Umweltschonende Verwertung von Klärschlamm in der Landwirtschaft: P-Wirkung des Klärschlammes in Abhängigkeit von der P-Fällung und vom Substrat
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Veröffentlicht: |
Soest
2001
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Beschreibung: | Zugl.: Paderborn, Univ., Diss., 2001 |
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adam_text | Titel: Umweltschonende Verwertung von Klärschlamm in der Landwirtschaft
Autor: Onnen, Ortrun
Jahr: 2001
0 Verzeichnisse
Inhaltsverzeichnis
0 Verzeichnisse III
1 Einleitung und Zielsetzung 1
2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm 3
2.1 Entstehung von Klärschlamm 3
2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen 8
2.2.1 Abfallgesetze 9
2.2.2 Wasserhaushaltsgesetz 10
2.2.3 Klärschlammverordnung 10
2.2.4 Klärschlamm-Entschädigungsfonds 13
2.2.5 Düngerecht 13
2.2.6 Bundesbodenschutzgesetz 14
2.3 Stoffliche Zusammensetzung von Klärschlamm 15
2.3.1 Stickstoff 17
2.3.2 Phosphor 18
2.3.3 Kalium, Calcium und Magnesium 22
2.3.4 Schwermetalle 23
2.3.5 Organische Schadstoffe 29
2.4 Initiativen zum umweltverträglichen Klärschlammeinsatz 34
3. Material und Methode 40
3.1 Versuchsfaktoren 40
3.1.1 Klärschlamm 40
3.1.2 Standort 43
3.1.2.1 Beschreibung der Böden 44
3.1.2.2 Bodenkundliche Kennzeichnung des Substrates 47
3.2 Anlage des Versuches 49
3.2.1 Das erste Untersuchungsjahr 49
3.2.2 Das zweite Untersuchungsjahr 50
3.2.3 Das dritte Untersuchungsjahr 51
III
3.3 Durchführung des Versuches 51
3.4 Witterung 52
3.5 Analysen 55
3.5.1 Pflanzen: Entnahme - Behandlung - Untersuchung 55
3.5.2 Boden: Entrahme - Behandlung - Untersuchungen 56
3.6 Statistische Auswertung 57
4 Ergebnisse 57
4.1 Einfluß der Klärschlamm-Düngung auf das Pflanzenwachstum 57
4.1.1 Erträge und P-Entzüge im ersten Untersuchungsjahr 58
4.1.2 Ertrage und P-Entzüge im zweiten Untersuchungsjahr 60
4.1.3 Erträge und P-Entzüge im dritten Untersuchungsjahr 67
4.1.4 Auswirkungen der Klärschlammdüngung auf die Anbaufolge 72
4.2 Einfluß der Klärschlamm-Düngung auf den Boden 78
4.2.1 Veränderungen des pflanzenverfügbaren Phosphates innerhalb
der Anbaufolge 78
4.2.2 Veränderungen des Gesamt-P-Gehaltes innerhalb der Anbaufolge 82
4.2.3 Veränderungen der P-Fraktionen innerhalb der Anbaufolge 85
5 Diskussion 91
5.1 Einfluß der Düngung auf die Erträge 91
5.2 Einfluß der Düngung auf die P-Entzüge 95
5.3 Einfluß der Düngung auf den pflanzenverfügbaren
Phosphat-Gehalt im Boden 105
5.4 Einfluß der Düngung auf die Gesamt-P-Gehalte 108
5.5 Einfluß der P-Fällung auf die P-Fraktionierung im Boden 112
6 Ausblick und abschließende Betrachtung 115
7 Zusammenfassung 122
8 Literaturverzeichnis 127
9 Anhang 135
IV
Abbildungsverzeichnis
Abb. 2-1: Klärschlammanfall in den Gemeinden Nordrhein-Westfalens (Karte 2) 6
Abb. 2-2: Mögliche Bindungsformen von Phosphat an Eisen- bzw. Aluminium-
Hydroxiden 19
Abb. 2-3: Schematische Darstellung von Phosphatzuständen und deren mögliche
Umwandlungsrichtungen im Boden 20
Abb. 2-4: Schwermetallgehalte im Klärschlamm in mg/kg Trockensubstanz 28
Abb. 2-5: Verteilung der Phosphatgehalte der vorliegenden Bodenuntersuchungs¬
ergebnisse 37
Abb. 2-6: Phosphat-Versorgung der Ackerböden Nordrhein-Westfalens 38
Abb. 2-7: Verwertungspotential für Sekundärrohstoffdünger in Nordrhein-Westfalen 39
