Im Zuge der zunehmenden energetischen Holznutzung fällt vermehrt Holzasche als Abfallprodukt an. Obwohl die Asche potenziell für die Nährstoffrückführung in Wälder genutzt werden könnte, findet dies in Deutschland aktuell kaum statt, da negative ökologische Auswirkungen befürchtet werden, die Handhabbarkeit von Holzasche schwierig ist und hinsichtlich des Nährstoffhaushalts der Wälder keine Notwendigkeit gesehen wird. Durch eine Verarbeitung der Asche zu Rinde-Asche-Pellets (RIA-Pellets) sollte die ökologische Verträglichkeit erhöht und die Handhabbarkeit verbessert werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, wie RIA-Pellets auf bodenchemische Parameter sowie den Ernährungszustand der Bäume wirken. Dazu wurden zwei Versuchsflächen in der Oberlausitz (Ostsachsen) etabliert: ein 38-jähriger Kiefernbestand auf einem Braunerde-Podsol aus eiszeitlichem Elbschotter im Tiefland sowie drei Fichtenbestände im Alter von 36 bis 49 Jahren auf einer Braunerde aus Lösslehm über Granodioritzersatz im Hügelland. Im Jahr 2011 wurde eine Behandlung mit 4 t ha-1 RIA-Pellets durchgeführt und auf dem Hügellandsstandort zusätzlich eine Vergleichsvariante mit 3,5 t ha-1 Dolomitkalk angelegt. Daraufhin wurden bodenchemische Parameter (pH-Wert, AKe, Nährstoff-Gesamtgehalte, C/N-Verhältnis) sowie Nadelspiegelwerte der Bäume untersucht. Außerdem wurde der zu erwartende Nährstoffverlust mittelalter Nadelholzbestände im Rahmen der Durchforstungen in den kommenden 20 Jahren abschätzend quantifiziert und den sonstigen Stoffflüssen der untersuchten Standorte gegenübergestellt. Auf dem sorptionsschwachen Tieflandsstandort mit Kiefer führten RIA-Pellets in einer Dosis von 4 t ha-1 innerhalb von zwei Jahren zu einer moderaten Erhöhung des pH-Werts um 0,6 Einheiten, einer Zunahme der Kationenaustauschkapazität von 267 auf 338 mmolc kg-1 sowie einer Erhöhung der Basensättigung von 45 auf 90 %. Zudem war eine signifikante Erhöhung der Gesamtgehalte von Ca, Mg und Mn zu verzeichnen. Auf dem sorptionsstarken Boden des Hügellandsstandort mit mittelalten Fichtenbeständen hatte die gleiche Dosis von RIA-Pellets ebenfalls zwei Jahre nach der Ausbringung zu wesentlich geringeren Effekten geführt. Zwar war auch hier ein pH-Anstieg um 0,3 Einheiten zu verzeichnen. Die RIA-Pellets beeinflussten jedoch die AKe und die Basensättigung nicht und die Nährstoff-Gesamtgehalte nur bei Ca und Mn. Alle Effekte waren auf beiden Versuchsflächen auf die Humusauflage begrenzt. Im Vergleich zu einer Kalkung trat die Wirkung der RIA-Pellets langsamer ein und fiel geringer aus. Die Behandlung mit RIA-Pellets führte nach zwei Jahren zu keiner Veränderung der Nadelspiegelwerte auf beiden Versuchsflächen. Die Untersuchung der oberirdischen Bestandesbiomasse zeigte, dass bereits mittelalte Nadelbaumbestände im Rahmen von Durchforstungen bei intensiven Aushaltungsszenarien erhebliche Nährstoffentzüge zu verkraften haben. So stieg die Biomasseentnahme bei Vollbaumnutzung gegenüber konventioneller Nutzung nur um den Faktor 1,3, während die Nährstoffentzüge um den Faktor 1,8 (Ca) bis 4,0 (P, Kiefer) stiegen. Die Nährstoffzusammensetzung der RIA-Pellets unterschied sich aufgrund der Herkunft der Asche (Verbrennung von Rinde und Holz in einem Sägewerk) von der eines Vollbaums. Daher läge der Kompensationsbedarf für die Nährstoffentzüge in den nächsten 20 Jahren bei Vollbaumnutzung im Kie-fernbestand bei 0,7 (Ca) bis 2,0 t ha-1 (P) und im mittelalten Fichtenbestand bei 1,3 (Ca) bis 12,8 t ha-1 (P). Der Vergleich der drei untersuchten unterschiedlich alten Fichtenbestände hat gezeigt, dass der Waldrestholzanteil und somit auch die zusätzliche Biomasse- und Nährstoffentnahme umso höher ist, je jünger bzw. geringer dimensioniert der Bestand ist. Die Betrachtung von Kiefern- und Fichtenbestände zeigte baumartenspezifische Unterschiede bei der Verteilung der oberirdischen Bestandesbiomasse auf die einzelnen Biomassekompartimente sowie der Nährstoffgehalte in den jeweiligen Kompartimenten. Die überschlägigen Nährstoffbilanzen für beide Versuchsflächen haben gezeigt, dass die Nährstoffentzüge mit der geernteten Biomasse bei Vollbaumnutzung in einer ähnlichen Größenordnung lagen, wie die Verluste mit dem Sickerwasser und die Festlegung im Biomassezuwachs. Auch ohne die Berücksichtigung von Nährstoffentzügen mit der Biomassenutzung wiesen die Standorte aufgrund des Nachwirkens historischer Säureeinträge bereits negative Stoffbilanzen für Ca und Mg auf. Die vorliegende Arbeit verdeutlicht, dass die Holzascherückführung in Wälder keinen drastischen Eingriff in die Stoffflüsse natürlicher Ökosysteme darstellt. Vielmehr handelt es sich um den Versuch, die Folgen der aktuellen menschlichen Aktivitäten im Bereich intensiver Biomassenutzung zumindest hinsichtlich der Nährstoffnachhaltigkeit abzumildern. Die intensive Biomassenutzung reiht sich dabei als eine weitere Form menschlichen Eingreifens in die Stoffflüsse des Ökosystems Wald in eine seit Jahrhunderten stattfindende Nutzungs- und damit Störungsgeschichte durch Streunutzung, Waldumbau zu Nadelholzforsten und atmosphärische Säure- und Stoffeinträge ein.

