Stickstoff

Stickstoff

Stickstoff ist als wichtiger Nährstoff im Kompost ausreichend vorhanden, muß aber durch Bakterien erst verfügbar gemacht werden.

Stickstoff ist nach Kohlenstoff, Sauerstoff und Wasserstoff das wichtigste Nährelement für Pflanzen. Im Ackerboden sind etwa 2000 -10000 Kg N/ha (das ist ungefähr die Größe eines Fußballfeldes) in unterschiedlichen Bindungsformen in der organischen Substanz gebunden. In der Regel liegen aber meist weniger als 15 % des gesamten Stickstoffs mineralisch und damit düngewirksam vor. In einem Ackerfeld, das die Größe eines Fussballfeldes hat, stehen damit im Durchschnitt 900 Kg Stickstoff als natürlicher Nährstoff zur Verfügung.
Die industrielle Herstellung von flüssigem Stickstoffdünger ist sehr energieaufwendig. Für die analoge Produktion von 900 Kg künstlichem Stickstoff werden 6300 Kwh benötigt und 1200 Kg CO2 durch die Verbrennung von Erdgas in die Atmosphäre abgegeben. Das ist mehr Strom und Erdgas, die eine 4-köpfige Familie pro Jahr verbraucht. 

Natürlich düngewirksamer Stickstoff im Kompost

Kompostino mikrobielle Prozesse im Komposthaufen
Stickstoff wird im wesentlichen in Form von Nitrat (NO3-) über die Wurzeln von der Pflanze aufgenommen.
Eine wichtige Strategie einer effizienten Nährstoffaneignung ist daher die Ausbildung einer ausgedehnten Wurzeloberfläche.

Wurzellänge, Wurzeldurchmesser, Verzweigungsgrad, Ausprägung und Länge von Wurzelhaaren sind artspezifisch.

Kompostino Strohdüngungund Mulchfolien legen Stickstoff im Boden fest
Stickstoffhaltige organische Verbindungen (R-NH4) aus Garten- und Küchenabfällen (z.B. Proteine) werden im Kompost mit Hilfe von Bakterien, Pilzen und Wasser aufgebrochen. Es entstehen zuerst komplexe Verbindungen wie z.B. Aminosäuren. Erst dann bilden sich Ammonium (NH4 +) und Nitrat (NO3-). Stickstoff liegt damit in einer pflanzenverfügbaren form vor. Dieser Prozess wird Mineralisation genannt.
Kompostino Mobilisierung und Festlegung von Stickstoff im Kompost
Wenn im Verhältnis zu Stickstoff der Anteil von Kohlenstoff (C/N>20) im Boden hoch ist (z.B. durch Strohdüngung oder C-haltige Mulchfolien), entwickeln sich viele C-heterotrophe Bakterien, die Stickstoff in ihre eigene Körpersubstanz einbauen und festlegen. Stickstoff wird immobil und steht nicht mehr als Nährelement zur Verfügung.
Kompostino Strohdüngungund Mulchfolien legen Stickstoff im Boden fest
Pflanzenverfügbares Nitrat kann immer wieder in den organisch festgebundenen N-Pool zurückgehen und immobil werden. Es hat dann keine Düngewirkung mehr.

Es gibt auch stickstoffhaltige organische Verbindungen, die grundsätzlich mikrobiell schwer abbaubar sind und dem Boden seine positive Struktur geben, z.B. eine gute Wasserspeicherfähigkeit.

Kompostino Strohdüngungund Mulchfolien legen Stickstoff im Boden fest
Der Natur ausgesetzt

Der Natur ausgesetzt

Der Natur ausgesetzt

Auf Bioböden wachsen starke Pflanzen
erschienen bei eat responsible

Je nach Stoffgruppe sind die Gehalte an sekundären Pflanzenstoffen in biologischen Lebensmitteln ca. 20 % höher als in konventionell erzeugten Lebensmitteln.

