Auswirkungen von Komposten und von Gärgut auf die Umwelt, Bodenfruchtbarkeit, sowie die Pflanzengesundheit: Ökologische Bewertung der organischen Substanz

Bisher war es für Kompost und Gärgut in Ökobilanzen üblich, die Nährstoffe als Substitute von Mineraldüngern und die Schwermetalle als Belastungen einzusetzen. Im Vergleich zur Verbrennung, wo die organische Substanz vollständig mineralisiert und energetisch genutzt wird, gibt es bei Kompost und Gärgut eine Lücke: wie soll die organische Substanz bewertet werden? Zur Bewertung der organischen Substanz in Ökobilanzen gibt es zwei grundlegend verschiedene Vorgehensweisen: 1. Einsetzen der einzelnen Effekte wie Erosionsreduktion, weniger Zugkraftbedarf, bessere Wasserhaltekapazität, weniger Krankheitsanfälligkeit etc. mit jeweils entsprechenden LCA-Modulen 2. Globales Einsetzen von Substituten, welche die Effekte möglichst gut abbilden. Gegen die erste Vorgehensweise sprechen die lückenhafte Datenbasis, der hohe Aufwand für die einzelnen Module und die Problematik der Interaktionen zwischen einzelnen Effekten. Das globale Einsetzen gibt ein rasterartiges Bild, das die physikalischen Effekte relativ gut abbildet, aber die biologischen Effekte (z.B. Krankheitsunterdrückung) nicht vollständig abdecken kann. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass man mit bestehenden Modulen arbeiten kann und diese gleichzeitig die Interaktionen nicht stören (die alternative organische Substanz wird nur einmal angewendet und erzeugt die Effekte). Aufgrund von Machbarkeitsüberlegungen gelangt die Studie zum Schluss, dass im Moment nur das globale Einsetzen von Substituten zum Erfolg führen kann. Als Substitut werden für die landwirtschaftliche Anwendung Stroh und für die gärtnerische Anwendung Torf gewählt. Es wird angenommen, dass zwei Drittel der Menge von Kompost und Gärgut in der Landwirtschaft eingesetzt wird. Das dritte Drittel, das im Gartenbau Anwendung findet, kann durch den dort üblichen Torf ersetzt werden. Die Mengen der Substituten werden aufgrund der Fähigkeit Humus zu reproduzieren berechnet. Ein Reifkompost kann fast viermal so viel Humus ersetzen wie frische organische Substanz in Stroh oder Gründüngung. Es wird auf viele Wissenslücken in diesem Bereich hingewiesen

Influence of compost and digestates on plant growth and health: potentials and limits

Composts can influence soil fertility and plant health. These influences can be positive or negative, depending of the quality of the composts. In order to estimate the potential of Swiss composts to influence soil fertility and plant health, one hundred composts representative of the different composting systems and qualities available on the market were analyzed. The organic substance and the nutrient content of the composts varied greatly between the composts; the materials of origin were the major factor influencing these values. The respiration rate and enzyme activities also varied greatly, particularly in the youngest composts. These differences decreased when the composts become more mature. Maturity, the degradation stage of the organic matter, depended not only on the age of the compost, but also on the management of the process. The Nmineralization potential of compost added to soil showed that a high proportion of young composts immobilized the nitrogen in the soil. Two compost parameters allow to predict the risk of nitrogen immobilization in soil: the NO3- and the humic acids contents. The phytotoxicity of the composts varied very much even in mature composts, showing that the storage of the compost plays a decisive role. While the majority of composts protected cucumber plants against Pythium ultimum, only a few composts suppressed Rhizoctonia solani in basil. With respect to disease suppression, the management of the maturation process seems to play a major role. In field experiments, some biologically immature composts immobilized nitrogen in soil and reduced growth of maize. With additional fertilization, however, it was possible to compensate this effect. Digestates and composts increased the pH-value and the biological activity of soil. These effects were observable also one maize season after compost application. In conclusion, big differences were observed in the quality of composts and digestates, and in their impact on soil fertility and plant health. The management of the composting process seems to influence the quality of the composts to a higher extent than the materials of origin or the composting system. More attention should be paid to biological quality of composts, in order to produce composts with more beneficial effects on crops

