Nachhaltige Landbewirtschaftung impliziert ausgeglichene Pflanzennährstoffflüsse ohne die Abhängigkeit von Düngern aus nicht erneuerbaren Quellen. Stickstoff, Phosphor und Kalium aus der menschlichen Nahrung werden in Mitteleuropa im Allgemeinen in Schwemmkanalisationen gesammelt und dabei mit Schadstoffen vermengt. Neuartige stoffstromtrennende Sanitärsysteme ermöglichen die Bereitstellung von Humanurin und Fäkalien zur Verwendung als Düngemittel. In der vorliegenden Arbeit wurden praxisrelevante Aspekte der Verwendung von Düngemitteln anthropogener Herkunft untersucht. Die in Gefäß- und Feldversuchen in Berlin Dahlem ermittelte Ertragswirkung zeigte, dass Urin in dieser Hinsicht äquivalenten Mineraldüngern grundsätzlich gleichwertig ist. Bei sehr hohen Konzentrationen kam es abhängig von der Pflanzenart zu Depressionseffekten, welche vermutlich auf den Salz- und Ammoniumgehalt von Urin zurückzuführen sind. Unter Freilandbedingungen traten diese Effekte nicht auf. Bodenbiologische Auswirkungen von Düngerapplikationen sind entscheidend für die Abschätzung ihrer langfristigen Bodenfruchtbarkeitserhaltung. Sowohl in Labor-versuchen als auch im Freiland zeigten sich Regenwürmer durch menschlichen Urin aus Trenntoiletten deutlich beeinträchtigt. Die Ursache der Schädigung konnte nicht geklärt werden. Von einer langfristigen bodenfruchtbarkeitsreduzierenden Beein-trächtigung wird jedoch nicht ausgegangen. Mikrobielle Enzymaktivitäten im Boden wurden im Freiland durch Urinapplikation nicht beeinflusst. Für die Praxis wird empfohlen Urin während der Ausbringung einzuarbeiten, da die Tiere dann weniger mit der Flüssigkeit in Kontakt kommen. Da es ein umweltpolitisches Ziel ist, die Ammoniakemissionen der Landwirtschaft zu minimieren, wurden diese nach der Urinausbringung im Freiland gemessen. Auf Grund der sehr geringen Trockensubstanzgehalte von Humanurin emittierte deutlich weniger NH3 als üblicherweise nach Ausbringung von Schweine- oder Rindergülle. Verbraucherumfragen bestätigten eine hohe Bereitschaft pflanzliche Nahrung, welche mit Urin als Dünger erzeugt wurde, zu kaufen und zu verzehren. Praktizierende Landwirte reagierten dagegen deutlich reservierter. Die Ausbringung von Urin aus Trenntoiletten kann im Sinne einer nachhaltigen Landwirtschaft grundsätzlich empfohlen werden. Es besteht aber weiterer Forschungsbedarf. / Sustainable agriculture implies balanced nutrient flows and independence from fertiliser made from non renewable resources. In Europe, plant nutrients excreted by humans are commonly collected in water borne sewage systems and thus mixed with potentially harmful substances. Novel segregating sanitation techniques can collect separated urine and faeces in a form which enables their use as fertiliser. In the presented thesis selected aspects concerning the use of anthropogenic plant nutrients relevant to farming were investigated. Pot and field experiments indicated that equal yields can be gained if urine instead of mineral fertiliser is applied. Very high concentrations of urine led to reduced growth, presumably caused by the presence of ammonium or salt. However, this was not found under field conditions. Soil biological effects caused by the application of a fertiliser must be considered when assessing its long term contribution to soil fertility. Laboratory experiments as well as field investigations showed that human urine application severely affects earthworms, however, the harmful components were not identified. The results suggest that the effect is of short term only. Soil microbial enzyme activities were not influenced by urine fertiliser. For farming practice it is recommended to inject or incorporate urine to prevent earthworms from coming into direct contact with the infiltrating fertiliser. Gaseous ammonia loss was measured after urine application on fields as reducing harmful emissions from agriculture is a goal of European environmental policy. Because of the very low Dry Matter contents of urine, far less ammonia was emitted to the atmosphere than usually occurs after application of cattle or pig slurry. A consumer acceptance study showed a general high public willingness to accept urine as fertiliser even if used on crops for food production. The reaction of farmers was mainly reserved as a result of the present legal regulations in Germany. Within the context of sustainable agriculture the use of human urine as fertiliser can be recommended. Further research is necessary, especially concerning any effects resulting from residues of pharmaceutical substances contained in human excreta.

