Topfversuche

Pflanzversuche zur Struvitfällung

Ob die aus der Struvitfällung resultierende Verlagerung der Nährstoffe N und P von der flüssigen in die feste Phase des Gärrestes auch von Vorteil für das Pflanzenwachstum ist, sollte in Pflanzversuchen untersucht werden. Die nach der Struvit-Fällung vorliegenden festen Struvit-Kristalle enthalten Ammonium und Phosphor als essentielle Pflanzennährstoffe. Die sehr geringe Löslichkeit der Kristalle in Wasser senkt das Risiko der Auswaschung, womit negative Einflüsse auf die Umwelt, wie Eutrophierung, verhindert werden können. Da Struvit aber eine hohe Löslichkeit in Säuren aufweist, können die Pflanzen die Nährstoffe durch ihre sauren Wurzelexudate verfügbar machen. Ein Anteil des Ammonium - Stickstoff wird im Struvit gebunden und so stabilisiert. Der entsprechende Anteil ist somit dem Fließgleichgewicht NH₄₊ <> NH₃ entzogen und verringert somit das NH₃-Emissionsrisiko. Weil dieser Anteil des Stickstoffs unlöslich ist und Bodenmikroben diesen im Gegensatz zu Pflanzen nicht über Wurzelexsudate erschließen können, ist dieser Anteil des Ammonium-N auch der weiteren Nitrifizierung, entsprechend auch der Denitrifizierung vorenthalten. Damit werden alle N‑emissionsrelevanten Prozesse adressiert. Zudem dient Ammonium als Attraktionsnährstoff, wodurch möglicherweise die Phosphor-Effizienz gesteigert werden kann.

Struvitfällung

Depot-Düngung

Neben dem Aspekt der N-Stabilisierung des Gärrestes durch Kieserit-Zugabe, sollte in den Pflanzversuchen auch eine besondere Art der Dünger-Zugabe nach dem Prinzip der konzentrierten Ablage (vergleichbar Strip-Till) untersucht werden. Es besteht der Ansatz, den Dünger als Depot in den Boden zu injizieren und die Stabilisierung des Ammoniums durch toxische Effekte im Bereich höherer Konzentration, die Erschließung des Depots durch die Pflanzenwurzeln in den Bereichen geringerer Konzentration entsprechend des Diffusionsgradienten. Der Dünger wird hierbei nicht als Nitrat, sondern als konzentrierte Ammonium-Depots in der Nähe der Pflanzen im Boden eingebracht. Die Vorteile dieser Zugabeform liegen darin, dass der Stickstoff so nachhaltig und gleichmäßig über die gesamte Vegetationszeit der Kulturpflanze verfügbar ist, auch während Trockenphasen. Außerdem gibt es nur sehr geringe Verluste durch Denitrifikation und Auswaschung. Die Pflanzen wachsen dabei zunächst in Richtung des Depots und nehmen entsprechend ihrem Bedarf kontrolliert Ammonium auf. Da Ammonium in hohen Konzentrationen toxisch wirkt, stoppt das Wurzelwachstum am Rande des Depots. Die Nährstoffe werden aber weiterhin über die feinen Wurzeln aufgenommen. Das führt zu der für die diese Art der Düngung charakteristischen Ringbildung um das Düngerdepot. Mit abnehmender Konzentration in den Randbereichen aufgrund der N-Aufnahme und Diffusion wachsen die Wurzeln immer weiter nach innen. Erst wenn das Ammonium soweit aufgebraucht ist, dass die toxische Konzentration unterschritten ist, wird das Depot komplett durchwachsen.

Sowohl die Bindung von Ammonium in Struvit-Kristallen durch die Zugabe von Kieserit als auch die Einbringung von Ammonium-Dünger in Depotform haben das Potenzial, den Stickstoff stärker zu binden und somit Ammoniak-Verluste, Lachgasemissionen und Nitratauswaschung zu vermeiden.

Pflanzversuche in Töpfen

Ergebnisse

Das Wurzelwachstum wurde in regelmäßigen Abständen fotografisch dokumentiert. Zudem wurde regelmäßig die Farbe und Anzahl der Blätter, die Anzahl separater Stängel, die Höhe der Sprosse und die Phasen des Pflanzenwachstums erfasst. Zu zwei Zeitpunkten wurde Biomasse geschnitten, um Frisch- und Trockenmasse der Pflanzen zu bestimmen. Zusätzlich wurden nach Abbruch der Versuche die Wurzeln ausgewaschen, um sie von Sand und Steinen zu befreien und ebenfalls Frisch- und Trockenmasse der Wurzeln zu bestimmen.

Bei der Versuchsdurchführung gab es leider Probleme mit der Keimung der Samen, der Bewässerung und Vereinzelung der Jungpflanzen, sodass sich der auszuwertende Stichprobenumfang zum Ende des Pflanzversuchs so stark reduziert hatte, dass nur wenig Fragestellungen mit statistischer Sicherheit ausgewertet werden konnten. Es zeigte sich lediglich, dass eine die Zugabe von Dünger in flüssiger Form (organischer Dünger/Rindergülle und original Gärrest) eine stärkere Biomassebildung der Pflanzen nach sich ziehen gegenüber einer Düngung mit festem Gärrest. Die Kernfragen nach dem Effekt bei der Düngung in Depot-Form sowie der Kieserit-Zugabe konnten mit den Pflanzversuchen aufgrund des lückenhaften Datensatzes mit sehr kleinen Fallzahlen nicht abschließend beantwortet werden. Allerdings lassen sich gewisse Tendenzen ableiten:

• Bei dem sehr nährstoffarmen Boden hatte die Depotdüngung keine generellen Vorteile. Im Fall der Rindergülle, bei der ein hoher Anteil der Nährstoffe, insbesondere N, organisch gebunden ist und erst allmählich, im Rahmen der Mineralisierung frei wird, bewirkte die Depotablage geringere Biomassebildung. Dies weist auf die geringere Nährstoffverfügbarkeit hin, das Depot kann ja erst im Zuge des Wachstums erreicht werden und bei geringerem Anteil mineralisierter Nährstoffe ist die Diffusion dieser auch geringer. Bei üblichen Ackerböden mit guter Nährstoffversorgung ist dieser Effekt höchstens in weit geringerem Maß zu erwarten.
• Ein stärkeres Wurzelwachstum der Depotvariante gegenüber Einmischung des Düngers war beim flüssigen Gärrest festzustellen, also bei dem Dünger mit dem höchsten NH₄-Anteil am Gesamt-N. Dies weist darauf hin, dass zumindest bei ammoniumbetonten flüssigen Gärresten bei Depotablage der Effekt einer wurzeldominanten N-Ernährung der Pflanzen [1] auftritt. Dies ist eigentlich nur durch eine ausreichende Stabilität des NH₄-N im Depot erklärbar, d.h. eine geringe Nitrifizierung, entsprechend geringere Risiken für Nitratauswaschung und Lachgasbildung.

[1] Karl Sommer (2005): CULTAN-Düngung (ISBN 3-7862-0151-x)