Effects of digestate on the environment and on plant production - results of a research project

Composts and digestates can influence soil fertility and plant health. These influences can be positive or negative, depending of the quality of the composts. A currently important question is to know, if digestates differ from composts in these aspects. A Swiss project is concerned with the estimation of the potential of Swiss composts and digestates to influence soil fertility and plant health positively. For this, one hundred composts and digestates representative of the different composting systems and qualities available on the Swiss market were analyzed. The organic matter and nutrient content of the composts varied greatly between the composts and the digestates; the materials of origin were the major factor influencing these values. The respiration rate and enzyme activities also varied greatly; they are particularly important in digestates. The organic matter of digestates is less stable than that of composts. The N-mineralization potential from the majority of the digestates added to soil is high, in comparison to young composts. When digestates are not correctly treated or stored, however, they can immobilize nitrogen in the soil. This problem is hardly correlated with the management of the digestate in the first stage after leaving the fermenter. Especially products which have become too dry during this period lost their ammonia-nitrogen, and hence immobilized nitrogen in the soil. The risk of phytotoxicity is higher in digestates than in composts. This limits the possibility for use of digestate. With a post-treatment of digestate, it is possible to produce high quality compost with a high compatibility with plant growth and with a more stabilized organic matter. In field experiments, digestates increased the pH-value and the biological activity of soil to the same extent than composts. These effects were observable also one season after compost application. No immobilization of nitrogen was observed

Effects of compost and digestate on environment and plant production – results of two research projects

A yearly amount of 9.3x106t compost and digestate derived from separately collected organic waste is produced in the 25 European Union member states. The improvement of soil properties is a major benefit of compost application. However, little is known about the occurrence of organic pollutants in compost. In order to estimate the potential of Swiss composts and digestates to influence soil fertility and plant health, one hundred products representative for the different composting systems and qualities available on the Swiss market were analyzed in two research projects. In the first study, polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), ortho substituted and dioxin-like polychlorinated biphenyls (PCBs, DL PCBs), polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans (PCDD/F), polybrominated diphenyl ethers (PBDEs), hexabromocyclododecane (HBCD), tetrabromobisphenol A (TBBPA), perfluorinated alkyl substances (PFAS), pesticides, chlorinated paraffins (CPs), phthalates and nonylphenol (NP) were analyzed. All compound classes were detected except for NP. PFAS, HBCD, TBBPA, some compounds out of PBDEs and pesticides were found in compost and digestate for the first time. Concentrations of most compounds were in the low ppb range. Contents of PAHs were between 600 and 12473 μg/kg dry weight (dw) and contents of HBCD and CPs between 17 and 384 μg/kg dw. Tests with springtails (Folsomia candida) have been shown to be a versatile tool for ecotoxicological assessment. Within these tests, inhibiting and stimulating effects due to compost application were observed. Except for high PAHs contents, no major problem with regard to contamination of compost and digestate was identified. In the second study, the physical, chemical and biological properties of the composts and digestats, and their influence on soil fertility and plant growth, were characterized. The organic substance and the nutrient content of the composts varied largely between the composts with the feedstock materials as major influencing factors. The respiration rate and enzyme activities exhibited large variations as well, particularly in the youngest composts. These differences decreased when the composts became more mature. Maturity, the degradation stage of the organic matter, depended not only on the age of the compost, but also on the management of the process. The N-mineralization potential of compost added to soil showed that a high proportion of young composts immobilized the nitrogen in the soil. Two compost parameters allowed to predict the risk of nitrogen immobilization in soil: the NO3- and the humic acids contents. The phytotoxicity of the composts varied largely even in mature composts, showing that the storage of the compost plays a decisive role. While the majority of composts protected cucumber plants against Pythium ultimum, only a few composts suppressed Rhizoctonia solani in basil. With respect to disease suppression, the management of the maturation process seems to play a major role. In field experiments, some biologically immature composts immobilized nitrogen in soil and reduced growth of maize. With additional fertilization, however, it was possible to compensate this effect. Digestates and composts increased the pH-value and the biological activity of soil. These effects were observable also one maize season after compost application. In conclusion, the management of the composting process seems to influence the biological quality of the composts and digestats to a higher extent than the feedstock materials or the composting system. More attention should be paid to this biological quality, in order to produce composts with more beneficial effects on crops