Dans le contexte énergétique actuel, les pouvoirs publics s’engagent à réduire la consommation des énergies fossiles et à développer le marché des énergies renouvelables afin de diminuer les émissions de CO2 et de faire face à la raréfaction des sources d’énergie fossile. La demande en bois-énergie, notamment de plaquettes forestières, est appelée à s’accroître dans les années à venir. Afin d’augmenter la production forestière une exploitation des résidus de coupe de diamètre inférieur à 7 cm, appelés rémanents forestiers, est envisagée. De plus, pour compenser la perte de matière organique exportée avec les rémanents, une compensation minérale sous forme de cendres provenant des chaufferies est envisagée. Cependant, l’impact de telles pratiques de gestion sur les écosystèmes forestiers tempérés ne sont que très peu étudiés. Les objectifs de cette thèse étaient donc d’étudier l’impact d’un export des rémanents forestiers et d’une compensation par les cendres sur la biocénose du sol à différentes échelles et de tenter d’identifier des indicateurs biologiques pouvant mettre en lumière les perturbations de l’écosystème créées par ces gestions. Dans un premier temps, l’étude de la macrofaune et de la mésofaune du sol à une échelle régionale puis nationale a permis de mettre en avant l’importance de l’essence dominante (hêtre ou chêne) dans la réponse du macrofaune à l’export de rémanents. Cette partie a aussi montré que l’export de la totalité des rémanents et de la litière a un impact négatif sur toute la communauté de la faune du sol et que l’apport de cendres ne compensait pas, voire aggravait, l’effet de l’export de rémanents. Dans un second temps, une étude en mésocosme d’un double gradient de quantité de rémanents et de cendres a mis en avant l’importance de la fertilité minérale du sol dans la réponse de l’interface sol-végétation. Dans un sol neutre, l’export des rémanents ou l’apport de cendres ne présentait pas d’impact sur l’interface sol-plante au contraire du sol acide. De plus, dans le sol acide, une importante modification structurelle de la communauté microbienne a été mise en avant lors du mélange entre les rémanents et les cendres. Pour finir cette étude a permis de mettre en lumière les ordres des Lithobiomopha et des Geophilomorpha comme potentielles sources de bioindicateurs des perturbations des réseaux trophiques dans le cadre d’une gestion des rémanents ou d’un apport de cendres / In the current contextof energetic transition, public policies commit to reduce fossil fuel consumption and develop renewable energies in order to reduce CO2 emission. Woody biomass can be one of the solutions in order to increase the share of renewable energu ressources in energetic mix. In order to increase woody biomass production, an export of logging residues (under 7 cm of diameter) is investigated. Furthermore, in order to offset th export of organic matter with logging residue, mineral compensation by wood ash application is investigated. Nevertheless, the effect of such management practices on temperate forest ecosystem were understudied. The aims of this thesis were to study the impact of logging residues management intensity and wood ash offset on soil biota and to investigate potential bioindicators of disturbance led by these practices. First, the study on macrofauna and mesofauna at various scales (regional then northen French) highlited the importance of tree species (oak or beech) the response of soil biota to logging residue export. Furthermore, this first part showed a strong negative impact on the whole soil community when logging residues and litter were exported and wood ash application did not compensate the impacts of logging residues export on macro and mesofauna. Second, a mesocosm study with a cross-gradient of logging residue and wood ash input highlighted the importance of mineral fertility in the response of soil-plant interface. In neutral soil, logging residue export or wood ash application did not impact soil-plant interface, conversely to acidic soil. Furthermore, in acidic soil, a strong structural disturbance of microfloral assemblage was showed when logging residue and wood ash were added together. Third, this thesis highlighted Litobiomorpha and Geophilomorpha orders as potential sources of bioindicators of disturbance of trophic networks in logging residue export and wood ash offset context of forest management practices

