Bodenverbesserung durch Terra Preta

Bodenverbesserung durch Terra Preta
Vorstellung von Feldversuchen und erste Tendenzen
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
Bildquelle: C. Huth 2014
BioWeinbauseminar, IVV in Remich
Claudia Huth ([email protected])
05.06.2015
Folie 1
Terra Preta
Zusammensetzung & Vorkommen
• Terra preta
= portugiesisch für „schwarze Erde“
• Anthropogen entstandener Boden in früheren
Siedlungsgebieten an Flüssen (Bodentyp: Anthrosol)
Bodenbestandteile:
- Holz- und Pflanzenkohle,
- menschlichen Fäkalien,
- Dung und Kompost,
- durchsetzt mit Tonscherben, Knochen
oder Fischgräten
Vorkommen:
• Amazonasbecken: Brasilien, Kolumbien, Ecuador,
Bildquelle: www.ithaka-journal.net
Französisch-Guayana
Bodenprofil eines Anthrosols aus
• Afrika (Ghana, Sierra Leone, Liberia, Guinea)
dem Amazonasbecken
• Süd-Ost-Asien (Indonesien)
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Folie 2
Terra Preta
Traditionelle Herstellung durch die Indios
• Indios gaben in große Tongefäße mit Deckel
und Bodenauslauf (heute: Bokashi Eimer)
• organische Materialien:
- Frische Pflanzenreste aller Art
- Kot von Tieren und Menschen - kein Urin
(Kot nicht zwingend erforderlich)
- Gesteinsmehle, Tonmineralien
- Holzkohle
- Milchsäurebakterien
•
•
•
Mischung wurde fermentiert, indem die
Tongefäße mit Deckeln verschlossen wurden
Nach ein paar Wochen erhielten sie
Bokashi (= Nährhumus)
Anschließend wurden die Tontöpfe
zerschlagen, sodass das Bokashi oxidieren
konnte
Textquelle: Zimmermann Amino-comp 2015
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Bildquelle:
www.cella.com.br
Bildquelle:
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Folie 3
Terra Preta
…nicht nur Pflanzenkohle!
•
Pflanzenkohle ist tot!
•
Zur Pflanzenernährung/Ernährung der Mikroorganismen
muss sie mit Nährhumus (Bokashi) versetzt werden!
•
Mikroorganismen besiedeln die Oberfläche der Pflanzenkohle!
Pflanzenkohle (Dauerhumus)
Bokashi (Nährhumus)
+
Bildquelle: Zimmermann Amino-comp
BioWeinbauseminar, IVV in Remich
Mikroorganismen (EM)
+
Bildquelle: www.worm-composting-help.com
Claudia Huth ([email protected])
Bildquelle: www.optikon.at
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Folie 4
Terra Preta
Eigenschaften der Pflanzenkohle
Pflanzenkohle:
• Hochporöse Struktur
(vergleichbar mit einem Schwamm)
ermöglicht eine hohe Nährstoff- und
Wasserspeicherung!
• Spezifische Oberfläche von 300 m²/g
und größer - Ziel ist 600 m²/g!
• Zur Bodenverbesserung/Erhöhung der
Bodenfruchtbarkeit ist die Bildung von
Bildquelle: Zimmermann Amino-comp
Kohle-Humus-Mikroben-Komplexen!
