Die Eluate des mikrobiellen Abbaus organischer Massen in ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer Kopplung mit freigesetzten Asche-Anteilen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden die weiteren Veränderungen von Bioabfall-Kompost und seinen Mischungen mit Löss unter Freilandbedingungen in Feldlysimetern betrachtet. Die Untersuchungen erstrecken sich auf die Kompost-Mischungen und ihre wässrigen Eluate. Die Bestimmung bodenphysikalischer und bodenchemischer Eigenschaften der Substrate und der Anbau von Nutzpflanzen erlauben Aussagen zur langfristigen Wirkung der Anwendung von Bioabfall-Komposten auf die Bodenfruchtbarkeit. In den wässrigen Eluaten werden organische Stoffgruppen anhand ihrer Molekülgröße, chemischer Eigenschaften und struktureller Merkmale fraktioniert und auf ihre Kopplung mit Asche-Bestandteilen hin untersucht. Die über dreijährige Erfassung der mit dem Sickerwasser aus dem System Lysimeter ausgewaschenen Stofffrachten ermöglicht Vorhersagen zur langfristigen Freisetzung von organischen Stoffgruppen und Salzen aus Bioabfall-Komposten und seinen Mischungen mit Löss. Die organische Substanz stellt einen der wertgebenden Bestandteile der überwiegend in der Landwirtschaft als organischer Sekundärrohstoffdünger eingesetzten Bioabfall-Komposte dar. Organische Verbindungen und hier insbesondere die als stabil angesehenen Huminstoffe beeinflussen auf vielfältige Art und Weise Lösungs- und Transportprozesse in Böden. Die Untersuchungen zeigen, dass die eingesetzten Bioabfall-Komposte hinsichtlich ihrer bodenphysikalischen Eigenschaften nur geringen weiteren Veränderungen unterliegen. Die Lösszugabe fördert die Aktivität der organischen Substanz, was sich beispielsweise in der Zunahme der potenziellen Kationen-Austauschkapazität und des Biomasse-C-Gehaltes der organischen Substanz ausdrückt. Die prozentualen Gehalte an organischem Kohlenstoff unterliegen im Verlauf der Freilandversuche nur geringen weiteren Veränderungen. Dagegen sinken die prozentualen Glühverluste der Substrate, was auf eine Zunahme des Kohlenstoff-Anteils in der organischen Substanz hinweist. Die hohen Salzbelastungen in den Eluaten der Komposte unterliegen zu Beginn der Freiland versuche aufgrund ihrer Auswaschung einer raschen Abnahme. Während die leichtlöslichen Salze, insbesondere Chloride, nahezu komplett ausgewaschen werden, stellen sich für langfristig nachlieferbare Salze Gleichgewichtskonzentrationen im Sickerwasser ein. Die Konzentrationen an C-, N- und P-Verbindungen im Sickerwasser steigen in der Versuchszeit an. Die Art und die Menge der in den wässrigen Eluaten gelösten organischen Verbindungen wird durch das Alter der Komposte und die Beimischung von Löss deutlich beeinflusst. Die Fraktionierung der in den wässrigen Eluaten gelösten organischen Substanz mit den Methoden der Ultrafiltration und Gel-Chromatographie ergibt zwei oder drei Molekülgrößen-Fraktionen. Aus der Molekülgrößen-Fraktion > 50.000 u können Huminsäuren und Fulvosäuren isoliert werden. Ein Vergleich verschiedener Fraktionierungs- und Anreicherungsverfahren legt die Vermutung des Vorhandenseins supramolekularer Huminstoff-Systeme nahe. Die anorganischen Bestandteile in den wässrigen Eluaten sind nur zu einem geringen Teil an organische Verbindungen gekoppelt. Während von den untersuchten Anionen nur Silikat und Phosphat in nennenswertem Umfang bei den durchgeführten Trennverfahren mit der organischen Substanz zurückgehalten werden, sind die untersuchten Kationen bis auf Eisen überwiegend als "freie" Kationen in Lösung. Die Affinität der untersuchten Kationen zu den gelösten Huminstoff-Systemen nimmt in der Reihe Fe, Ca, Mg, K, Na ab.