Pflanzenkohle hat den Ruf, die Bodenfruchtbarkeit zu steigern. In gemässigten Zonen und in Böden mit hohem Humus- und Tongehalt, eher basischem Milieu sowie guter Nährstoffversorgung sind kaum Effekte auf die Erträge nachweisbar, zumindest bei Mengen, wie sie in der Schweiz angewendet werden bzw. maximal zugelassen sind (1 Tonne pro Hektar und Jahr und 10 Tonnen pro Hektar in 20 Jahren).
Nur Pflanzenkohle mit einer Zulassung als Dünger vom Bundesamt für Landwirtschaft bzw. mit dem Qualitätsstandard EBC Agro Bio verwenden. Anbieter von Pflanzenkohle mit einer Düngerzulassung finden Sie im Anbieterverzeichnis.
Bei Pflanzenkohle aus Eigenproduktion ist die Einhaltung der Vorgaben für Futtermittel nicht mit Sicherheit gewährleistet. Im Sinne des Tierwohls wird empfohlen, zur Fütterung zertifizierte Pflanzenkohle zuzukaufen oder die Qualität der Pflanzenkohle überprüfen zu lassen. Charnet baut ein Analyseangebot auf. Mehr dazu erfahren Sie auf der Website von Charnet.
flanzenkohlestaub darf bei der Anwendung nicht eingeatmet werden. Um Staubbildung zu verhindern, sollte die Pflanzenkohle einen Wassergehalt von 30% aufweisen. Dieser Wert wird bei der EBC-Zertifizierung empfohlen.
Pflanzenkohle sollte geschützt gelagert werden, damit sie nicht austrocknet. Passiert dies trotzdem, sollte die Pflanzenkohle vor der Anwendung mit Wasser befeuchtet werden.
In der Schweiz ist die Ausbringmege gesetzlich limitiert auf höchstens 1 Tonne Pflanzenkohle pro Hektar und Jahr und maximal 10 Tonnen pro Hektar in 20 Jahren.
Oft ist zu hören, dass unbehandelte Pflanzenkohle nie direkt in die Böden eingebracht werden sollte, weil sie dem Boden Nährstoffe entzieht. In der Leguminosen-Zwischensaat kann Pflanzenkohle jedoch auch direkt angewendet werden:
Dabei kann die Pflanzenkohle bei der Saatbettvorbereitung für Leguminosen oder beim Umbruch im Frühjahr eingebracht werden. Die Pflanzenkohle hat keinen negativen Effekt auf Leguminosen, da diese Stickstoff aus der Luft binden. Im Gegenteil gibt es Hinweise, dass Pflanzenkohle die Stickstoffbindungseffizienz von Leguminosen erhöhen kann. Praxiserfahrungen des Ithaka-Instituts in Deutschland zeigten keine negativen Effekte auf die Folgefrucht.
Sehr wirkungsvoll ist der Einsatz von Pflanzenkohlekomposten, da sich bei der Co-Kompostierung auf der Pflanzenkohle eine Schicht ausbildet, die Nährstoffe binden und die Wasseraufnahme verbessern kann.
Für die eigene Co-Kompostierung beachten Sie bitte die Hinweise im Kapitel Kompostierung.
Es sind fertige Humus- und Kompostsubstrate mit Pflanzenkohle auf dem Markt erhältlich. Anbieter von solchen Substraten finden Sie im Anbieterverzeichnis.
Zur grossflächigen Ausbringung von Pflanzenkohle im Ackerbau wird diese vorgängig häufig mit Hofdünger gemischt. Besser ist jedoch, wenn die ganze Kaskade genutzt wird. Beachten Sie dazu die Anwendungshinweise in den jeweiligen Kapiteln:
Die Kombination mit Kunstdünger ist noch kaum erprobt. Einzelne Versuche lieferten positive Resultate, sowohl für kombinierte Präparate als auch bei Zugabe der losen Mischung. Anbieter von mineralischen Langzeitdüngern mit Pflanzenkohle finden Sie im Anbieterverzeichnis.