Eine biochemische Indikation des Anteils exogener organischer Kohlenstoffquellen (EOC), der nach dem Eintrag potenziell im Boden verbleibt (Cpot) wurde entwickelt. Haupthypothese dieser Studie war, dass der Abbau von EOC durch die biochemische Zusammensetzung vorhergesagt werden kann, welche bei Pflanzenrückständen von der Kulturart, dem Pflanzenrückstandstyp sowie dem Anbausystem und im Allgemeinen vom Ausgangssubstrat organischer Düngestoffe und der EOC-Kategorie (pyrogen , mikrobiell und pflanzlich) beeinflusst wird. Zunächst wurden Pflanzenrückstände im Energiepflanzenanbau zur Biogasgewinnung (Restpflanze / Stroh, Stoppeln, Grobwurzeln, Feinwurzeln, natürlicher Bestandsabfall) von Mais, Sorghum, Sudangras, Wintergetreide, Hafer, Erbse in Einzel-, Zwei- und Mischkultursystemen betrachtet. In einem zweiten Schritt wurden Pflanzenrückstände im Allgemeinen mit organischen Düngern, Komposten, Rückständen aus anaerober Vergärung in der Biogasproduktion (Gärrückstände) und Biokohlen verglichen. Die biochemische Zusammensetzung von EOC wurde durch die Konzentrationen von Kohlenstoff- (C), Stickstoff (N), wasserlöslicher Kohlehydrate (WSC), Hemizellulose (HEM), Zellulose (CEL) und Lignin (LIC) in g pro kg Trockenmasse dargestellt. In Inkubationsversuchen wurde EOC gleichmäßig mit Boden vermischt und über 310 Tage die Zugabe-induzierte Kohlendioxid-Freisetzung gemessen. Cpot wurde als Grenzwert der Modellschätzung für die Inkubationsdaten bestimmt. Die Beziehung zwischen biochemischer Zusammensetzung und Cpot wurde durch die Partial-Least-Squares-Regression-Methode abgeleitet. Cpot unterschied sich stärker zwischen verschiedenen organischen Düngestoffen, als speziell zwischen verschiedenen Pflanzenrückständen und konnte durch die biochemische Zusammensetzung vorhergesagt werden. Der Indikator für Cpot (in g C pro kg EOC) wurde als Ipot = 269 + 13 N – 0.5 WSC + 0.7 CEL + 1.5 LIC für Pflanzenrückstände und im Allgemeinen als Ipot = 924 – 1.9 C + 2.0 LIC vorgeschlagen. / A biochemical indication for the fraction of exogenous organic carbon (EOC), potentially remaining in soil after application (Cpot) has been developed. Main hypothesis of this study was that decomposition of EOC can be predicted by the biochemical composition, which in case of plant residues is influenced by the crop residue type, crop species and agricultural management and in general depends on the original substrate and category (pyrogen, microbial, and plant-derived EOC) of organic materials. A first set of EOC was created, containing plant residues in energy crop cultivation for biogas production (shoot / straw, stubble, coarse root, fine root, and litter) of maize, sorghum, sudan grass, winter cereal, pea, and oats in single-, double- and intercropping systems. In a second set of EOC, plant residues in general were compared with other organic fertilisers, urban composts, residues of anaerobic fermentation in biogas production (digestates), and biochar. The biochemical composition of EOC was characterised by the concentrations of carbon (C), nitrogen (N), water-soluble carbohydrates (WSC), hemicelluloses (HEM), cellulose (CEL), and lignin (LIC) in g per kg dry matter. In incubation experiments, EOC was homogeneously incorporated into soil and EOC-induced carbon dioxide-release was measured for 310 d. Cpot was determined as modelled limit for the incubation results. Finally, the relation between biochemical composition and Cpot of EOC was evaluated by the partial least squares regression method. Cpot largely varied between different types and categories of EOC, while less variation was obtained between different plant residues. The biochemical composition was predictive for Cpot (expressed as g C per kg EOC), proposing the biochemical indicator as Ipot = 269 + 13 N – 0.5 WSC + 0.7 CEL + 1.5 LIC specifically for plant residues and as Ipot = 924 – 1.9 C + 2.0 LIC for EOC in general.