Biokohleversuch Bayern

Bodenfruchtbarkeit: Ist Pflanzenkohle wirksam oder nicht?

Bodenprobe
Martin Wiesmeier, Christa Müller, LfL Agrarökologie, Freising
am Donnerstag, 03.12.2020 - 17:25

Hierzu wurde ein Feldversuch in Bayern durchgeführt. Die LfL gibt ein Statement zur Wirksamkeit von Pflanzenkohle in Böden ab.

Der Einsatz von Pflanzenkohle im Ackerbau wird zunehmend als potenzieller Beitrag zur Entwicklung einer klimaschonenden Landwirtschaft und zur Sicherung der natürlichen Bodenfunktionen diskutiert. Durch Einbringung von Pflanzenkohle in den Boden soll aufgrund ihrer chemisch-physikalischen Eigenschaften die Speicherfähigkeit für Wasser und Nährstoffe erhöht und damit eine langfristige Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit, insbesondere an trockenen Standorten mit leichten Böden, erzielt werden. In lehmigen und tonigen Böden sind bei einer Bewirtschaftung nach der guten fachlichen Praxis kaum positive Effekte zu erwarten. Zum anderen könnte ein Verkohlungsprozess eine langfristige Festlegung von klimaschädlichem CO2 im Boden bewirken und so einen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

Qualität hängt stark vom Ausgangsmaterial ab

Allerdings hängen die Eigenschaften der Pflanzenkohle stark vom Ausgangsmaterial und dem Produktionsverfahren ab. Insbesondere die Produktionstemperatur sowie Vorbehandlungen der Pflanzenkohle vor der Einbringung in Ackerböden („Aktivierung“ mit Nährstoffen, Kompostierung, Mahlen etc.) sorgen für eine hohe Variabilität der Pflanzenkohleeigenschaften. Allgemein gilt: Je höher die Produktionstemperatur, desto stabiler ist die Pflanzenkohle gegenüber dem mikrobiellen Abbau, desto geringer ist allerdings die resultierende Menge der Pflanzenkohle. Bei der Herstellung von Pflanzenkohlen können in Abhängigkeit von den Produktionsbedingungen Schadstoffe entstehen, die müssen zur Gewährleistung des überprüft werden müssen (siehe Kasten unten).

Aufgrund der großen Bandbreite an Pflanzenkohlen mit – in Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial und den Produktionsbedingungen – sehr unterschiedlichen Eigenschaften ist eine generelle Einschätzung ihrer Wirksamkeit kaum möglich. Positive Effekte hinsichtlich Bodenfruchtbarkeit und Ertrag, wie sie insbesondere in tropischen und subtropischen Regionen festgestellt wurden, konnten in temperierten Regionen nicht eindeutig nachgewiesen werden. Zudem gibt es kaum Erkenntnisse, inwieweit eine bodenfruchtbarkeitsfördernde Wirkung auf die Pflanzenkohle selbst oder die nährstofftragenden Substrate zurückzuführen ist.

Ein weiterer Aspekt für die Verwendung von Pflanzenkohle ist ihr hohes Sorptionspotenzial. Besonders Stickstoffemissionen oder -auswaschung könnten durch die Zugabe von Pflanzenkohle verringert werden. Andererseits birgt eine hohe Sorptionsleistung auch die Gefahr, Nährstoffe zu binden, welche dadurch nicht mehr pflanzenverfügbar sind. Daher werden Pflanzenkohlen meistens vor der Ausbringung mit Nährstoffen „aktiviert“.

Kohlenstoff im Boden anreichern

Hinsichtlich des Potenzials von Pflanzenkohle, Kohlenstoff langfristig im Boden festzulegen (C-Sequestrierung), sind ebenfalls die Produktionsbedingungen von entscheidender Bedeutung: Je höher die Produktionstemperatur, desto stabiler ist die Pflanzenkohle gegenüber dem mikrobiellen Abbau und desto größer ist ihr Potenzial hinsichtlich einer langfristigen Festlegung von Kohlenstoff im Boden. Pauschal kann jedoch nicht von einer langfristigen Kohlenstoffbindung im Boden ausgegangen werden. Für eine umfassende Bewertung der Wirksamkeit von Pflanzenkohlen sind langfristige Feldversuche notwendig, die jedoch noch nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung stehen.

