Projekt 08973/01

Weiterentwicklung des Chroma-Boden-Tests zur einfachen und schnellen Bestimmung von Kompostqualität und Rottegrad

Projektträger

Carl von Ossietzky Universität OldenburgIBU - Institut für Biologie und UmweltwissenschaftenBodenkunde
Carl-von-Ossietzky-Str. 9 - 11
26129 Oldenburg
Telefon: 0441/798-3335

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zur Rückführung von Bioabfallkompost in den natürlichen Kreislauf ist es, vor allem in der Substrateherstellung, wichtig eine Methode zu besitzen, die zuverlässig Auskunft geben kann über Qualität und Reifegrad eines Kompostes. Die Methoden, die derzeit zur Anwendung kommen, sind teilweise in der Zuverlässigkeit ihrer Aussage umstritten (z. B. Selbsterhitzungsfähigkeit zur Bestimmung des Rottegrades), bzw. aufwendig (Atmungsaktivität zur Bestimmung des Rottegrades, Pflanzenverträglichkeitstests) und dadurch teuer. Die Ergebnisse der oben genannten Methoden sind zudem frühestens nach 4 Tagen (Atmungsaktivität), bei den Pflanzentests sogar erst nach 14 Tagen verfügbar. Mit dem Chroma- Boden-Test soll eine low-tech-, low-cost-, high information- Methode etabliert werden zur einfachen und schnellen Bestimmung von Kompostqualität und Reifegrad.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenWährend eines Versuchszeitraumes von 30 Monaten soll der Kompostierungsprozess in verschiedenen Kompostierungsanlagen mit aeroben und anaeroben Verfahren untersucht werden. Von Beginn des Kompostierungsprozesses an bis hin zur Fertigkompostreife werden in kurzen periodischen Abständen Proben gezogen. Die Proben werden sowohl mittels Chromatest untersucht als auch analytisch (pH, TS, OTS, C/N, NH4, NO3, Selbsterhitzungstest), um die Aussagefähigkeit des Chromatestes in Korrelation zu herkömmlichen Kennwerten zu überprüfen. In einzelnen Versuchsserien sollen ebenfalls Daten über die Huminstoffentwicklung sowie die KAK im Verlaufe der Kompostierungsprozesse erhoben werden um auch diesbezüglich die Veränderungen der Bildgestalten in den Chromatogrammen dokumentieren zu können.
Zur differenzierten Beurteilung der Qualität von Fertigkomposten werden 19 Fertigkomposte aus 10 Kompostwerken in Bezug auf ihren Nährstoffgehalt (N, P, K, Mg, NH4, NO3), sowie auf ihre Pflanzenverträglichkeit hin (Salzgehalt, Sulfid, Nitrit, Selbsterhitzungsgrad, Pflanzentests) untersucht. Der hierzu parallel durchgeführte Chromatest soll Aufschluss geben über die Aussagepotentiale der Methode bezüglich der Qualität von Reifkomposten.


