11.50 Düngungs- und weitere Effekte von Gärprodukten

Düngungs- und weitere
Effekte von Gärprodukten
Bodeneigenschaften,
Unkrautsamen, Krankheitserreger
Dr. Markus Gansberger
Institut für Saat- und Pflanzgut, Pflanzenschutzdienst
und Bienen
Vorstellung des Forschungsprojektes
„Untersuchungen zur Verbreitungsgefahr von
samenübertragbaren Krankheiten, Unkräutern
und austriebsfähigen Pflanzenteilen mit
Fermentationsendprodukten aus
Biogasanlagen“
Projektteam: Charlotte Leonhardt*, Manfred Weinhappel*, Markus
Gansberger*, Anton Brandstetter**, Harald Schally**, Erwin
Pfundtner*
* AGES; ** Landwirtschaftskammer Niederösterreich;
Dem Bundesministerium für Land- und
Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft
sei für die Finanzierung des Projekts herzlich
gedankt.
Einleitung
Problemstellung
Über nachwachsende Rohstoffe gelangen auch
keimfähige Unkraut- und Kultursamen, Pilzsporen etc. in
den Fermenter der Biogasanlage.
Suche nach Verwertungsmöglichkeit für nicht
vermarktungstaugliche Chargen
Im Falle der Unterliegung des Düngemittelrechts ist die
Einwandfreiheit im Hinblick auf keimfähige und
austriebsfähige Organismen notwendig.
Nicht vollständige wissenschaftliche Bearbeitung der
Hygienisierung in Fermentationsprozessen
Einleitung
Zielsetzung
Beurteilung des Hygienisierungsgrades des
Gärrückstandes auf ausgewählte Unkraut-/Kultursamen
und pilzliche Schaderreger
Beurteilung der aktuellen Hygienisierungssituation von
Fermentationsendprodukten aus Biogasanlagen
Erlangung der Expertise zur Risikobeurteilung über die
nachhaltige Kontamination von Ackerböden durch
Fermentationsendprodukte
Material und Methode
Ausgewählte Pathogene und Fruchtarten
Tilletia caries (Weizensteinbrand)
Tilletia controversa (Zwergsteinbrand)
Ustilago maydis (Maisbeulenbrand)
Fusarium spp. (Fusarium)
Sclerotinia sclerotiorum (Weißstengeligkeit)
Ausgewählte Fruchtarten
Zea mays (Mais)
Triticum aestivum (Weizen)
Trifolium pratense (Rotklee)
Material und Methode
Ausgewählte Unkräuter
Avena fatua (Flughafer)
Rumex obtusifolius (Stumpfblättriger
Ampfer)
Atriplex patula (Spreizende Melde)
Bromus sp. (Trespe)
Galium aparine (Kletten – Labkraut)
Amaranthus sp. (Amaranth)
Elytrigia repens (Acker - Quecke)
Chenopodium album (Weißer Gänsefuß)
Echinochloa crus-galli (Hühnerhirse)
Polygonum lapathifolium (Ampfer –
Knöterich)
Ambrosia artemisiifolia (Traubenkraut)
Capsella bursa-pastoris (Hirtentäschel)
Material und Methode
Hygienisierung von Pathogenen, Unkraut- und
Kultursamen im Labor
Material und Methode
Hygienisierung von Pathogenen,
Unkrautsamen im Fermenter
Anlage A
Anlage B
Anlage C
Material und Methode
Einbringung der Proben in den Fermenter
Material und Methode
Lebensfähigkeitsprüfung ausgewählter
Pathogene vor und nach der Hygienisierung
Tab. 1: Methoden zur Ermittlung der Lebensfähigkeit [%] von ausgewählten
Pathogenen
Tilletia
Suspension aus dest. Wasser und Sporen, AA, 14
caries
Tage 20°C, L/D-NUV; 3 Agarplatten/Variante
Tilletia
controvers
a
Suspension aus dest. Wasser und Sporen, AA, 2
Monate 5°C, L/D-NUV; 3 Agarplatten/Variante
Ustilago
maydis
Suspension aus destilliertem Wasser und Sporen;
PDA; 3 Tage 20°C D; 3 Agarplatten/Variante
Fusarium
spp.
