyse von Biomasse gebildete kohlenstoffreiche Feststoff) und seine Speicherung in Böden können möglicherweise dazu beitragen, den Klimawandel durch Bindung von Kohlenstoff zu mildern und gleichzeitig Energie zu liefern und die Ernteerträge zu erhöhen.

Autor
Lehmann et al.
Veröffentlicht
2009
Zeitschrift
Nature Communications
Studie
https://www.nature.com/articles/ncomms1053?page=20

Die Produktion von Biokohle (der kohlenstoff(C)-reiche Feststoff, der durch Pyrolyse von Biomasse gebildet wird) und ihre Speicherung im Boden wurden als Mittel zur Eindämmung des Klimawandels durch die Sequestrierung von Kohlenstoff bei gleichzeitiger Bereitstellung von Energie und Steigerung der Ernteerträge vorgeschlagen. Es bestehen jedoch erhebliche Unsicherheiten hinsichtlich der Auswirkungen, der Kapazität und der Nachhaltigkeit von Biokohle auf globaler Ebene. In diesem Papier schätzen wir das maximale nachhaltige technische Potenzial von Biokohle zur Eindämmung des Klimawandels. Die jährlichen Netto-Emissionen von Kohlendioxid (CO2), Methan und Lachgas könnten um maximal 1,8 Pg CO2-C-Äquivalent (CO2-Ce) pro Jahr (12% der derzeitigen anthropogenen CO2-Ce-Emissionen; 1 Pg=1 Gt) und die gesamten Netto-Emissionen im Laufe eines Jahrhunderts um 130 Pg CO2-Ce reduziert werden, ohne die Ernährungssicherheit, den Lebensraum oder den Bodenschutz zu gefährden. Biokohle hat ein größeres Klimaschutzpotenzial als die Verbrennung der gleichen nachhaltig beschafften Biomasse für Bioenergie, außer wenn fruchtbare Böden verändert werden, während Kohle als Brennstoff kompensiert wird.

Autor Wang et al. (2011)   Zeitschrift Environmental Science and Technology, Volume 47

Einblick in die Wirkung von Pflanzenkohle auf die Kompostierung von Mist: Belege für die Beziehung zwischen N2O-Emission und Denitrifizierer

In dieser Studie wurden die Auswirkungen von Pflanzenkohle-Veränderungen während der Kompostierung von Schweinemist untersucht, um die Wechselbeziehungen zwischen der N2O-Emission und der Menge der denitrifizierenden Bakterien zu untersuchen.

Autor
Wang et al.
Veröffentlicht
2011
Zeitschrift
Environmental Science and Technology, Volume 47
Seiten
7341–7349
Studie
http://pubs.acs.org

Obwohl die Lachgasemissionen (N2O) aus der Kompostierung zum beschleunigten Treibhauseffekt beitragen, ist es schwierig, praktische Methoden zur Minderung dieser Emissionen zu implementieren. In dieser Studie wurden die Auswirkungen der Biokohleveränderung bei der Kompostierung von Schweinegülle untersucht, um die Wechselbeziehungen zwischen der N2O-Emission und der Häufigkeit denitrifizierender Bakterien zu bewerten. Analytische Ergebnisse von zwei Pilotkompostierungsbehandlungen mit (PWSB, Schweinegülle + Holzspäne + Sägemehl + Biokohle) oder ohne (PWS, Schweinegülle + Holzspäne + Sägemehl) Biokohle (3% w/w) zeigten, dass die Biokohle-Zusatzstoffe nicht nur die NO2--N-Konzentrationen senkten, sondern auch die gesamten N2O-Emissionen aus der Schweinegüllekompostierung, insbesondere in den späteren Stadien, verringerten. Die Quantifizierung der funktionellen Gene, die an der Denitrifikation beteiligt sind, und die Spearman-Rangkorrelationsmatrix zeigten, dass die N2O-Emissionsraten mit der Häufigkeit der nosZ, nirK und nirS-Gene korrelierten. Mit Biokohle modifizierter Schweinegülle hatte einen höheren pH-Wert und einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt. Die Biokohle-Änderung änderte die Häufigkeit der denitrifizierenden Bakterien signifikant; weniger N2O-produzierende und mehr N2O-verzehrende Bakterien waren im PWSB vorhanden, und dies senkte die N2O-Emissionen in der Reifungsphase signifikant. Zusammen zeigen die Ergebnisse, dass die Änderung der Biokohle eine neuartige Strategie zur Treibhausgasminderung bei der Kompostierung von Schweinegülle sein könnte.

Autor Case et al. (2014)   Zeitschrift Global Change Biology Bioenergy

Kann Pflanzenkohle die Treibhausgasemissionen aus einer Miscanthus-Bioenergie-Ernte reduzieren?