Der Effekt, dass Pflanzenkohle Nährstoffe bindet, kann in ökologischen Ausgleichsflächen von Nutzen sein. So können zum Beispiel Ackerflora-Randstreifen durch das Ausbringen von Pflanzenkohle ausgemagert werden, um die Artenvielfalt zu fördern.
Kurzfristige ertragssteigernde Wirkungen durch Pflanzenkohle sind vor allem aus tropischen Anbaugebieten mit sauren, humusarmen Böden bekannt. In den gemässigten Klimazonen mit vergleichsweise jungen Böden sind die Effekte deutlich geringer und kaum spürbar.
Beim direkten Eintrag von unbehandelter Pflanzenkohle in Böden kommt es in aller Regel zu einer Immobilisierung von Nährstoffen durch die Pflanzenkohle, was eine Ertragsminderung zur Folge haben kann. Auch wenn Pflanzenkohle zusammen mit Gülle oder Kompost ausgebracht wird, kann es gemäss Feldstudien in den ersten ein bis zwei Jahren teilweise zu leichten Ertragsrückgängen kommen im Vergleich zur reinen Gabe des jeweiligen organischen Düngers. Nach zwei bis drei Jahren glichen sich die Erträge jedoch wieder an.
Pflanzenkohle hat eine hohe Wasserhaltekapazität und kann zwischen zwei- und viermal so viel Wasser aufnehmen, wie sie selbst wiegt. Obwohl dies nach viel klingt, ist dieser Beitrag in der Praxis wenig relevant: Mit 1 Tonnen Pflanzenkohle pro Hektar können etwa zwei bis drei Deziliter Wasser pro Quadratmeter zusätzlich gespeichert werden. Insbesondere in typischen Schweizer Ackerbauböden mit einem ausgewogenen Humusgehalt und Tonanteil ist deshalb kaum eine Wirkung zu erwarten. Dies zeigt sich im Langzeit-Praxisversuch «Black goes Green»: Die einmalige Ausbringung von 8 Tonnen Pflanzenkohle pro Hektar auf fünf typischen Schweizer Ackerböden brachte keine Verbesserung des Bodenwasserhaushalts.
Verschiedene Metastudien kommen gemäss eines österreichischen Wissensstandsberichts zu einem ähnlichen Schluss: Pflanzenkohle kann den Wasserhaushalt vor allem in sandigen Böden bei hohen kumulierten Mengen (30 bis 70 Tonnen pro Hektar oder mehr) verbessern, während die Auswirkungen bei weniger als 20 Tonnen pro Hektar gering bis unbedeutend sind. Bei niedrigen Ausbringmengen von 0,5 bis 1 Tonnen pro Hektar und Jahr ist der agronomische Nutzen auf den Wasserhaushalt deshalb gering.
Verschiedene Studien kommen zum Schluss, dass Pflanzenkohle die Nitratauswaschung aus Böden reduziert. Meist handelt es sich dabei um Topf- oder Säulenversuche. In Feldexperimenten ist es schwierig, den Effekt nachzuweisen. Für Schweizer Böden und bei Ausbringmengen von 1 Tonne pro Hektar und Jahr leitet Agroscope aus vorhandenen Metastudien eine mittlere Reduktionsrate von 13 % ab.
Die Sorptionskapazität von Pflanzenkohle ist in sauren Böden höher als in neutralen und sie steigt mit zunehmender Produktionstemperatur der Pflanzenkohle (> 750°C). Zudem zeigt sich, dass sich mit angesäuerter Pflanzenkohle deutlich bessere Resultate erzielen lassen. Säulenversuche zeigen, dass Kalinitratdünger kombiniert mit Pflanzenkohle nur zu einer Reduktion der Nitratauswaschung führt, wenn die Pflanzenkohle angesäuert war, sowohl in Böden mit einem pH-Wert von 5,7 als auch in solchen mit einem pH-Wert von 7,4. Die Reduktionsrate betrug 23 % bzw. 12 %. In einer anderen Studie mit Topfversuchen konnte bei kombinierter Ausbringung von Pflanzenkohle und Mineraldünger bereits bei kleinen Ausbringmengen in der Grössenordnung von 1 Tonne pro Hektar und Jahr eine Nitratauswaschung von bis zu 35 % beobachtet werden. In einer umfangreichen Feldstudie in Bayern, welche die Düngung mit Mineraldünger und Gärgülle mit und ohne Pflanzenkohle (0,5 und 1 Tonne pro Hektar und Jahr) verglich, zeigte die Zugabe Pflanzenkohle keinen Effekt auf die Stickstoffeffizienz und die Nitratverlagerung. Die Messungen erfolgten nach drei Jahren wiederholter Ausbringung.