Wood ash application (WAA) has been recommended mainly for two reasons; i) to avoid depletion of minerals in the soil due to whole tree harvest in the forestry and ii) to mitigate harmful effects of acidification of soil and surface waters. In conclusion, the effects on terrestrial ecosystems and, especially, tree growth, can be attributed to the properties of the ash, the dose applied and the specific site at which the ash is applied. The research conducted on the effects of WAA on limnological ecosystems is very limited, and the major purpose of the present thesis was to gain knowledge of the effects of wood ash to different freshwater organisms, and the more comprehensive, limnological effects of WAA in the first stream in Bispgården, Sweden. Effects of wood ash solutions on the unicellular alga Euglena gracilis Klebs, the amphipod Gammarus pulex L., and the moss Fontinalis antipyretica Hedw. were investigated under laboratory conditions. Common in all three species was the decline in performance (growth/velocity/respiration/oxygen evolution) when the concentration of wood ash exceeded 5 g/l and no adjustment of pH was done (alkaline solution). In contrast, different movement parameters (motility, upwards swimming and velocity) in E. gracilis (neutral conditions), and increased growth of F. antipyretica with increased concentrations of wood ash indicated that nutrients in the ash was bioavailable for these organisms. There was no evidence of toxic effects on the organisms from metals or other compounds as a result from exposure to wood ash solutions in the present studies. The field study was conducted in a forest area close to Bispgården, about 100 km NW from Sundsvall, Sweden. The catchment area (50 ha) of the stream Fanbergsbäcken was treated with wood ash in September of 2004 (3,000 kg/ha;selfhardened crush-ash). In general, both biological (diatoms) and chemical (pH, alkalinity, and aluminum (Al) measurements) indicators have shown no significant effect on acidification parameters from the addition of wood ash. There was, however, evidence of an increased pH during spring flood, accompanied with a decrease in the frequency of low pH values (<5.6) during spring flood. In addition to this, alkalinity was significantly higher in the period 2005-2006, compared to that of 2003. High concentrations of toxic forms of Al repeatedly occured in the stream Fanbergsbäcken, and the WAA did not affect the frequencies of high concentrations of toxic Al forms (<50 μg/l). Both the moss F. antipyretica and the leaves from Alnus incana displayed increased potassium (K) concentrations, although other nutrients did not increase from WAA. In conclusion, no evidence of WAA being effective in restoring or improving the ecological status of freshwater environments has been established, either in the literature or in the present field study. On the other hand, there were no indications of harmful effects due to WAA, either. However, we still do not know the effects of wood ash on several organisms (predominantly invertebrates) inhabiting small ponds and other, temporary or permanent, freshwater ecosystems. In the context of WAA, these environments and organisms have not attended any attention in the research published to date, and future studies are strongly encouraged.