Unsere Autoren: Thomas Sixt und Emanuel Jaufmann, Technische Universität München (TUM)
Für hiesige Bedingungen gibt es bislang kaum Untersuchungen darüber, was Pflanzenkohle als Bodenhilfsstoff im Ackerbau leisten kann. Für Wissenschaftler der TU-München Grund genug, sich dem Thema zu nähern. Im Projekt TerraBayt untersuchten sie von 2022 bis 2024, wie Pflanzenkohle auf Praxisschlägen wirkt und wie die Interaktion mit anderen Düngemitteln ist.
Die Feldversuche im Rahmen des Forschungsprojekts sind als Dauerfeldexperimente konzipiert, um die Langzeiteffekte der Pflanzenkohle auf den Ertrag, die Bodeneigenschaften, sowie die Umweltwirkungen zu untersuchen. Im Folgenden betrachten wir einen konventionell und einen ökologisch bewirtschafteten Ackerbaustandort.
Zu hohe Mengen in früheren Versuchen
Vor dem Ausbringen wurde die Pflanzenkohle mit organischen Düngern vermischt, um eine praktische Anwendung im landwirtschaftlichen Betrieb zu simulieren. Die eingesetzten Mengen (je 500, 1.000, 2.000 kg Pflanzenkohle-C je ha und Jahr) sind im Vergleich zu bisherigen internationalen Versuchen gering.
Allerdings scheinen Aufwandmengen von 5.000 oder 10.000 kg/ha in einigen internationalen Versuchen unrealistisch hoch. In der Praxis ist mit deutlich niedrigeren Aufwandmengen zu rechnen, auch wegen der hohen Preise. In unseren Versuchen haben wir Pflanzenkohlen der Novocarbo GmbH und der Syncraft Engineering GmbH eingesetzt, die in verschiedenen Pyrolyseprozessen aus Waldrestholz entstehen und mit dem European Biochar Certificate (EBC) zertifiziert sind.
Der konventionelle Standort Burghausen
Am Standort Burghausen (Landkreis Altötting, östliches Oberbayern) wurde im Frühjahr 2022 ein randomisierter Parzellenversuch auf der Fläche eines landwirtschaftlichen Betriebs angelegt. Der Gärrest, der in einigen Parzellen mit Pflanzenkohle versetzt war, wurde vor der Maisaussaat mit einem Schleppschlauchverteiler ausgebracht und sofort eingearbeitet. Die mineralische Stickstoffdüngung erfolgte zur Saat. In den Jahren danach folgten Winterweizen (2023) und Wintergerste (2024).
Im Getreide wurden der Gärrest bzw. das Gärrest-Pflanzenkohle-Gemisch zu Vegetationsbeginn streifenförmig in den Bestand appliziert. Die Mineraldüngung erfolgte beim Winterweizen in EC 32 und EC 39, bei der Wintergerste in EC 37. In allen Parzellen mit Gärrest wurde in jedem Jahr 170 kg/ha Gesamtstickstoff ausgebracht. Die mineralische N-Düngung erfolgte dann entsprechend der nach Düngeverordnung (mit und ohne 20 %igem Abzug) verbleibenden Menge mit Kalkammonsalpeter (KAS).
Der Pflanzenschutz erfolgte betriebsüblich. Im ersten Versuchsjahr war der Silomaisertrag der Variante „nur Pflanzenkohle“ höher als in der Kontrolle; der Effekt war aber nicht signifikant. Die Varianten Gärrest und Mineraldünger schnitten besser ab. Die Mischung von Pflanzenkohle und Gärrest reduzierte den Ertrag leicht, aber nicht signifikant gegenüber der reinen Gärrestdüngung.
Beim Winterweizen zeigte die reine Pflanzenkohle keinerlei Wirkung. Die Düngung mit Gärrest und Mineraldünger erhöhte den Ertrag gegenüber dieser Variante signifikant, während die zum Gärrest gemischte Pflanzenkohle keinen signifikanten Ertragseffekt hatte. Auch auf den Rohproteingehalt des Winterweizens hatte die Pflanzenkohle keinen messbaren Einfluss.
In Burghausen waren die Gerstenerträge sehr niedrig, was sich durch Virusbefall erklären lässt. Der Ertrag erhöhte sich nach der Gärrestdüngung signifikant, während die Pflanzenkohle auch im dritten Versuchsjahr keinen signifikanten Effekt zeigte. Insgesamt hatte die Pflanzenkohle in diesen drei Jahren keinen messbaren Einfluss auf die Erträge der drei Kulturen.
Der Öko-Standort Roggenstein
Der Feldversuch am Standort Roggenstein fand unter der eingeschränkten Nährstoffverfügbarkeit des Öko-Landbaus statt. Bei diesem Standort handelt es sich um die Versuchsstation der TUM, etwa 20 km westlich von München.
