Seit Inkrafttreten des 'Erneuerbaren Energie Gesetzes' im Jahr 2000 hat die Erzeugung und Nutzung von Biogas erheblich zugenommen. In zunehmendem Maße werden als Gärsubstrate Nachwachsende Rohstoffe eingesetzt. Verwendet werden hierbei Pflanzenarten bzw. Fruchtfolgen, die einen möglichst großen Trockenmasseertrag liefern. In einer Energiepflanzenfruchtfolge wäre die Stellung der Sonnenblume nach einer früh geernteten Winterung (z. B. Roggen-Ganzpflanzensilage) sinnvoll. Mit diesem Projekt soll geklärt werden, ob es möglich ist, Sonnenblumen zu konkurrenzfähigen Biomassepflanzen zu entwickeln.
Im Rahmen des Vorhabens soll eine nachhaltige Rohstoffquelle für Phyllodulcin auf der Basis von Anbau und Prozessierung verbesserter Teehortensien-Genotypen etabliert werden. Daraus ergeben sich die folgenden Ziele für das Vorhaben: 1. Ermittlung und Etablierung von nachhaltigen Vermehrungs-, Anbau-, Ernte- und Prozessierungsbedingungen und -verfahren im Freiland und im Gewächshaus für phyllodulcinreiche Hydrangea-Kultivare in Deutschland zur Gewinnung von Phyllodulcin; 2. Schaffung der Grundlage für eine zielgerichtete Züchtung neuer Genotypen mit gesteigertem Phyllodulcin-Gehalt (möglichst stabil über 3, besser 5% der Trockenmasse) und verbessertem Pflanzenwuchs von für den Feldanbau geeigneten neuen Teehortensien-Kultivaren durch gezielte Kreuzung und Identifizierung von genetischen Traits und Markern sowie Identifizierung von Allelen in neuen Genotypen, die zu einer Steigerung des Phyllodulcin-Ertrages führen.
Dieser Bericht beschreibt die Gehalte und zeitliche Entwicklungen der persistenten und mobilen Substanz Trifluoracetat (TFA), dem Anion der Trifluoressigsäure, in archivierten pflanzlichen Proben der Umweltprobenbank des Bundes. Die erhobenen Zeitreihen der TFA-Gehalte umfassen den Zeitraum von 1989 bis 2020. Der Bericht beschreibt zudem die analytische Methode zur Quantifizierung von TFA in den untersuchten pflanzlichen Matrices und gibt Angaben zur Methodenperformance. Die TFA-Gehalte untersuchter Blatt- und Nadelproben bewegten sich überwiegend im zwei- bis dreistelligen ÎÌg/kg-Bereich (bezogen auf das Trockengewicht). Proben unterschiedlicher Standorte derselben Baumart lagen jeweils in einem ähnlichen Konzentrationsbereich. Die höchsten TFA-Gehalte (bis zu ca. 1000 ÎÌg/kg Trockengewicht) wurde in Proben der Pyramidenpappel gefunden. Für beide Standorte der Pyramidenpappel und für drei der vier untersuchten Standorte der Rotbuche konnte ein statistisch signifikanter Anstieg der TFA-Gehalte innerhalb des Untersuchungszeitraums festgestellt werden. Die Ergebnisse der Nadelproben deuten ebenfalls auf einen Anstieg der TFA-Gehalte hin, wenngleich für diese, aufgrund der geringen Anzahl von Proben, keine statistische Trendbetrachtung möglich war.