10 Min. 1 % NaOCl; PDA; 6 Tage 20°C D; 2 Tage
20°C L/D-NUV; 4 x 50 Samen
Sclerotinia 5 Min. 5 % NaOCl; Quarzsand angefeuchtet; 2
sclerotioru Monate 4°C D und 1 Monat 20°C L/D-NUV; 8 x 5
m Quantifizierung
Sklerotien
Auszählung gekeimter und nicht gekeimter Sporen (30 Gesichtsfelder /
Variante); befallener u. nicht befallener Samen; lebensfähiger u. nicht
lebensfähiger Sklerotien
Material und Methode
Künstliche Infektion von Triticum aestivum
und Zea mays mit ausgewählten
Pathogenen am Feld nach der
Hygienisierung
Material und Methode
Keimfähigkeitsprüfung ausgewählter Unkrautu. Kulturarten vor und nach der
Hygienisierung
lt. ISTA (International Seed Testing Association) – soweit
vorhanden: andernfalls modifizierte Methoden
Quantifizierung:
4 x 50 Samen - Auszählung gekeimte und tote Samen - Ausweisung
der Keimfähigkeit in Prozent
Ergebnisse
Hygienisierung von Pathogenen im Labor
Tab. 2: Lebensfähigkeit [%] ausgewählter Pathogene nach verschiedenen
Verweilzeiten im mesophilen Temperaturbereich bei 35°C
VWZ: 10 VWZ: 1 VWZ: 1
Kontrolle Stunden
Tag
Woche
VWZ: 3
Wochen
VWZ: 2
Monate
Tilletia caries
37,3%
15,0%
0%
0%
0%
Tilletia controversa
29,0%
9,2%
0%
0%
0%
Fusarium spp.
72,5%
0%
0%
0%
0%
Ustilago maydis
96,0%
0%
0%
0%
0%
Sclerotinia
sclerotiorum
27,5%
0%
0%
0%
0%
VWZ…Verweilzeit
4,0%
Ergebnisse
Hygienisierung von Pathogenen im Labor
Tab. 3: Lebensfähigkeit [%] ausgewählter Pathogene nach verschiedenen
Verweilzeiten im thermophilen Temperaturbereich bei 50°C
Kontrolle
VWZ: 1
Tag
VWZ: 1
Woche
VWZ: 3
Wochen
VWZ: 2
Monate
Tilletia caries
37,3%
0%
0%
0%
0%
Tilletia controversa
29,0%
0%
0%
0%
0%
Fusarium spp.
72,5%
0%
0%
0%
0%
Ustilago maydis
96,0%
0%
0%
0%
0%
Sclerotinia
sclerotiorum
VWZ…Verweilzeit
27,5%
0%
0%
0%
0%
Ergebnisse
Hygienisierung von Pathogenen im Fermenter
Tab. 4: Lebensfähigkeit [%] ausgewählter Pathogene nach verschiedenen
Verweilzeiten im Fermenter
Kontrolle
VWZ: 3
Tage
VWZ: 1
Woche
VWZ: 3
Wochen
VWZ: 2
Monate
Tilletia caries
37,3%
0%
0%
0%
0%
Tilletia controversa
29,0%
0%
0%
0%
0%
Fusarium spp.
72,5%
0%
0%
0%
0%
Ustilago maydis
96,0%
0%
0%
0%
0%
Sclerotinia sclerotiorum *)
27,5%
0%
0%
0%
0%
VWZ…Verweilzeit
*) Bei der Biogasanlage A wurden keine Sklerotien von Sclerotinia sclerotiorum eingebracht bzw. getestet.
