Boden hilfsstoffe sowie Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung
Die Erfindung bezieht sich auf anorganische und organische Bodenverbesserungsmittel bei Verwendung von Huminsäuren und organischen Einsatzstoffen zu Erhöhung der Sorptionskapazität von Böden, zur verbesserten nachhaltigen Pflanzenernährung, zur Verbesserung von Wasserspeichervermögen und zur Verbesserung der kurativen Wirkung auf Pflanzen in Stresssituationen insbesondere bei der Wiederurmachung von devastierten Böden und Landschaften, wie z.B. bei Rekultivierung von Bergbaufolgelandschaften oder bei der Anwendung in Rohböden aus Sand (Wüsten) in ariden und semiariden Klimaten, aber auch bei der Anwendung in gestörten Böden aller anderen Klimate.
Der Anteil organischer Stoffe im Boden, der auch als Humus bezeichnet wird, ist von großer Bedeutung für die Bodenfruchtbarkeit. Humusreiche Böden sind besser durchlüftet, werden weniger verschlämmt, sind leichter zu bearbeiten. Böden mit hohen Humusgehalten haben in der Regel eine bessere Wasser- und Nähr- Stoffhaltefähigkeit, so dass auch die Gefahr der Nährstoffauswaschung geringer wird.
Huminsäuren sind der wesentliche Bestandteil einer bedeutenden Fraktion des Humus, den Huminstoffen, die im Kreislauf der Natur aus sich biologisch umset- zenden Pflanzenmaterialien gebildet werden. Es sind Zwischenstufen der Umwandlung von Pflanzenmaterial unter geologischen Bedingungen in Erdöl und Steinkohle. Bis zu 50% ihrer Masse sind Huminsäuren in den jüngeren Inkohlungsformen Torf und Braunkohle enthalten. Die hier vorliegende Schrift beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines festen Bodenhilfsstoffes auf der Basis von Huminsäuren, sowie Fulvosäuren und deren
Salzen, sowie weiteren anorganischen und organischen Bestandteilen, welcher ohne Veränderungen am Boden eingesetzt werden kann.
Die Wirkung des Bodenhilfsstoffes ist dabei eine direkte auf das Wasserspeicher- vermögen des Bodens in Form von pflanzenverfügbarem Wasser zur Erhöhung der nutzbaren Feldkapazität.
Zudem wird die Nährstoffspeicherkapazität erhöht und die Umsetzung frischer organischer Substanz für zur besseren Nährstoffversorgung.
Die Mischung der Anteile von organischer Substanz unterschiedlicher Herkunft und unterschiedlichen Alters mit den Humin- und Fulvosäuren kommt in seiner Zusammensetzung natürlichen Humusvorkommen schon sehr nahe. Die einzelnen Bestandteile ergänzen sich in ihrer physikalischen, biologischen und chemischen Wirkung gegenseitig, so dass ein Aufbrauchen der Stoffe im Boden erfolgt und die Wirkung nicht nachlässt.
Die Kombination der Stoffe bewirkt eine bestmögliche Gestaltung des Boden- Wasser-Luft-Haushaltes.
Durch die Anwendung der beschriebenen Stoffe können die natürlichen Bodenfunktionen weitestgehend nachhaltig hergestellt werden.
Stand der Technik
Häufig werden frische organische Stoffe aus den laufenden Stoffkreisläufen zur Bodenverbesserung eingesetzt.
Zur Verbesserung der Bodenqualität kann auf einfache Weise Wirtschaftsdünger, z.B. Stallmist eingesetzt werden. Stallmistgaben wirken bodenverbessernd und sie führen dem Boden Nährstoffe zu. Es hat sich gezeigt, dass Stallmist die Was-
serhaltefähigkeit leichter Sandböden und den Lufthaushalt von Böden positiv beeinflusse Die Wirkdauer von Stallmist ist jedoch relativ gering. Huminsäuren sind nahezu nicht vorhanden.
5 Ebenso können Rückstände aus der Vergärung von Wirtschaftsdünger, Grünschnitt oder organischen Abfällen zur Bodenverbesserung eingesetzt werden.
Bekannt ist ebenfalls der Einsatz von Kompost, ein Verrottungsprodukt aus pflanzlichen und tierischen Abfällen. Dementsprechend unterscheiden sich die Nähr- i o stoffgehalte der verschiedenen Kompostarten stark. Kompost verfügt über eine hohe Luftkapazität. Seine Wasserhaltefähigkeit ist gering. Der biologische Abbau durch bodenbürtige Bakterien erfolgt innerhalb von wenigen Wochen.
Als organisches Bodenverbesserungsmittel werden weiterhin unterschiedliche 15 Rindenprodukte wie Rindenmulch, Rindenhumus und Rindensubstrate vorgeschlagen und eingesetzt. Rindenmulch ist rohe, unfermentierte (nicht kompostierte) Rinde. Rindenhumus ist verkompostierte Rinde. Wachstumshemmende Substanzen sind hier während des Kompostierungsvorgangs zu kurzkettigen Humusstoffen umgebaut. Rindenhumus hat sowohl bodenverbessernde als auch 20 düngende Wirkung. Rindensubstrate sind mit Ton, Tort oder anderen Zuschlagsstoffen aufbereitete fertige Kultursubstrate oder Pflanzenden mit 30 bis 60 %- Anteil an Rindenhumus. Aus FR-PS 2 123 042, Fr-PS 2 224 421 , DE-PS 2 651 171 und DE 3 040 040 sind Verfahren zu Kompostierung und Humifizierung von zerkleinerter Rinde bekannt geworden, nach denen zusätzlich anorganische Nähr- 25 Stoffe oder Torf beim Kompostierprozess zugeben wird, um die Produkteigenschaften zu verbessern. Alle diese Produkte weisen jedoch eine geringere Wasserhaltefähigkeit auf, d.h. häufigeres Gießen ist erforderlich. Die Nährstoffsorbtion ist ebenfalls begrenzt. Die Wirkung als Dauerhumus ist begrenzt, der Abbau durch Bodenbakterien erfolgt ebenfalls wie bei Kompost innerhalb von wenigen Wochen.