Über die Wirkungen einer Kalkdüngung auf die parasitäre Belastung von Weiden wird in der Praxis unterschiedlich diskutiert. Ziel dieser Studie war es, die Auswirkungen einer einmaligen Kalkdüngung bzw. die Auswirkungen eines regelmäßigen Aufbringens von Effektiven Mikroorganismen (EM) auf der Weide auf parasitäre Parameter (Larven pro kg Gras-Trockenmasse, EPG, Anzahl der Parasiten im Labmagen und Dünndarm) und auf die Produktions- (Körpergewicht) und Blutparameter (rote Blutkörperchen, Hämoglobin, Hämatokrit) zu untersuchen. 44 Lämmer wurden in den Jahren 2013 und 2014 vier Gruppen zugeordnet. Jede Gruppe beweidete die zwei Weidekoppeln abwechselnd für jeweils zwei Wochen über eine Dauer von 15 Wochen. Die Weidekoppeln wurden mit Kalk einmalig vor Weidebeginn oder mit EM (zwei Konzentrationen) alle 4 Wochen behandelt. Zwei Weidekoppeln dienten als Kontrolle. Die Erhebung des Körpergewichtes und die Zählung der EPG wurden wöchentlich durchgeführt. Die Anzahl der Larven auf dem Gras wurden am Anfang und am Ende der Weideperiode eines jeden Jahres gezählt. 4 Wochen nach Beginn der Weideperiode wurde ein Aliquot von Lämmern zum Zählen von Parasiten in Labmagen und Dünndarm geschlachtet. Im zweiten Jahr wurden signifikant mehr Larven in der Kalkgruppe gezählt. Es wurden keine Unterschiede im Körpergewicht zwischen den Gruppen festgestellt. Die EPG am Ende des ersten Jahres war viel höher als am Ende im zweiten Jahr. Im zweiten Jahr war die EPG in der Kalkgruppe signifikant höher als in den anderen Gruppen. Die EPG in den EM Gruppen war numerisch immer niedriger als in der Kontrollgruppe. Die Anzahl der Parasiten des Labmagens war in den behandelten Gruppen numerisch niedriger als in der Kontrollgruppe. Der Hämoglobingehalt und der Hämatokrit waren in den EM Gruppen am höchsten, gefolgt von der Kalkgruppe und der Kontrollgruppe. Diese Ergebnisse zeigten, dass Kalk eine Kurzzeitwirkung entfalten konnte, aber unter intensiver Beweidung keine Langzeitwirkungen hatte. Die Behandlungen konnten keinen Einfluss auf die Gewichtsentwicklung erzielen. Die Unterschiede zwischen den beiden EM Gruppen und der Kontrollgruppe in der EPG, Anzahl der Parasiten im Labmagen und der Blutuntersuchungsergebnisse waren teilweise signifikant, sonst numerisch. Unter weniger intensiver Beweidung und gutem Weidemanagement wären noch deutlichere Unterschiede denkbar. Dafür bedarf es aber weiterer Untersuchungen zur Integration, Dauer und Häufigkeit einer EM Anwendung im Rahmen eines Weidemanagements.
Die Verwendung von fossilem Torf für Substrate im Erwerbsgartenbau trägt substantiell zur Klimaerwärmung bei (CO2-Emission), führt zu Verlusten an Biodiversität und anderen Moor-Ökosystemdienstleistungen sowie an landwirtschaftlich nutzbarer Fläche. Torfmoos-Biomasse ist die meist versprechende Alternative. Sie kann mit vielfältigen Benefits nachhaltig auf wiedervernässtem, degradiertem Hochmoor kultiviert werden. Diese Paludikultur reduziert CO2-Emissionen, erhält landwirtschaftliche Flächen, erhöht Biodiversität, erhält Arbeitsplätze im ländlichen Raum und stärkt die regionale und nationale Wirtschaft. Die Ziele von 'MOOSzucht' sind Produktivitätssteigerung auf züchterischer Basis, um Torfmoos rentabel anzubauen und massenhafte Vermehrung von Torfmoos als Saatgut für die Umsetzung von Torfmooskultivierung im industriellen Maßstab. Das Teilvorhaben Uni Greifswald zielt auf Selektion hoch-produktiver Torfmoos-Wildformen; Methodenentwicklung für Saatgut-Vermehrung im Gewächshaus sowie Verifizierung der Produktivität selektierter Wild-Provenienzen und Zuchtlinien im Feldbau. Im TV-Greifswald werden 180 Torfmoos-Wildformen (12 Arten / jeweils 5 Provenienzen/ jeweils 3 Mikrostandorte) innerhalb Europas gesammelt, in ein Mutterpflanzenquartier eingepflegt, genetisch charakterisiert (Flowcytometrie, Microsatellite-Assay) und mittels Photosyntheseaktivität-Bestimmung auf Produktivität gescannt. Die 24 produktivsten Torfmoose werden für die Vermehrung im Gewächshaus selektiert und dienen als Ausgangsmaterial für die züchterische Bearbeitung (Smart Sphagnum Breeding = SSB im TV Uni Freiburg) sowie für die Massenvermehrung im Photo-Bioreaktor (in TV Uni Freiburg+KIT). Die Methode zur unsterilen, vegetativen Vermehrung von Torfmoos im Gewächshaus wird optimiert. Im Feldtest wird die Performanz der selektierten Wild-Provenienzen, der gezüchteten Linien und der im Photo-Bioreaktor massenvermehrten Torfmoose bewertet und ihre Produktivität unter zwei verschiedenen Wasserständen mittels Trockenmasse-Bestimmung verifiziert. Der Projektverbund wird von der Universität Greifswald koordiniert.