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JoseEVC_capa_ate_resumo.pdf: 114113 bytes, checksum: 65c5a81ce8eceb533010608034415ec0 (MD5) Previous issue date: 2009-08-10 / The production of red ceramic is an industrial activity that causes an intense impact. The manufacture of its products considerably increases the demand for natural resources, mainly with the extraction of raw material. The ceramic material produced generates waste, such as ash firewood and chamote. The residue from the beneficiation of kaolin is deposited in a poor, degrades the environment and contaminate water sources and soil, constituting in this manner, ecological disasters. The main objective of this work is to develop the formulation of a ceramic product consisting solely of industrial solid wastes, from ceramic tiles, (chamote) residue of kaolin and ash firewood. It is assumed that this product made in the laboratory can be used in coatings, wall and floor. The aim is to facilitate the replacement of the raw material of original composition of a ceramic body, for waste, while the process of production equal to the conventionally used, so that the properties of the product are reproduced. This work is characterized waste as its chemical composition, analysis of particle size, X-ray diffraction and thermal behavior. Several formulations were studied. The mass of waste was prepared by dry process, pressed to 25 MPa, and then burned in muffle type oven to 850, 950, 1050 and 1150 ?C. The results showed that it is technically possible to produce porous tiles only with waste. It was found that the formulations of bodies play a key role in the properties of the final product, as well as the sintering temperature and heating rates. RN in the waste of kaolin is estimated at 15,000 t/month, about 3,000 gray t/month and chamote with 10 million pieces/month damaged. The presence of carbonates of calcium and magnesium at 1050 ? C results in an appropriate porosity and mechanical strength. The formulation M3JE, composed of 69% waste of kaolin, 7.7% and 23.3% of chamote of gray, became suitable for porous materials with the strength and absorption within the level of national and international standards / A produ??o de cer?mica vermelha ? uma atividade industrial que provoca um intenso impacto ambiental. A confec??o de seus produtos aumenta sobremaneira a demanda por recursos naturais, principalmente com a extra??o da mat?ria prima, argila. O material cer?mico produzido gera res?duo, como o chamote e a cinza vegetal. O res?duo proveniente do beneficiamento do caulim que ? depositado de forma inadequada degrada o meio ambiente e contamina os mananciais da ?gua e do solo, constituindo dessa maneira, desastres ecol?gicos. O principal objetivo deste trabalho ? desenvolver formula??o de um produto cer?mico constitu?do exclusivamente de res?duos s?lidos industriais, oriundos de telhas cer?micas, (chamote), res?duo de caulim e cinza vegetal. Presume-se que este produto confeccionado em laborat?rio possa ser aproveitado em revestimentos de parede e piso. Pretende-se assim viabilizar a substitui??o das mat?rias-primas da composi??o original de uma massa cer?mica, por res?duos, mantendo-se o processo de produ??o igual ao convencionalmente utilizado, a fim de que as propriedades do produto sejam reproduzidas. No presente trabalho caracteriza-se os res?duos quanto a sua composi??o qu?mica, an?lise de tamanho de part?cula, difra??o de raios X e comportamento t?rmico. Diversas formula??es foram estudadas. A massa de res?duos foi preparada pelo processo via seca com corpos de provas prensados a 25 MPa, posteriormente queimados em forno mufla a 850, 950, 1050 e 1150 ?C. Os resultados obtidos evidenciaram tecnicamente que ? poss?vel se produzir placas cer?micas porosos exclusivamente com res?duos. Verificou-se que as formula??es das massas desempenham um papel fundamental nas propriedades do produto final, assim como as temperaturas de sinteriza??o e taxas de aquecimento. No RN os res?duos de caulim s?o estimados em 15000 t/m?s, a cinza com aproximadamente 3000 t/m?s e o chamote com 10 milh?es pe?as/m?s danificadas. A presen?a de carbonatos de c?lcio e magn?sio em 1050 ?C resulta em uma adequada porosidade e resist?ncia mec?nica. A formula??o M3JE, composta de 69% de res?duo de caulim, 7,7% de chamote e 23,3 % de cinza, se tornou adequado aos materiais porosos, com a resist?ncia mec?nica e absor??o dentro do patamar das normas nacionais e internacionais