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Zur Verbesserung von Böden werden ebenfalls Substrate aus Holzabfällen verwendet. Diese speziell aufbereiteten Holzabfallprodukte haben, ähnlich wie Rindenhumus, eine geringe Wasserhaltefähigkeit. Holzfaserstoffe die nicht auf ge-
düngt sind, haben gegenüber Rindenhumus zusätzlich geringere Nährstoffgehalte. Nicht aufbereitete Holzabfälle, wie Sägemehl oder Holzhäcksel, legen Stickstoff im Boden fest, d.h. beim Ausbringen solcher Stoffe muss zusätzlich ausrechend Stickstoff zugegeben werden. Bei Einsatz von Sägemehl muss dieses sehr inten- siv mit dem Boden vermischt werden, da Sägemehlnester das Eindringen von Wasser in den Boden verhindern. Der Einsatz von reinen Holzprodukten zur Bodenverbesserung ist somit eher nachteilig. Deshalb werden Holzfaserstoffe oftmals auf gedüngt oder als Kultursubstrate zusätzlich in Mischung mit Torf oder Ton eingesetzt.
In DE 101 23 903 wird vorgeschlagen, Xylit, so ist die Bezeichnung für die noch vorhandenen Holzbestandteile in Braunkohle, in aufgeschlossener Form, beim Aufschlussprozess in Mühlen oder Extruder mit Nährstoffen, Substanzen zur Einstellung von pH- Werten oder Tonmaterialien zu vermischen und das Gemisch als Bodenverbesserungsstoff einzusetzen. Der vorgeschlagene Aufschlussprozess ist sehr aufwendig und begrenzt dabei die verfügbaren Humusbestandteile, die als Nahrungsgrundlage für Mikroorganismen und für das anzustrebende Pflanzenwachstum zur Verfügung stehen. Bekannt ist ebenso der alleinige Einsatz von Torfprodukten, der durch seine gute Wasserhaltefähigkeit bei gleichzeitig hohem Luftanteil gekennzeichnet ist. Demzufolge wird Torf als Rohstoff zur Gewinnung von Huminsäure Bodenverbesserungsmitteln in großen Mengen eingesetzt. Da er kaum Nährstoffe enthält und einen niedrigen pH- Wert hat, ist eine gezielte Aufdüngung und Aufkalkung für ver- schiedene Pflanzenarten nötig.
Während die Torfbereitstellung mit der Zerstörung wertvoller Feuchtraumbiotope für seltene Tiere und Pflanzen verbunden ist, steht Braunkohle billig und in großen Mengen ohne nennenswerte zusätzliche Umweltbeeinträchtigungen als Humin- stoffquelle zur Verfügung. Die Huminsäureselektion hieraus und ihr Einsatz als Bodenverbesserungsmittel anstelle von Torf kann dazu beitragen, dass die Lebensräume der Moorgebiete nicht unwiederbringbar verloren gehen.
ln DE 101 20 433 wird ein Verfahren zur Herstellung von Dauerhumusstoffen aus Weichbraunkohlen beschrieben. Danach soll Weichbraunkohle mit Tonen oder Lehmen vermischt und einer Naßaufschlußmahlung oder andersartigen innigen Vermischung unterzogen werden. Dieser Stoff soll in Böden eingebracht werden. Da das erzeugte Produkt trotz des hohen Aufwands keine kurz- und mittelfristig verfügbaren Humusbestandteile enthält, sind die entstehenden Produkte wenig geeignet, zur Bodenverbesserung beizutragen.
Eine weitere Quelle für Huminsäuren sind Stoffe des kokosnussverarbeitenden Gewerbes, insbesondere die anderweitig schlecht nutzenden kurzen und staubförmigen Abfälle der Faserverarbeitung.
Die klassische Methode zur Gewinnung von Huminsäuren ist die Extraktion von Torf oder Braunkohlen mit verdünnter wässriger Natron- oder Kalilauge. Die Hu- mate lösen sich in der Extraktionslösung und werden durch Filtrieren, Dekantieren oder Zentrifugieren von den ungelösten Torf- oder Kohlebestandteilen getrennt. Nach Ansäuern des Extraktes mit überschüssiger Mineralsäure bilden sich wasserunlösliche Huminsäuren, die separiert werden können. Für den Einsatz als Bodenverbesserungsmittel werden vorwiegend Braunkohlen mit wässrigem Ammoniak extrahiert, wie es im US Patent 377041 1 ausgeführt wird. Das erhaltene Extrakt wird anschließend mit Phosphorsäure neutralisiert und mit Mikronährstoffen angereichert. In den US Patenten 31 1 1404, 3264084 und 3544295 werden aufwändige und teure Methoden zur Erzeugung von trockenem Ammoniumhumat-Dünger durch Behandlung von Braunkohlen mit Phosphorsäure und anschließend mit NH3 als Extraktionsmittel beschrieben. Alle diese Verfahren haben einige Nachteile. So wird mit dem schwach basischen NH3 nur ein geringer Anteil der Huminsäuren extrahiert und der übergroße Humin- säureanteil geht mit dem Kohlerückstand nach dessen Abtrennung verloren. Darüber hinaus ist ein beträchtlicher technischer Aufwand erforderlich, die alkalische
Humat/Kohle-Suspension zu trennen, da die feinen Kohlepartikel sich schwer absetzen bzw. leicht zur Verstopfung von Filtern führen.
Die erhaltenen Extraktionslösungen sind stark verdünnt und müssen für eine wei- tere Verwendung als Bodenverbesserungsmittel in der Regel unter Energieaufwand aufkonzentriert werden.
