Forschungs- und Innovationsprojekt
Pflanzenkohle in Baumsubstraten

Baumsubstrate für die Pflanzung von Stadtbäumen werden in erster Linie durch ihre physikalischen Eigenschaften definiert. An die chemischen und biologischen Eigenschaften der Substrate werden kaum Anforderungen gestellt. Im Vordergrund steht, dass die Substrate dauerhaft struktur- und verdichtungsstabil sind und eine hohe Luft- und Wasserkapazität sowie eine ausreichende Wasserdurchlässigkeit besitzen. Die Substrate bestehen daher größtenteils aus grobkörnigen mineralischen Komponenten und enthalten nur wenig organische Substanz.

Die Zusammensetzung der Baumsubstrate hat zur Folge, dass sie Nährstoffe oftmals nur schlecht speichern können und dass die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Substrat gering ist. Eine ausreichende Nährstoffversorgung der Bäume ist daher häufig nicht gewährleistet.

Pflanzenkohlen, die durch Pyrolyse von organischen Ausgangsmaterialien erzeugt werden, könnten aufgrund ihrer hohen Sorptionskapazität für Wasser und Nährstoffe, ihrer ausgeprägten Abbaustabilität und der beobachteten positiven Effekte auf die Nährstoffspeicherung und Nährstoffverfügbarkeit in Böden eine geeignete Komponente sein, um die Nährstoffsituation in Baumsubstraten langfristig zu verbessern.

In Abhängigkeit von der eingesetzten Biomasse und den Herstellungsbedingungen können Pflanzenkohlen allerdings deutlich unterschiedliche chemische und physikalische Eigenschaften aufweisen. Außerdem wird die Pflanzenkohle bei der Anwendung in Böden und Substraten normalerweise nicht pur zugegeben, sondern mit anderen organischen Materialien vermischt oder vorher mit Nährstoffen aufgeladen. Es ist daher anzunehmen, dass die Qualität und die Wirkung verschiedener Pflanzenkohleprodukte erheblich variieren können.

Im Projekt wird untersucht, ob Pflanzenkohlen einen geeigneten Zuschlagstoff darstellen, um die chemischen Eigenschaften von Baumsubstraten zu verbessern.

Mithilfe von Laboruntersuchungen werden die chemischen Eigenschaften sowie die Stabilität von verschiedenen derzeit im Handel erhältlichen Pflanzenkohlen verglichen. In Ergänzung zu dieser Materialcharakterisierung wird in einem Topfversuch unter Freilandbedingungen überprüft, ob die Zumischung von Pflanzenkohle die Nährstoffverfügbarkeit in einem Baumsubstrat im Vergleich zu der herkömmlichen organischen Komponente Kompost verbessert.

1. Chemische Charakterisierung von 16 kommerziell hergestellten Pflanzenkohlen

1.1. Pflanzenkohlen
Untersuchung von Pflanzenkohlen verschiedener Hersteller. Die Pflanzenkohlen wurden aus unterschiedlichen Ausgangsmaterialien und in unterschiedlichen Pyrolyseanlagen produziert. Die Auswahl umfasst ausschließlich kommerziell hergestellte Pflanzenkohlen, die in größeren Mengen und einheitlicher Qualität für eine Anwendung in Baumsubstraten zur Verfügung stehen.

1.2. Laboranalysen
- pH-Wert
- Salzgehalt
- Carbonatgehalt
- Organischer Kohlenstoffgehalt
- Löslicher Phosphor- und Kaliumgehalt
- Kationenaustauschkapazität
- Thermische Stabilität

2. Topfversuch im Freiland zur Untersuchung des Einflusses von Pflanzenkohle auf die chemischen Eigenschaften eines Baumsubstrats

2.1. Substratmischungen
Zugabe von unterschiedlichen Arten und Mengenanteilen von aufgeladener Pflanzenkohle und Pflanzenkohle-Kompost-Mischungen zu einem den FLL-Richtlinien entsprechenden mineralischen Baumsubstrat. Insgesamt werden acht Substratmischungen mit Pflanzenkohle getestet. Als Referenz dient eine Variante mit Kompost als organischer Komponente.

2.2. Untersuchungen
Zu Beginn, in der Mitte und am Ende des mehrmonatigen Versuchszeitraums werden der pH-Wert, der Salzgehalt sowie die Gehalte an löslichen Nährstoffen in den Substraten ermittelt. Zusätzlich wird an den jeweiligen Messterminen eine Analyse der Kohlenstoff-Zusammensetzung durchgeführt und die Kationenaustauschkapazität bestimmt.