La digestion anaérobie, procédé d’énergie renouvelable, constitue un atout indéniable de récupération des flux matière et énergie des déchets en réponse aux enjeux du développement durable. Ainsi, la présente étude a pour objectif de contribuer à la compréhension des mécanismes qui gouvernent l’environnement réactionnel de digestion en anaérobie et les effets des digestats sur la matrice bio-physico-chimique des sols à vocation agricole. Le développement des tests de lixiviation en réacteurs contrôlés aérobie et anaérobie, les modes de mobilisation du contenu organo-minéral des substrats et la valorisation du biogaz pour l’équarrissage des bêtes ont été réalisés. Les verrous techniques et physico-chimiques entachant la digestion anaérobie des déchets d’ananas ont été levés et optimisés grâce à des co-substrats notamment les bouses de vache et les cendres. Les digestats ont été apportés sur des sols agricoles, des sols des zones de forêts et des milieux sans matière organique ni argiles et ont permis de déceler les limites d’utilisation des digestats et les interactions avec les fractions organiques et minérales du sol. Cette étude montre ainsi, l’importance de développer la filière de méthanisation pour une élimination durable des déchets organiques. / Anaerobic digestion, a renewal energy process, constitutes an undeniable asset of material and energy flows recovering in response to sustainable development issues. Thus, the aim of this current study was to contribute to the understanding of mechanisms that govern the reactive environment of anaerobic digestion and the effects of digestates on the biophysico- chemical matrix of agricultural soils sector. The running of leaching tests in aerobic and anaerobic controlled reactors, organo-mineral mobilizations patterns of the substrates and the valorization of biogas in slaughtered animals knackering have been realized. The physicochemical and technical locks tarnishing the pineapple wastes anaerobic digestion have been lifted and optimized through the co-substrates including cattle manure and ashes. The digestates have been brought on agricultural soils, forests areas soils and medium free of organic matter and clays and allowed to detect the limits of digestates uses and the interactions with organic and mineral fractions of soils. This study, thus show, the importance to develop the anaerobic digestion sector for a sustainable removal of organic wastes.

Durch die Zunahme der Biogasproduktion in den letzten Jahren hat sich auch die Menge von Gärprodukten, die verbleibenden Rückstände, entsprechend erhöht. In Deutschland fallen jährlich mehr als 50 Millionen Tonnen Gärprodukte an, die als Dünger verwendet werden. Damit werden Nährstoffe in den Kreislauf landwirtschaftlicher Ökosysteme zurück-geführt. Allerdings sind die agroökologischen Wirkungen noch nicht hinreichend erforscht. Aus diesem Grund wurden die folgenden Parameter untersucht: Einfluss von trockenen und flüssigen Gärprodukten auf dem Ertrag von drei ausgewählten Fruchtarten im Vergleich zu oder in Kombination mit Mineraldünger in On-Farm Versuchen; Wachstum, Entwicklung und Ertrag von zwei ausgewählten Fruchtarten im Vergleich zu Mineraldünger, Gülle und Stallmist in einer vollständig randomisierten Blockanlage; Einfluss auf ausgewählte Bodenlebewesen im Vergleich zu Mineraldünger, Gülle und Stallmist in einer vollständig randomisierten Blockanlage. Zusätzlich wurde die Mineralisierung von flüssigen und festen Gärprodukten im Vergleich zu Gülle und Stallmist untersucht, um Effekte der verschiedenen Düngestoffe auf die Humusbildung unter kontrollierten Bedingungen zu bestimmen. / With the increase of biogas production in recent years, the amount of digestates or the remaining residues increased accordingly. Every year in Germany more than 50 million tons of digestates are produced, which are used as fertilizer. Thus nutrients return into the circulation of agricultural ecosystems. However, the agro-ecological effects have not been deeply researched until now. For this reason, the following parameters were quantified: the influence of dry and liquid fermentation products on the yield of three selected crops in comparison to or in combination with mineral-N-fertilizers in on-farm experiments; the growth, development and yield of two selected crops in comparison to mineral-N-fertilizer, liquid manure and farmyard manure in a randomized complete block design; selected soil organisms as compared to mineral-N-fertilizer, liquid manure and farmyard manure in a randomized complete block design. In addition, the mineralization of dry and wet digestates in comparison with liquid manure and farmyard manure was investigated in order to evaluate the effects of different fertilizers on the humus formation under controlled conditions.