Ergebnisse und Diskussion

Aus der Gestaltung der Chromatogramme lassen sich deutliche Rückschlüsse auf die Qualität des Kompostierungsprozesses ziehen. Zwar zeigen sich keine direkten Zusammenhänge mit dem quantitativen Abbau der organischen Substanz, doch lassen sich über die sich abbildende Quantität und Qualität (Ab-schätzung des Polymerisationsgrades) der im Kompost enthaltenen Huminstoffe eindeutige Rückschlüsse ziehen auf die mikrobiellen Abbaubedingungen und damit auf die Effizienz des Rotteprozesses, wovon in der Konsequenz in entscheidendem Maß auch die Pflanzenverträglichkeit des Produktes bestimmt wird.
Der Färbung der äußeren Zone und den sich hier möglicherweise abbildenden Wolken kommt dabei eine besondere Bedeutung zu, da sie auch ohne Kenntnis der Entwicklung der Bildgestalt während des Kompostierungsverlaufes klare Aussagen zulassen.
Essentielle Voraussetzung für die positive Entwicklung eines Kompostes ist eine gute Sauerstoffversorgung der Mikroorganismen, was einerseits zu einer schnellen Mineralisierung der leicht verfügbaren organischen Substanz führt, andererseits aber auch eine verhältnismäßig geringe Neubildung von Huminsäuren bedingt (ZIECHMANN, 1996 u.a.). Dies spiegelt sich in einer hell gefärbten äußeren Zone und einer geringen sowie hellen Wolkenbildung wieder, bzw. in der Aufhellung derselben während des Rotteprozesses.
Eine dunkle Färbung der äußeren Zone und starke Bildung von Ablagerungen (Wolken) ist dagegen Kennzeichen für einen verzögerten Rotteprozess aufgrund Sauerstoffmangels, der zu einer Akkumulation gering polymerisierter Huminsäuren führt, sowie auch potentiell zur Anreicherung von Zwischenprodukten des Abbauprozesses (organische Säuren, phenolische Verbindungen, H2S, NH3), die als Grund für die überwiegend eingeschränkte Pflanzenverträglichkeit der Komposte zu betrachten sind.
Der Chroma-Boden-Test zeigt eine hohe Reproduzierbarkeit der relevanten Bildmerkmale und erfordert im Vergleich zu vielen analytischen Methoden einen geringen Aufwand an technischem Gerät. Die Ergebnisse liegen binnen 36 Stunden nach der Probenahme vor, was insbesondere gegenüber dem Selbsterhitzungs- aber auch allen Pflanzentests eine deutliche Zeitersparnis bedeutet. Allerdings ist bei der Durchführung große Sorgfalt notwendig, da papierchromatographische Prozesse empfindlich, insbe-sondere gegenüber der Veränderung der Umgebungsbedingungen, reagieren.
Der Chroma-Boden-Test ermöglicht dem Anwender als Summenparameter einen raschen Einblick in die Qualität des laufenden Kompostierungsprozesses, und kann eine schnelle Einschätzung des Anwendungsrisikos von Fertigkomposten liefern. Als Mischkomponente in Substraten sind dabei nur solche Komposte geeignet, die im Chromatogramm eine hell gefärbte äußere Zone mit wenigen und insbesondere hellen Wolken aufweisen. Der Nährstoff- und Salzgehalt etwaiger Substratkomposte muss, vor al-lem bei Bioabfallkomposten, zusätzlich durch entsprechende Analysen ermittelt werden.
Chromatogramme mit hell gefärbter äußerer Zone lassen, ohne weitere Kenntnis des Kompostierungsprozesses, nur dann eine Abschätzung des Kompostalters zu, wenn weitere charakteristische Bildelemente zur Interpretation herangezogen werden können:
Eine rosa-violette Färbung der inneren Zone, und/oder eine scharf gezeichnete Grenze zwischen innerer und mittlerer Zone liefern Hinweise auf starke mikrobielle Aktivität. Andererseits weisen grau gefärbte Zacken, die sich farblich deutlich von der mittleren Zone abgrenzen, sowie auch eine fein gezeichnete Struktur, auf Fertigkomposte hin.
Um unreife Komposte ohne rosa-violette Färbung der inneren Zone sowie mit unscharf bis fließender Grenze zwischen i.Z. und m.Z. von Fertigkomposten sicher zu differenzieren, kann die Messung der Mietentemperatur die notwendigen Informationen bezüglich der Kompostreife liefern.
Die Erarbeitung eines Katalogs an Abbildungen von Chromatogrammen, die dem Anwender des Chroma-Boden-Tests als Vorlage zur Einschätzung der Kompostqualität dienen sollte, erschien im Verlauf des Forschungsvorhabens nicht mehr sinnvoll. Einzelne auffällige Bildmerkmale in den ansonsten sehr unterschiedlich gestalteten Chromatogrammen (vgl. S. 89-99, Abschlussbericht), liefern die ausschlaggebenden Informationen, wodurch die Interpretation erleichtert wird.
Die Zusammenarbeit mit den beteiligten Kompostwerken verlief reibungslos. Die Probenahmen wurden stets hilfsbereit unterstützt. Teilweise konnten neben dem laufenden Betrieb sogar spezielle Versuchsmieten eingerichtet werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der beiliegende Abschlussbericht dieses Forschungsprojektes wurde am 9.9.2003 in unveränderter Form der Fakultät V für Mathematik und Naturwissenschaften der Universität Oldenburg als Dissertation mit dem Titel Eignung des Chroma-Boden-Tests zur Bestimmung von Kompostqualität und Rottegrad eingereicht. Nach Annahme der Dissertation durch den Prüfungsausschuss wird die Dissertation auf der Homepage der Universität Oldenburg veröffentlicht werden. Des weiteren werden die Ergebnisse den an den Versuchen beteiligten Kompostwerken zur Verfügung gestellt. Weitere Veröffentlichungen in Fachzeitschriften sind möglich.
Mit dem vorliegenden Bericht endet das Forschungsvorhaben.


Fazit

Die grundlegende Vorgehensweise der Untersuchungen hat sich bewährt, wesentliche Änderungen in der Zielsetzung wurden/ werden nicht notwendig.