Die Energieerzeugung aus Bioenergiepflanzen kann die Treibhausgasemissionen durch die Substitution fossiler Brennstoffe erheblich reduzieren. Pflanzenkohle-Einbringung in den Boden kann die Netto-Klimagas-Produktion des Bioenergiepflanzenanbaus weiter verringern.

Autor
Case et al.
Veröffentlicht
2014
Zeitschrift
Global Change Biology Bioenergy
Seiten
76-89
Studie
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1111/gcbb.12052

Die Energieproduktion aus Bioenergiepflanzen kann die Treibhausgasemissionen (THG) durch die Substitution fossiler Brennstoffe erheblich reduzieren. Eine Änderung der Biokohle im Boden kann die Nettoklimawirkung der Produktion von Bioenergiepflanzen weiter verringern, dies wurde jedoch noch nicht unter Feldbedingungen bewertet. Eine signifikante Unterdrückung der Distickstoffoxid- (N2O) und Kohlendioxid- (CO2) Emissionen im Boden nach der Biokohleänderung wurde von einer Reihe von Autoren in Kurzzeit-Laborinkubationen nachgewiesen, jedoch waren die Beweise aus Langzeit-Feldversuchen widersprüchlich. In dieser Studie wurde untersucht, ob eine Änderung der Biokohle die THG-Emissionen im Boden unter Feld- und kontrollierten Bedingungen in einer Miscanthus × Giganteus-Kultur unterdrücken könnte und ob die Unterdrückung während der ersten zwei Jahre nach der Änderung aufrechterhalten werden könnte. Auf dem Feld unterdrückte die Biokohle-Novelle die CO2-Emissionen im Boden um 33% und die jährlichen Netto-CO2-Äquivalent-Emissionen (CO2, N2O und Methan, CH4) um 37% über 2 Jahre. Im Labor, unter kontrollierter Temperatur und ausgeglichenem gravimetrischen Wassergehalt, unterdrückte die Biokohleänderung die Boden-CO2-Emissionen um 53% und die Netto-Emissionen des Boden-CO2-Äquivalents (Äquivalent) um 55%. Die N2O-Emissionen im Boden wurden durch die Biokohleänderung nicht signifikant unterdrückt, obwohl sie im Allgemeinen gering waren. Die CH4-Flüsse im Boden lagen in beiden Experimenten unter den minimal nachweisbaren Grenzwerten. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Biokohle-Zusatzstoffe das Potential haben, die Netto-CO2-Emissionen im Boden in Bioenergiepflanzen-Systemen bis zu 2 Jahre nach der Zugabe zu unterdrücken, hauptsächlich durch reduzierte CO2-Emissionen. Die Unterdrückung der CO2-Emissionen im Boden kann auf einen kombinierten Effekt aus reduzierter enzymatischer Aktivität, der erhöhten Kohlenstoff-Nutzungseffizienz durch die Ko-Lokalisierung von Bodenmikroben, organischer Substanz und Nährstoffen sowie der Ausfällung von CO2 auf die Biokohle-Oberfläche zurückzuführen sein. Wir kommen zu dem Schluss, dass Hartholz-Biokohle das Potenzial hat, die THG-Bilanz von Bioenergiepflanzen durch die Reduzierung der Netto-CO2-Emissionen im Boden zu verbessern.

Autor Peake et al. (2014)   Zeitschrift Geoderma

Quantifizierung des Einflusses von Pflanzenkohle auf die physikalischen und hydrologischen Eigenschaften unterschiedlicher Böden

Dieser Beitrag stellt einen neuartigen Versuch vor, den Einfluss von Pflanzenkohle (angewendet bei 0,1, 0,5 und 2,5%) auf die physikalischen Eigenschaften des Bodens in Bezug auf quantifizierte Bodenvariablen zu untersuchen.

Autor
Peake et al.
Veröffentlicht
2014
Zeitschrift
Geoderma
Seiten
182-190
Studie
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016706114002651