Abb. 4-1: Erträge des Einjährigen Weidelgrases in Abhängigkeit der Anlagen,
Substrate und Varianten 59
Abb. 4-2: P-Entzug Einjähriges Weidelgras in Abhängigkeit der Anlagen,
Substrate und Varianten. 59
Abb. 4-3-1: Erträge Weizen-Korn in Abhängigkeit der Anlagen und Varianten 61
Abb. 4-3-2: Erträge Weizen-Korn in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 61
Abb. 4-4-1: Erträge Weizen-Stroh in Abhängigkeit der Anlagen und Substrate 63
Abb. 4-4-2: Erträge Weizen-Stroh in Abhängigkeit der Anlagen und Varianten 63
Abb. 4-5: P-Entzug Weizen-Korn in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 64
Abb. 4-6: P-Entzug Weizen-Stroh in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 64
Abb. 4-7: Erträge Mais nach Weizen in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 66
Abb. 4-8: P-Entzug Mais in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 66
Abb. 4-9: Erträge Haferkorn in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 68
Abb. 4-10: Erträge Haferstroh in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 68
Abb. 4-11: P-Entzug von Haferkorn in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 70
Abb. 4-12: P-Entzug von Haferstroh in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 70
Abb. 4-13: Erträge Mais in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 71
Abb. 4-14: P-Entzug von Mais in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 71
Abb. 4-15: ¦ Relativerträge (%) in Abhängigkeit der Ernten und Substrate 75
V
Abb. 4-16: Relativerträge (%) in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 75
Abb.4-17: Jährlicher P-Entzug der Kulturen in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und
Substrate 77
Abb. 4-18: Jährlicher P-Entzug der Kulturen in Abhängigkeit der Jahre, Substrate und
Varianten 77
Abb. 4-19: P-CAL-Gehalt des Bodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und Substrate 79
Abb. 4-20: P-CAL-Gehalt des Sandbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und
Varianten 80
Abb. 4-21: P-CAL-Gehalt des Lößbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und
Varianten 80
Abb. 4-22: Gesamt P-Gehalt des Bodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und
Substrate 83
Abb. 4-23: Gesamt-Phosphat-Gehalt des Bodens in Abhängigkeit der Varianten für drei
Jahre 83
Abb. 4-24: P-Fraktionierung des Bodens in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und
Jahre 86
Abb. 4-25: Fe/AL-P-Fraktion des Bodens in Abhängigkeit der Jahre, Substrate und
Varianten 88
Abb. 4-26: Ca-P-Fraktion des Bodens in Abhängigkeit der Jahre und Varianten 88
Abb. 4-27: Org.-P-Fraktion des Sandbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und
Varianten 90
Abb. 4-28: Org.-P-Fraktion des Lößbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und
Varianten 90
Abb. 5-1: Prozentuale Düngerausnutzung in Abhängigkeit der Varianten 98
Abb. 5-2: Relative P-Verfügbarkeit des Sandbodens in Abhängigkeit der Jahre und
Varianten 110
Abb. 5-3: Relative P-Verfügbarkeit des Lößbodens in Abhängigkeit der Jahre und
Varianten 111
Abb. 6-1: Kreislauffuhrung von Nähr- und Schadstoffen, schematische Darstellung 120
VI
Tabellenverzeichnis
Tabelle 2-1 Klärschlammmengen der Bundesrepublik Deutschland, sowie der Anteil
der landwirtschaftlichen Verwertung 4
Tabelle 2-2: Verbleib der Klärschlämme in Nordrhein-Westfalen (Daten des
Kläranlagenkatasters fiir 1993) 5