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2016-10-06T18:58:26Z No. of bitstreams: 1 2016 - Daniela Pinto Gomes.pdf: 2118994 bytes, checksum: df26092e9f2c17eb3ae1a9ff3e3aad9a (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-06T18:58:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Daniela Pinto Gomes.pdf: 2118994 bytes, checksum: df26092e9f2c17eb3ae1a9ff3e3aad9a (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / CAPES / FAPERJ / This work entitled "Organic farming tomatoes in potponics and greenhouse with irrigation management by controller automatic" aimed to provide information to serve as a recommendation for a new tomato cultivation system potted and greenhouse with respect to inputs water and fertilizer, to ensure a sustainable production, mainly based on the use of residu?rios materials as a source of nutrients and automatic irrigation low cost. The specific objectives of this study were to assess: (a) the effect of different doses of wood ash and castor bean cake in the growth and productivity of tomato culture; and (b) the effect of different irrigation levels on growth and productivity of the tomato crop. Three experiments were conducted from 2013 to 2015 using a randomized block. In 2013, we evaluated the effect of five crecentes doses of wood ash and castor bean cake (160 g of ash and 90 g of castor bean cake per plant, 195 g of ash and 120 g of castor bean cake per plant, 230 g of ash and 140 g of castor bean cake per plant; 265 g of ash and 160 g of castor bean cake per plant, and 300 g of ash and 180 g of castor bean cake per plant) productivity of tomato cultivation. In 2014, in a factorial scheme (3 x 2), evaluated the effect of three wood ash levels (40, 80 and 120 g per plant) and two castor bean cake doses (140 and 280 g per plant) growth and productivity of the tomato crop. In 2015 we evaluated the effect of four irrigation levels (135, 165, 191 and 213 mm) on the growth and productivity of the tomato crop. The results in 2013 showed that the ash doses tested and castor bean cake did not influence the marketable productivity of tomato (1.24 to 1.59 kg per plant (24.8 to 31.8 t ha-1)). In 2014 most of the growth variables were positively influenced by the increase in wood ash and castor bean cake doses. Most marketable yield was obtained with the dose of 280 g of castor bean cake (1.99 kg per plant (39.8 t ha-1)), not significantly influenced by the ash doses. In 2015 most of the growth variables and marketable productivity were negatively with decreasing water depth. The level of 213 mm was responsible for greater marketable productivity (4.04 kg per plant (80.8 t ha-1)). / O presente trabalho intitulado ?Cultivo org?nico de tomate em vasoponia e ambiente protegido com manejo da irriga??o por acionador autom?tico? teve por objetivo proporcionar informa??es que sirvam de recomenda??o para um novo sistema de cultivo de tomate em vaso e em ambiente protegido, com rela??o aos insumos ?gua e fertilizante, visando uma produ??o sustent?vel, baseada principalmente na utiliza??o de materiais residu?rios como fonte de nutrientes e irriga??o automatizada de baixo custo. Os objetivos espec?ficos deste trabalho foram avaliar: (a) o efeito de diferentes doses de cinza e torta de mamona no crescimento e na produtividade da cultura do tomate; e (b) o efeito de diferentes l?minas de irriga??o no crescimento e na produtividade da cultura do tomate. Foram realizados tr?s experimentos no per?odo de 2013 a 2015 utilizando o delineamento experimental em blocos casualizados. Em 2013, avaliou-se o efeito de cinco doses crescentes de cinza e torta de mamona (160 g de cinza e 90 g de torta de mamona por planta; 195 g de cinza e 120 g de torta de mamona por planta; 230 g de cinza e 140 g de torta de mamona por planta; 265 g de cinza e 160 g de torta de mamona por planta; e 300 g de cinza e 180 g de torta de mamona por planta) na produtividade da cultura do tomate. Em 2014, em esquema fatorial (3 x 2), avaliou-se o efeito de tr?s doses de cinza (40, 80 e 120 g por planta) e duas doses de torta de mamona (140 e 280 g por planta) no crescimento e na produtividade da cultura do tomate. Em 2015 avaliou-se o efeito de quatro l?minas de irriga??o (135, 165, 191 e 213 mm) no crescimento e na produtividade da cultura do tomate. Os resultados obtidos em 2013 mostraram que as doses de cinza e torta de mamona n?o influenciaram significativamente a produtividade comercial do tomateiro (1,24 a 1,59 kg por planta (24,8 a 31,8 t ha-1)). Em 2014 a maioria das vari?veis de crescimento avaliadas foram influenciadas positivamente pelo aumento das doses de cinza e torta de mamona. A maior produtividade comercial foi obtida com a dose de 280 g de torta de mamona (1,99 kg por planta (39,8 t ha-1)), n?o sendo influenciada significativamente pelas doses de cinza. Em 2015 a maioria das vari?veis de crescimento e a produtividade comercial foram influenciadas negativamente com a diminui??o da l?mina de irriga??o. A l?mina de 213 mm foi a respons?vel pela maior produtividade comercial (4,04 kg por planta (80,8 t ha-1)).

