Influence of hydrochar from hydrothermal carbonisation (HTC) on plant growth aspects and soil improvement

Hydrochar (HC), produced by hydrothermal carbonization (HTC), offers technical advantages compared to biochar (BC) produced by pyrolysis and is suitable for soil amelioration, carbon (C) sequestration, and enhanced plant growth. However, this suitability is dependent on the feedstock, HTC process conditions, application rate, and environmental and soil conditions. BC grain size has shown to influence, inter alia, nutrient retention, microbial colonization, and aggregate formation, however, such research for HC’s is lacking. This study conducted pot trials to investigate the influence of HC grain size (coarse (6.3-2 mm), medium (2-0.63 mm) and fine (<0.63 mm)), produced from biogas digestate, for soil improvement in three soils: loamy Chernozem, sandy Podzol, and clayey Gleysol, at a 5% HC application rate. All soils, including two controls (with and without plants) were analyzed for germination and bio-mass success, pH, and plant-available nutrients, namely phosphate (PO4), potassium (K) and mineral nitrogen (Nmin) content using standard laboratory methods. Results showed no germination inhibition using Chinese cabbage seeds at a 5% HC application rate, while its influence on biomass production was mostly insignificant. Soil pH showed a compensatory shift toward the pH of the HC, based on the initial pH of the soils and the HC. This effect was most pronounced in the fine-grained HC treatments. The HC served as a short-term source of nutrients, namely PO4, K (both nutrients showing the greatest effect in the fine-grained HC treatments) and ammonium (NH4+) due to the relatively more easily mineralized fraction of the HC, which allowed for the quick release of these nutrients. However, the duration of this contribution is dependent on the presence of this particular fraction in the soil. A relationship between HC and nitrate (NO3-) content was indeterminable due to the variable results between controls and HC grain size over the course of the study. In conclusion, the 5% HC application rate was insufficient to induce substantial changes to those soil properties affecting plant growth, nor to sustain a longer-term supply of nutrients

Ein Konzept zur Genese von Marschböden an der Deutschen Nordseeküste

Die Marschengenese wird häufig anhand der genetischen Sequenz Rohmarsch, Kalkmarsch, Kleimarsch dargelegt. Unberücksichtigt bleibt vielfach, dass die rezente Marschengenese durch den Deichbau nachhaltig verändert worden ist. In der offenen, unbedeichten Landschaft wurden die Böden stark durch Faktoren und Prozesse der geo-pedogenen Initialphase geprägt. Unterschiedliche Faktorenkonstellationen in unterschiedlichen Sedimentationsräumen führten zu unterschiedlichen genetischen Sequenzen. Vier verschiedene Sequenzen, die sich hinsichtlich der Sedimentationsrate, der Intensität der Schwefeldynamik und der Ionenzusammensetzung im Sedimentationsraum unterscheiden, werden vorgestellt

Analyse der Gärrestwirkung auf den Stickstoffhaushalt von Böden unter Berücksichtigung des Nitrataustrages ins Grundwasser

In Niedersachsen hat sich von 2001-2010 die Anzahl der Biogasanlagen versechsfacht. Neben dem gestiegenen Flächenbedarf für den Energiepflanzenanbau stieg auch der Bedarf an Ausbringflächen für Gärrückstände. Die Fermentation führt, je nach Eingangssubstrat, zu unterschiedlichen Gärresteigenschaften, aber grundsätzlich zu einer Aufkonzentrierung pflanzenverfügbarer Nährstoffe, insbesondere von Stickstoff. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollte deshalb u.a. geklärt werden, ob einer aus landwirtschaftlicher Sicht positiven Wirkung, durch die mögliche Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit, eine negative Entwicklung durch erhöhte Nitrateinträge ins Grundwasser gegenüber steht. Im Rahmen der Untersuchung wurden auf kultivierten Moorstandorten (Baggerkuhlung, Tiefenumbruch) mit unterschiedlich langer Gärrestausbringung vertikale Nmin-Verteilungen über einen Zeitraum von 2 Jahren gemessen. Alle Flächen werden vom gleichen Landwirt bearbeitet. Die Ergebnisse zeigen, dass Standorte, welche länger mit Gärresten gedüngt wurden, generell höhere Nmin-Werte (bezogen auf 1m Beprobungstiefe) aufweisen. Der kürzer gedüngte Acker hat Gehalte von 100 bis 350 Nmin kg/ha. Beim länger gedüngten schwanken sie zwischen 200 und 550 Nmin kg/ha. Das kürzer gedüngte Grünland weist Gehalte von 100 bis 150 Nmin kg/ha auf während beim länger gedüngten die Gehalte zwischen 200 und 300 Nmin kg/ha variieren. Die Äcker zeigen generell größere Streuungen der Nmin-Gehalte im Vergleich zu den Grünlandstandorten. Tiefendifferenziert betrachtet zeigen die Ergebnisse aller Untersuchungsflächen, dass NO3 lediglich im Oberboden in höheren Konzentrationen vorliegt. Im Unterboden wurde Stickstoff in Form von NH4 nachgewiesen. Die Gefahr der NO3-Auswaschung ist somit auf diesen und vergleichbaren Standorten deutlich reduziert