Im US Patent 4319041 ist beschrieben, dass huminsäurehaltige Kohle mit Wasser vermischt und mit wässrigen Lösungen von Natronlauge, Kalilauge oder Ammoni- ak unter Rühren so extrahiert wird, dass der pH-Wert im Bereich von 6,5-8 verbleibt. Der Prozess ist nach 40 Stunden beendet. Es wird eine stark verdünnte Humatlösung erhalten, die ebenfalls aufwendig, vom Kohlerückstand getrennt und anschließend aufkonzentriert werden muss. Im US Patent 3076291 wird Braunkohle mit verdünnten wässrigen NH3-, KOH- oder NaOH-Lösungen extrahiert. Die vom Kohlerückstand getrennten, anschließend aufkonzentrierten und neutralisierten Humatlosungen werden als Mittel zur Verbesserung der Keimfähigkeit des Saatgutes eingesetzt. In der Offenlegungsschrift DE 19859068 A1 ist beschrieben, dass Braunkohle in einem wässrig-ammoniakalischen Milieu mit einem pH- Wert größer 9 suspendiert und dabei teilweise gelöst und im wässrig-ammoniakalischen Milieu oxydiert wird. Das organische Düngemittel wird nach Eindicken oder Trocknen als Dispersion gewonnen. Die Ausgangsbraunkohle kann nach diesem Verfahren mit Zusätzen von Lignin- bzw. zellulosehaltigen Produkten aus der Industrie und Forstwirtschaft versetzt werden. Auch ein Zusatz von Makro- und Mikronährstoffen ist möglich.
Das Verfahren vermeidet die aufwendige Trennung von Humatlösung und Kohlerückstand, erfordert aber zusätzliche Energie zum Eindicken oder Trocknen des Produktes und erschließt aufgrund der geringen Basizität des NH3 gegenüber Alkalilaugen nur einen geringen Anteil der in der Kohle enthaltenen Huminsäuren. Um die lösliche, für die Pflanzen verfügbare Huminsäuremenge zu vergrößern, wird stattdessen ein zusätzlicher Oxydationsschritt eingebaut, der einen erhöhten
technischen Aufwand bedeutet und die Menge an verfügbaren Huminsauren nur gering erhöht.
Im US- Patent 5876479 wird ein Bodenverbesserungsmittel auf Basis von Humin- säuren beschrieben, zu dessen Herstellung zunächst eine wässrige Lösung von Humaten nacheinander mit Natriumbicarbonat zur pH- Wert-Erniedrigung, einer Proteinquelle, wie Tiermehl oder Blut, Zitronensäure, Yucca-Extrakt, Kalk und Tang versetzt wird. Diese Suspension wird anschließend 10 Tage vergoren. Die nach Abtrennung unlöslicher Bestandteile erhaltene Lösung wird als Bodenver- besserungsmittel eingesetzt.
Weiter ist aus dem US Patent 2317991 bekannt, dass eine fermentierte Mischung aus Proteinmaterialien und Humaten als Pflanzenwachstumsstimulator eingesetzt werden kann.
Diese Verfahren haben die Nachteile, dass stark verdünnte Lösungen anfallen, die hohe Aufwendungen für den Transport zum Einsatzgebiet erfordern, Humate teuer eingekauft werden müssen und der Bodenverbesserer in einem zeitaufwendigen und geruchsbelästigenden Produktionsprozess hergestellt wird.
Schließlich wird in DE 101 23 283 ein Verfahren beschrieben, nach dem feinkörnige Braunkohlen in alkalischer Lösung aufgeschlossen werden und nach Zugabe von anorganischen Ergänzungs- und/oder Neutralisationsstoffen ohne weitere Aufbereitungsschritte eine stabile Humat-Huminsäure-Dauerhumus- Nährstoffsuspension erzeugt wird. Dieses Produkt hat sich in der Praxis bewährt, wobei jedoch die Wirkung in extrem nährstoffarmen Böden begrenzt ist.
In DE 20 2009 007 252 U1 wird der Aufbau huminsäurehaltigen organischen Verbindungen (Huminkomplexen) auf der Basis von Bitumenemulsionen für den klein- räumigen Einsatz beschrieben.
Die Offenlegungsschrift DE 43 25 692 A 1 beschreibt den Aufbau einer hydrophoben Schicht im Boden zur Eindämmung der Evaporation, also der Wasserverduns-
tung aus dem Boden. Der Ansatz bei dem hier vorliegenden Patent ist die Eindämmung der Transpiration, also des Verbrauches über die Pflanze selbst.
Einen ähnlichen Ansatz zur Eindämmung der Evaporation beschreibt das Verfah- ren in der Offenlegungsschrift DE 33 18 171 A 1 . Hier wird jedoch anstelle einer hydrophoben Schicht eine Folie im Boden eingearbeitet, die das Verdunsten von Wasser einschränken oder gar verhindern soll.
Bereits 1971 beschreiben Mitscherlich et al in der Offenlegungsschrift 22 65 298 den Aufbau einer wasserspeichernden Schicht im Unterboden, die Wasser pflanzenverfügbar macht. Basis für eine solche Schicht sind dabei Gasbeton- und Blähton-Aggregate in einer bestimmten Größe. Ein solches Verfahren ist großflächig jedoch nur eingeschränkt einsetzbar. Das Patent EP 13 58 299 B1 beschreibt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von Böden oder Trennschichten zur Eindämmung der Evaporation.
Hermsen beschreibt in seiner Offenlegungsschrift aus 1994 die Kombination aus Energiegewinnung und Gewinnung von Wasser aus der Luftfeuchte für den Einsatz als Beregnungs-, bzw. Bewässerungswasser in Wüsten.