Im Rahmen dieser Arbeit sollten Einsatzmöglichkeiten und -grenzen von kompostierten und durch Agglomeration oder Pelletierung weiter aufbereiteten Bioabfall-Gärresten untersucht werden. Außerdem sollte geprüft werden, ob durch verschiedene Zuschlagstoffe die Eigenschaften der Produkte so verbessert werden können, dass ein marktfähiges Düngeprodukt entsteht. Dazu wurden ein Feldversuch, Gefäß-, Rhizoboxen- und Bodenatmungsversuche, phytotoxikologische Tests und Regenwurm-Vermeidungstests durchgeführt. Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: Die Stickstoffverfügbarkeit von kompostierten Gärprodukten aus Bioabfällen ist gering, der Gehalt an Phosphor und Kalium aber hoch. Langfristig sind so der Aufbau eines Nährstoffdepots im Boden und die Einsparung anderer Dünger möglich. Die Produkte enthalten zudem basisch wirksame Bestandteile, welche die Kalkung teilweise ersetzen können. Komposte und Gärprodukte aus Bioabfällen können zur Steigerung der Humusgehalte im Boden beitragen. Ca. 80 % des enthaltenen Kohlenstoffs liegt in stabilisierter Form vor und kann im Boden sequestriert werden. Problematisch sind hohe Schwermetall- und Störstoffgehalte. Die gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte wurden in 50 % der getesteten Chargen überschritten. Phytotoxische Effekte wurden nur in Einzelfällen festgestellt und waren nicht dosisabhängig, sondern traten punktuell auf. Die Aktivität der Mikroorganismen im Boden wurde durch Anwendung der Gärprodukte gefördert. Der Einfluss der Gärprodukte auf Regenwürmer konnte nicht eindeutig bestimmt werden. Eine Einschränkung der Habitatfunktion nach Gärproduktanwendung wurde nicht festgestellt. Die Aufbereitung durch Agglomeration oder Pelletierung ist möglich, ohne dass die wesentlichen positiven Eigenschaften davon beeinträchtigt werden. Durch Beimengung von Zuschlagstoffen können die Düngewirkung und die physikalischen Eigenschaften der Produkte verändert werden. Dies reduziert jedoch auch den Gehalt an stabiler organischer Substanz. / The scope of the present work was to determine the possibilities and limits for the application of composted digestates from biowaste on agricultural land. Furthermore it was tested whether it is possible to enhance the properties of the products by adding different amendments and to thereby create a marketable fertilizer product. A field trial, pot and rhizobox experiments, phytotoxicity tests and avoidance tests with earthworms were carried out. The results can be summarized as follows: The nitrogen availability of composted biowaste digestates is limited but they have high contents of phosphorus and potassium. Repeated application of biowaste digestate can help to establish a stable nutrient pool in the soil save up on other fertilizers. In addition, the products are characterized by basic constituents who can partly replace liming. Composts and fermentation products made from organic waste can contribute significantly to the increase of humus content in the soil. Approx. 80 % of the contained carbon is in stabilized form and can be sequestered in the soil. High concentrations of heavy metals and other contaminants are problematic. The legal limits were exceeded in 50 % of the tested batches. Phytotoxic effects were observed only in isolated cases and were not dose-dependent. The activity of the microorganisms in the soil was significantly promoted by the application of the digestates. The influence of the digestate products on earthworms could not be determined unequivocally. A restriction of the habitat function after digestate application was not detected. Processing by agglomeration or pelletizing to increase transportability and storage stability is possible without impairing the essential positive properties of the digestates. The addition of amendments can be used to adjust the fertilizing and physical properties of the products. This, however, reduces the content of stable organic matter.

Biogas im Rahmen einer nachhaltigen Landwirtschaft zu erzeugen bedeutet u. a., die anfallenden Gärprodukte als Dünger zu verwenden, um die Verluste im Nährstoffkreislauf zu minimieren. Die vorliegende Arbeit geht der Frage nach, welche Wirkungen Gärprodukte aus der Biogasproduktion bei der Verwendung als Dünger auf Boden und Pflanzen haben. Die Ergebnisse von Parzellenfeld- und Praxisversuchen, in denen Gärprodukte aus der Mono- und Kofermentation von Energiepflanzen im Vergleich zu N-Mineraldünger untersucht wurden, werden vorgestellt und diskutiert. Zur Beurteilung der Wirkungen auf den Boden wurden bodenchemische und bodenbiologische Parameter herangezogen sowie die Abbaustabilität der organischen Substanz der Gärprodukte gemessen. Zur Untersuchung der Wirkungen auf die Pflanzen wurden verschiedene Wachstums-, Entwicklungs-, Ertrags- und Qualitätsparameter erfasst und ausgewertet. Die Gärprodukte zeichnen sich durch relativ hohe Ammoniumgehalte sowie durch hohe pH-Werte aus. Das Pflanzenwachstum und die Erträge werden durch die Düngung mit Gärprodukten gesteigert, wobei die Wirkung trotz der hohen Ammoniumgehalte deutlich hinter denen des N-Mineraldüngers zurückbleibt. Die berechneten Nährstoffbilanzen weisen auf deutliche Unterschiede zwischen den untersuchten Gärprodukten und Kulturarten, aber auch zwischen den beiden Versuchsjahren hin. Die Ergebnisse zeigen jedoch, dass durch die Verwendung von Gärprodukten als Dünger wichtige Pflanzennährstoffe rezykliert werden können, wodurch der Einsatz von Mineraldüngern reduziert werden kann. Hinsichtlich der Wirkungen von Gärprodukten auf den Boden zeichnen die umfangreichen Analysen ein differenziertes Bild. Die mikrobiologischen Umsetzungsprozesse im Boden werden insbesondere in den ersten Tagen nach der Ausbringung gefördert. Weiterer Forschungsbedarf wird insbesondere hinsichtlich der Wirkungen auf die Bodenmakrofauna aufgezeigt. / Producing biogas in a sustainable agricultural system means using digestates as fertilizers, in order to minimize leaks in nutrient cycles. The aim of this work is to investigate effects on soil and plants after field application of digestates. In this respect, results from plot- and practical fieldexperiments are analyzed to compare digestates from mono- and from co-fermentation of energy crops in comparison to mineral N-fertilizer. Soil chemical and biological effects were assessed on the basis of selected parameters, one of which was the stability of the organic matter applied. Effects on crops have been evaluated by measuring growth, development, yields, and quality of the crops. The digestates have been analyzed and showed especially high amounts of ammonium and a high pH-value. Plant growth and yields increased as a result of fertilization. However, despite high amounts of ammonia present in digestates, fertilizing effects have been much lower compared to mineral N-fertilization. The calculated nutrient balances showed obvious differences between the digestates analyzed, crops, and also between the two experimental years. Generally, the results demonstrate that nutrients can be recycled by using digestates as fertilizers and thus the use of mineral fertilizers can be reduced. The extensive soil analyses presented in this work show diverse results. Microbial metabolic processes in the soil are increased especially during the first few days after digestate application. More research is needed with respect to effects on macro fauna.