Es gibt Hinweise darauf, dass Biokohle die physikalischen Eigenschaften des Bodens, insbesondere die Bodenhydrologie, beeinflusst, doch es gibt relativ wenig Daten zu diesem Thema, insbesondere in Bezug auf den Bodentyp oder die Bodenmerkmale. Dieses Papier stellt einen neuartigen Versuch vor, den Einfluss von Biokohle (angewendet bei 0,1, 0,5 und 2,5%) auf die physikalischen Eigenschaften des Bodens in Bezug auf quantifizierte Bodenvariablen zu analysieren. Topfversuche wurden verwendet, um den Einfluss von Biokohle auf die Schüttdichte, den Bodenfeuchtigkeitsgehalt bei Feldkapazität und die verfügbare Wasserkapazität zu ermitteln. Die aggregierte Wirkung von Biokohle über alle Böden war für alle Eigenschaften signifikant (P < 0,01). Mit zunehmender Menge an Biokohle waren die Veränderungen der Schüttdichte, der Feldkapazität und der verfügbaren Wasserkapazität ausgeprägter. Bei den 2,5% Behandlungen reichten diese Veränderungen von - 4,2% bis - 19,2%, 1,3% bis 42,2% bzw. 0,3% bis 48,4%. Die Regression zeigte, dass der Bodenschluffgehalt den Einfluss der Biokohle auf die Feldkapazität und die verfügbare Wasserkapazität negativ milderte. Die Ergebnisse legten nahe, dass mittlere (20 t ha-1) und hohe (100 t ha-1) Biokohleanwendungen die Wasserhaltekapazität (um bis zu 22%) und die Verdichtung (um bis zu 15%) verbessern könnten und dass Böden mit geringem Schluffgehalt wahrscheinlich hydrologisch besser auf die Biokohleanwendung reagieren.

Autor Schmidt et al. (2015)   Zeitschrift Agriculture

Vervierfachung der Kürbisausbeute als Antwort auf die niedrig dosierte Wurzelzoneanwendung von urinverstärkter Pflanzenkohle auf einen fruchtbaren tropischen Boden

Diese Studie zeigte zum ersten Mal, dass eine niedrigdosierte Wurzelzonenanwendung von harnverstärkter Pflanzenkohle zu einem erheblichen Ertragsanstieg in einem fruchtbaren Schlufflehmboden führte.

Autor
Schmidt et al.
Veröffentlicht
2015
Zeitschrift
Agriculture
Seiten
723-741
Studie
https://pdfs.semanticscholar.org/e1de/51cfc69d490763f261e0a9b34a4f809842b3.pdf

Ein weit verbreiteter und invasiver Waldstrauch, Eupatorium adenophorum, wurde in einem kosteneffizienten Flammenschleierofen zur Herstellung von Biokohle pyrolysiert. Die daraus resultierende Biokohle erfüllte alle Anforderungen an die Premium-Qualität gemäss dem Europäischen Biokohle-Zertifikat. Die Biokohle wurde entweder allein oder gemischt mit frischem Kuhurin (1:1 Volumen) ausgebracht, um ihre Fähigkeit als Langzeitdünger in einem Kürbisfelfeldversuch in Nepal zu testen. Die Behandlungen umfassten Kuhdung-Kompost in Kombination mit (i) nur Urin; (ii) nur Biokohle oder (iii) mit Urin beladene Biokohle. Alle Materialien wurden vor der Aussaat direkt auf die Wurzelzone mit einem Biokohle-Trockensubstanzgehalt von 750 kg pro Hektar -1 aufgebracht. Die Behandlung mit Urin-Biokohle führte zu einem Kürbisertrag von 82,6 t-ha -1 , was einer Steigerung von mehr als 300% im Vergleich zu OPEN ACCESS Agriculture 2015 entspricht, 5 724 bei der Behandlung, bei der nur Urin eingesetzt wurde, und einer Steigerung von 85% im Vergleich zur reinen Biokohle-Behandlung. Diese Studie zeigte zum ersten Mal, dass eine niedrig dosierte Anwendung von urinverstärkter Biokohle im Wurzelbereich zu erheblichen Ertragssteigerungen in einem fruchtbaren Schlamm-Lehmboden führte. Dies wurde versuchsweise durch die Bildung einer organischen Beschichtung der inneren Poren der Biokohleoberflächen durch die Urinimprägnierung erklärt, die die Fähigkeit der Biokohle, Pflanzennährstoffe zu erfassen und auszutauschen, verbesserte.

Autor Wang et al. (2014)   Zeitschrift Journal of Analytical and Applied Pyrolysis

Charakterisierung von Pflanzenkohle aus der schnellen Pyrolyse und ihre Wirkung auf die chemischen Eigenschaften des Teegartenbodens

Die Eigenschaften und die Anwendung von Biokohle aus konventionell langsamer Pyrolyse sind viel untersucht worden, aber Pflanzenkohle als Nebenprodukt in der Bioölproduktion, die durch schnelle Pyrolyse hergestellt wird, wurde selten untersucht.