In der Forschung werden verschiedene Möglichkeiten diskutiert, wie Pflanzenkohle auf den Nitrathaushalt wirkt:
Der Effekt der Pflanzenkohle als Nährstoffpuffer könnte durch Alterung der Pflanzenkohle im Boden steigen: Mit zunehmender Aufenthaltsdauer der Pflanzenkohle im Boden bildet sich auf deren Oberfläche ein organischer Film, der die Nährstoffbindung und die Wasserhaltekapazität verbessern kann (vgl. Kapitel Kompostierung). Dieser Effekt beginnt sich ab einer Aufenthaltszeit von rund drei Jahren einzustellen.
In sauren, Eisen- bzw. Aluminium-reichen Böden kann Pflanzenkohle die Verfügbarkeit von Phosphor erhöhen. Böden mit solchen Voraussetzungen kommen in der Schweiz jedoch kaum vor.
Die bodenbürtigen CH4-Emissionen werden gemäss aktuellem Stand des Wissens durch Pflanzenkohle nicht beeinflusst. Da diese Emissionen unter schweizerischen Bedingungen bereits tief sind, hätte eine Reduktion nur eine geringe Auswirkung auf die gesamten Treibhausgasemissionen der Landwirtschaft.
In vielen Studien konnte die Pflanzenkohle die Lachgasemissionen, ein sehr starkes Treibhausgas, deutlich reduzieren, in einer Studie um durchschnittlich 38%. Meist wurden die Untersuchungen mit hohen Mengen an Pflanzenkohle durchgeführt. Das grösste Potenzial zeigen Studien für Pflanzenkohle, die bei 550°C bis 700°C und aus Holz hergestellt wurde, was den in der Schweiz hergestellten Pflanzenkohlen entspricht. Bei den aktuell geringen erlaubten Ausbringmengen ist von kleineren Effekten im Feld auszugehen: Agroscope rechnet in einer LCA-Studie damit, dass die N2O-Emissionen erst ab einer kumulierten Ausbringmenge von 5 Tonnen pro Hektar und Jahr um 13 % verringert werden können.
Diese vorsichtige Annahme basiert auf Experimenten, bei denen die Pflanzenkohle mit dem Boden vermischt und anschliessend gedüngt wurde. Wird die Pflanzenkohle in einer Kaskadennutzung in den organischen Dünger eingebracht, sind grössere Effekte möglich, weil ein besserer Kontakt zwischen Düngerstickstoff und Pflanzenkohle besteht.
Verschiedene Metastudien kommen zum Schluss, dass Pflanzenkohle die Schüttdichte deutlich verringern und die Porosität erhöhen kann. Dies ist einerseits auf ihre hohe Porosität zurückzuführen. Zudem kann Pflanzenkohle die Aggregatbildung im Boden unterstützen. Indirekt kann dies zu einer zusätzlichen Reduktion der Schüttdichte führen.
Aktuell wird zur Wirkung von Pflanzenkohle auf die Bodenbiologie viel Literatur publiziert. Welche Effekte für die Praxis relevant sind, ist noch nicht abschliessend geklärt. Während im Langzeitversuch «Black goes Green» mit Pflanzenkohle aus Holzschnitzeln (>550°C) drei Jahre nach der Pflanzenkohlegabe (8 Tonnen pro Hektar) keine Zunahme der mikrobiellen Aktivität nachgewiesen wurde, kommen Metaanalysen zum Schluss, dass Pflanzenkohle die Aktivität von Bodenmikroorganismen begünstigen kann. Diese Wirkung zeigte sich vor allem mit Pflanzenkohle aus nährstoffreichen Ausgangsmaterialien, die bei tiefen Temperaturen pyrolysiert wurde. Bei diesen Pflanzenkohlen ist ein grosser Teil des Kohlenstoffs wenig stabil und kann von Mikroorganismen verwertet werden. Bei Pflanzenkohlen, die bei höheren Temperaturen (>550°C) hergestellt werden, ist der Kohlenstoff stabiler gebunden und weniger bioverfügbar. Weil diese Pflanzenkohlen jedoch elektrisch leitfähig sind, könnte hier ein anderer Mechanismus ins Spiel kommen: Pflanzenkohle kann als Elektronen-Vermittlerin für die Bodenbiologie dienen und so ihr Wachstum fördern.
