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.

Zur Untersuchung des Einflusses der Bodenschutzkalkung gegen die flächendeckende Bodenversauerung im sächsischen Mittelgebirge wurde die Regenwurmfauna an acht Punkten der Bodenzustanderhebung (BZE-Punkte) im Erzgebirge und im Vogtland erfasst. Die Untersuchungspunkte sind durch Fichtenforste auf vier verschiedenen Lokalbodenformen charakterisiert, jeweils nicht gekalkt und gekalkt. Die verwendeten chemischen Daten stammen aus der Bodenzustandserhebung. Die Erfassung der Lumbriciden erfolgte mittels Elektroaustreibung und anschließender Handauslese, die Tiere wurden lebend und mit Darminhalt gewogen. Daraus wurden die Populationsparameter Individuendichte und Biomasse pro Quadratmeter ermittelt und mit dem U-Test nach Wilcoxon, Mann und Whitney auf signifikante Unterschiede geprüft. Bei Betrachtung der Daten der BZE fallen auf den gekalkten Flächen im Vergleich zu den nicht gekalkten Flächen der angehobene pH-Wert, die gesteigerte effektive Austauschkapazität (AKe) und die erhöhte Basensättigung (BS) im organischen Auflagehorizont sowohl in der Streu und in der fermentierten organischen Auflage (L + Of) als auch in der humifizierten organischen Auflage (Oh) auf. [...] Das C/N-Verhältnis weist in keinem der Horizonte einen offensichtlichen Zusammenhang zur Kalkung auf. Auf den gekalkten Flächen wurde sowohl eine höhere Individuendichte als auch eine höhere Biomasse der Lumbriciden festgestellt. Die Unterschiede sind zu verschiedenen Niveaus signifikant. Zwischen den Populationparametern und pH-Wert, AKe und Basensättigung besteht kein linearer Zusammenhang, bei erhöhten Werten dieser Bodenchemie-Komponenten wurden jedoch höhere Individuendichten und Biomassen festgestellt. Zum C/N-Verhältnis konnte keine Beziehung festgestellt werden. Auf den gekalkten Flächen wurden auch mehr Arten als auf den nicht gekalkten gezählt. [...] Es ist zu überlegen, inwieweit sich (Wieder-)Ansiedelungsmaßnahmen entsprechender Arten durchführen ließen.:1 Einleitung und Zielstellung ...........................................................................6 2 Grundlagen und Methodik ...........................................................................9 2.1 Naturraum ................................................................................................9 2.2 Regenwurmbiologie ................................................................................13 2.3 Methodik .................................................................................................18 2.4 Statistik ...................................................................................................21 3 Ergebnisse .................................................................................................23 3.1 Chemische Daten der Bodenzustandserhebung ....................................23 3.2 Individuendichte und Biomasse ..............................................................28 3.3 Zusammenhänge zur Bodenchemie .......................................................32 3.4 Artenfunde .............................................................................................42 4 Diskussion ..................................................................................................43 4.1 Kritik an der Methodik und der statistischen Auswertung .......................43 4.2 Ergebnisbewertung ................................................................................45 5 Zusammenfassung und Fazit ......................................................................49 6 Abstract .......................................................................................................51 7 Literaturverzeichnis .....................................................................................52 Anhang ...........................................................................................................62 / Since the end of the last century, liming is a common melioration measure in German forest and wood management against the acidity of soils, especially in the uplands like the Ore Mountains (Erzgebirge) in Saxony. To record changes in ecosystems, there are different monitoring programms, for example the 'Bodenzustandserhebung (BZE)'. But also a biological component for detecting effects of liming on flora and fauna is needed. Earthworms are a very important group of the soil fauna. Therefore, this study was aimed at this family to track their reaction to liming in spruce forests in the Saxon Ore Mountains. The expectation of a positive reaction could be significantly approved on the basis of four paired habitats, each couple with a not limed and a limed counter-part. Four species of earthworms were recorded. Three of them are epigeic forms, one is an endogeic type. Important factors for their abundance and biomass are pH, exchange capacity of cations and saturation of bases. A linear correlation was not detected. In this study, the ratio of carbon and nitrogen in soils showed a link neither to lime nor to earthworms abundance or biomass. As a result, liming is a reasonable measure to reactivate the biological components in acid affected soils, but it is also needed to cultivate a more various forest ecosystem.:1 Einleitung und Zielstellung ...........................................................................6 2 Grundlagen und Methodik ...........................................................................9 2.1 Naturraum ................................................................................................9 2.2 Regenwurmbiologie ................................................................................13 2.3 Methodik .................................................................................................18 2.4 Statistik ...................................................................................................21 3 Ergebnisse .................................................................................................23 3.1 Chemische Daten der Bodenzustandserhebung ....................................23 3.2 Individuendichte und Biomasse ..............................................................28 3.3 Zusammenhänge zur Bodenchemie .......................................................32 3.4 Artenfunde .............................................................................................42 4 Diskussion ..................................................................................................43 4.1 Kritik an der Methodik und der statistischen Auswertung .......................43 4.2 Ergebnisbewertung ................................................................................45 5 Zusammenfassung und Fazit ......................................................................49 6 Abstract .......................................................................................................51 7 Literaturverzeichnis .....................................................................................52 Anhang ...........................................................................................................62