Ist der Boden fruchtbar, so setzt sich die Fruchtbarkeit in den Pflanzen fort und die Pflanzengesundheit überträgt sich auf Tiere und Menschen. Davon ist der Experte für Humuswirtschaft Erhard Henning (1906 -1998) überzeugt. Der Gedanke, dass die Gesundheit von Böden, Pflanzen, Tieren und Menschen miteinander verbunden ist, ist nicht neu – allerdings immer noch nicht eindeutig verstanden.
Grundsätzlich besteht ein positiver Zusammenhang zwischen der Verfügbarkeit von Bodennährstoffen, dem Pflanzenwachstum und dem Mineraliengehalt im Gewebe.

Gesunde Böden – gesunde Pflanzen – gesunder Mensch

  • Der Boden ist der Darm der Pflanzen. Hier beginnt Gesundheit.
  • humusaufbauende Anbaumethoden haben positiven Einfluss auf die Nährstoffe in den Pflanzen.
  • Pflanzen aus der ökologischen und biologischen Landwirtschaft müssen sich verstärkt gegen natürliche Kräften schützen und bilden dadurch für Mensch und Tier gesundheitsfördernde Inhaltsstoffe.

Allerdings ist es in Wirklichkeit so einfach leider nicht, wenn man bedenkt, dass Pflanzensorten, Alter und Zeitpunkt der Ernte Nährstoffgehalt beeinflussen. Noch komplizierter wird es dadurch, dass Nährstoffe in der Pflanze unterschiedlich beweglich sind und sich in Pflanzenteilen (Wurzel, Stängel, Blatt, Frucht) verschieden stark anreichern. Hinzu kommen die vielfältigen Prozesse im Boden, die die Art und Menge von Nährstoffen bereitstellen und die Maßnahmen, mit denen wir Menschen (Art der Düngung, Schnitt, Schädlingsbekämpfung und Lagerung) versuchen, die Produktqualität zu beeinflussen.

Nach der Humustheorie von Aristoteles (384 v.Chr – 322 v. Chr.) und der Humuslehre von Hans-Peter Rusch (1906 – 1977) ist der Boden der Darm der Pflanzen, dessen Ziel es ist, Verdauungsarbeit zu leisten. So wie Verdauungsvorgänge im Mund, Magen und Darm des tierischen und menschlichen Organismus die zugeführte Nahrung mechanisch, chemisch und mikrobiell zerkleinert, übernimmt dies für die Pflanzen der Boden. Hier fressen, stückeln, verdauen zahlreiche Kleinsttiere, Mikroben und Mikroorganismen organischen Abfall und legen Nährstoffe sowie komplexe Verbindungen für die Pflanzen frei. Sie werden dabei von Regen, Sonne, Wind, Hitze und Frost unterstützt. Das tiefer liegende Ursprungsgestein liefert weitere wichtige Nährstoffe.

Landwirtschaftliche Systeme können die Pflanzengesundheit fördern. Dies belegen viele aktuelle Studien. In Böden, deren Humusaufbau durch biologische Anbaumethoden gefördert wird, ist z.B. der Anteil an Bodenporen hoch. Hier können Pflanzenwurzeln leicht und fein verzweigt wachsen und gut an notwendige Nährstoffe gelangen. Poren sind auch Wasserreservoire für regenarme Perioden und belüften den Boden, sodass Fäulnis verhindert wird. Durch günstige pH-Werte werden festgelegte Nährstoffe mobil und damit pflanzenverfügbar, schädliche Stoffe dagegen wie z.B. Schwermetalle werden festgelegt. Und die natürliche Gemeinschaft aus Kleinstlebewesen und Mikroorganismen im Boden reduziert das Krankheitspotenzial der Pflanzen, weil sich Schädlinge und ihre natürlichen Feinde selbst regulieren.

Pflanzen brauchen Energie in Form von Licht und Materie in Form von anorganischen Verbindungen (CO2, H2O, NO3-, H2PO4-) oder Ionen (z.B. Mg2+, Ca2+, K-, Cl- ), um organische Verbindungen für ihr eigenes Pflanzenwachstum herzustellen. Für uns Menschen und die Tiere sind das essentielle Verbindungen (z.B. Vitamine, Fettsäuren und Aminosäuren, energiereiche kohlenstoffhaltige organische Verbindungen).

