Einfluss von HTC- und Pyrolysekohle auf die Nährstoffverfügbarkeit im Boden

Im Zuge der zunehmenden Berichterstattung über fruchtbare, tiefgründige Böden im Amazonasbecken, die 'Terra Preta (de Indio)' mit hohen Anteilen pyrogenen Kohlenstoffs (Novotny et al. 2009), wird die Nutzung von karbonisiertem organischem Material ('Biochar/Biokohle') als Bodenverbesserungsmittel stark propagiert (Leach et al. 2010). Einer der wesentlichen Vorteile des Materials soll in der Verbesserung der Nährstoffverfügbarkeit liegen (Atkinson et a. 2010).

Das Ziel dieser Arbeit war zum einen die NH₄-N-, NO₃-N-, P- und K-Sorption einer HTC- und einer Pyrolysekohle aus Buchenholzhäcksel im Vergleich zu einer handelsüblichen Holzkohle mittels Sorptionsisothermen zu beschreiben und deren Einfluss auf die Nährstoffverfügbarkeit im Boden zu untersuchen. Zur Ermittlung der Sorptionsisothermen wurden die geprüften Kohlen mit Lösungen steigendener NH4-N-, NO3-N, P- und K-Konzentrationen für 24 h geschüttelt, die sorbierte Nährelementmenge ermittelt und die Sorption mittels Freundlich- und Langmuir-Isothermen beschrieben. In einem zweiten Versuch wurden die Kohlen nach einer Vorbehandlung mit einer NH4-N-, NO3-N-, P- und K-Lösung in einen ackerbaulich genutzten Mineralboden entsprechend 20 g Corg/kg eingemischt. 24 h Stunden nach Einmischen und nach einer 28-tägigen Inkubation wurden NH4-N- und NO3-N im Wasser- und CAT-Extrakt sowie P und K zusätzlich im CAL- und Na-Formiat-Extrakt bestimmt.

Das Sorptionsexperiment zeigte, dass keine der drei Kohlen messbare NO3-N-Mengen sorbierte, bei K trat bei allen Kohlen eine Desorption auf. Während die Pyrolyse- und die Holzkohle sowohl NH-4-N als auch P sorbierten, war bei der HTC-Kohle nur eine NH4-N-Sorption zu verzeichnen. In allen Fällen konnten die Sorptionsvorgänge mittels der Isothermenfunktionen gut beschrieben werden.

Bezüglich der extrahierbaren Nährstoffe war kein Effekt der Kohlen zu erkennen. Die Korrelationskoeffizienten zwischen den mittels Wasser, CAT, CAL und Na-Formiat löslichen Nährstoffe über die Böden mit den drei Kohlen sowie den Boden ohne Kohle waren für alle Elemente sehr hoch (r > 0,9). Dies galt sowohl bei der Extraktion nach 24 h als auch nach der 28-tägigen Inkubation.

Zwar können die Biokohlen zum Teil Nährstoffe speichern, wobei Unterschiede zwischen den Herstellungsverfahren Pyrolyse und hydrothermaler Carbonisierung bestehen. Allerdings war die Nährstoffsorption in allen Kohlen zu gering, als dass ein Einfluss auf die Verfügbarkeit der Nährstoffe im Boden gefunden werden konnte.