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Folie 5
Terra Preta
Nachgewiesene Vorteile für die Landwirtschaft
Verbesserung das Wasserspeichervermögen der Böden
(LEHMANN 2009, GLASER 2001, PICHLER 2010)
= keine Ernteausfälle in Trockenperioden
Zuwachs der Bodenbakterien durch Schaffung neuer Lebensräume in den Nischen
der hochporösen Kohle (THIES 2009, STEINBEISS 2009)
= Förderung der Nährstoffumsetzung für Pflanzen
Erhöhung der Bodendurchlüftung und Verbesserung der Aktivität von N-Bakterien
(Kuzyakov et al. 2009, van Zwieten et al. 2009, Kammann 2010)
= Reduktion der klimaschädlichen Methan- und Lachgas-Emissionen
Zunahme der Wurzelmykorrhizen (WARNOCK 2007)
= Verbesserung der Wasser- und Mineralstoffaufnahme
Adsorption toxischer Bodenstoffe wie Schwermetalle (HIBLER 2009, SMERNIK 2009)
= Verbesserung der Lebensmittelqualität und des Grundwasserschutzes
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Folie 6
Terra Preta
Weitere kommunizierte Vorteile der Hersteller
Landwirtschaft - alle Kulturen:
•
Minderung von Wasserstress durch Erhöhen der
Speicherfähigkeit
•
Förderung des Bodenlebens
•
Harmonisierung der Nährstoffverfügbarkeit durch hohe
Kationenaustauschkapazität (KAK)
•
Festlegung von CO2 im Boden (Klimafarming)
Interessant für den Weinbau:
• Senkung des Infektionsdrucks von Pilzkrankheiten
(Peronospora, Oidium)
• Verbesserte Weinaromen
Bildquelle: C. Huth 2014
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Folie 7
Pflanzenkohle
Herstellungsverfahren
a) Pyrolyse:
• Thermo-chemische Spaltung organischer Verbindungen
• Große Moleküle werden bei hohen Temperaturen (200 bis 900°C) in kleinere
Moleküle aufgespalten
• Unterschied zur Vergasung/Verbrennung: Sauerstoffabschluss (anaerob)
Vorteile *:
Nachteile *:
• Wirkungsgrad ca. 65 %
• Nicht unerheblicher finanzieller
Aufwand für eine Kleinanlage:
ca. 360 000,- Euro
• Es entsteht ca. 33 % Abwärme, die
zum Heizen und mit entsprechender
Zusatzeinrichtung auch verstromt
werden kann!
• Technik ist schon verfügbar!
• Entstehende Abgase: Abgaswerte
liegen aber unter denen einer
Holzverfeuerungsanlage!
* * Textquelle: Zimmermann Amino-comp 2015
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Folie 8
Pflanzenkohle
Herstellungsverfahren
a) Hydro-Thermale-Carbonisierung (HTC-Verfahren):
• „wässrige Verkohlung bei erhöhter Temperatur“: Biomasse (pflanzliches Material)
wird unter Druck mit zusammen mit Wasser und dem Katalysator (Zitronensäure)
auf 180 °C erhitzt = exotherme Reaktion (Freisetzung von Energie)
• Herstellung von Braunkohle, Synthesegas, flüssigen Erdöl-Vorstufen und Humus
Vorteile *:
Nachteile *:
• Wirkungsgrad über 80 %
• Erste Anlagen-Prototypen wurden im
Durchlaufverfahren gebaut und
befinden sich noch in der
Erprobungsphase!
• Abwärme kann zum Heizen oder
Stromerzeugung genutzt werden!
• Je zuckerreicher Biomasse ist, um so
mehr Wärme kann dem System
entzogen werden.
• Kosten liegen voraussichtlich im
Bereich der Pyrolyse!
* * Textquelle: Zimmermann Amino-comp 2015
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Folie 9
Pflanzenkohle
Herstellungsverfahren im Vergleich
Pyrolyse *:
HTC-Verfahren *:
Inputmaterial für Terra-Preta-Herstellung:
Inputmaterial für Energiegewinnung:
• Holzige Materialien wie Strauchschnitt,
Wurzelstöcke, Vollholz, Papierholz usw.
• Klär- und Papierschlämme, Biogasgülle
HTC-Kohle ist nicht für die Herstellung von
Terra Preta geeignet:
• Zu geringe Oberfläche!
• Unbeständig im Boden!
• Schlechte Besiedelung
mit Mikroorganismen!