Für die Erhöhung der Wasserspeicherfähigkeit werden eine Reihe von anorganischen und organischen Stoffen eingesetzt. Der Einsatz von künstlichen anorganischen und organischen Bodenverbesserern in Form von polymeren und Hydrogelen, die in der Lage sind, Wasser reversibel zu speichern, nimmt ebenfalls zu. In den meisten Fällen sind diese Stoffe aber nur eingeschränkt für den Einsatz in Wüstenböden nutzbar, da diese Stoffe nicht hitzetolerant sind, nur eingeschränkt UV-beständig und bei hohen Salzgehalten im Boden nicht mehr funktionsfähig sind.
Zudem gibt es bei den künstlichen Bodenverbesserern noch eine Reihe ungeklärter Fragen in Hinblick auf die Metaboliten, die bei natürlichen Abbau, bzw. chemischen Umbau im Boden entstehen können. Auch der Einsatz von Gesteinsmehlen und Tonmineralen erfolgt verstärkt, allerdings ist deren Wirkung nur begrenzt; teilweise haben diese in Hinblick auf die Kalium- und Magnesiumverfügbarkeit noch antagonistische Effekte im Boden, da insbesondere in den zweischichtigen und dreischichten Tonmineralen Kalium und Magnesium eingelagert werden, welches unter trockenen Bodenbedingung nicht mehr pflanzenverfügbar ist.
Aufgabenstellung
Das primäre Ziel im Einsatz der hier beschriebenen Bodenhilfsstoffe ist die Erhö- hung des Wasserhaltevermögens bei gleichzeitiger Anregung der biologischen Aktivität für den Aufbau eines funktionsfähigen Bodens.
Es soll vermieden werden, dass Wassergaben oder Niederschlagswasser in tiefere Bodenhorizonte gelangt und damit nicht mehr für die Wurzeln von Pflanzen er- reichbar ist. Gleichzeitig soll erreicht werden, dass im Boden gehaltenes Wasser für die Pflanze und für den Nährstofftransport im Boden durch Diffusion zur Verfügung steht.
Mit dem so angelegten Wasser- und Nährstoffdepot soll die Initialbegrünung von Böden vereinfacht werden.
Mit einem Initial begrünten Boden oder Substrat kann entweder die Desertifikation eingedämmt oder Böden wieder in Kultur genommen werden, um Futter oder Nahrungsmittel darauf zu produzieren.
Zudem ist eine Nutzung für Freizeitzwecke oder für die Produktion von Biomasse, die nicht zu Nahrungs- oder Futterzwecken verwendet wird, möglich.
Die Anwendung der beschriebenen Hilfsstoffe ist einfach und damit auch in Regionen möglich, in denen der Bildungsgrad sehr niedrig ist.
Eines der sekundären Ziele in der Wiederurbarmachung von Böden ist die Erhö- hung der Nährstoffsorptionsfähigkeit von Substraten und Böden, die in Struktur und Zusammensetzung gestört sind. Zudem soll der Nährstoffhaushalt und die Aufnahmekapazität von Nährstoffen in die Pflanze günstig beeinflusst werden, damit der Wasserverbrauch durch die Pflanzen möglichst minimiert wird. Besondere Bedeutung kommt hier dem Nährstoff Kalium zu. Kalium wird bei Starkregenereignissen leicht ausgewaschen und hat im Stoffwechsel der Pflanze zur Steuerung des Wasserhaushaltes über den Zellinnendruck in den Stomata besondere Bedeutung. Zudem erfolgt der Transport von Kalium im Boden über Diffusion, was auf trockenen Böden nur eingeschränkt möglich ist.
Wichtiges physiologisches Hilfsmittel für die Speicherung und den Transport von Kalium im Boden sind dabei die Huminsäuren und deren Salze.
Den Huminsäuren kommt dabei im Boden-Pflanze-Wasserhaushalt eine besondere Bedeutung zu. Als so genannte Chelatbildner sind sie in der Lage Kaliumionen an den Enden ihrer Molekülketten reversibel zu binden und wieder abzugeben. Aufgabe der hier beschriebenen Erfindung ist es, ein einfaches Produkt zur Anwendung als wässrige Lösung oder als im Wesentlichen festes (stichfestes) Produkt zur Verbesserung des Boden-Pflanze-Wasserhaushaltes herzustellen, das zur Belebung, Begründung und Bewachsförderung von unfruchtbaren und nährstoffarmen Böden wie Bergbaukippen, Deponien und Problemflächen, Wüsten- und Steppengebieten sowie Meeresküsten durch Bereitstellung eines universell in allen Klimazonen und Bodenarten anwendbaren organischen Bodenverbesserungsmittels, mit geringem technischen Aufwand, verwendet werden kann.
Die anorganischen und organischen Bestandteile des Produktes setzen bei der biochemischen Umsetzung im Boden Kalium frei, welches von den Chelatbildner der Pflanzenwurzel reversibel zur Verfügung gestellt werden kann. Durch den hohen Anteil kohlenstoffhaltiger Komponenten wird zudem aus der Mineralisation der frischen organischen Substanz freiwerdender Stickstoff sofort biologisch stabilisiert.
Somit wirkt der Bodenhilfsstoff über zwei Pfade: auf die Bildung des Bodens mit seinen ursprünglichen Funktionen und auf die Versorgung der Pflanze durch eine verbesserte Nährstoffversorgung, insbesondere durch Kalium.
Ferner besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, großtechnisch gut beherrschbare und einfach durchzuführende Verfahren zur Herstellung derartiger Bodenhilfsstoffe zu schaffen, die letztendlich auch eine Herstellung mit einfachen Mitteln vor Ort ermöglichen.
Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 , mittels dessen ein flüssiger Bodenhilfsstoff gemäß Patentanspruch 10 mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 sowie ein im Wesentlichen fester Bodenhilfsstoff gemäß Patentanspruch 12 mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 hergestellt werden kann. Diese Bodenhilfsstoffe können gemäß Patentanspruch 17 verwendet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines anorganischen und orga- nischen Bodenhilfsstoffes auf Humin- und Fulvosäurebasis weist folgende Schritte auf:
a) Aufschluss eines Braunkohlebestandteils und/oder einer geologischen Braunkohlenvorstufe, insbesondere von Xylit, Leonardit oder einer Mischung dieser Stoffe, mittels einer Säure und spätere Abpufferung mit einer Lauge oder mittels einer Lauge und spätere Abpufferung mit einer Säure, wobei die Abpufferung auch in einem späteren Verfahrensschritt erfolgen kann; b) Filtration des in Schritt a) gewonnen Zwischenprodukts und Weiterverwendung entweder des Filtrats oder des festen Filterrückstandes oder einer nicht dem ursprünglichen Mischungsverhältnis vor der Filtration bestehen- den Mischung aus Filtrat oder Filterrückstand; und c) Zusatz von Fulvosäuren mit einem Gewichtsanteil von wenigstens 1 % am fertigen Produkt, und Zusatz wenigstens eines weiteren organischen Bestandteils.
Durch den Aufschluss von Braunkohlebestandteilen bzw. -Vorstufen wird eine huminsäurehaltige Produktvorstufe mit einem durch die Säure-/Basezugaben voreingestellten und gepufferten pH-Wert geschaffen, die über lange Zeiten ein gutes Wasserhaltevermögen gewährleistet. Diese Vorstufe wird noch gezielt über separat hinzugefügte Fulvosäuren, wie sie beispielsweise aus der Wasseraufbereitung gewonnen werden können, angereichert. Wird jetzt noch wenigstens ein organischer Bestandteil, sei es eine organische Verbindung wie Harnstoff, oder aufgeschlossene organische Pflanzensubstanz, hinzugefügt, so entsteht eine Mischung, die durch ihre Wasserhaltung und ihre Nährstoffversorgung optimale Eigenschaften für den Pflanzenwuchs auch über längere Zeit und unter widrigen Bedingungen bietet. Diese Eigenschaften können durch die Hinzufügung weiterer Bestandteile, wie eine Feinfraktion aus vergärten Pflanzen zur weiteren Huminsäuren- und Nährstoffversorgung sowie durch weitere Komponenten zur Wasserspeicherung wie Tonminerale oder Superabsorber ergänzt werden. In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Aufschluss in Schritt a) basierend auf einem Gemisch zwischen Xylit und Leonardit durchgeführt, wobei das Massenverhältnis dieser beiden Ausgangsbestandteile
Xylit zu Leonardit im Bereich 2:1 bis 1 :2, vorzugsweise bei etwa 1 :1 , liegt. Die Mischung zwischen Xylit und Leonardit hat sich als tendenziell hinsichtlich des Wuchsergebnisses besser geeignet herausgestellt als eine isolierte Verwendung der einzelnen Komponenten.
Bevorzugt erfolgt der Aufschluss in Schritt a) mit Phosphorsäure und die Abpuffe- rung mit Kaliumhydroxid und/oder mittels ammoniakhaltiger wässriger Lösung. Hierdurch werden gleichzeitig für die Nährstoffversorgung wertvolle Stoffe, nämlich Kalium, Phosphor oder Stickstoff bereitgestellt.
Zur Herstellung eines flüssigen Bodenhilfsstoffes wird bevorzugt aus Schritt b) zu mehr als 75%, vorzugsweise zu mehr als 85% das Filtrat und zu weniger als 25%, bevorzugt zu weniger als 15% der feste Filterrückstand verwendet, wobei als weiterer organischer Bestandteil in Schritt c) wenigstens Harnstoff mit einem Gewichtsanteil im Fertigprodukt von mehr als 10% zugesetzt wird.
Zur Herstellung eines im Wesentlichen festen oder stichfesten Bodenhilfsstoffes wird bevorzugt der feste Filterrückstand aus Schritt b) mit einem Gewichtsanteil im Fertigprodukt von mehr als 5%, bevorzugt von mehr als 15%, verwendet wird, so- wie in Schritt c) als organischer Bestandteil eine extrudierte Feinfraktion, vorzugsweise ohne Abfallstoffe oder Wirtschaftsdünger, aus der Vergärung von Pflanzen mit einem Gewichtsanteil im Fertigprodukt von mindestens 10%, vorzugsweise von über 25%, zugesetzt, wobei wie weiter unten erläutert auch noch weitere Substanzen zugesetzt werden können.
Sowohl der flüssige als auch der im Wesentlichen feste Bodenhilfsstoff entstehen somit aus der Nutzung der Filterrückstände bzw. des Filtrats aus Schritt a).
Zur Herstellung eines im Wesentlichen festen Bodenhilfsstoffes kann in Schritt c) zusätzlich eine zerfaserte Gräsermischung, vorzugsweise mit Samen, und/oder zerkleinertes Stroh, insbesondere Weizenstroh, mit einem Gewichtsanteil im Fertigprodukt von insgesamt mehr als 5%, bevorzugt von mehr als 15%, zugesetzt
werden. Auch dies verstärkt die Nährstoffversorgung und verbessert die Wasserspeicherfähigkeiten.
Dabei wird die extrudierte Feinfraktion aus der Vergärung von Pflanzen und optio- nal die zerfaserte Gräsermischung und/oder optional das Weizenstroh vor dem Zusatz in Schritt c) bevorzugt wie folgt aufbereitet:
für die Aufbereitung der extrudierten Feinfraktion aus der Vergärung von Pflanzen:
Abpressen eines Gärrückstands aus einer Biogasanlage mit anaero- ber Vergärung, die im Wesentlichen mit nachwachsenden Rohstoffen beschickt wird, unter Druck, vorzugsweise mittels eines Schneckenseparators, und Verwerfen des flüssigen Separationsbestandteils und Weiterverarbeitung des festen Separationsbestandteils; Aufschluss des festen Separationsbestandteils unter Wärme- und Druckeinwirkung in einem Extruder;
biologischer Aufschluss durch Rotten, vorzugsweise in Trapez- Mieten;
wobei bei optionalem Zusatz einer zerfaserten Gräsermischung und/oder von Weizenstroh diese Bestandteile gemahlen und gesiebt werden, und die kurzfaserigen Bestandteile, vorzugsweise mit einer Faserlänge von weniger als etwa 10 mm, mit den Gärrückständen verrottet und biologisch aufgeschlossen werden.
