Lebendige Erde 4/2005:

Hintergrund

Bessere Stallmistkompostierung
Phasen, biologische Prozesse, Nährstoffverluste und ihre Reduzierung

von Joachim Raupp, Meike Oltmanns

Neben der aeroben Rotte gibt es auch Verfahren unter Luftabschluss (anaerob), bei denen die Substanz- und Nährstoffverluste geringer sein können, was aus landwirtschaftlicher Sicht Vorteile bietet. Anaerobe Verfahren sind jedoch aus umweltpolitischer Sicht kritisch zu sehen, da hierbei (abgesehen von der Biogasherstellung) die Emission der Treibhausgase Methan und Lachgas gefördert werden kann. Die emittierten Mengen sind zwar im Vergleich zu Ammoniakemissionen gering, aber bezüglich des Treibhauspotentials (GWP) sind die Gase weit schädlicher als Ammoniak, Lachgas z.B. 100 mal (GWP Methan 21; GWP Lachgas 310, GWP Ammoniak 3,1; laut IPCC, 1997). Im übrigen kann es nach einer anaeroben Lagerung bei der Ausbringung des Materials zu höheren N-Verlusten kommen.
 

Unser Beitrag wird sich vor allem mit der aeroben Rotte beschäftigen und aufzeigen, wie man Nährstoffverluste reduzieren kann. Die aerobe Rotte verläuft bei Stallmist und anderen Materialien grundsätzlich ähnlich. Mit der Zeit verändert sich die Temperatur im Rottematerial in charakteristischer Weise. Dadurch ist die Rottetemperatur ein einfacher Indikator der aktuell stattfindenden Prozesse und dient der Einteilung der Rotte in verschiedene Phasen (Gray & B., 1981; Abb. 1).

• Erwärmungsphase: Nach dem Aufsetzen der Mieten beginnen die im Material vorhandenen Mikroorganismen, die leicht verfügbare organische Substanz (Kohlenhydrate, Eiweiß, Fett) abzubauen. Durch die intensive Stoffwechseltätigkeit steigt die Temperatur rasch an. Die Mikroflora besteht vorwiegend aus Bakterienarten, die nur bis ca. 40°C existieren können. Die Erwärmungsphase dauert wenige Stunden bis einige Tage.
• Heißphase: Bei weiter ansteigender Temperatur werden die Mikroorganismen durch wärmeliebende (thermophile) Arten abgelöst. Wenn ca. 60°C erreicht sind, werden auch Pilze abgetötet. Die Flora besteht dann noch aus Sporen bildenden Bakterien und Strahlenpilzen (Actinomyceten). Durch den Abbau von Protein und Protein-Bausteinen entsteht Ammoniak (NH3), das in der wässrigen Umgebung in einem pH- und Temperatur-abhängigen Gleichgewicht mit Ammonium (NH4+) steht. Der pH-Wert steigt bis in den alkalischen Bereich auf ca. 8-8,5. Ammoniak ist als Gas leicht flüchtig und kann aus der Miete ausgetragen werden. Die Heißphase dauert in der Regel 1-3 Wochen. Mit der Zeit wird der Vorrat an leicht abbaubarer organischer Substanz erschöpft, und die Stoffwechselintensität lässt nach. Als Nebeneffekt der hohen Temperaturen kommt es zur Hygienisierung des Materials; Unkrautsamen und pathogene Keime werden abgetötet.
• Abkühlungsphase: Werden 60°C wieder unterschritten, können Pilze (und bei < 40°C wieder mesophile Bakterien) von den kühleren Randzonen her in die Mieten einwandern. Nun müssen auch die schwerer mineralisierbaren Substanzen umgesetzt werden. Der Abbau von Zellulose, Hemizellulose und anderen Polymeren findet statt oder wird fortgesetzt. Erst jetzt erfolgt die Stickstoffmineralisation über das Ammonium hinaus bis zum Nitrat. Die Abbauprodukte polymerer Verbindungen dienen anderen Organismen als Nahrung. Da sie auch Stickstoff benötigen, kann der anwesende niedermolekulare und mineralische Stickstoff zum Aufbau von Mikroorganismen-Biomasse genutzt und so vor Verlust bewahrt werden. Die Länge der Abkühlungsphase ist sehr flexibel, von einigen Wochen bis zu 2-3 Monaten. Sie hat kein klares Ende, sondern geht fließend in die nächste Phase über.
• Reifephase: Typisch für dieses Stadium ist der weitere mikrobielle Abbau schwer verfügbarer organischer Substanz, z.B. die Lignin-Zersetzung durch Basidiomyceten (Hut- oder Ständerpilze), und die Beteiligung der Makrofauna (Milben, Würmer, Ameisen, Käfer, Spinnen u.a.) an den biologischen Prozessen. Diese Tiere wandern in die Mieten ein und bewohnen sie, was zur Strukturierung und Durchmischung des Materials beiträgt. Huminsäuren und andere Humus-Bausteine werden gebildet. Die Stoffwechselwärme mikrobieller Prozesse ist nicht mehr der bestimmende Faktor. Die Rottetemperatur wird daher eher von der Umgebung der Mieten bestimmt. Die Reifephase dauert ebenfalls mehrere Monate und wird in der Regel durch die Ausbringung des Mistes beendet.