Bei beiden Verfahren entsteht eine negative CO²-Bilanz:
CO2-Bindung im Boden > CO2-Emission in die Atmosphäre!
* Textquelle & Foto: Zimmermann Amino-comp 2015
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Folie 10
Terra Preta
Einsatz im Weinbau
Auf Extremstandorten wie:
•
Klimawandel mit zunehmender Trockenheit im April/Mai:
leichte Böden (Sandböden) mit schlechtem
Wasserrückhaltevermögen
•
Erhöhung der Bodenfruchtbarkeit:
leichte Böden mit sehr geringem Humusgehalt
(Versuchsanlage 2014: Humusgehalt von 1,3 %)
•
Wasserschutz: leichte Böden mit hoher Nitrat-Auswaschung
über Winter
Alle Standorte:
•
zahlreiche bodenverbessernde Eigenschaften (Folie 6)
•
Terra Preta in Kombination mit einer SommerWinterbegrünung (+ Leguminosen) ermöglicht vielleicht
dauerhaft den Verzicht auf weitere Düngemaßnahmen
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Bildquelle: C. Huth 2014
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Folie 11
Terra Preta
Produkt für Weinbauflächen auf Sandböden
Vinasse:
• honigartiger dunkelbrauner Sirup mit N-Gehalt von 4 bis 5 %
• Folgeerzeugnis nach dem Fermentieren von Melasse
(Melasse: Nebenerzeugnis aus Zuckerherstellung)
• zum Aufladen der Pflanzenkohle
Pflanzenkohle (Dauerhumus)
Vinasse (Nährhumus)
+
Bildquelle: Zimmermann Amino-comp
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Mikroorganismen (EM)
+
Bildquelle: www.fjordrejen.dk
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Bildquelle: www.optikon.at
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Folie 12
Feldversuch
Versuchsanlage
• DLR-Anlage: integriert bewirtschaftet
• Sorte: Riesling-Hochstammreben
(Klon N90, Unterlage SO4)
• Lage: zwischen Neustadt und
Ruppertsberg (Einzellage „Nußbien“)
• Alter: 2 Jahre (2013 angepflanzt)
• Fläche: 2900 m² davon 1450 m² in
den Versuch integriert
• Jahresniederschlag: 500 bis 600 mm/m²
• Bodenpflege:
- mechanische Unterstockbearbeitung
- im Sommer nur jeder 2. Gang begrünt
- Einsaat von Winterbegrünung
• Bodenart: lehmiger Sand
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Fotos: B. Ziegler, C. Huth
Bildquellen: C. Huth 2014
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Folie 13
Feldversuch
Versuchsdesign - Randomisierung
• vier Varianten:
unterer Teil der Anlage
oberer Teil der Anlage
Terra Preta:
Humusgehalt auf 3 % =
12 kg/m² (120 t/ha)
Kompost (Grünschnitt):
40 t/ha (3-Jahres-Gabe)
Bodenfeuchtemessung
mit
DIVINER
Kalkammonsalpeter:
40 kg/ha (30 kg/ha)
Nullvariante:
keine Düngung
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
• pro Variante
vier Wiederholungen
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Folie 14
Feldversuch
Nährstoffgehalte des verwendeten Kompostes
Weinbauliche Praxis:
möglichst Komposte
mit Gütezeichen
verwenden!
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
Bildquellen: C. Huth 2014
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Folie 15
Feldversuch
Ausbringen der Terra Preta am 30.04.14
• Anlieferung der Terra Preta in Big-Bags von 1 t
• Ausbringmenge richtet sich nach dem Humusgehalt des Bodens
• Ausbringen mit Kompoststreuer
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
Bildquellen:
C. Huth 2014
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Folie 16
Feldversuch
Verteilen & Einarbeiten der Terra Preta
• Verteilen der Terra Preta bis in den Unterstockbereich
• Möglichst sofortige oberflächliche Einarbeitung (10 cm) in den Boden mit Fräse
• Hersteller empfiehlt Grassilage-Abdeckung als UV-Schutz und Nährhumus
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
Bildquellen: C. Huth 2014
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Folie 17
Feldversuch
Ein Monat nach Terra-Preta-Ausbringung
• Herbizide Wirkung: Boden-pH-Wert 8 = optimaler pH-Bereich für Rebe bei 6 bis 7!