Ergebnisse
Künstliche Infektion von Triticum aestivum
mit Tilletia caries am Feld nach der
Hygienisierung
D
D
C
C
B
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
B
P O S T- H O C - T E S T
(Bonferroni):
H0: es gibt keinen
U n t e r s c h i e d
zwischen den
Prüfvarianten
H 0 w u r d e
verworfen; p (0,000)
< 0,05
Abb. 1: Künstliche Infektion von Triticum aestivum mit lebensfähigen und in
Fermenter eingebrachte Sporen von Tilletia caries am Versuchsfeld in Grossnondorf
und Grabenegg
Ergebnisse
Künstliche Infektion von Zea mays mit
Ustilago maydis am Feld nach der
Hygienisierung
Abb. 2: Künstliche Infektion von Zea mays mit lebensfähigen und in Fermenter
eingebrachte Sporen von Ustilago maydis am Versuchsfeld in Grabenegg
Ergebnisse
Hygienisierung von Unkraut- und Kultursamen
im Labor
Tab. 5: Keimfähigkeit [%] ausgewählter Unkrautsamen nach verschiedenen
Verweilzeiten im mesophilen Temperaturbereich bei 35°C
Kontroll
e
VWZ:
10h
VWZ: 1d
VWZ: 3d
VWZ:
1W
VWZ:
3W
VWZ:
2M
Avena fatua
54,0%
43,5%
1,5%
0%
0%
0%
0%
Rumex obtusifolius
64,0%
-N-
37,5%
14,0%
0%
0%
0%
Atriplex patula
15,0%
-N-
6,0%
6,0%
0%
0%
0%
Bromus sp.
96,0%
14,0%
0%
0%
0%
0%
0%
Galium aparine
94,0%
48,0%
0%
0%
0%
0%
0%
Amaranthus sp.
85,0%
-N-
68,5%
47,0%
0%
0%
0%
Elytrigia repens
59,0%
48,5%
0%
0%
0%
0%
0%
Chenopodium album
76,0%
-N-
76,0%
19,0%
3%
0%
0%
Echinochloa crus-galli
8,0%
-N-
30,0%
5,0%
0%
0%
0%
Polygonum lapathifolium
94,0%
-N-
94,0%
92,5%
0%
0%
0%
Ambrosia artemisiifolia
96,0%
86,0%
9,0%
0%
0%
0%
-N-
Capsella bursa pastoris
40,0%
0%
0%
0%
0%
0%
-N-
Stellaria media
38,5%
0%
0%
0%
0%
0%
-N-
Zea mays
99,0%
65,0%
5,0%
0%
0%
0%
-N-
Triticum aestivum
93,0%
51,5%
0%
0%
0%
0%
-N-
Ergebnisse
Zeitlicher Verlauf der Hygienisierung von
Chenopodium album im Labor
y = 0,0048x4 - 0,2703x3 + 4,1388x2 - 24,647x + 51,919
gekeimte Samen
50
R2 = 0,9503
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Verweilzeit [Tage]
Abb. 3: Zeitlicher Verlauf der Hygienisierung von Chenopodium album im
mesophilen Temperaturbereich bei 35°C
9
Ergebnisse
Hygienisierung von Unkrautsamen im Labor
Tab. 6: Keimfähigkeit [%] ausgewählter Unkrautsamen nach verschiedenen
Verweilzeiten im thermophilen Temperaturbereich bei 50°C
Kontrolle
VWZ: 1
Tag
VWZ: 1
Woche
VWZ: 3
Wochen
VWZ: 2
Monate
Avena fatua
54,0%
0%
0%
0%
0%
Rumex obtusifolius
64,0%
0%
0%
0%
0%
Atriplex patula
15,0%
0%
0%
0%
0%
Bromus sp.
96,0%
0%
0%
0%
0%
Galium aparine
94,0%
0%
0%
0%
0%
Amaranthus sp.
85,0%
0%
0%
0%
0%
Elytrigia repens
59,0%
0%
0%
0%
0%
Chenopodium album
76,0%
0%
0%
0%
0%
Echinochloa crus-galli
8,0%
0%
0%
0%
0%
Polygonum lapathifolium
94,0%
0%
0%
0%
0%
VWZ…Verweilzeit
Ergebnisse
Hygienisierung von Unkrautsamen im
Fermenter
Abb. 4: Keimfähigkeit [%] ausgewählter Unkrautsamen nach 3-tägiger
Verweilzeit im Fermenter
Ergebnisse
Keimfähigkeit [%]
Hygienisierung von Unkrautsamen im
Fermenter
Polygonum lapathifolium
100%
Chenopodium album
80%
Amaranthus sp.