Jüngste Vergleiche zwischen ökologischen und konventionellen Produkten zeigen, dass biologisch angebautes Gemüse verstärkt diese sekundären Pflanzenstoffe bilden. Ursache ist möglicherweise verstärkter Pflanzenstress. Denn, sind Pflanzen durch Trockenheit, Hitze, Kälte, Insektenfraß, Bakterien, Pilze, Viren oder Abknicken gestresst, bilden sie verstärkt Abwehr- und Regenerationsstoffe – die sekundären Pflanzenstoffe.
In der ökologischen-biologischen Landwirtschaft erfahren Pflanzen Stress, weil sie sich durch den Verzicht von Insektiziden und Pestiziden gegen Schad- und Krankheitserregern schützen müssen.

 

Dr. Stefanie Harwart
Initiatorin von www.kompostino.de
wenn der Blumenkompost vom Bioacker lernt: Edelkomposterde fixfertig für Minifarmen

Fühlt sich die Kuh wohl freut sich auch dein Körper

Fühlt sich die Kuh wohl freut sich auch dein Körper

Fühlt sich die Kuh wohl freut sich auch dein Körper

Superfood von glücklichen Kühen und zellbasierter Fleischraum aus molekularen Kochbüchern
erschienen bei eat responsible

Am 4. September 2019 hat das Bundeskabinett das Tierwohlkennzeichengesetz beschlossen, das ab 2020 für Mastschweine Anwendung finden wird. Das haben wir zum Anlass genommen, die auf dem deutschen Lebensmittelmarkt existierenden Tierwohl-Labels und -Standards genauer unter die Lupe zu nehmen. Bei den Recherchen ist uns erneut aufgefallen, dass es den Tieren in den Ställen nicht besonders gut geht und keines der Labels wirkliche Erleichterung schafft. Wir sind deshalb der Meinung, dass eigentlich nur Milch von glücklichen Kühen oder zellbasierter Fleischraum eine Alternative für das Tierwohl sind.

Milch und Milchprodukte sind die Hauptquellen für CLAs (conjugated linoleic acids) in der menschlichen Ernährung [6] und leisten einen guten Beitrag an essentiellen ungesättigten Omega-3-Fettsäuren.[7] Während die CLAs eine antikanzerogene Wirkung haben, arteriosklerotische Erkrankungen positiv beeinflussen und den Körperfettanteil reduzieren können, helfen Omega-3-Fettsäuren bei entzündlichen Prozessen, neurologischen und psychischen Erkrankungen, Fettstoffwechselstörungen, rheumatoider Arthritis und Hauterkrankungen.[8]

Vergleicht man Milch von Weidekühen ohne Silomaisfütterung mit der Milch von Kühen aus der Stallhaltung mit Silagefütterung, hat die Weidemilch die deutlich höheren Konzentrationen an positiven Omega-3-Fettsäuren und CLAs[9] und scheint damit gesünder zu sein – manch einer bezeichnet die Milch von 100%igen Weidekühen sogar als Superfood.[10]

Reine Weidemilch in Deutschland ist rar. Die intensive Stallhaltung ist nach wie vor die dominante Nutztierhaltung und verspricht die höchsten wirtschaftlichen Gewinne. Nur ca. 42 % der Tiere haben regelmäßigen Weidegang, ganzjährig schon gar nicht.[12]
Hinzu kommt, dass es im Stall ganz schön eng, ungemütlich und langweilig werden kann, wenn sich z.B. neun Hennen 1 qm oder drei Kälber 4,5 qm teilen müssen und kaum Bewegungsfreiraum finden.[4] Und obwohl im ersten Grundsatz des staatlichen Tierschutzgesetzes steht, dass „Niemand einem Tier ohne vernünftigen Grund Schmerzen, Leiden oder Schäden zufügen darf“ [1], leiden tagtäglich Kuh, Rind, Schwein, Huhn und Henne in ihren Ställen. Jedes Jahr werden allein in Deutschland etwa 45 Millionen Brüderküken von Legehennen kurz nach dem Schlüpfen getötet, weil ihr Fleisch nicht so gut ist wie das ihrer männlichen Kollegen einer anderen Hühnerrasse.[5]

