Nachhaltige Kultursubstrate auf der Basis von heimischen Holzrohstoffen - NaKuHo; Teilvorhaben 1: Entwicklung von Untersuchungsmethoden und Evaluierung der Substrate (Hochschule Osnabrück); Teilvorhaben 2: Thermische Behandlung von Lignocellulosen zur Nutzung als Kultursubstrat (Georg-August-Universität Göttingen)

Abstract

Das Verbundprojekt NaKuHo verfolgte das Ziel, einen neuen Ansatz zur verstärkten Nutzung heimischer Holzrohstoffe für die Herstellung von gärtnerischen Kultursubstraten zu entwickeln. Die modifizierten Holzfasern sollen in Anteilen von über 30 Vol.-% in Substraten eingesetzt werden können und sich für die Produktion eines breiten Spektrums an Topf- und Containerkulturen eignen, bei vergleichbar guter Pflanzenentwicklung wie in torfhaltigen Substraten. In einem parallelen Teilvorhaben wurden dazu Holzfasern mit verschiedenen Verfahrenstechniken so modifiziert, dass ihre Stabilität gegenüber mikrobieller Zersetzung erhöht und damit einer Stickstoffimmobilisierung vorgebeugt wird, die bislang bei der Verwendung von Holzfasern zu einer schwer kalkulierbaren Stickstoffdynamik führt. Die pflanzenbauliche Eignung der modifizierten Holzfasern wurde im Rahmen eines dreistufigen Untersuchungskonzept geprüft, das Bruttests zur Bewertung der Stabilität des Stickstoffhaushalts, Keimpflanzentests zur Prüfung auf pflanzenschädigende Stoffe und abschließend Vegetationsversuche mit verschiedenen Kulturen in Gewächshaus und Freiland beinhaltete. Ergänzend wurden Methoden zur Charakterisierung und Bewertung holzfaserhaltiger Substrate weiterentwickelt, um die Aussagekraft etablierter Prüfverfahren zu erhöhen und neue methodische Ansätze zu eruieren. Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf der Optimierung des Bruttests zur Bewertung der Stabilität des Stickstoffhaushalts, der vereinfacht und seine Prognosekraft verbessert werden sollte. Die substratphysikalischen Eigenschaften der Holzfasersubstrate wurden analytisch erfasst und vereinfachte Schnelltests zur Wasserverfügbarkeit entwickelt. Parallel dazu entstanden modellgestützte Ansätze zur Simulation der Wasser- und Luftverteilung, auf deren Grundlage Strategien für eine angepasste Bewässerung erarbeitet wurden. Abschließend erfolgte eine ökonomische und ökologische Bewertung der modifizierten Holzfasern. Die thermische Behandlung von Fichtenholzfasern reduzierte die Stickstoffimmobilisierung im Bruttest deutlich. Die modifizierten Holzfasern waren uneingeschränkt pflanzenverträglich. In Vegetationsversuchen konnten sie je nach Kultur und Substratzusammensetzung mit 30 bis 50 Vol.-% ohne signifikante Ertragseinbußen im Vergleich zur Torfkontrolle eingesetzt werden. Durch eine Tensidbehandlung wurde das Wachstum der Pflanzen in den holzfaserhaltigen Substraten verbessert. Für die Durchführung des Bruttests wurde die Inkubation in geschlossenen Weckgläsern eingeführt. Dadurch entfällt die Feuchtekontrolle und gasförmige Emissionen können miterfasst werden. Nitrat als Stickstoffdüngeform bewirkte eine deutlich stärkere Stickstoffimmobilisierung als ammoniumhaltige Dünger, während die Stickstoffdüngehöhe, der Substratwassergehalt und die Inkubationstemperatur keinen signifikanten Einfluss auf die Stickstoffdynamik hatten. Zur Charakterisierung der physikalischen Eigenschaften wurden neue Schnellmethoden entwickelt, wobei das Zentrifugenverfahren hinsichtlich Kosten und Praktikabilität am besten für den Praxiseinsatz geeignet erscheint. Basierend auf Ergebnissen von Gewächshaus- und Freilandversuchen lieferten Simulationen mit HYDRUS-1D belastbare Modelle zur Beschreibung des Wasserhaushalts, die zur Optimierung der Bewässerung bei holzfaserbasierten Substraten eingesetzt werden können. Die Modellrechnungen ergaben, dass bei Ebbe-Flut-Systemen höhere Anstauhöhen und bei Überkopfbewässerung eine stärkere Anpassung an die Evapotranspiration erforderlich sind. Die Technikumsversuche ergaben sehr hohe Energie- und Prozesskosten, was eine wirtschaftliche Nutzung der modifizierten Holzfasern ausschließen würde. Im industriellen Maßstab könnten kontinuierliche Verfahren und Wärmerückgewinnung die Kosten aber erheblich senken. Erst bei einer Energieeinsparung von ≥ 95 % würde ein ökologischer Vorteil gegenüber Torf und anderen alternativen Ausgangsstoffen wie Kompost bestehen.