• Optimierung der Pyrolyse nötig, um pH-Wert zu reduzieren = Ziel ist pH-Wert von 6,5!
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
Bildquellen: C. Huth 2014
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Folie 18
Feldversuch
Erfassung folgender Parameter
Bachelorarbeit 1 ab 2014: Bodenparameter und Rebenwüchsigkeit
• Bodenbeprobung: Grundnährstoffe, Humusgehalt, Nmin
• Bodenfeuchte und Bodentemperatur
• Mittlerer Triebdurchmesser, Trieblänge, Längenzuwachs
• Schnittholzgewicht
• Blattinhaltsstoffanalyse (Makro- und Mikronährelemente)
• Chlorophyll-Index
Bachelorarbeit 2 ab 2015: Traubenstruktur und Traubenqualität
• Botrytis-Befall (Befallsstärke, Befallshäufigkeit)
• Beerenfestigkeit (Firmtech-Messung in g/mm Deformation)
• Traubenstruktur (Länge, Gewicht, Beerenanzahl, Beerendurchmesser)
• Ertrag
• Mostanalyse (Zucker, Säure, pH-Wert)
• Konzentration der Aromastoffvorläufer
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Folie 19
Feldversuch
Messung der relativen Bodenfeuchtigkeit [l/m³]
• Messsystem „Diviner“ - Messstab, Datenerfassungsmodul, Bodenröhre
• Messbereich: 0 bis 1 m Bodentiefe in 10 cm-Intervallen
• Relative Werte, da Gerät nicht auf Bodenart kalibriert (Kalibrierung = absolute Werte)
Bildquellen: C. Huth 2014
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Folie 20
Feldversuch
Messung der relativen Bodenfeuchtigkeit [l/m³]
• vier Varianten:
unterer Teil der Anlage
oberer Teil der Anlage
Terra Preta:
Humusgehalt auf 3 % =
12 kg/m² (111 t/ha)
Kompost (Grünschnitt):
40 t/ha (3-Jahres-Gabe)
Bodenfeuchtemessung
mit
DIVINER
Kalkammonsalpeter:
40 kg/ha (20 kg/ha)
Nullvariante:
keine Düngung
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
• pro Variante
vier Wiederholungen
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Folie 21
Feldversuch
Erste Ergebnisse: relative Bodenfeuchtigkeit [l/m³]
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
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05.06.2015
Folie 22
Feldversuch
Messung des Chlorophyllgehaltes [SPAD-Index]
• Messsystem „SPAD“ – Datenerfassungsmodul mit Messsensor (Klammer)
Bildquelle: C. Huth 2014
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Folie 23
Feldversuch
Erste Ergebnisse: Chlorophyllgehalt [SPAD-Index]
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
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Claudia Huth ([email protected])
05.06.2015
Folie 24
Feldversuch
Erste Ergebnisse: mittlere Trieblänge [cm]
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
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Folie 25
DANKE FÜR IHR INTERESSE
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Tel.: + 49 (0)7802-7044514
Email: [email protected]
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Dualer Studiengang für Weinbau & Oenologie
Manuel Wörthmann
Breitenweg 71, 67435 Neustadt Weinstraße
Tel.: + 49 (0) 6321-671 225
Email: [email protected]
DLR Rheinpfalz Neustadt/Wstr.
Dr. Claudia Huth
Fotos: B. Ziegler, C. Huth
Breitenweg 71, 67435 Neustadt Weinstraße
Tel.: + 49 (0) 6321-671 228
Email: [email protected]
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Folie 26