Vorteilhafterweise wird also sowohl der Gärrückstand als auch die heuartige zer- faserte Gräsermischung mit Samen bzw. das Stroh zusammen biologisch aufgeschlossen, wobei ebenfalls in geringerem Umfang Humin- und - in deutlich geringeren Konzentrationen als durch die Zusätze gemäß Schritt c) erreicht - Fulvo- säuren entstehen. Zur Verbesserung der Wasserspeicherfähigkeit kann in Schritt c) zusätzlich oder alternativ ein Tonmineral-Gemisch, bevorzugt enthaltend Bentonit, mit einem Gewichtsanteil im Fertigprodukt von mehr als 5%, bevorzugt von mehr als 15%, zugesetzt werden.
Weiterhin können ein der mehrere der folgenden weitere Bestandteile zur Herstellung des im Wesentlichen festen Bodenhilfsstoffes zugesetzt werden: Kaliumsulfat, Hydrogele, Mikronährstoff-Gemische (u.a. mit Spurenelementen), Algenmehle und/oder Mykorrhiza.
Der wie vorstehend erläutert herstellbare flüssige Bodenhilfsstoff kann insbesondere ein flüssiger Bodenhilfsstoff auf Humin- und Fulvosaurebasis und auf Basis auf organischer Stoffe sein, bei dem der organische Bodenhilfsstoff bzw. das or- ganische Bodenverbesserungsmittel zu > 85 % aus frischen, festen organischen Stoffen, in flüssiger Formulierung, die zuvor physikalisch im Herstellungsprozess durch Extrusion aufgeschlossen wurden, deren Verrottungsprodukten von < 200 mm mit oder ohne Zusatz von alkalischen Suspensionen und zu < 15 % aus einer flüssigen Humat-Huminsäure-Dauerhumus-Nährstoff-Suspension mit 1 bis 10 % Anteil an Huminsäuren mit Molekulargewichten von 2000 - 50000 in Form von Kaliumhumaten und Kaliumfulvaten besteht.
Der wie vorstehend erläutert herstellbare, im Wesentlichen feste Bodenhilfsstoff kann folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten des Fertigprodukts auf- weisen, mit der Maßgabe, dass die Summe der Komponenten 100% ergibt:
extrudierte Feinfraktion aus Gärresten 10% bis 75%; vorzugsweise 25% bis
50%, besonders bevorzugt 30% bis 40%;
zerfaserte Gräsermischung mit Samen 5% bis 75%; vorzugsweise 5% bis 40%, besonders bevorzugt 10% bis 25%;
- aufbereitetes Xylit 0,5% bis 20%; vorzugsweise 1 % bis 5%;
aufbereitetes Leonardit 1 % bis 40%; vorzugsweise 10% bis 20%;
Phosphorsäure, etwa 85%ige, 0% bis 5%, vorzugsweise 0,5% bis 2%;
Tonmineral-Gemisch, vorzugsweise Bentonit, 5% bis 75%; vorzugsweise 10% bis 20%;
- Kaliumsulfat, 0% bis 25%; vorzugsweise 0,1 % bis 15%;
Mikro-Nährstoffmischung, 0% bis 1 %, vorzugsweise 0,01 % bis 0,05%;
Hydrogele und/oder Hydroabsorber, 0% bis 10%; vorzugsweise 0,5% bis 2,5%;
Algenmehle und Mykorrhiza, 0% bis 5%; vorzugsweise 0,5% bis 1 ,5%; Fulvosäure, vorzugsweise aus der Wasseraufbereitung, 1 % bis 10%, vorzugsweise 2,5% bis 7,5%;
Gesteinsmehl, 0% bis 5%.
Insbesondere kann dieses im Wesentlichen feste, anorganische und organische Bodenverbesserungsmittel auf Humin- und Fulvosäurebasis und auf Basis organischer Stoffe einen Anteil an löslichen Humin- und Fulvosäuren aus Braunkohlen und frischen Gärrückständen, Heu, Stroh, sowie Hydrogelen und Absorber, Ge- steinsmehl und Tonmineralen aufweisen, das aus frischen, festen organischen Stoffen, in flüssiger Formulierung, die zuvor physikalisch im Herstellungsprozess durch Extrusion, chemisch durch eine Säure, insbesondere durch Phosphor- oder Propionsäure, sowie biologisch durch Hydrolyse aufgeschlossen wurden, deren Verrottungsprodukten von < 200 mm mit oder ohne Zusatz von alkalischen SusPensionen und zu < 5 % aus einer flüssigen Humat-Huminsäure-Dauerhumus- Nährstoff-Suspension mit 1 bis 5 % Anteil an Huminsäuren mit Molekulargewichten von 2000 - 50000 in Form von Kaliumhumaten und Kaliumfulvaten besteht.
Dabei können die organischen Stoffe aus Rückständen der anaeroben Vergärung von Pflanzen und Pflanzenresten ohne Abfallstoffe oder Wirtschaftsdünger verwendet werden.
Dieses im Wesentlichen feste Bodenverbesserungsmittel kann folgende Zusammensetzung aufweisen:
1 - 10 % Humate
1 - 10 % Fulvate
1 - 10 % organische Trockensubstanz/Dauerhumus
1 - 10 % K2O in Lösung
0,2 - 10 % P2O5
0,2 - 15 % gesamt-Stickstoff
15 - 90 % H2O.