Abstract The main aim of the European Union’s waste legislation and the corresponding Finnish waste legislation is to reduce the production of waste. Further, the aims of the European Union’s growth strategy are to reduce the production of greenhouse gases, increase the use of renewable energy, and improve energy efficiency. According to the renewed Waste Tax Act, a waste tax has to be paid on all fly ashes that are deposited in landfills in Finland. A large amount of wood- and peat-based fly ashes are formed annually in Finland, and the amount is likely to increase in the future due to the increasing use of renewable energy. Previously, these ashes have mainly been deposited in industrial landfills, but the need to utilize the fly ashes has increased recently due to changes in waste legislation. In this thesis, several issues related to the utilization of wood- and peat-based fly ash were studied, with the general objective of improving the utilization potential of such ashes. As the first stage of this research, the suitability of willow ash for use as a fertilizer was studied. Willow ash would be well suited for use as a fertilizer due to its very high nutrient content. However, cadmium, a heavy metal, was found to be enriched in the ashes of the studied willow species. Due to this, special attention should be paid when choosing willow species for energy production. In the second stage of the research, the possibility of improving the strength development of wood- and peat-based fly ashes, as well as the possibility of stabilizing fly ash containing high amounts of heavy metals via the addition of cement and/or alkali activation, was investigated. Strength development was found to be dependent on the amount of reactive calcium and the ratio between that amount of reactive calcium and the sum of the reactive silicon, aluminum, and sulfur (Ca/(Si + Al + S)). The studied methods performed well in terms of stabilizing barium, copper, lead, and zinc. During the next stage, the effect of different chemical digestion methods, which are regulated by the Finnish waste legislation, on the utilization potential of fly ash was studied. The digestion method had a significant impact on the results of the potassium content analysis, which could affect the possibility of using fly ash as a fertilizer. As the final stage of the research, the co-granulation of ash with sewage sludge and lime was studied. From a technical point of view, the co-granulation was successful, although the compressive strength of the granules was low. Additionally, an insufficient nitrogen content was achieved with a sludge addition of 20-40 weight%. / Tiivistelmä Euroopan unionin jätelainsäädännön ja sitä vastaavan suomalaisen lainsäädännön tavoitteena on ehkäistä jätteiden muodostumista. Euroopan Unionin kasvustrategian tavoitteena on vähentää kasvihuonekaasupäästöjä, lisätä uusiutuvan energian käyttöä ja parantaa energiatehokkuutta. Uudistetun jäteverolain mukaan kaikista kaato-paikoille sijoitetuista lentotuhkista tulee Suomessa maksaa jäteveroa. Suomessa puu- ja turveperäisiä lentotuhkia muodostuu vuosittain suuria määriä ja määrä tulee vielä kasvamaan uusiutuvan energiankäytön lisääntyessä. Aiemmin nämä tuhkat ovat päätyneet pääasiassa läjitykseen teollisuuden kaatopaikoille, mutta muuttuneen jätelainsäädännön seurauksena tarve hyödyntää lentotuhkia on lisääntynyt. Tässä väitöstyössä tutkittiin puu- ja turveperäisten tuhkien hyödyntämiseen liittyviä kysymyksiä. Työn yleistavoitteena oli parantaa tuhkien hyödyntämis-mahdollisuuksia. Tutkimuksen ensimmäisessä vaiheessa tutkittiin pajutuhkan soveltuvuutta lannoitteeksi. Pajutuhka soveltuisi hyvin lannoitteeksi erittäin hyvien ravinne-pitoisuuksien ansiosta. Raskasmetalleista kadmiumin havaittiin kuitenkin rikastuvan tutkittujen pajulajien tuhkiin. Tähän tulisi kiinnittää erityishuomiota, kun pajulajeja valitaan energiantuotantoa varten. Tutkimuksen toisessa vaiheessa selvitettiin mahdollisuutta parantaa turpeen ja puun lentotuhkien lujittumista sekä raskasmetallipitoisen lentotuhkan stabiloimista sementtilisäyksen ja/tai alkaliaktivoinnin avulla. Lujuuden kehitys riippui reaktiivisen kalsiumin määrästä sekä reaktiivisen kalsiumin määrän ja reaktiivisten piin, alumiinin ja rikin määrien summan välisestä suhteesta (Ca/(Si + Al + S)). Tutkitut menetelmät toimivat hyvin bariumin, kuparin, lyijyn ja sinkin stabiloinnissa. Seuraavassa vaiheessa selvitettiin Suomen lainsäädännössä määritettyjen kemiallisten hajotusmenetelmien vaikutusta tuhkan hyödyntämispotentiaaliin. Hajotusmenetelmällä oli suuri merkitys kaliumin pitoisuutta määritettäessä, mikä voi vaikuttaa lentotuhkan hyödynnettävyyteen lannoitteena. Viimeisessä vaiheessa tutkittiin tuhkan yhteisrakeistusta lietteen ja kalkin kanssa. Teknisesti yhteisrakeistus onnistui hyvin, mutta rakeiden puristuslujuus oli alhainen. Lisäksi 20 - 40 paino% lietelisäyksellä ei rakeisiin saatu riittävän korkeaa typpipitoisuutta.

