Composted biowaste digestates as fertilizers: effects on soil chemistry and plant development in a three-year field trial

In einem dreijährigen Feldversuch wurden kompostierte Gärreste aus Bioabfällen hinsichtlich ihrer pflanzenbau­lichen Einsatzmöglichkeiten und ihrer Wirkung auf boden­chemische Parameter geprüft. Zudem wurden die Auf­be­reitungsverfahren Pelletierung und Agglomeratbildung und deren Auswirkung auf die Gärprodukteigenschaften untersucht. Es wurde festgestellt, dass die unmit­telbare Düngewirkung der Produkte aufgrund der niedrigen Stickstoffverfügbarkeit gering ist. Allerdings zeigte sich nach der Anwendung eine deutliche Erhöhung der Kohlenstoffgehalte im Boden, was auf ein relevantes Humusreproduktionspotential durch derartige Gärprodukte schließen lässt. Agglomeratbildung und Pelletierung scheinen die Mineralisierung der Produkte weiter zu verlangsamen, was sich auf die Nährstofffreisetzung negativ, auf eventuelle Kohlenstoffsequenzierung jedoch positiv auswirkt. Problematisch sind speziell bei Bioabfällen hohe Gehalte an Schwermetallen und anderen Störstoffen. Die gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte wurden in 50% der untersuchten Chargen überschritten, wobei jedoch nur max. 7% der ausgebrachten Schwermetalle im oberirdischen Pflanzenmaterial wiedergefunden wurden.In a three-year field trial, composted digestates from biowaste were tested for their potential for plant cultivation and their effect on soil chemical parameters. In addition, the preparation processes of pelleting and agglomeration and their effect on the digestate properties were investigated. It has been found that the immediate fertilising effect of the products is low due to the low nitrogen availability. However, there was a significant increase in carbon content in the soil, suggesting a relevant humus repro­duction potential from such digestate products. Agglo­merate formation and pelleting appear to further slow the mineralization of the products, negatively affect­ing nutrient release but positively impacting carbon sequenc­ing. Particularly problematic in biowaste are high levels of heavy metals and other impurities. The statutory limits were exceeded in 50% of the batches exa­mined, but only max. 7% of the discharged heavy metals were recovered in the aboveground plant material