60%
Rumex obtusifolius
40%
Echinochloa crus-galli
20%
0%
Kontrolle
Anlage A
Anlage B
Anlage C
Abb. 5: Keimfähigkeit [%] ausgewählter Unkrautsamen nach 7-tägiger
Verweilzeit im Fermenter
Schlussfolgerung
Alle im Projekt untersuchten Pathogene verloren bereits nach
k u r z f r i s t i g e m Ve r w e i l e n i m F e r m e n t a t i o n s s u b s t r a t d i e
Lebensfähigkeit. Zusätzlich durchgeführte Feldversuche
untermauerten dies weiters.
Alle eingebrachten Unkrautsamen verloren spätestens nach einer
dreiwöchigen Verweilzeit im Fermenter vollständig die
Keimfähigkeit.
Die Temperatur im Substrat sowie die Verweilzeit haben einen
erheblichen Einfluss auf die Hygienisierung.
Ergebnisse der Laborversuche korrelieren in hohem Maß mit jenen
aus den Biogasanlagen.
Im Hinblick auf die im Projekt untersuchten Pathogene und
Samenarten kann das Risiko einer Ausbreitung durch
Vorstellung des Forschungsprojektes
Wirkung von Biogasgülle/Gärrückstand auf
verschiedene Bodenparameter
Projektteam: Georg Dersch*, Manfred Swoboda **
* AGES; ** ARGE Kompost & Biogas NÖ;
Die Untersuchungen wurden im
Auftrag von ARGE Kompost &
Biogas NÖ durchgeführt.
Dem Land NÖ sei für die
Unterstützung des Projekts herzlich
gedankt.
Material und Methode
Vergleich von 8 Standorte in NÖ (Nordosten,
Alpenvorland, Waldviertel)
•  mit regelmäßiger Ausbringung von Biogasgülle aus
NaWaRo-Anlagen (BGG) und von Gärrückständen aus
Abfallanlagen (GRS)
•  mit standorttypischen Referenzflächen
3 Beprobungstermine (Herbst/Winter 2007/08, Frühjahr
2011 und 2012) etwa 3-4 Wochen nach der Düngung
Untersuchung der Bodenparameter im Labor der AGES
nach ÖNORM-Methoden
Ergebnisse
Bodenparameter der Referenz- u.
Untersuchungsflächen
Tab. 7: Korngrößenverteilung, Ton- und Kalkgehalt sowie Schwermetall- bzw.
Spurennährstoffgehalte
Ergebnisse
Bodenparameter der Referenz- u.
Untersuchungsflächen
Tab. 8: Säuregrad und Nährstoffgehalte
Ergebnisse
Bodenparameter der Referenz- u.
Untersuchungsflächen
Tab. 9: Austauschbare Kationen, Aggregatstabilität und elektr. Leitfähigkeit
Schlussfolgerung
Schwermetallgehalte liegen in üblichen
Gehaltsbereichen. Keine signifikanten Unterschiede
zwischen Untersuchungs- und Referenzflächen.
BGG/GRS Düngung führten zu einer Steigerung des NNachlieferungspotenzials und der pflanzenverfügbaren
und austauschbaren K-Gehalte.
Tendenzielle Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit
Empfehlung:
Durch regelmäßige Bodenuntersuchungen kann eine
nachhaltigere Gärrest Verwertung erreicht werden, wenn
gezielt Flächen mit höheren N- und K-Bedarf ausgewählt
werden.
Dr. Markus Gansberger
Senior Expert
AGES – Österreichische Agentur für
Gesundheit
und Ernährungssicherheit GmbH
Spargelfeldstraße 191
A-1220 Wien
T +43 (0) 50 555-34840
[email protected]
www.ages.at