Biokohleversuch Bayern

Im Zeitraum 2013 – 2017 wurde an der LfL ein Feldversuch durchgeführt, bei dem die Wirkung verschiedener Biokohlen hinsichtlich wichtiger Merkmale der Bodenfruchtbarkeit (Aggregatstabilität, Humus, mikrobielle Aktivität) sowie des Ertrags in Bayern aufgezeigt werden sollte. Dabei wurde sowohl die Eignung von Pflanzenkohle (Pyrolysekohle) als auch HTC-Kohle unter Praxisbedingungen verglichen.
Der Versuch wurde an drei Standorten in Puch, Großlellenfeld und Ochsenfurt in praxisüblichen Fruchtfolgen durchgeführt, wobei gezielt trockene Standorte mit leichten bis mittelschweren Böden ausgewählt wurden. An den Versuchsstandorten wurden HTC- und Pyrolysekohlen in verschiedenen Applikationsmengen getestet. An allen Standorten erfolgten jährlich humuschemische (organische Bodenkohlenstoff- und Gesamtstickstoffgehalte, pH-Wert) bodenmikrobiologische (mikrobielle Biomasse und Aktivität) und bodenphysikalische Untersuchungen (Aggregatstabilität, Porenverteilung, Textur, Lagerungsdichte). Zudem wurden parzellengenau die Erträge ermittelt und die Nährstoffgehalte im Boden und in den Pflanzen für eine Nährstoffbilanzierung festgehalten.

Erträge schwanken abhängig vom Standort

Die Erträge der Versuchsparzellen zeigten eine relativ hohe räumliche Variabilität an allen drei Standorten, aber keinerlei Effekte im Hinblick auf Ertragshöhe, -qualität, Schädlingsbefall, Verunkrautung oder Wasserverfügbarkeit, die systematisch der Biokohleapplikation zuzuordnen wären. Trotz Biokohleapplikation ergaben sich bei starkem Trocken- und Hitzestress 2015 teilweise sehr niedrige Silomaiserträge.

Eine ertragsrettende Erhöhung der Wasserspeicherung durch Biokohle konnte – auch bei hohen Applikationsmengen – in diesem sehr starken Stressjahr nicht gefunden werden. Damit erfüllte die Biokohle weder die Hoffnungen im Hinblick auf eine bodenchemische noch eine bodenphysikalische Verbesserung in leichten bis mittelschweren Ackerböden in ertragsrelevantem Umfang. Die humusanalytischen Ergebnisse weisen auf eine relativ schnelle Zersetzung der Biokohle hin, womit auch die Erwartungen im Hinblick auf eine langfristige Kohlenstoffsequestrierung nicht erfüllt wurden.

Schadstoffe in Holzkohle

Das Einbringen von Holzkohle in landwirtschaftlich genutzte Böden unterliegt der Düngemittelverordnung (DüMV). Dies soll sicherstellen, dass davon keine Gefährdung für Mensch und Umwelt ausgeht. Die DüMV führt Pflanzenkohlen/Biokohlen bislang nicht auf. Ausschließlich Braunkohlen (nicht als Rückstand aus vorherigen Produktions- und Verarbeitungsprozessen) und Holzkohle (mit einem Kohlenstoffgehalt von mindestens 80 % in der Trockenmasse aus chemisch unbehandeltem Holz) sind als Ausgangsstoffe für Kultursubstrate (nicht als Bodenhilfsstoff und Düngemittel!) und als Trägersubstanz in Verbindung mit der Zugabe von Nährstoffen über zugelassene Düngemittel zugelassen.