Vor der Umstellung auf Ökolandbau fand hier jahrzehntelang konventioneller Marktfruchtbau statt. Hier untersuchten wir die Pflanzenkohle sowie verschiedene Komposte nach einer Co-Kompostierung auf ihre Einzel- und Kombinationswirkung. Der Versuch fand auf ortsfesten Parzellen statt.
In Roggenstein wurden jährlich 120 kg N in Form von Stallmist- oder Kleegraskompost gedüngt, wobei zu dieser Düngermenge je 0, 500, 1.000 und 2.000 kg/ha Pflanzenkohle-C auf den entsprechenden Parzellen hinzukamen. Zusätzlich haben wir die Wirkung von Pflanzenkohle ohne Kompost bei gleicher Aufwandmenge untersucht.
Im ersten Versuchsjahr stand auf der Fläche Dinkel. Hier führte Pflanzenkohle allein zu einer geringen, aber konsistenten Ertragsminderung von 1 bis 2 dt/ha. Dort wo 120 kg/ha N aus Kompost ausgebracht worden waren, stieg der Dinkelertrag um ca. 10 dt/ha an. Durch hinzugefügte Pflanzenkohle ging der Kornertrag leicht zurück.
Auch im dritten Versuchsjahr (Winterweizen nach Kleegras) stieg der Ertrag durch den Kompost um ca. 10 dt /ha an. Wurde allein Pflanzenkohle ausgebracht, gab es keinen Einfluss auf den Weizenertrag. Beim Kleegraskompost wirkte sich die Pflanzenkohle leicht ertragsmindernd aus.
Kein positiver Effekt auf Erträge
Insgesamt war in den Ergebnissen der ersten drei Jahre kein positiver Ertragseffekt durch die Pflanzenkohle erkennbar. In einigen Fällen kam es sogar zu leichten Ertragsrückgängen. Im Vergleich zur Wirkung mineralischer und organischen Dünger ist dieser Effekt aber verschwindend gering.
In der Praxis dürfte er kaum spürbar sein, da in den Versuchen sogar mehr Pflanzenkohle eingesetzt wurde als wirtschaftlich realistisch ist. Auch treten gerade im konventionellen Landbau selten Nährstoffdefizite auf. In zwei weiteren Feldversuchen mit verschiedenen Pflanzenkohlen zeigten sich ähnliche Effekte im Ackerbau und im Grünland.
Die leichten Ertragseinbußen in einigen Versuchen geht wahrscheinlich auf einen langsameren N-Umsatz bei den organischen Düngern zurück. Dieser lässt sich durch das hohe Adsorptionsvermögen für organische Verbindungen erklären, das hochwertige Pflanzenkohlen besitzen. Wie sich die Kohlen im Feld auswirken, hängt maßgeblich vom Herstellungsprozess (Pyrolysetemperatur, Ausgangsbiomasse) ab. Auch die Standortbedingungen spielen eine Rolle. Das macht die Interpretation der Ergebnisse herausfordernd.
So traten in den Versuchen mit Pflanzenkohle unter nährstofflimitierenden Bedingungen geringere Erträge auf. In sauren Böden ist mit pH-Wert-Effekten durch die basisch wirkenden Kohlen zu rechnen. Auf trockenen Standorten könnte Kohle die Wasserverfügbarkeit bei hoher und langjähriger Aufwandmenge verbessern. Schwere Böden könnten durch die poröse Kohlematrix aufgelockert werden.
Forschungsbedarf zu Emissionen
In der Literatur wird beschrieben, dass Pflanzenkohle umweltrelevante Emissionen reduzieren kann. Da ihr Kohlenstoff (C) abbaustabil ist, soll sie langfristig als Kohlenstoffsenke wirken können. Diese Effekte müssen noch weiter untersucht werden.
Der visuelle Eindruck und erste Bodenuntersuchungen an den Versuchsstandorten vermitteln den Eindruck, dass der Bodenkohlenstoffvorrat bereits nach drei Versuchsjahren deutlich angestiegen ist. Es ist damit zu rechnen, dass sich diese Entwicklung mit längerer Versuchsdauer fortsetzt.
Wenn sich neben dem N-Umsatz auch der C-Umsatz der organischen Dünger verlangsamt, ist zu erwarten, dass sich neben dem abbaustabilen Pflanzenkohle-C zusätzlich umsetzbarer C im Boden anreichert. Wenn sich Nährstoffverfügbarkeit, Wasserhaltekapazität und Bodenstruktur verbessern, könnte ein höherer C-Gehalt langfristig zu höheren Erträgen führen.
Eine Gesamtbewertung des Pflanzenkohle-Einsatzes im Ackerbau ist nach derzeit nur drei Versuchsjahren aber noch nicht möglich. So besteht u. a. noch Forschungsbedarf zu umweltrelevanten Emissionen.