Im Zuge der zunehmenden energetischen Holznutzung fällt vermehrt Holzasche als Abfallprodukt an. Obwohl die Asche potenziell für die Nährstoffrückführung in Wälder genutzt werden könnte, findet dies in Deutschland aktuell kaum statt, da negative ökologische Auswirkungen befürchtet werden, die Handhabbarkeit von Holzasche schwierig ist und hinsichtlich des Nährstoffhaushalts der Wälder keine Notwendigkeit gesehen wird. Durch eine Verarbeitung der Asche zu Rinde-Asche-Pellets (RIA-Pellets) sollte die ökologische Verträglichkeit erhöht und die Handhabbarkeit verbessert werden. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde untersucht, wie RIA-Pellets auf bodenchemische Parameter sowie den Ernährungszustand der Bäume wirken. Dazu wurden zwei Versuchsflächen in der Oberlausitz (Ostsachsen) etabliert: ein 38-jähriger Kiefernbestand auf einem Braunerde-Podsol aus eiszeitlichem Elbschotter im Tiefland sowie drei Fichtenbestände im Alter von 36 bis 49 Jahren auf einer Braunerde aus Lösslehm über Granodioritzersatz im Hügelland. Im Jahr 2011 wurde eine Behandlung mit 4 t ha-1 RIA-Pellets durchgeführt und auf dem Hügellandsstandort zusätzlich eine Vergleichsvariante mit 3,5 t ha-1 Dolomitkalk angelegt. Daraufhin wurden bodenchemische Parameter (pH-Wert, AKe, Nährstoff-Gesamtgehalte, C/N-Verhältnis) sowie Nadelspiegelwerte der Bäume untersucht. Außerdem wurde der zu erwartende Nährstoffverlust mittelalter Nadelholzbestände im Rahmen der Durchforstungen in den kommenden 20 Jahren abschätzend quantifiziert und den sonstigen Stoffflüssen der untersuchten Standorte gegenübergestellt. Auf dem sorptionsschwachen Tieflandsstandort mit Kiefer führten RIA-Pellets in einer Dosis von 4 t ha-1 innerhalb von zwei Jahren zu einer moderaten Erhöhung des pH-Werts um 0,6 Einheiten, einer Zunahme der Kationenaustauschkapazität von 267 auf 338 mmolc kg-1 sowie einer Erhöhung der Basensättigung von 45 auf 90 %. Zudem war eine signifikante Erhöhung der Gesamtgehalte von Ca, Mg und Mn zu verzeichnen. Auf dem sorptionsstarken Boden des Hügellandsstandort mit mittelalten Fichtenbeständen hatte die gleiche Dosis von RIA-Pellets ebenfalls zwei Jahre nach der Ausbringung zu wesentlich geringeren Effekten geführt. Zwar war auch hier ein pH-Anstieg um 0,3 Einheiten zu verzeichnen. Die RIA-Pellets beeinflussten jedoch die AKe und die Basensättigung nicht und die Nährstoff-Gesamtgehalte nur bei Ca und Mn. Alle Effekte waren auf beiden Versuchsflächen auf die Humusauflage begrenzt. Im Vergleich zu einer Kalkung trat die Wirkung der RIA-Pellets langsamer ein und fiel geringer aus. Die Behandlung mit RIA-Pellets führte nach zwei Jahren zu keiner Veränderung der Nadelspiegelwerte auf beiden Versuchsflächen. Die Untersuchung der oberirdischen Bestandesbiomasse zeigte, dass bereits mittelalte Nadelbaumbestände im Rahmen von Durchforstungen bei intensiven Aushaltungsszenarien erhebliche Nährstoffentzüge zu verkraften haben. So stieg die Biomasseentnahme bei Vollbaumnutzung gegenüber konventioneller Nutzung nur um den Faktor 1,3, während die Nährstoffentzüge um den Faktor 1,8 (Ca) bis 4,0 (P, Kiefer) stiegen. Die Nährstoffzusammensetzung der RIA-Pellets unterschied sich aufgrund der Herkunft der Asche (Verbrennung von Rinde und Holz in einem Sägewerk) von der eines Vollbaums. Daher läge der Kompensationsbedarf für die Nährstoffentzüge in den nächsten 20 Jahren bei Vollbaumnutzung im Kie-fernbestand bei 0,7 (Ca) bis 2,0 t ha-1 (P) und im mittelalten Fichtenbestand bei 1,3 (Ca) bis 12,8 t ha-1 (P). Der Vergleich der drei untersuchten unterschiedlich alten Fichtenbestände hat gezeigt, dass der Waldrestholzanteil und somit auch die zusätzliche Biomasse- und Nährstoffentnahme umso höher ist, je jünger bzw. geringer dimensioniert der Bestand ist. Die Betrachtung von Kiefern- und Fichtenbestände zeigte baumartenspezifische Unterschiede bei der Verteilung der oberirdischen Bestandesbiomasse auf die einzelnen Biomassekompartimente sowie der Nährstoffgehalte in den jeweiligen