Evaluation du risque hygiénique lié à l’utilisation de digestats liquides en Suisse

Le but de ce projet était la caractérisation de l’état hygiénique des digestats liquides provenant des installations de méthanisation en Suisse. Ceci en relation avec les intrants utilisés et les techniques de prétraitement, de méthanisation et de post-traitements employées. Trois campagne d’échantillonnage ont été réalisées: en hiver 2012-1013, au printemps et en été 2013. Lors de ce travail, diverses installations représentatives de méthanisation mésophiles et thermophiles ont été étudiées en détail. Les teneurs en salmonelles, en germes coliformes, en E. coli, en entérocoques et en Campylobacter des intrants ainsi que les digestats provenant des diverses étapes des processus ont été analysées. Les déchets verts ainsi que les contenus des panses sont les intrants contenant le plus de germes pathogènes. Le lait et les produits OESPA en contiennent par contre relativement peu. Une grande variabilité entre les produits d’une même catégorie d’intrants est toutefois observée. Les salmonelles n’ont pu être mises en évidence que dans peu d’intrants et en quantités modestes. Une présence plus importante de salmonelle dans les intrants OESPA n’a pas été observée. Aussi bien les germes coliformes que E. coli et les entérocoques ont été trouvés en concentration moyennes dans la plupart des intrants. Campylobacter spp. n’a pu être isolé d’aucun intrant. Les salmonelles et E. coli sont efficacement éliminés dans les installations thermophiles et n’étaient plus détectables dans les digestats. Les teneurs en entérocoques étaient significativement réduites par les traitements thermophiles, sans être toutefois complètement éliminés. Dans les installations mésophiles, le processus de traitement n’a qu’une influence mineure sur les germes étudiés. Les quantités de E. coli ont été réduites, mais des quantités notables de ce germe ont été retrouvées dans les digestats. Il faut souligner qu’une multiplication des germes étudiés lors du traitement mésophiles n’a pas été observée. L’utilisation de digestat liquide frais ou stocké est à déconseiller dans des cultures consommées crues. De manière générale, une grande prudence est à observer lors d’utilisation de digestats mésophiles en maraîchage. Du point de vue hygiénique, les digestats liquides provenant d’installations thermophiles sont non problématiques, pour autant que la conduite de l’installation soit faite selon les règles de l’art. Pour les autres cultures, l’emploi de digestat mésophile est possible. Les mêmes recommandations d’utilisation que pour les lisiers sont à respecter

Abschätzung des hygienischen Risikos im Zusammenhang mit der Anwendung von flüssigem Gärgut in der Schweiz