Anthropogenic plant nutrients as fertiliser

Nachhaltige Landbewirtschaftung impliziert ausgeglichene Pflanzennährstoffflüsse ohne die Abhängigkeit von Düngern aus nicht erneuerbaren Quellen. Stickstoff, Phosphor und Kalium aus der menschlichen Nahrung werden in Mitteleuropa im Allgemeinen in Schwemmkanalisationen gesammelt und dabei mit Schadstoffen vermengt. Neuartige stoffstromtrennende Sanitärsysteme ermöglichen die Bereitstellung von Humanurin und Fäkalien zur Verwendung als Düngemittel. In der vorliegenden Arbeit wurden praxisrelevante Aspekte der Verwendung von Düngemitteln anthropogener Herkunft untersucht. Die in Gefäß- und Feldversuchen in Berlin Dahlem ermittelte Ertragswirkung zeigte, dass Urin in dieser Hinsicht äquivalenten Mineraldüngern grundsätzlich gleichwertig ist. Bei sehr hohen Konzentrationen kam es abhängig von der Pflanzenart zu Depressionseffekten, welche vermutlich auf den Salz- und Ammoniumgehalt von Urin zurückzuführen sind. Unter Freilandbedingungen traten diese Effekte nicht auf. Bodenbiologische Auswirkungen von Düngerapplikationen sind entscheidend für die Abschätzung ihrer langfristigen Bodenfruchtbarkeitserhaltung. Sowohl in Labor-versuchen als auch im Freiland zeigten sich Regenwürmer durch menschlichen Urin aus Trenntoiletten deutlich beeinträchtigt. Die Ursache der Schädigung konnte nicht geklärt werden. Von einer langfristigen bodenfruchtbarkeitsreduzierenden Beein-trächtigung wird jedoch nicht ausgegangen. Mikrobielle Enzymaktivitäten im Boden wurden im Freiland durch Urinapplikation nicht beeinflusst. Für die Praxis wird empfohlen Urin während der Ausbringung einzuarbeiten, da die Tiere dann weniger mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen. Da es ein umweltpolitisches Ziel ist, die Ammoniakemissionen der Landwirtschaft zu minimieren, wurden diese nach der Urinausbringung im Freiland gemessen. Auf Grund der sehr geringen Trockensubstanzgehalte von Humanurin emittierte deutlich weniger NH3 als üblicherweise nach Ausbringung von Schweine- oder Rindergülle. Verbraucherumfragen bestätigten eine hohe Bereitschaft pflanzliche Nahrung, welche mit Urin als Dünger erzeugt wurde, zu kaufen und zu verzehren. Praktizierende Landwirte reagierten dagegen deutlich reservierter. Die Ausbringung von Urin aus Trenntoiletten kann im Sinne einer nachhaltigen Landwirtschaft grundsätzlich empfohlen werden. Es besteht aber weiterer Forschungsbedarf.Sustainable agriculture implies balanced nutrient flows and independence from fertiliser made from non renewable resources. In Europe, plant nutrients excreted by humans are commonly collected in water borne sewage systems and thus mixed with potentially harmful substances. Novel segregating sanitation techniques can collect separated urine and faeces in a form which enables their use as fertiliser. In the presented thesis selected aspects concerning the use of anthropogenic plant nutrients relevant to farming were investigated. Pot and field experiments indicated that equal yields can be gained if urine instead of mineral fertiliser is applied. Very high concentrations of urine led to reduced growth, presumably caused by the presence of ammonium or salt. However, this was not found under field conditions. Soil biological effects caused by the application of a fertiliser must be considered when assessing its long term contribution to soil fertility. Laboratory experiments as well as field investigations showed that human urine application severely affects earthworms, however, the harmful components were not identified. The results suggest that the effect is of short term only. Soil microbial enzyme activities were not influenced by urine fertiliser. For farming practice it is recommended to inject or incorporate urine to prevent earthworms from coming into direct contact with the infiltrating fertiliser. Gaseous ammonia loss was measured after urine application on fields as reducing harmful emissions from agriculture is a goal of European environmental policy. Because of the very low Dry Matter contents of urine, far less ammonia was emitted to the atmosphere than usually occurs after application of cattle or pig slurry. A consumer acceptance study showed a general high public willingness to accept urine as fertiliser even if used on crops for food production. The reaction of farmers was mainly reserved as a result of the present legal regulations in Germany. Within the context of sustainable agriculture the use of human urine as fertiliser can be recommended. Further research is necessary, especially concerning any effects resulting from residues of pharmaceutical substances contained in human excreta

Linking economic and energy modelling with environmental assessment when modelling the on-farm implementation of anaerobic digestion

In order to determine the effects of the introduction of AD within a farming environment it is necessary to take into account all of the potential factors affecting on-farm biogas production in an integrated way. One of the problems faced by those trying to build integrated models is that the drivers for environmental, economic and energy production often conflict with one another and may be incompatible. This paper considers some of these drivers and how the three approaches, for economic, environmental and energy assessment may be integrated in order to address conflicts between them

The Chemical Composition of Biogas Digestates Determines Their Effect on Soil Microbial Activity

Digestates are commonly used as organic inputs in agriculture. This study aimed to answer four questions: (1) What are the immediate and longer-term impacts of digestates on soil microbial activity?; (2) How much of the digestates’ carbon is mineralized within the first months? (3) How do the nitrogen, lignin, cellulose, and hemicellulose contents of digestates influence microbial activity and carbon mineralization? (4) How does the soil type influence mineralization? To investigate this, dehydrogenase activity (DHA) was measured in a field trial and in laboratory experiments with five digestates (DGs), cattle slurry, and cattle manure. DHA measurements were supplemented with soil respiration experiments using two different soils. DHA was significantly increased by all organic inputs, but decreased back to the control level within seven months under field conditions. Twenty percent to 44% of the organic carbon (Corg) in the digestates was converted to CO2 after 178 days. Soil respiration was significantly negatively correlated to lignin content (r = −0.82, p < 0.01) and not correlated to nitrogen, cellulose, or hemicellulose content. On the basis of equal carbon application, slurry promoted soil respiration and DHA more strongly than digestates in the short term.Peer Reviewe