Die Kastration an unter acht Tage alten Ferkeln wird immer noch routinemäßig ohne Betäubung durchgeführt, nur um den unangenehmen Fleischgeruch beim männlichen Schwein zu verhindern. Dabei ist die betäubungslose Ferkelkastration eigentlich nach dem Tierschutzgesetz seit 2013 gar nicht mehr erlaubt. Da es aber bisher keine Einigung zwischen Tierwohlzielen und wirtschaftlichen Belangen gab, ist das Verbot leider nie in Kraft getreten.[2] Auch das Verbot des Schnabelkürzen bei Legehennen wird in der Praxis durch Ausnahmeregelungen immer wieder umgangen und angewendet.[3]
Macht man sich dann noch bewusst, dass die Viehzucht von Wiederkäuern der Hauptverursacher der von Menschen gemachten globalen Methan-Emissionen ist[11], können einem die prognostizierten Einbußen der klassischen Fleisch- und Milchproduktion durch Kunstfleisch schon positiv auffallen: die Zahl der Rinder werden sich durch die auf pflanzlicher und mikrobiologischer Basis erzeugten Lebensmittel in den USA bis 2030 halbieren[13]. Erfolgsversprechend scheint vor allen Dingen die precision fermentation zu sein, bei der Wissenschaftler Mikroorganismen so programmieren können, dass sie ihre gewünschten Moleküle herstellen. Damit ist der Grundstein für molekulare Kochbücher und Gourmet-Lebensmittelingenieure gelegt, die zellulären Fleischraum für jeden beliebigen Geschmack und alle Vorlieben kreieren können – ganz ohne Tierleid und Klimabelastung.

Quellen: 

[1] http://www.gesetze-im-internet.de/tierschg/BJNR012770972.html#BJNR012770972BJNG000103377 am 8.10.2019
[2] https://www.bmel.de/DE/Tier/Tierschutz/_texte/Ferkelkastration201811.html am 8.10.2019
[3] https://albert-schweitzer-stiftung.de/kampagnen/schnabelkuerzen-beenden 7.9.2019
[4] http://www.gesetze-im-internet.de/tierschnutztv/ am 8.10.2019
[5] https://www.bmel.de/DE/Tier/Tierwohl/_texte/Tierwohl-Forschung-In-Ovo.html am 8.10.2019
[6] Wagner, K-H (2004): Biologische Wirksamkeit von konjugierten Linolsäuren.Ernährung & Medizin 2004; 19(1): 11-15. https://www.thieme-connect.com/products/ejournals/html/10.1055/s-2004-822856 am 10.10.2019
[7] Pfeuffer, M. (1997): Bedeutung mehrfach ungesättigter Fettsäuren in der Ernährung. Fette in der Ernährung. Schriftenreihe des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten. Köller Druck+Verlag GmbH. Bonn 1997. Heft 464. S. 35-67.
[8] Kogler, K. (2005): Essenzielle Omega-3-Fettsäuren – eine Übersicht. Phytotherapie Nr. 3.
[9]Ehrlich, M.E. (2007): Fettsäurenzusammensetzung (CLA, Omega-3Fettsäuren) und Isotopensignatur (C) der Milch ökologischer und konventioneller Betriebe und Molkereien. Diplomarbeit FG Landnutzung und regionale Agrarpolitik, FB Ökologische Agrarwissenschaften, Uni Kassel.
[10] Hofmekler, O. (2017): The 7 Principles of Stress. Extend Life, Stay Fit, and Ward Off Fat. North Atlantik Books. Berkeley, California.
[11] IPCC (2013): Climate Change 2013, Working Group I: The Science of Climate Change, 6.3.3.2.
[12] https://www.praxis-agrar.de/tier/rinder/milchviehhaltung-in-deutschland/ am 11.10.2019
[13] https://www.rethinkx.com/press-release/2019/9/16/new-report-major-disruption-in-food-and-agriculture-in-next-decade am 11.10.2019