Kompartimenten. Die überschlägigen Nährstoffbilanzen für beide Versuchsflächen haben gezeigt, dass die Nährstoffentzüge mit der geernteten Biomasse bei Vollbaumnutzung in einer ähnlichen Größenordnung lagen, wie die Verluste mit dem Sickerwasser und die Festlegung im Biomassezuwachs. Auch ohne die Berücksichtigung von Nährstoffentzügen mit der Biomassenutzung wiesen die Standorte aufgrund des Nachwirkens historischer Säureeinträge bereits negative Stoffbilanzen für Ca und Mg auf. Die vorliegende Arbeit verdeutlicht, dass die Holzascherückführung in Wälder keinen drastischen Eingriff in die Stoffflüsse natürlicher Ökosysteme darstellt. Vielmehr handelt es sich um den Versuch, die Folgen der aktuellen menschlichen Aktivitäten im Bereich intensiver Biomassenutzung zumindest hinsichtlich der Nährstoffnachhaltigkeit abzumildern. Die intensive Biomassenutzung reiht sich dabei als eine weitere Form menschlichen Eingreifens in die Stoffflüsse des Ökosystems Wald in eine seit Jahrhunderten stattfindende Nutzungs- und damit Störungsgeschichte durch Streunutzung, Waldumbau zu Nadelholzforsten und atmosphärische Säure- und Stoffeinträge ein.:Inhalt 1 Einleitung 1 2 Stand des Wissens 3 2.1 Entwicklung der energetischen Holznutzung in Deutschland 3 2.2 Waldrestholznutzung in Deutschland und Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit 5 2.2.1 Waldrestholznutzung in Deutschland 5 2.2.2 Auswirkungen der Walrestholznutzung auf das Waldökosystem 6 2.3 Bodenmelioration mit Holzasche 7 2.3.1 Eigenschaften von Holzasche 7 2.3.2 Gesetzliche Bestimmungen zur Verwendung von Holzasche als Dünger 10 2.3.3 Erfahrungen mit der Holzascheverwendung im Wald 11 2.3.4 Aktuelles Holzascheaufkommen in Deutschland 12 2.3.5 Veredelung von Holzasche 16 3 Forschungsrahmen und Hypothesen 20 4 Material und Methoden 22 4.1 Untersuchungsgebiet Oberlausitz 22 4.2 Versuchsflächen 22 4.2.1 Laußnitz 22 4.2.2 Neusalza-Spremberg 25 4.3 Versuchsanlage 28 4.3.1 Laußnitz 28 4.3.2 Neusalza-Spremberg 29 4.3.3 Eigenschaften der RIA-Pellets und des Dolomit-Kalkes 30 4.4 Bodenuntersuchungen 32 4.4.1 Probenvorbereitung 32 4.4.2 Chemische Analysen der Bodenproben 33 4.5 Nadeluntersuchungen 34 4.5.1 Probenvorbereitung 34 4.5.2 50- und 100-Nadelgewicht 34 4.5.3 Elementgehalte der Nadeln 34 4.6 Untersuchung der oberirdischen Bestandesbiomasse 35 4.6.1 Waldwachstumskundliche Charakterisierung 35 4.6.2 Oberirdische Bestandesbiomasse und ihre Verteilung auf Baumkompartimente 35 4.6.3 Bestimmung der Elementgehalte in den Kompartimenten 37 4.6.4 Biomassefunktionen 38 4.6.5 Nährstoffbilanz 38 4.7 Statistische Auswertung 40 4.7.1 Boden- und Nadelanalysen 40 4.7.2 Ausreißeridentifikation bei den AKe-Daten 41 5 Ergebnisse 42 5.1 Veränderung bodenchemischer Parameter durch RIA-Pellets und Kalk 42 5.1.1 Laußnitz 42 5.1.2 Neusalza-Spremberg 53 5.2 Veränderung der Nadelspiegelwerte durch RIA-Pellets und Kalkung 65 5.2.1 Auswirkungen der RIA-Behandlung auf die Kiefernnadeln in Laußnitz 65 5.2.2 Auswirkungen der Behandlungen auf die Fichtennadeln in Neusalza-Spremberg 70 5.3 Biomasse- und Nährstoffentzug durch intensive Biomassenutzung 74 5.3.1 Oberirdische Bestandesbiomasse 74 5.3.2 Nährstoffgehalte in den Kompartimenten 83 5.3.3 Biomasse- und Nährstoffentzug bei unterschiedlichen Nutzungsszenarien 86 5.3.4 Entzugsbedingter kompensatorischer Nährstoffbedarf 92 5.3.5 Nährstoffbilanz zur Abschätzung des Nährstoffkompensationsbedarfs auf ökosystemarer Ebene 95 6 Diskussion 99 6.1 Einfluss von RIA-Pellets auf bodenchemische Eigenschaften 99 6.1.1 Prüfung von Hypothese 1 99 6.1.2 Prüfung von Hypothese 2 103 6.1.3 Vergleich der Wirkung von RIA-Pellets auf bodenchemische Eigenschaften auf den beiden Versuchsflächen 105 6.1.4 Methodenkritik zur Untersuchung des Einflusses von RIA-Pellets auf bodenökologische Parameter 107 6.1.5 Nährstofffreisetzung aus den RIA-Pellets 108 6.2 Einfluss der Behandlung mit RIA-Pellets auf den Ernährungszustand 109 6.2.1 Prüfung von Hypothese 3 109 6.2.2 Methodenkritik zur Untersuchung des Einflusses von RIA-Pellets auf den Ernährungszustand 110 6.3 Nährstoffentzug durch intensive Biomassenutzung 111 6.3.1 Prüfung von Hypothese 4 111 6.3.2 Methodenkritik zu Biomasseschätzung und Nährstoffbilanz 117 7 Synthese und Schlussfolgerungen 120 8 Zusammenfassung 123 9 Summary 125 10 Literaturverzeichnis 127 11 Erklärung zur Eröffnung des Promotionsverfahrens 135 12 Abbildungsverzeichnis 136 13 Tabellenverzeichnis 140 14 Abkürzungsverzeichnis 143 15 Anhang 145