Anzeichen dafür, dass der Dünger in diesem oder jenem Zustande ist

Grundsätzlich kann Rottemist schon in der Abkühlungsphase verwendet werden, wobei dann die Ammoniakverluste - allein durch Bewegen des Materials beim Aufladen - noch recht hoch sein können. Es wäre besser, den Wiedereinbau mineralisierter Nährstoffe in Biomasse und die Bildung von Humusbausteinen (Reifephase) abzuwarten, bevor man den Rottemist dem Bodenleben übergibt. Vom biologisch-dynamischen Standpunkt aus ist übrigens die Kompostierung keineswegs die alleinige oder gar notwendige Form der Mistbehandlung. Wenn Steiner im Landwirtschaftlichen Kurs von Kompost spricht, meint er sicher kein Produkt aus Stallmist, sondern aus organischen Abfällen aller Art, "die von der Landwirtschaft, vom Garten herkommen, von demjenigen, was man als Gras hat verfallen lassen, bis zu demjenigen, was sich bildet aus abfallenden Blättern und dergleichen, sogar bis zu demjenigen, was von verendeten Tieren kommt und so weiter" (4. Vortrag). Die tierischen Ausscheidungen bezieht er nicht in diesen Begriff ein, sondern spricht von ihnen als Dünger. "Der gewöhnliche Stalldünger ist dasjenige, was in das Tier hereingekommen ist an äußerer Nahrung, bis zu einem gewissen Grade [...] aufgenommen worden ist, [...] wieder ausgeschieden wird" (4. Vortrag). Was Steiner dann über die Düngeraufbereitung ausführt, kann man als mikrobielle Rotte verstehen: Darin sind Kleinstlebewesen "die Anzeichen dafür, dass der Dünger in diesem oder jenem Zustande ist" (s. Abb. 1). Er spricht keineswegs davon, das Stallmist über 1-2 Jahre in Kompost überführt werden solle.
 

Richtiger Umgang mit dem Mist hilft, seinen Düngewert erhalten

Gasförmige Stickstoffverluste, nämlich Ammoniak (NH3), Stickoxide (NOx, N2O) und molekularer Stickstoff (N2) können prinzipiell in jeder Rottephase auftreten, Ammoniakverluste jedoch bevorzugt in der Heißphase sowie unmittelbar davor und danach. Weitere gasförmige Emissionen sind Methan (CH4) und Kohlendioxid (CO2), die als Treibhausgase relevant sind sowie Schwefelwasserstoff (H2S). Durch das Verfahren Stapelmist (vorwiegend anaerob) können zwar die Ammoniakverluste gemindert werden, jedoch steigt unter diesen Bedingungen die Emission von Treibhausgasen, insbesondere Methan. Außerdem kann es in anaeroben Mieten bei Anwesenheit von Nitrat verstärkt zu Denitrifikation kommen, was ebenfalls Stickstoffverlust bedeutet.

Gase treten aus der Miete aus, wenn das Material bewegt wird, z.B. beim Auf- oder Umsetzen, aber auch kontinuierlich, wenn die Luft im Inneren der Miete wärmer ist als in der Umgebung (Kamineffekt). Diese kontinuierliche Ausgasung ist nicht zu verhindern, höchstens abzuschwächen, indem man versucht, die Heißphase abzukürzen oder ihre Temperatur zu senken sowie die Kompostmiete an einem vor Wind geschützten Ort zu errichten. Die fallweise Ausgasung kann reduziert oder gar vermieden werden, indem man die Miete wenig oder überhaupt nicht, auf jeden Fall aber zur richtigen Zeit umsetzt (s. u.).