Dr. Stefanie Harwart
Initiatorin von www.kompostino.de
wenn der Blumenkompost vom Bioacker lernt: Edelkomposterde fixfertig für Minifarmen

Heißgemacht und festgelegt

Heißgemacht und festgelegt

Heißgemacht und festgelegt

Mit Pflanzenkohle lässt sich Kohlenstoff langristig binden
erschienen im Naturmagazin Ausgabe 1/2019 

etwa 22.000 Pflanzenarten gedeihen im Berliner Botanischen Garten und erfreuen tagtäglich dessen Besucher. Naturgemäß erzeugt jede Pflanze irgendwann abgestorbene Biomasse, sei es als herabfallendes Laub im jährlichen Zyklus oder als organischer Rest am Ende der Lebenszeit. Botanische Gärten benötigen zudem nicht unerhebliche Mengen Kompost. Beides miteinander zu kombinieren erscheint naheliegend, ist jedoch – vor allem, wenn dies besonders klimafreundlich erfolgen soll – gar nicht so einfach. Von 2010 bis 2015 wurde daher auf dem Kompostplatz, in den Gewächshäusern und im Versuchsgarten des Botanischen Gartens Berlin-Dahlem umfangreich experimentiert, und nach einer geeigneten Lösung gesucht.

Der Schlüssel zum klimafreundlichen Kompost liegt in der Pflanzenkohle, dessen sind sich die Mitarbeiter des Modellprojekts TerraBoGa an der Freien Universität Berlin sicher. Sie enthält Strukturen, die in Böden nur schwer zersetzt werden. Im Vergleich zu anderen humusaufbauenden Materialien – wie Kompost, Stallmist oder Ernterückstände – verläuft der Abbau von Pflanzenkohle stark verlangsamt. Der Kohlenstoffanteil im Boden wird durch Pflanzenkohlenzugabe deutlich erhöht und die Pflanzenkohle bleibt dort über Jahrhunderte stabil gebunden. Pflanzenkohle wird damit zur Senke für Kohlenstoff und kann über die CO2-Aufnahme der Pflanzen zu einer Abnahme der CO2-Konzentration in der Atmosphäre beitragen.

Pflanzenkohle entsteht, wenn kohlenstoffreiches Material unter Sauerstoffabschluss und Temperaturen zwischen 350°C und 1000°C zersetzt wird (Pyrolyse). Da die verwendete Biomasse ihre Struktur dabei beibehält, ist Pflanzenkohle neben ihrer hohen Abbaustabilität auch noch auffällig porös. Das ist für die Weiterverwendung als Bodenverbesserer wichtig, denn die Poren bieten viel Platz für Wasser und Nährstoffe, was für gutes Pflanzenwachstum sorgt. Der positive Einfluss von Pflanzenkohle, sowohl auf die Bodeneigenschaften als auch auf den Ernteertrag, ist mehrfach wissenschaftlich belegt: Beispielsweise konnten nach Pflanzenkohlezugabe eine Verbesserung der Wasserspeicherfähigkeit, höhere Nährstoffgehalte sowie günstigere pH-Werte nachgewiesen werden.

 

 

Karbonisierungsanlage zur Herstellung von Pflanzenkohle im Botanischen Garten Berlin-Dahlem

Pflanzenkohle entsteht, wenn kohlenstoffreiches Material unter Sauerstoffabschluss und Temperaturen zwischen 350°C und 1000°C zersetzt wird (Pyrolyse). Da die verwendete Biomasse ihre Struktur dabei beibehält, ist Pflanzenkohle neben ihrer hohen Abbaustabilität auch noch auffällig porös. Das ist für die Weiterverwendung als Bodenverbesserer wichtig, denn die Poren bieten viel Platz für Wasser und Nährstoffe, was für gutes Pflanzenwachstum sorgt. Der positive Einfluss von Pflanzenkohle, sowohl auf die Bodeneigenschaften als auch auf den Ernteertrag, ist mehrfach wissenschaftlich belegt: Beispielsweise konnten nach Pflanzenkohlezugabe eine Verbesserung der Wasserspeicherfähigkeit, höhere Nährstoffgehalte sowie günstigere pH-Werte nachgewiesen werden.