Zudem wird vermutet, dass sich an der Oberfläche der Pflanzenkohle durch längeren Aufenthalt (Alterung) im Boden eine organische Schicht ausbildet, die eine positive Wirkung auf die Mikroorganismen haben kann.
Der organische Kohlenstoffgehalt von Böden nimmt durch die Pflanzenkohlegabe zu, mindestens in der Menge, die ausgebracht wurde. Verschiedene Studien weisen einen kurzzeitig erhöhten Abbau von organischem Bodenkohlenstoff (positives Priming) nach Zugabe von Pflanzenkohle aus. Nach einigen Monaten steigt dann der Anteil des nicht pyrogenen Bodenkohlenstoffs (negatives Priming) wieder, was auf eine Stabilisierung oder sogar eine Zunahme des Bodenkohlenstoffs hinweist. Beispielweise zeigte eine Studie in Minnesota/USA, dass nach 6 Jahren so viel organischer Kohlenstoff zusätzlich im Boden stabilisiert wurde, wie pyrogener Kohlenstoff eingebracht wurde.
Für typische mitteleuropäische Ackerböden sind diese Ergebnisse jedoch wissenschaftlich noch nicht eindeutig. Im Langzeitversuch «Black goes Green», bei dem Pflanzenkohle mit Gärgülle ausgebracht wurde, zeigte sich nach drei Jahren kein negatives Priming, also kein zusätzlicher Humusaufbau. Hingegen wies eine bayrische Studie mit Pflanzenkohle-Kompost nach drei Jahren eine Zunahme des organischen Kohlenstoffs im Boden von bis zu 10 Tonnen pro Hektar aus, selbst bei realistischen Anwendungsmengen von 0,5 bis 2 Tonnen Pflanzenkohle. Die untersuchten Böden wiesen einen eher geringen Gehalt an organischem Kohlenstoff auf.
Messungen in landwirtschaftlich genutzten Böden an ehemaligen Köhlereistandorten in Belgien ergaben leicht höhere Mengen an unverkohltem organischem Kohlenstoff als an Vergleichsstandorten in der Umgebung.
Möglicherweise ist die Kombination der Pflanzenkohle mit organischem Material, die Aufenthaltsdauer und/oder der ursprüngliche Gehalt an organischem Kohlenstoff ausschlaggebend, wie sich die Pflanzenkohle auswirkt.
Ein grosser Teil des Kohlenstoffs in der Pflanzenkohle ist über 1000 Jahre im Boden stabil gespeichert. Mehr dazu erfahren Sie im Kapitel Pflanzenkohle als C-Senke.
Eine Liste mit wissenschaftlichen Publikationen, Übersichtsstudien und weiteren Quellen finden Sie auf der separaten Seite Quellenverzeichnis.
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Risiken im Griff
Pflanzenkohle ist über Jahrzehnte bis Jahrhunderte stabil. Vorbehalte, dass mit der Pflanzenkohle Schadstoffe in den Boden eingetragen werden und sich dort kumulieren, sind aufgrund der Klärschlammproblematik verständlich – bei Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften jedoch kein Problem.
Lesen Sie, wie Landwirte Pflanzenkohle anwenden, welchen Nutzen sie beobachten und wie sie die Wirtschaftlichkeit beurteilen.
Lesen Sie, wie Landwirte Pflanzenkohle anwenden, welchen Nutzen sie beobachten und wie sie die Wirtschaftlichkeit beurteilen.