Soil is an important ecosystem and at the same time filter and storage for water. With respect to flood and erosion prevention, it is important to improve water retention and infiltration rates in soils to reduce surface run-off. The aim of the study is to quantify the influence of biogenic macropores on infiltration. The effect of the cropping system and management practices on macropore density and infiltration rate was examined. Soil hydraulic conductivity was determined by soil column experiments and field investigations using a hood infiltrometer and rainfall-simulation experiments. Macropores have a great effect on hydraulic conductivity. A large macropore-density results in high infiltration rates. This relationship is described with the skinfactor, applying the Erosion-2D model to adjust infiltration rates. Conservative agricultural management practices show positive effects on earthworm population and hence macropore density. The beneficial effects of no-tillage include less soil disturbance, greater quantities of crop-residues remaining on the soil surface and increased soil moisture.

Soil is an important ecosystem and at the same time filter and storage for water. With respect to flood and erosion prevention, it is important to improve water retention and infiltration rates in soils to reduce surface run-off. The aim of the study is to quantify the influence of biogenic macropores on infiltration. The effect of the cropping system and management practices on macropore density and infiltration rate was examined. Soil hydraulic conductivity was determined by soil column experiments and field investigations using a hood infiltrometer and rainfall-simulation experiments. Macropores have a great effect on hydraulic conductivity. A large macropore-density results in high infiltration rates. This relationship is described with the skinfactor, applying the Erosion-2D model to adjust infiltration rates. Conservative agricultural management practices show positive effects on earthworm population and hence macropore density. The beneficial effects of no-tillage include less soil disturbance, greater quantities of crop-residues remaining on the soil surface and increased soil moisture.:Abkürzungs- und Symbolverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Danksagung Summary 1 Einleitung 1.1 Motivation und Ziel der Arbeit 2 Stand des Wissens 2.1 Grundlagen zum Wasserfluss im Boden 2.1.1 Beschreibung des Infiltrationsprozesses im Boden 2.2 Definition des Begriffes Makropore, deren Entstehung und Einflüsse im Boden 2.2.1 Zusammenhang zwischen Bodenbearbeitung und dem Vorhandensein von Makroporen 2.2.2 Einfluss der Makroporen auf den Wasserfluss und die Infiltration 2.3 Ansätze zur Modellierung des Makroporenflusses 2.3.1 Dual-Porositäts-Modelle 2.3.2 Einfache empirische Schätzverfahren 3 Material und Methoden 3.1 Standorte 3.2 Geländeversuche 3.2.1 Erfassung bodenphysikalischer Parameter 3.2.2 Ermittlung der hydraulischen Leitfähigkeit 3.2.2.1 Haubeninfiltrometermessungen 3.2.2.2 Beregnungsversuche 3.2.3 Erfassung des Makroporensystems 3.3 Säulenversuche 3.3.1 Vorversuche 3.3.2 Experimente mit L. terrestris 3.3.3 Experimente mit künstlichen Makroporen 3.3.4 Experimente ohne Makroporen 3.4 Ableitung des Modellparameters Skinfaktor 4 Ergebnisse 4.1 Ergebnisse der Geländeversuche am Standort Lüttewitz 4.1.1 Bodenphysikalische Parameter 4.1.2 Beregnungsexperimente 4.1.3 Hydraulische Leitfähigkeit 4.1.4 Makroporensystem 4.1.5 Auswertung der Tracerversuche am Standort Lüttewitz 4.2 Ergebnisse der Geländeversuche Standort Oberwinkel 4.2.1 Bodenphysikalische Parameter 4.2.2 Beregnungsexperimente 4.2.3 Makroporensystem 4.2.4 Skinfaktorenermittlung 4.3 Ergebnisse aus den Säulenversuchen 4.3.1 Verteilung der Grabgänge 4.3.2 Messung der hydraulischen Leitfähigkeit 5 Interpretation und Diskussion der Ergebnisse 5.1 Experimente im Gelände 5.1.1 Vergleich der kf-Werte aus Haubeninfiltrometermessung und Beregnung 5.2 Auswertung und Interpretation der Ergebnisse aus den Säulenversuchen 5.3 Vergleich Makroporenkennwerte mit bodenhydrologischen Messgrößen 5.4 Vergleich Makroporenkennwerte mit Modellparametern 5.5 Einfluss der Bewirtschaftung 6 Zusammenfassung Literaturverzeichnis

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.

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