Autor
Wang et al.
Veröffentlicht
2014
Zeitschrift
Journal of Analytical and Applied Pyrolysis
Seiten
375-381
Studie
http://www.sciencedirect.com

Die Eigenschaften und die Anwendung von Biokohle aus der konventionellen langsamen Pyrolyse wurden schon oft untersucht, aber Biokohle, die als Nebenprodukt bei der Herstellung von Bioölen durch schnelle Pyrolyse entsteht, wurde nur selten untersucht. In dieser Arbeit wurde die Charakterisierung und Anwendung von Biokohle aus Reishülsen (RH) und Ulmen-Sägemehl (ES) durch Schnellpyrolyse untersucht. Es wurde ein Inkubationsexperiment von Reisschalen-Biokohle (RHB) und saurer Erde in einem kontrollierten Schrank durchgeführt, um die Wirkung von Biokohle auf die im Boden verfügbaren Elemente zu testen. Der flüchtige und fixierte Kohlenstoff war bei Ulmen-Sägemehl-Biokohle (ESB) 2,2 bzw. 1,7-fach höher als bei RHB, aber der Aschegehalt war bei RHB 4,2-fach höher als bei ESB. Obwohl der C-, H-, N- und O-Gehalt in zwei Biokars signifikant variierte, war das Verhältnis H/C und O/C fast gleich. Die Ergebnisse der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR) zeigten, dass RHB mehr funktionelle Gruppen als ESB aufwies. Im BET-Test wurde bei RHB mehr Oberfläche (78,15 m2 g-1) als bei ESB (0,22 m2 g-1) gefunden. Die Einarbeitung der Biokohle verbesserte die Qualität der sauren Bodeneigenschaften. Die Werte von pH, K, Ca, Mg, Na und Gesamt-C und N im Boden stiegen an, während die Al- und Pb-Gehalte abnahmen. Der Gesamtkohlenstoff- und Kaliumgehalt stieg um 72% bzw. um das 6,7-fache gegenüber der Kontrolle bei 4% der Biokohlezugabe aus Reishülsen.

Autor Mukherjee & Zimmermann (2013)   Zeitschrift Geoderma

Organische Kohlenstoff- und Nährstofffreisetzung aus einer Reihe von im Labor produzierten Pflanzenkohlen und Pflanzenkohle-Boden-Gemischen

Hier wird die Nährstofffreisetzung aus einer Vielzahl von neuen und gealterten Pflanzenkohlen, rein und gemischt mit Böden, unter Verwendung von Chargenextraktion und Säulenauslaugung untersucht.

Autor
Mukherjee & Zimmermann
Veröffentlicht
2013
Zeitschrift
Geoderma
Seiten
193-194
Studie
http://users.clas.ufl.edu/azimmer/pdf/Mukh and Zim13_biochar leaching+SI.pdf

Biokohle hat sich als eine vielversprechende Bodenverbesserung erwiesen, die die Kohlenstoffbindung und die Fruchtbarkeit erhöht, aber ihre Auswirkungen auf den Kreislauf und den Verlust von gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC), Stickstoff (N) und Phosphor (P) sind nicht gut verstanden. Hier wird die Nährstofffreisetzung aus einer Vielzahl neuer und gealterter Biokohle, die rein und mit Böden vermischt ist, mittels Batch-Extraktion und Säulenauswaschung untersucht. Bei aufeinanderfolgenden Chargenextraktionen von Biokohle lagen die kumulativen Verluste bei etwa 0,1-2, 0,5-8 und 5-100% des anfänglich vorhandenen Gesamt-C, N und P, wobei größere Freisetzungen aus Biochars, die bei niedrigerer Temperatur hergestellt wurden, und aus Gras stattfanden. Ammonium war in der Regel die am häufigsten vorkommende N-Form in Sickerwässern, aber auch Nitrat war in einigen Biokars reichlich vorhanden, während organisches N und P bis zu 61% bzw. 93% der gesamten N- und P-Verluste ausmachten. Die Freisetzung von DOC, N und P in Wasser korrelierte mit dem Gehalt an flüchtigen Bestandteilen von Biokohle und der Dichte der funktionellen Säuregruppen. Die P-Freisetzung über die Mehlich-1-Extraktion war jedoch stärker mit dem Aschegehalt verbunden, was auf eine mineralische P-Fraktion schließen lässt. Säulen mit Boden/Biokohle-Gemischen zeigten je nach Biokohle und Bodentyp Hinweise auf eine Sorption von Bodennährstoffen durch Biokohle und eine Sorption von Biokohlenährstoffen durch den Boden. Diese Studie zeigt, dass Biokohle eine Reihe von Nährstoffformen mit unterschiedlichen Freisetzungsraten enthält, was den variablen Effekt von Biokohle auf die Bodenfruchtbarkeit je nach Boden- und Kulturpflanzentyp und über die Zeit erklärt.

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