In dem beantragten Vorhaben werden Strategien zur Biomasseerzeugung für die Verwertung als Substrat in Biogasanlagen erforscht. Zielsetzung ist eine ertragreiche und ökologisch verträgliche (Bodenschutz, Nährstoffkonservierung und -fixierung, Artenvielfalt) Substratproduktion innerhalb der Fruchtfolgen des Ökolandbaus bei Vermeidung bzw. Reduzierung von Konkurrenzwirkungen zum Nahrungs- oder Futteranbau. Dies wird ab 2020 umso bedeutender, da ab diesem Zeitpunkt der Zukauf von konventionellen Substraten zur Biogaserzeugung verboten wird. Daher sind innovative Anbaukonzepte zur Energiepflanzenerzeugung notwendig, die eine Integration in die bestehenden Fruchtfolgen des Ökologischen Landbaus ermöglichen. Dies belegen zahlreiche Nachfragen aus der landwirtschaftlichen Praxis. In dem beantragten Forschungsprojekt werden dazu drei Verfahren mit mehreren Varianten in einem Feldversuch untersucht werden: I) Intensiver Sommerzwischenfruchtanbau, II) Ganzjähriger Feldfutterbau (Futter- und Biogasnutzung), III) Zwei- bzw. Mehrkulturnutzung (Futter- und Biogasnutzung). Neben dem Trockenmasseertrag sollen der TM-Gehalt, der Futterwert, die Methanausbeute und die N-Dynamik mit der N-Fixierungsleistung von Leguminosen bei allen Varianten untersucht werden.
Phosphor (P) ist ein essentieller und nicht substituierbarer Baustein in allen Lebewesen und wird vor allem als Dünger für eine ertragreiche Landwirtschaft gebraucht. Daher hat die Bundesregierung die Rückgewinnung von Phosphor im Deutschen Ressourceneffizienzprogramm (ProgRessII) als wichtigen Baustein zur Etablierung einer ressourceneffizienten Kreislaufwirtschaft verankert und mit der im Oktober 2017 in Kraft getretenen Novellierung der Klärschlammverordnung die gesetzlichen Rahmenbedingungen geschaffen. Für kommunale Kläranlagen mit einer Ausbaugröße über 50.000 Einwohnerwerten ist demnach ab dem Jahr 2032 die Rückgewinnung von Phosphor grundsätzlich vorgeschrieben. In diesem Zusammenhang wurde ein ganzheitliches Konzept zum regionalen P-Recycling in einer als Beispielregion ausgewählten Region erstellt. Ausgangspunkt des Recyclingkonzeptes ist eine kommunale Kläranlage mit einer Ausbaugröße von 72.000 Einwohnerwerten (GK 4). Das Konzept sieht die großtechnische Umsetzung eines Phosphor-Rückgewinnungsverfahrens auf der Kläranlage vor. Dabei soll das Phosphor-Recycling durch eine thermische Desintegration des Klärschlamms in Verbindung mit einer MAP-Kristallisation (MAP: Magnesium-Ammonium-Phosphat) realisiert werden. Für den an Phosphor abgereicherten Klärschlamm mit einem Phosphorgehalt von weniger als 20 Gramm je Kilogramm Trockenmasse ist eine Zuführung in eine anderweitige Verwertung, insbesondere in der Zementindustrie, vorgesehen. Hinsichtlich der auf der Kläranlage gewonnenen Phosphor-Rezyklate sieht das Konzept eine konsequente regionale Verwertung in der Landwirtschaft, vorzugsweise im Ökolandbau vor. Die Einhaltung der durch die Novelle der Klärschlammverordnung gegebenen gesetzlichen Rahmenbedingungen bezüglich des Phosphor-Recyclings stand bei der Konzepterstellung im Vordergrund.