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war es, zu untersuchen, ob sich mit der Düngung von Stroh, Gehölzhäcksel, frischem Pferdemist und Grüngutkompost die Ertragsleistung und Nährstoffaufnahme von Leguminosen sowie der Folgefrucht Winterweizen steigern lässt. Darüber hinaus sollte die Aufnahme von düngebürtigem Kohlenstoff durch Rotklee mittels 13-C-angereichertem Stroh quantifiziert werden. Die Verfügbarkeit von Kalium, teilweise auch von Schwefel und Molybdän, wurde vor allem nach der Düngung von Grüngutkompost und von Pferdemist für die untersuchten Leguminosen verbessert, während nach der Düngung von Gehölzhäcksel und Stroh keine signifikanten Effekte auf die Nährstoffaufnahme der Pflanzen festgestellt werden konnten. Die scheinbare Ausnutzung des gedüngten Stickstoffs durch die Leguminosen lag in Abhängigkeit von der Düngung zwischen 0 und 9 % (Gehölzhäcksel < Grüngutkompost < Pferdemist < Stroh). Nur nach der Düngung von Pferdemist zu Saatplatterbse und Ackerbohne verringerte sich der Anteil an symbiotisch fixiertem Luftstickstoff am Spross-N gegenüber der Kontrolle, nicht jedoch die symbiotisch fixierte N-Menge. Der Vorrat an mineralischem Stickstoff im Boden in einer Tiefe von 0 bis 30 cm war unter Ackerbohne und Rotklee ca. 40 Tage nach der Düngung und Einarbeitung von Gehölzhäcksel gegenüber den Vergleichsvarianten und der Kontrolle deutlich vermindert. Ein Einfluss der durch die Düngung bedingten temporären N-Festlegung im Boden auf den Anteil an fixiertem Luftstickstoff am Spross-N konnte bei keiner der untersuchten Leguminosen festgestellt werden. Der nachfolgende Winterweizen reagierte in einem Jahr mit signifikant höherem Kornertrag auf die Düngung von Grüngutkompost zu Ackerbohne und erhöhtem Rohproteingehalt im Korn auf die Düngung von Pferdemist zu Saatplatterbse. Mit Hilfe von 13-C-markiertem Stroh wurde im Freiland eine Assimilation von 0,5 % der mit dem Stroh gedüngten Kohlenstoffmenge durch Rotklee ermittelt. / The aim of this study was to examine, whether the application of wheat straw, pruning, horse manure and green compost improves the yield formation and nutrient uptake of legumes and the succeeding crop winter wheat. Furthermore it should be quantified the amount of carbon in red clover derived from the organic fertilizer by carbon dioxid assimilation. An improved uptake of potassium, partially of sulphur and molybdenum for the legumes could be detected after the application of green compost and horse manure. No effects were found on plant nutrient uptake after the application of straw and pruning. The apparent utilization of the applied nitrogen by organic fertilizer was 0 to 9 %, depending on the fertilization (pruning < green compost < horse manure < straw). The proportion of symbiontically fixed nitrogen decrease in faba bean and in chick-pea after manuring with horse manure compared with the control. However the total amount of symbiotically fixed nitrogen did not decreased. The amount of mineral nitrogen in the soil (depth: 0 to 0,3 m) was significant reduced under faba bean and red clover, 40 days after application and incorporation of pruning. No effect on the symbiotic nitrogen fixation of the legumes was found because of the organic fertilizer induced temporary immobilization of nitrogen in this soil layer. An increased grain yield was determined in the succeeding winter wheat after fertilizing green compost to faba bean and a higher content of crude protein in grain of the wheat was determined after fertilizing horse manure to chick-pea. With the help of a 13C-tracer method it could be estimated, that about 0,5 % of the added carbon with straw was assimilated by red clover under field conditions.