Die gesamten Stickstoffverluste schwanken zwischen 5 und 70% des Anfangsgehaltes. In unseren Rotteversuchen im Freiland haben wir N-Verluste von 33% festgestellt. Zu den Stickstoffverlusten trägt Ammoniak am meisten bei. Die Höhe der Ammoniakverluste scheint durch die Höhe des Ammoniumgehaltes im Ausgangsmist vorgegeben zu sein, aber auch durch einen pH-Wert über 7,5. Der pH-Anstieg während der Erwärmungs-/Heißphase und damit die Ammoniak-Entstehung kann nicht verhindert werden. Daher wäre es falsch, die Mieten in dieser Zeit umzusetzen (siehe unten).
 

Ist der Wassergehalt in der Miete höher, als der, den das Rottematerial in seinen Poren halten kann, sickert Flüssigkeit nach unten. Abgesehen von der Anfangsfeuchte gibt es dafür drei mögliche Ursachen: Regen- oder Schneeschmelzwasser, das in die Miete eindringt; Atmungswasser, das bei der aeroben Umsetzung der organischen Substanzfrei wird; Presswasser, das durch den Eigendruck des Materials bei der Sackung entsteht. In den ersten drei Wochen der Rotte entsteht Sickerwasser durch Press- und Atmungswasser unabhängig vom Niederschlag. Sickersaftaustrag in dieser Zeit führt zu Kalium-Verlusten, für Nitrataustrag ist die Sickersaftbildung ohne Bedeutung, da die Miete in dieser Phase kaum Nitrat enthält.

Die N-Verluste mit dem Sickerwasser liegen normalerweise unter 5% des N-Anfangsgehaltes. Kaliumverluste sind jederzeit möglich, wenn Sickerwasser austritt. Je nach Bedingungen liegen die K-Verluste bei unter 20 bis ca. 35% des Anfangsgehaltes. Sofern über Niederschläge nicht ungewöhnlich viel Wasser zugeführt wird oder das Ausgangsmaterial bereits nahezu wassergesättigt ist, besteht während der Erwärmungs- und der Heißphase nur ein mittleres Risiko zur Sickerwasserbildung. Aus Kenntnis der genannten Vorgänge lassen sich folgende Ziele und Maßnahmen für eine verlustarme Stallmistkompostierung ableiten.
 

• Mietenform verbessern: geringe Oberfläche relativ zum Volumen; ebene Oberfläche, d.h. keine Vertiefungen, in denen sich Regenwasser sammeln kann.
• Eindringen von Niederschlag in die Miete verhindern: Miete regendicht abdecken, aber erst ab der Abkühlungsphase; Abdecken vor Ende der Heißphase verhindert die Verdunstung und kann zur zusätzlichen Vernässung der Miete und damit zur Sickerwasserbildung führen; Abdecken mit Stroh ist von Anfang an möglich, genügt aber nicht als Regenschutz.
• Presswasser reduzieren, indem eine starke Sackung verhindert wird (Maximal-Temperatur reduzieren, siehe unten); möglicherweise durch Umsetzen die Lagerungsdichte herabsetzen (s. u.).
• Lagerung oder Kompostierung auf einer Dungplatte mit Anschluss an die Jauchegrube; so gehen die im Sickerwasser enthaltenen Nährstoffe nicht verloren, sondern bleiben im Betrieb.

• C:N-Verhältnis erweitern auf 25-30: möglichst kurz gehäckseltes Stroh einmischen, unter Umständen auch Laub oder andere Pflanzenmasse. Dies dient vor allem der Reduzierung gasförmiger N-Verluste. Die Menge an leicht verfügbaren Kohlenstoff-Quellen wird erhöht, der Wiedereinbau von Stickstoff in Biomasse dadurch erleichtert. Für Zelluloseabbau ist eine Temperatur von 55°C optimal (Niese & Neumayer-Seekatz, 1979).
• Das Einmischen von Stroh sollte nicht im Stall, sondern erst beim Aufsetzen des Mistes geschehen. Im Stall besteht die Gefahr, dass zusätzliches Stroh mehr Urin aufnimmt, so dass der Mist noch stickstoffreicher wird. Dies würde das Risiko für Ammoniakverluste verstärken.
• Um das C:N-Verhältnis zu erweitern, sollten keine Materialien zugegeben werden, die die Belüftung der Miete fördern, da dann mit höherer Temperatur (bessere Sauerstoffversorgung) und stärkerem Gasaustausch zu rechnen ist, wodurch Verluste zunehmen können.
• Die Hitzeentwicklung zu bremsen, indem man die Miete verdichtet oder wässert (schlechtere Sauerstoffverfügbarkeit durch beide Maßnahmen) ist grundsätzlich richtig, wenn es maßvoll geschieht. Zu starkes Verdichten oder Wässern kann jedoch dazu führen, dass Sickerwasser und Gase austreten, also Verluste gefördert werden.
• Der Zusammenhang zwischen starker Erhitzung des Mistes und hohen Ammoniakverlusten wird zwar in der Literatur mehrfach berichtet, in unseren Versuchen haben wir dies jedoch nicht bestätigen können.