Problemstellung: Um einen nachhaltigen Energiepflanzenanbau zu fördern und die negativen Folgewirkungen von engen Maisfruchtfolgen zu vermeiden, sollen mit alternativen Anbausystemen das Spektrum der genutzten Arten erweitert und die Biodiversität in der Agrarlandschaft gesteigert werden. Buchweizen und Quinoa bieten sich aufgrund ihrer sehr kurzen Entwicklungszeit von der Aussaat bis zur Siloreife für einen späten Anbau an. Vor allem Buchweizen kann dabei zusätzlich ein langanhaltendes Blütenangebot in der Kulturlandschaft schaffen. Zielsetzung: In dem Vorhaben werden belastbare Daten zur Bewertung von Buchweizen und Quinoa als späte Zweitfrüchte nach der Ernte von Ganzpflanzengetreide für die Biogasnutzung erarbeitet. Besonderes Augenmerk liegt auf der Wassernutzungseffizienz, um die Ertragssicherheit im Zweitfruchtanbau zu verbessern und den Wasserhaushalt möglichst wenig zu beeinträchtigen. Die Ergebnisse sollen in Beratungsunterlagen und standortspezifischen Sortenempfehlungen für die Praxis umgesetzt werden. Arbeitsschwerpunkte: Dreijährige Feldversuchen zur Prüfung von Buchweizen- und Quinoasorten sowie der Referenzkulturen Einjähriges Weidelgras und Sommerroggen als späte Zweitfrüchte zu zwei Saatzeitpunkten im Juni und an zwei Standorten - Bewertung von Ertragsleistung (Trockenmasse und Methan), Qualität als Biogassubstrat, Abreifeverhalten und phytosanitäre Wirkung der Kulturen - Vergleich der Wassernutzungseffizienz der einzelnen Arten und Sorten über Analysen der 13C-Isotopen-Diskriminierung zur Auswahl der für die angestrebte Fruchtfolgestellung am besten adaptierten Sorten - Untersuchungen zu Trockenstress und Stickstoffversorgung in begleitenden Gewächshausversuchen, um Einfluss auf das Abreifeverhalten in Wechselwirkung mit der Sorte zu bestimmen.
Im Verbundvorhaben MISCOMAR mit den europäischen Partner Institute for Ecology of Industrial Areas in Katowice, Polen (Koordinator) und Aberystwyth University, UK ist geplant die Biomasse-Nutzung von marginalen und belasteten Ackerflächen weiterzuentwickeln. Insbesondere Miscanthus stellt hierfür eine interessante Alternative dar, auf Grund seiner guten Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Gegebenheiten und seines guten ökologischen Profils. Im Projekt soll daher die Eignung neu gezüchteter Miscanthus Genotypen für marginales und kontaminiertes Ackerland geprüft und mit der aktuellen Standardsorte Miscanthus x giganteus verglichen werden. Einer von insgesamt drei Versuchsstandorten befindet sich an der Universität Hohenheim (Versuchsstation Agrarwissenschaften, Standort Unterer Lindenhof), welcher als marginal charakterisiert werden kann, auf Grund des hohen Anteils an Steinen im Boden, der Neigung zur Staunässe im Frühjahr, des hohen Tonanteils und der Hangneigung. Im Rahmen des Projektes sollen zudem mögliche Nutzungsrichtungen für die Miscanthus-Biomasse geprüft werden. Hierfür werden an der Universität Hohenheim insbesondere relevante Qualitätsparameter für die Verbrennung und die Biogasnutzung von allen drei Versuchsstandorten analysiert. Für die Verbrennung wird eine Ernte nach Winter angestrebt, da hier ein geringer Wassergehalt erreicht werden kann und für die Biogasnutzung eine Ernte vor Winter (Oktober), da hier der Trockenmasseertrag und der substrat-spezifische Biogas- und Methanertrag höher ausfallen. Die Ergebnisse aus den Feldversuchen, Qualitätsanalysen und der ökologischen Auswirkungen des Miscanthusanbaus auf den Boden (letzteres durchgeführt vom Partner IBERS, Aberystwyth University), sowie weiterführende Literaturstudien sollen in die Entwicklung von Anbaustrategien zur Optimierung des Miscanthusanbaus einfließen. Diese Anbaustrategien sollen die Grundlage für die weitere Erschließung des Miscanthusanbaus darstellen und die heimische Biomasseproduktion für eine wachsende Bioökonomie in Europa verstärkt auf marginales und kontaminiertes Ackerland lenken. Übergeordnetes Ziel ist es so die Biomasseversorgung zu sichern und gleichzeitig der Flächenknappheit entgegenzuwirken, indirekte Landnutzungsänderungen zu vermeiden und die globale Ernährungssicherheit zu sichern.
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