Die vorstehend beschriebenen Bodenhilfsmittel können für den Einsatz in Rohböden und Böden verwendet werden, die durch geringen Anteil organischer Substanz gekennzeichnet sind, wobei das Bodenhilfsmittel mit 1 % bis 10% Gewichtsanteilen in die obere Bodenschicht vorzugsweise bis zu einer Tiefe von etwa 30 cm eingearbeitet wird.
Im Rahmen der Erfindung können feste anorganische und organische Stoffe, wie pflanzliche, tierische und/oder Siedlungsabfälle und/oder deren Verrottungspro- dukte und/oder Ernterückstände und/oder Rückstände aus Pflanzenverwertungs- verfahren und/oder Rückstände aus Braunkohlenaufbereitung in einem Anteil von > 85%, mit einer Korngröße von < 200 mm und vorzugsweise > 2 mm mit bis zu < 15% einer flüssigen Humat- Huminsäure-Dauerhumus-Nährstoff-Suspension die aus 1 bis 10% Anteil an Huminsäure mit Molekulargewichten von 2000 - 50000 in Form von Kaliumhumat besteht, vermischt werden. Dazu können Polymere, Tonminerale, sowie weitere anorganische und organische Stoffe beigefügt werden.
In den praktischen Versuchen wurde herausgearbeitet, dass bei Einsatz einer Kombination von organischen und anorganischen Stoffen mit einer flüssigen Hu- mat-Huminsäure-Dauerhumus-Nährstoff-Suspension Effekte beim Pflanzenanbau erreicht werden, die diejenigen beim Einsatz der Einzelprodukte überproportional übertreffen. So wurde bei einer Zugabe von 1 % bis 4% einer flüssigen Humat- Huminsäure-Dauerhumus-Nährstoff-Suspension zu Kompost bereits nach 3 Monaten ein um bis zu 50% höheres Gewicht der Wurzelmasse an den Anbaukulturen an Vergleichsfeldern mit Einbringung der Einzelkomponenten gemessen, ob- wohl an den Vergleichsfeldern mit Einsatz der Einzelkomponenten mit bis zu 50% mehr Wasser bewässert wurde.
Verbessert wurde der Nährstoffhaushalt in Boden und Pflanze zudem durch die Zugabe von aufbereiteter fester anorganischer und organischer Substanz.
Zudem war der Nährstoffhaushalt in den Pflanzen gekennzeichnet durch eine bessere Kalium- und Magnesiumversorgung.
Die festen organischen Stoffe im organischen Bodenverbesserungsmittel können beispielsweise Pflanzen und Pflanzenresten, aus abgepressten biologisch aufbereiteten Gärrückständen aus dem Ökolandbau oder Wirtschaftsdünger, die extru- diert wurden sein. Eine hydrolytische Aufbereitung ist ebenfalls möglich.
Die anorganischen Stoffe können primär Hydrogele, Absorber, Gesteins- und Tonmehle, sowie Nährsalze sein.
Auch Rückstände aus der Tierhaltung und der Abwasserbehandlung eignen sich.
Stroh und Heu oder Ernterückstände eignen sich ebenfalls.
Ein spezieller organischer Stoff im organischen Bodenverbesserungsmittel kann der holzartige Stoff Xylit, der ein Bestandteil von Braunkohle ist und bei der Aufbe- reitung von Braunkohle anfällt, sein. Xylit ist auf Grund seines über mehrere Millionen Jahre andauernden Entstehungsprozesses in seiner Molekülstruktur beständiger als andere übliche organische Stoffe und steht als Bestandteil einer organischen Bodenverbesserer für Zeiträume von > 2 bis 5 Jahre zur Verfügung. Eine halbjährige oder jährliche erneute Zugabe, wie bei Kompost ist nicht erforderlich, da Xylit fast nicht mehr biologisch Umgesetzt wird.
Die genannten organischen Stoffe können im separaten Einsatz zu Wachstumshemmungen führen. In Verbindung mit einer flüssige Humat- Huminsäure- Dauerhumus-Nährstoff-Suspension entstehen jedoch die genannten Kombina- tionseffekte mit einer Startwirkung infolge der sofort pflanzenverfügbaren wasserlöslichen Huminsäure mit Molekulargewichten von 2000 - 50000 bei gleichzeitiger Vermeidung von Wachstumshemmungen einzelner organischer Stoffe.
Insbesondere die aus der organischen Substanz der Aufbereitung durch Vergä- rung aufbereitete Biomasse setzt Nährstoffe frei, die eine Wachstumshemmung des Xylites verhindern. Dies gilt insbesondere für den mineralisierenden Stickstoff, der für den biologischen Umbau der Kohlenstofffraktionen im Xylit und den anderen frischen organischen Stoffen benötigt wird.
Gesteinsmehl und Tonminerale, Hydrogele und Adsorber, sowie die frische organische Substanz sind dabei echte Wasserspeicher. Eine besondere Ausführung des Verfahrens geht davon aus, dass dem Ausgangsmaterial organischer Stoff, eine alkalische Suspension insbesondere kali- umhydroxyd- und / oder ammoniakhaltige 15 bis 20 %ige wässrige Lösungen, vorzugsweise bei erforderlichen Aufbereitungsprozessen, wie Zerkleinerungsprozessen zugemischt werden.
Zudem werden die organischen Bestandteile durch Überhitzung in der Herstellung aufgeschlossen.
Frische organische Substanz kann dabei auch mit Propionsäure aufgeschlossen werden.
Neben den Xylit kann ein abgepresster fester Gärrest mit 25 bis 35 % organischer Trockensubstanz auf der Basis pflanzlicher Rückstände ohne Abfälle oder Wirtschaftsdünger Bestandteil mit nennenswerten Anteilen sein.
Zudem kann aufbereitetes überständiges Heu und Stroh der Mischung beigefügt werden.