Boden und Klimawandel – Hat der Klimawandel einen Einfluss auf die Bodenfunktionen in der Wesermarsch?

Das Klima ist ein wesentlicher Faktor, der die Pedogenese und die Bodenfunktionen innerhalb eines Ökosystems beeinflusst. Insbesondere die natürlichen Funktionen können neben der Produktionsfunktion u.a. durch Änderungen in Temperatur und Niederschlag beeinträchtigt werden. Im Rahmen des deutschen Projektes des EU-Vorhabens „Climate Proof Areas“ wurden neben der Entwicklung wasserwirtschaftlicher Anpassungsstrategien mögliche klimatisch bedingte Veränderungen der Bodenfunktionen untersucht. Mittels des auf dem Prinzip der Konzeptbodenkarte beruhenden Bodenbewertungsverfahrens TUSEC-B erfolgte eine Bewertung der Böden im Projektgebiet (Regionen Butjadingen / Stadland im nds. Landkreis Wesermarsch) hinsichtlich ihres heutigen Funktionszustandes. Im zweiten Schritt wurden die vom Klima beeinflussten Bewertungsgrößen an mögliche Klimaveränderungen in 2050 angepasst. Die Bewertung der Bodenfunktionen auf Basis heutiger Zustandsparameter zeigt, dass weite Bereiche der untersuchten Gebiete aus Sicht des Bodenschutzes insgesamt als sehr hoch bis hoch schutzwürdig einzustufen sind. Die Anpassung der klimabeeinflussten Parameter (2050) weist im Vergleich zum Status Quo sowohl eine leichte Verschiebung der sehr hohen und hohen Bedeutung für den Bodenschutz zu einer mittleren Bedeutung als auch eine Verschiebung in die entgegengesetzte Richtung auf. Der Schutzstatus einer untersuchten Fläche kann sich somit unter Berücksichtigung möglicher Klimaveränderungen sowohl positiv als auch negativ verändern und sollte daher, z.B. bei zukünftigen Planungsvorhaben, berücksichtigt werden. Auf Grund der Vorgehensweise bei dieser orientierenden Bewertungsmethode ist darüber hinaus eine genaue Standortüberprüfung empfehlenswert

Vergleichende Untersuchungen der Mineralisierungsraten von mit Gülle und Gärresten gedüngten Böden Nordwestdeutschlands

Durch den rasanten Anstieg der Anzahl von Biogasanlagen werden neben Güllen verstärkt Gärreste als organische Düngemittel eingesetzt. Aufgrund dessen wurden die deren jeweiligen kumulierten Mineralisierungsraten in Abhängigkeit vom C/N – Verhältnis der Güllen und Gärreste, der Bodenart und des gravimetrischen Bodenwassergehaltes untersucht. Es zeigte sich, dass die kumulierte Mineralisierungsrate mit abnehmenden gravimetrischem Bodenwassergehalt sinkt. Weder die Bodenart noch das C/N – Verhältnis der Güllen und der Gärreste zeigen in dieser Arbeit einen Einfluss auf die kumulierten Mineralisierungsraten der Güllen und Gärreste