• Diesem Ziel dient auch die Absenkung sehr hoher Rottetemperatur (siehe oben).
• Vernässung vermeiden: nicht nur bei zu hoher Temperatur, sondern auch bei zu hohem Wassergehalt in der Miete ist die Zellulosezersetzung gehemmt (Gottschall, 1985), was die Verfügbarkeit von Kohlenstoff-Quellen für die Mikroorganismen verschlechtert.
• Stroh leichter abbaubar machen, indem es kürzer gehäckselt wird.
• Angerottetes Material zugeben: Rottemist, der bereits die Heißphase hinter sich hat oder angerottetes Pflanzenmaterial, ist quasi schon vorverdaut und enthält leichter verfügbare Kohlenstoff-Quellen.

Ein Großteil des Stickstoffverlustes erfolgt in Form von Ammoniak. Dies setzt voraus, dass während der Rotte größere Mengen Ammoniak entstehen. Die Bildung von Ammoniak verhindern zu wollen, wäre weder möglich, noch sinnvoll. Man sollte aber nicht gezielt weitere Voraussetzungen dafür schaffen, dass Ammoniak in größerer Menge entstehen kann. Diesem Ziel dienen indirekt alle bereits genannten Maßnahmen zur Förderung des Wiedereinbaus mineralischen Stickstoffs in Biomasse, z.B. die Vermeidung extrem hoher Temperatur oder die bessere Verfügbarkeit von Kohlenstoff-Quellen.

Wichtig ist auch, Kot und Urin sorgfältig trennen: Erhebliche Mengen Ammoniak können leicht aus dem Harnstoff im Urin freigesetzt werden. Dies geschieht mit Hilfe des Enzyms Urease, das mit dem Kot ausgeschieden wird. Der Harnstoff-Abbau setzt also voraus, dass Kot und Urin zusammentreffen. Je nach Stallsystem lässt sich dies nicht völlig verhindern, man sollte aber innerhalb und außerhalb des Stalls beide Ausscheidungen nicht absichtlich vermischen.
 

Hier muss man zwischen positiven und negativen Wirkungen des Umsetzens abwiegen. Positiv wirkt sich die mechanische Durchmischung des Rottegutes aus. Eine durch starke Sackung drohende Verdichtung oder Sickerwasserbildung kann verhindert werden. Negative Begleiterscheinung des Umsetzens ist jedoch, dass das Material intensiv durchlüftet und die Mietenluft zu sehr großem Anteil freigesetzt wird, was einer starken Ausgasung gleichkommt. Zu starke Zerkleinerung des Materials beim Umsetzen kann anschließend zu dichterer Lagerung und damit schlechterer Sauerstoffversorgung führen. Im übrigen verursacht das Umsetzen Arbeits- und Maschinenkosten. Das Umsetzen bringt keine nennenswerte Verbesserung des Sauerstoffangebotes in der Miete, vielmehr ist der O2-Gehalt schon wenige Stunden nach dem Umsetzen wieder auf den früheren Wert gesunken. In Versuchen führte das Umsetzen sehr häufig zu höheren Stickstoffverlusten. Wo dies nicht der Fall war, hatte der Mist zuvor schon relativ niedrige Ammoniakgehalte, da wahrscheinlich bereits Verluste eingetreten waren (z.B. bei Mist aus dem Tretmiststall). Sofern umgesetzt wird, sollte dies keinesfalls vor Ende der Heißphase erfolgen, um Ammoniakverluste zu begrenzen.
 

Wie das FiBL in einer sechsjährigen Untersuchung verschiedener Mistaufbereitungen herausfand, geht beim aeroben Aufsetzen zwar mehr Stickstoff verloren als beim festen Stapelmist, doch erhöht die Rotte bzw. die Kompostierung die Stickstoffeffizienz im Vergleich um das Dreifache. Vom gedüngten Stickstoff geht deutlich mehr in die Pflanzen über. Kompostierter Mist hält zudem bodenbürtige Krankheiten in Schach, ein wichtiger Zusatznutzen. Humusaufbau gelang ausschließlich mit biologisch-dynamisch behandeltem Mistkompost. Nur mit diesem verbesserte sich im DOK- Versuch auch die Krümelstabilität, wichtig auch für den Schutz vor Erosion.