Ziel dieses Projektes war es, eine Charakterisierung des seuchenhygienischen Zustandes von flüssigem Gärgut aus Schweizer Vergärungsanlagen in Relation zu den Ausgangsmaterialien und zu den angewandten Techniken der Vorbehandlung, der anaeroben Vergärung und der Nachbehandlung durchzuführen. Drei Probenahmekampagnen wurden durchgeführt: im Winter 2012-2013, im Frühling 2013 und im Sommer 2013. Dabei wurden repräsentative thermophile und mesophile Vergärungsanlagen detailliert untersucht. Die verschiedenen Ausgangsmaterialien sowie Gärgut in verschiedenen Prozessstufen wurden auf die Leitkeime Salmonellen, Coliforme, E. coli, Enterokokken und teilweise Campylobacter untersucht. Die Inputmaterialien mit dem grössten Erregerbesatz sind Grüngut und Panseninhalt. Eher gering belastet sind dagegen Milch- und VTNP-Produkte. Eine grosse Variation innerhalb der Produktkategorien ist jedoch zu beobachten. Salmonellen konnten in den Inputmaterialien der Biogasanlagen nur sehr vereinzelt und in geringen Konzentrationen nachgewiesen werden. Ein erhöhtes Vorkommen in VTNPMaterialien war nicht vorhanden. Sowohl coliforme Keime, E. coli als auch Enterokokken wurden in den meisten Inputmaterialien in mittleren Konzentrationen nachgewiesen. Campylobacter spp. konnte in keinem der Inputmaterialien nachgewiesen werden. Salmonellen und E. coli können in den thermophilen Anlagen effizient und auf nicht mehr nachweisbare Niveaus eliminiert werden. Enterokokken werden in thermophilen Vergärungen stark reduziert aber nicht vollständig eliminiert. Die Behandlungsprozesse in mesophilen Anlagen haben nur einen geringfügigen Einfluss auf die Mengen der untersuchten Keime. Die Quantität an E. coli wurde reduziert, es waren aber immer noch bedeutende Mengen in den Endprodukten zu finden. Es konnte keine Vermehrung der untersuchten Keime während des mesophilen Prozesses beobachtet werden. Es ist davon abzuraten, Gärgut aus mesophilen Anlagen direkt oder nach Lagerung in Kulturen anzuwenden, welche roh verzehrt werden. Prinzipiell ist bei der Verwertung von mesophilem Gärgut im Gemüsebau grosse Vorsicht geboten. Für diese Kulturen scheint flüssiges Gärgut aus thermophilen Anlagen aus hygienischer Sicht unproblematisch zu sein, vorausgesetzt, dass die Prozessführung der Anlage der guten fachlichen Praxis entspricht. Für die anderen Kulturen kann auch mesophiles Gärgut angewendet werden, wobei die gleichen Anwendungsempfehlungen wie für Gülle einzuhalten sind

Einfluss von Komposten und Gärgut auf die Bodenfruchtbarkeit

Um den Einfluss von Kompost und Gärgut auf die Bodenfruchtbarkeit und auf das Pflanzenwachstum abschätzen zu können wurden hundert, für die Schweiz repräsentative, Proben untersucht. Die Gehalte an Nährstoffen und an Salz waren vom Ausgangsmaterialien abhängig. Die Gehalte an organischer Substanz sowie die Atmungs- und Enzymaktivitäten nahmen mit zunehmender Kompostreife ab. Bei einigen jungen Komposten konnten Stickstoffblockaden beobachtet werden. Der Nitratgehalt im Kompost erlaubt jedoch vorherzusagen, ob eine N-Immobilisierungsgefahr besteht oder nicht. Die Phytotoxizität der Komposte variierte auch bei den reiferen Produkten sehr stark. Dies weist auf die grosse Bedeutung der Rotteführung und der korrekten Lagerung der Produkte hin. Während die Mehrheit der Gurkenpflanzen von Komposten gegen Pythium ultimum geschützt wurden, reduzierten nur wenige Komposte die Inzidenz von Rhizoctonia solani auf Basilikum. Die Art der Reifungsprozesse scheint bei diesem Vorgang eine entscheidende Rolle zu spielen. Im Feldversuche verursachten junge, landwirtschaftliche Komposte deutliche Stickstoffblockaden, was sich negativ auf das Maiswachstum ausgewirkte. Mit einer Zusatzdüngung war es jedoch möglich, diese negativen Effekte zu korrigieren. Gärgut und Komposte zeigten positive Effekte auf pH-Wert und biologische Aktivität im Boden welche auch nach der Maisernte noch deutlich beobachtet werden konnten

Abschätzung des hygienischen Risikos im Zusammenhang mit der Anwendung von flüssigem Gärgut in der Schweiz

Ziel dieses Projektes ist es, eine Charakterisierung des seuchenhygienischen Zustandes von flüssigem Gärgut aus Schweizer Vergärungsanlagen in Relation zu den Ausgangsmaterialien und zu den angewandten Techniken der Vorbehandlung, der anaeroben Vergärung und der Nachbehandlung durchzuführen. In drei Probenahmekampagnen zwischen 2012 und 2013 wurden 19 repräsentative Vergärungsanlagen detailliert beprobt und analysiert. Insgesamt wurden über ein Dutzend verschiedenen Ausgangsmaterialien sowie Gärgut in verschiedenen Prozessstufen auf die Leitkeime Salmonellen, Coliforme, E. coli, Enterokokken und teilweise Campylobacter untersucht