Die in diesem Ausgangsstoff vorhandenen Kaliumsalze Lösung ergänzen sich vor- teilhaft mit den Humin- und Fulvosäuren und bilden im weiteren Herstellungspro- zess Kalium-Humate und Kalium-Fulvate, die in Bodenlösung reversibel in den Chelate so gebunden sind, dass sie der Pflanze zur Versorgung zur Verfügung stehen. Auf diese Weise wird bereits vor der Wirkung von erforderlichen Prozessen im Boden ein Teilaufschluss zur Herstellung der Pflanzenverfügbarkeit und Bodenverbesserung sowie eine zusätzliche Nährstoffeinbindung bewirkt. Der Anteil an
alkalischen Komponenten zum organischen Stoff beträgt bei der Durchführung des Verfahrens 5 bis 10 %.
Damit ist das Produkt insbesondere bei der Wiederurbarmachung von sauren Bö- den, beispielsweise in der Rekultivierung pyritsauer Bergbaufolgelandschaften geeignet.
Aufgrund der festen Formulierung ist ein einfacher ungefährlicher Transport - auch mit beschädigten Transportbehältern - bis in die entlegensten Regionen für eine Applikation möglich.
Zusätzliche Prozessschritte sind durch eine intensive Mischung der Komponenten im Rahmen von ohnehin erforderlichen Aufbereitungsprozessen dann nicht erforderlich.
Die Materialien werden an der Produktionsstätte vorgemischt und zum Einsatzort transportiert. Fehlmischungen mit negativen Effekten sind so nicht möglich. Damit ist das Produkt sicher, außerdem hat sich das Produkt als ungiftig erwiesen. Im Vergleich zu bekannten Lösungen vereinigt das Verfahren in sich eine Reihe von Vorteilen, es vereinigt zudem die positiven Effekte andere Bodenhilfsstoffe, die diesem Produkt als Bestandteil in der Herstellung hinzu gegeben wurden.
Es zeichnet sich dadurch aus, dass anorganische und organische Stoffe mit posi- tiven Effekten als Bodenverbesserungsmittel in Kombination mit einem sehr breiten Wirkungsspektrum - fast als Universalprodukt - verwendet werden können.
Zudem werden antagonistische Wirkungen von Bodenhilfsstoffen unterdrückt und synergistische Wirkungen gefördert.
Die flüssige Formulierung in einer Ausführungsform macht eine großflächige Anwendung, sowie eine Anwendung über Bewässerungstechnik ohne großen Aufwand sofort möglich.
Es wurden in Versuchen festgestellt, dass Pflanzen aus mit dem vorgeschlagenen Kombinationsprodukt aus anorganischen und organischen Bestandteilen zur Bodenverbesserung behandelten Böden ein überproportionales Spross- und Blatt- Wachstum sowie ein vergrößertes Wurzelsystem, sowohl in der Länge als auch in der Verzweigung, aufwiesen.
Die Kombination mit anderen Bodenhilfsstoffen oder Düngemitteln zeigte zudem erhebliche Synergieeffekte.
Weiterhin wurde festgestellt, dass bei Verwendung des vorgeschlagenen Bodenverbesserungsmittels eine verringerte Wasser- und Nährstoffzugabe erforderlich ist, im Vergleich zu Standorten ohne Verwendung des vorgeschlagenen Bodenverbesserungsmittels.
Mit Zugabe von Wasser über Bewässerungs- oder Beregnungssysteme können bereits jetzt bis zu 60% des Beregnungswassers ohne Einschränkung des Pflanzenwachstums eingespart werden. Damit kann bereits jetzt mehr als die doppelte Fläche in Kultur genommen werden.
Insbesondere sind diese Effekte auf Substraten und Böden zu beobachten, die arm an organischem Material sind, wie dies zum Beispiel bei Wüstensand, Dünen am Meer oder devastierte Böden der Braunkohleförderung auftritt.
Bei der Begrünung von Wüsten ist es das vorrangige Ziel, aus Substraten Böden aufzubauen, die einen intakten Boden-Luft-Boden-Wasser-Haushalt haben und die über eine eigene Speicherfähigkeit für Wasser und Nährstoffe verfügen, um der Pflanze ein dem Standort angepasstes und bedarfsgerechtes Wachstum zu ermöglichen. Dies ist nur mit einer gezielten Zugabe von Hilfsstoffen, nicht mit Barrieren im Boden möglich.
Durch gleichzeitige Anwendung von Boden- und Wasserhilfsstoffen kann über gezielte Wasser- und Nährstoff gaben, aber auch durch die Applikation von organischer Substanz in Kombination mit dem hier beschriebenen Bodenhilfsstoff die bestmögliche Wirkung erzielt werden.
Der hier beschriebene flüssige Bodenhilfsstoff eignet sich für den Einsatz in einfachsten Applikationstechniken, bis hin zu Wasserfässern oder sogar kleinflächig mit der Hand aus kleinen manuell handhabbaren Gefäßen, z.B. Eimern. Aufgrund der geringen Aufwandmengen zwischen 0,5 und 2,5 kg/m2 ist eine großflächige Anwendung sofort möglich.
Aufwendige Erdbewegung oder Bodenbearbeitungen sind vor Anwendung nicht erforderlich, so dass der Aufwand gering gehalten werden kann.
Die hier beschriebenen Produkte sollten etwa bis zu 30 cm tief in den Boden eingearbeitet werden, ehe eine Ansaat oder Anpflanzung erfolgt.
Die Konzentrierung lässt für den Beginn der Anwendungen die Logistikkosten niedrig und den logistischen Aufwand als Sackware oder loses Schüttgut einfach.
Die insgesamt niedrigen Kosten können den großflächigen Einsatz zur Eindämmung von Desertifikation rechtfertigen.
Im Gegensatz zu anderen Produkten unterstützt das hier beschriebene Produkt den Aufbau von Böden in dessen natürlichen Funktionen ohne weitere erforderliche Maßnahmen am Boden selbst, mit Ausnahme einer Einarbeitung bei der Erstapplikation.