Im Botanischen Garten von Berlin wird die Pflanzenkohle direkt vor Ort hergestellt  und den eigenen Pflanzenabfällen während der Kompostierung zugeführt. Der Einkauf von extern hergestelltem Komposten kann somit vermieden und die Entsorgung von pflanzlichen Abfällen minimiert werden. Die CO2-Bilanz des Botanischen Gartens verbesserte sich dadurch deutlich. Ein Vergleich der Klimabilanz vor und nach erfolgter Kreislaufschließung zeigt, dass die Emission von ursprünglich 130 Tonnen CO2eq auf bis zu minus 69 Tonnen CO2eq gesenkt werden können.

Ergebnisse aus dem Botanischen Garten Berlin Dahlem

Durch den Einsatz von Pflanzenkohle wurde im Forschungsvorhaben TerraBoGa die Reduzierung von CO2-Emissionen erreicht.
Neben der Zugabe von Pflanzenkohle zum betriebseigenen Kompost konnte dieses gute Ergebnis erreicht werden, weil eine Mehrfachnutzung der Pflanzenkohle umgesetzt wurde. Ein gut aufeinander abgestimmtes Pflanzenkohlesystem wurde entwickelt:

1. Aus hundert Tonnen Stammholz, Ast- und Strauchschnitt wurde mittels Pyrolyse Pflanzenkohle betriebseigen hergestellt. 74 Tonnen CO2 wurden hierdurch nachhaltig aus der Atmosphäre entfernen.

2. Beim Pyrolyseprozess wird Wärme frei, die für die Heizung von Gebäuden genutzt wird. Dadurch können 40 Tonnen CO2 durch den Ersatz fossiler Brennstoffe eingespart werden.

3. Während der Kompostierung wird Pflanzenkohle den pflanzlichen Abfällen beigemischt. Das minimiert die Freisetzung von CO2 und weiteren Treibhausgasen wie Methan, Lachgas und Ammoniak (24 bis 43 Prozent Reduktion).

4. Die Anwendung von Pflanzenkohle führte zur deutlichen Aufwertung des betriebseigenen Komposts und eines kontrollierten Kompostierungsvorganges. 
Die Nutzung des eigenen Kompostmaterials konnte verbessert werden und führte zu der im Projekt angestrebten Schließung von Stoffkreisläufen. Der Einkauf von externen Komposten wurde gänzlich eingestellt und die Entsorgung von Grünschnitt minimiert.

Kompostversuch zur Verwertung von Festmist mit Pflanzenkohle

Ausblick

Die im Botanischen Garten gewonnen Erfahrungen sollen nun auch im Tierpark Berlin-Friedrichsfelde im Rahmen des Forschungsvorhaben CarboTIP genutzt werden. Auch dort soll das Abfallmanagement auf Basis der Pflanzenkohletechnologie verbessert werden. Holzige Restbiomassen und Grünschnittabfälle, unzählige Laubmengen und Tiermist müssen verwertet und in ein Kreislaufsystem eingebunden werden. Dafür wird die mit Mist und Grünschnittabfall hergestellte Komposterde (Abb. 2) mit Hilfe von Pflanzversuchen weiter untersucht. Erprobt werden soll auch, ob sich Laub für die Herstellung von Pflanzenkohle eignet. Für die anfallenden Laubmengen könnte das – sowohl für den Tierpark als auch für ganz Berlin – eine interessante Alternative zur jetzigen Verwertung darstellen, bei gleichzeitiger Kohlenstoffspeicherung und Klimaentlastung.

Dr. Stefanie Harwart
Initiatorin von www.kompostino.de

Dr. Robert Wagner
Wissenschaftlicher Mitarbeiter im Projekt „CarboTiP“ und „Pflanzenkohle-BBNE“ an der FU Berlin, AG Geoökologie