Methanemissionen und Methangehalte im Boden verschiedener Ökosysteme der Marsch

Die Methanemissionen verschiedener Marschökosysteme wurden von Oktober 2011 bis Dezember 2012 zweiwöchentlich nach der non-steady-state chamber method gemessen. Tiefenprofile der Methankonzentrationen im Boden wurden im Jahr 2013 für aus¬gewählte Standorte erstellt. Die anhand der Messungen berechneten Jahresemissionen (-1,92 kg CH4 ha-1 a-1 bis 2166,45 kg CH4 ha-1 a-1) verdeutlichen eine hohe räumliche Variabilität unabhängig vom Vegetations-Landnutzungs- und/oder Bodentyp. Saisonal stark unterschiedliche Emissionsraten werden auf schwankende Grundwasserstände zurückgeführt. Die Tiefenprofile zeigen, dass in seewasserbeeinflussten Böden in großen Tiefen stark erhöhte Methan¬konzentrationen vorliegen können (bis zu 800,63 µmol CH4 l-1), obwohl diese Böden nur geringe Mengen Methan emittieren. Ein möglicher Zusammenhang mit den hohen Sulfatkonzentrationen dieser Böden ist noch zu klären

Kultosole der Marsch - Entstehung, Eigenschaften, Klassifikation

Zahlreiche Quellen belegen, dass in der Marsch bereits seit Jahrhunderten Verfahren zur Bodenverbesserung angewendet werden. Bisher liegen keine umfassenden Untersuchungen dieser anthropogen veränderten Böden vor. Zwei Marschboden- und zwei Moorstandorte – durch verschiedene Meliorationsverfahren anthropogen verändert – wurden profilmorphologisch und anhand chemisch-physikalischer Analysen untersucht. Die erfassten Profile weisen aufgrund der anthropogenen Eingriffe sehr unterschiedlich starke Störungen auf. Eine eindeutige Klassifikation der untersuchten Böden ist auf Grundlage der aktuellen Bodenkundlichen Kartieranleitung (Ad-hoc-AG Boden, 2005) nicht möglich. Es wird vorgeschlagen – analog zur Abteilung der terrestri-schen Böden – innerhalb der Abteilung der semiterrestrischen Böden und innerhalb der Abteilung der Moore eigene Klassen für anthropogene Böden einzurichten. Für Böden mit geringeren Störungen sollte die Möglichkeit geschaffen werden diese als anthropogene Übergangssubtypen auszuweisen

Development of soil organic carbon pools after vineyard abandonment

Abandoned vineyard soils show quick recharge of soil organic carbon (SOC) stocks after cancellation of cultivation. In the study abandoned vineyards with six different age classes concerning the duration of postagricultural development, organized along two lines in different exposures on slope (one S and one SW exposed chronosequence) were selected. Involving an additional recently cultivated vineyard location, totally 13 sites were sampled for topsoil characteristics. In each bulk soil sample density fractions, hot water extraction, and microbial samples were separated. Accordingly the C and N content and C/N ratio of free particulate organic matter (FPOM), occluded particulate organic matter (OPOM), clay-, silt- and sand sized microaggregates, hot water soluble organic matter, and microbial biomass of were measured and discussed in the study. We found that labile, active carbon pool (FPOM) have relatively low share of the TOC (in average 11.6% in S and 4.6% in SW sequence) and showed no increase with the time since the cancellation of cultivation. Also this pool has generally higher C/N ratio (20.6±3.7), as more stable pools (OPOM: 19.2±9.6; clay fraction: 9.2±1.2,). Highest part of TOC is stored in clay-sized microaggregates fraction (in average 37.2% in S and 41.5% SW sequence) and its amount correlates significantly with the time since the cancellation of cultivation. By comparison, in recently cultivated soil lower share of C in clay sized microaggregates and (24.0% of TOC) and higher share of labile, FPOM (26.6% of TOC) was found. C-pools in mMicrobial and hot water extractable C forms showed significant changes with the time. Based on, and exposure, and cultivation also proved differentce compared the cultivated site, anyway, their contribution to TOC are low

Al-Spezies in der Bodenlösung von Kleimarschen

Ungewöhnlich hohe Al-Konzentrationen von 12 mg l-1 in der Bodenlösung bei pH-Werten von 5 führte zur näheren Untersuchung der Al-Dynamik in Kleimarschen. Die Ergebnisse bestätigen den Anfangsbefund mit hohen Al-Anteilen in der Bodenlösung (bis 32 %) und geringen austauschbaren Al-Anteilen (0,1-2,4 %). Die sequentielle Al-Untersuchung mit verschiedenen Vorbehandlungen, Lösungen und Extraktionen hat ergeben, dass messtechnisch nicht nur freies Al erfasst wird, sondern auch an organische oder mineralorganische Kolloide gebundenes Al. Eine Assoziation des Al an amorphen Oxidformen kann hingegen aus geschlossen werden