Tabelle 2-3: Ausgewählte EG-Richtlinien sowie nationale Umweltgesetze 8
Tabelle 2-4: Klärschlammwerte der Klärschlammverordnung und der -
EG-Klärschlammrichtlinie 11
Tabelle 2-5: Grenzwerte der organischen Schadstoffe der Klärschlammverordnung 11
Tabelle 2-6: Bodenwerte der Klärschlammverordnung und der EG-Klärschlammrichtlinie 12
Tabelle 2-7: Kenndaten von Klärschlämmen des Zeitraumes 1986 - 1990 (Spannbreite,
die von den Bundesländern (alt) angegeben wurden) 15
Tabelle 2-8: Bodenverbessernde und -schützende Wirkung der Rezyklierung von Sied¬
lungsabfällen (Klärschlämmen und Komposte) in der Landwirtschaft 16
Tabelle 2-9: Durchschnittliche Nährstoffgehalte in kg/5t Trockensubstanz verschieden
aufbereiteter Klärschlämme 17
Tabelle 2-10: Schwermetalle in der Umwelt 24
Tabelle 2-11: Jährliche Zufuhr an Schwermetallen durch eine ordnungsgemäße NPK-
Mineraldüngung, sowie vom Gesetzgeber festgelegte oder nach
Richtwerten empfohlene Menge an Gülle, Kompost und Klärschlamm 24
Tabelle 2-12: Transferkoeffizient Boden-Pflanze und kritische Konzentrationen von
Schwermetallen im Pflanzenmaterial 26
Tabelle 2-13: Organische Schadstoffe in Klärschlämmen 29
Tabelle 2-14: Polychlorierte Biphenyl Gehalte verschiedener Böden 32
Tabelle 2-15: Benz[a]pyren in Böden unterschiedlicher Herkunft, Relativzahlen 33
Tabelle 2-16: Einstufung der bewerteten Stoffe, Stoffe der Gruppe I. Stoffe mit
vorrangiger Relevanz 34
Tabelle 2-17 Beispiele unterschiedlicher Regelungen in Schleswig-Holstein und
Sachsen 35
Tabelle 3-1: Ergebnisse der Klärschlammuntersuchungen nach Klärschlammverordnung 41
Tabelle 3-2: Obersicht der Varianten beider Anlagen 42
Tabelle 3-3: Fraktionierung der Klärschlämme [mg P/100 g Boden] und pH-Wert 43
VII
Tabelle 3-4: Allgemeine bodenchemische und -physikalische Eigenschaften des
Standortes Versuchsgut Welver-Merklingsen 46
Tabelle 3-5: Witterungsverlauf im Kreis Soest und Kreis Steinfurt 46
Tabelle 3-6: Allgemeine Bodenkenndaten 47
Tabelle 3-7: Phosphatgehalte der Substrate 48
Tabelle 3-8: P-Fraktionierung der Substrate 49
Tabelle 3-9: Versuchsanlagen 49
Tabelle 3-10: Einwaage Klärschlamm bzw. mineralischer Dünger beider Anlagen 50
Tabelle 3-11: Aussaattermine und-stärken der Kulturen beider Versuchsanlagen 51
Tabelle 3-12: Düngergaben (Angaben in g pro Gefäß) 52
Tabelle 3-13: Pflanzenschutzmaßnahmen in beiden Versuchsanlagen 52
Tabelle 3-14: Wetterdaten für 1995-1998
(Ermittelt auf dem Versuchsgut Merklingsen) 54
Tabelle 4-1: Erträge (%) in Abhängigkeit der Ernten, Substrate und Varianten 73
Tabelle 5-1: Erträge (%) in Abhängigkeit der Varianten (2. Spalte) und der Substrate und
Varianten (3. und 4. Spalte) 92
Tabelle 5-2: P-Entzüge (%) in Abhängigkeit der Ernten, Substrate und Varianten 96
Tabelle 5-3: P-Bilanz [mg P/l 00 g Boden] sowie Effizienz [%] von Phosphat in
Abhängigkeit der Substrate und Varianten 101
Tabelle 5-4: P-Bilanz [mg P/100 g Boden] in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 109
Tabelle 6-1: Vergleich der Vorsorgewerte für Metalle in Böden, durchschnittliche
Schwermetallgehalte von Bioabfällen und Klärschlämmen, Grenzwerte
fiir Metalle im Klärschlamm und Boden und Schwermetallgehalte der
eingesetzten Klärschlämme aus dem Kreis Soest. 118
Tabelle 7-1: Versuchsserien zur Überprüfung der P-Wirkung in Klärschlämmen 123
VIII
|
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