DE19514333C1 - Verfahren zur Verbesserung von Kippsubstraten und Kippenrohböden - Google Patents

Description

Kippsubstrate, wie sie z. B. infolge der Verkippung von Abraum in Tagebauen entstehen, weisen eine Reihe von ungünstigen bodenphysikalischen, boden­ chemischen und bodenbiologischen Eigenschaften auf, die sie von leistungs­ fähigen Böden unterscheiden. Diese Mängel können auch für degradierte Böden charakteristisch sein.

Um solche Substrate bzw. Böden überhaupt in Kultur nehmen zu können, müssen zunächst insbesondere die teilweise extrem saure Bodenreaktion und der akute Nährstoffmangel behoben werden. Darüber hinaus sind Kippsub­ strate nach der Schüttung durch fehlende Bodenstruktur, unzureichendes Nähr­ stoff- und Wasserspeicher- bzw. -transformationsvermögen, fehlenden Humus und fehlendes Bodenleben sowie eine vergleichsweise starke vertikale und horizontale Heterogenität gekennzeichnet. Deshalb ist die Melioration solcher Substrate eine Grundvoraussetzung für deren Rekultivierung und für die dauerhafte Wiederherstellung bzw. Verbesserung ihrer Produktions-, Lebens­ raum- und Speicherfunktion.

Es sind zahlreiche Verfahren zur Verbesserung der Substratverhältnisse be­ kannt, bei denen bereits Abfälle bzw. bergbauliche Rückstände verwendet werden, insbesondere Braunkohlenasche als Basenträger und industrielle Abwässer bzw. Bioschlämme als stickstoffhaltige Dünger.

Bei dem "Schwarzkollmer Verfahren" werden auf der zu meliorierenden Flä­ che 5 cm Braunkohlenfilterasche aufgetragen und anschließend eingefräst. Da­ nach erfolgt die mineralische Düngung in zwei Gaben. Es folgen ein erneutes Fräsen, die Lockerung des Untergrundes bis 50 cm Tiefe oder der Umbruch der meliorierten Schicht mit dem Ziel, eine möglichst gleichmäßige Verteilung im Bearbeitungshorizont zu erreichen.

Nach dem "Kombinierten Domsdorfer Verfahren" wird Braunkohlenfilter­ asche, der auch noch Kalk zugesetzt werden kann, mit Planierraupen verteilt. Die Meliorationsmittel werden eingefräst. Danach wird mineralisch gedüngt. Es folgen ein 50 cm tiefes Pflügen mit anschließendem Grubbern und Eggen quer zur Pflugrichtung und weitere Düngergaben.

Beim "Koyne Verfahren" wird Asche wie beim Domsdorfer Verfahren aufge­ bracht, aber nur 20 cm tief eingearbeitet. Anschließend wird ammoniakhaltiges Industrieabwasser verregnet oder Bioschlamm eingesetzt. Fehlende Nährstoffe werden durch mineralischen Dünger ergänzt.

Die gesamte Asche-, Schlacke- oder Kalkmenge wird im "Kleinleipischer Ver­ fahren" aufgebracht und der erforderliche Phosphor- sowie Kaliumdünger ge­ streut. Die Bodenbindung wird durch kreuzweises Einarbeiten mit schwerer Scheibenegge erreicht. Mit einem Tiefkulturpflug werden die durch einen Erd­ wolf zugemischten Gemenge bis 100 cm tief eingepflügt. Der Durchmi­ schungseffekt wird durch tiefes Grubbern quer zur Pflugrichtung erhöht. Da­ nach wird der Stickstoffdünger mit schwerer Egge eingearbeitet.

Außer im "Koyne Verfahren" werden die Nährstoffe als Mineraldünger zuge­ führt. Die erreichten Einarbeitungstiefen und der Durchmischungsgrad der genannten Verfahren sind aus heutiger Sicht unzureichend. Humusbildung und Aktivierung des Bodenlebens finden in diesen Verfahren noch keine Berück­ sichtigung.

Es ist auch bekannt, wie in der DE-Zeitschrift "Braunkohle" 5/94, Seiten 21-23, beschrieben, Tiefenmeliorationen mittels Schaufelradbagger durchzufüh­ ren, wobei auch hier die Basenträger und Dünger auf die Flächen aufgebracht und eingearbeitet werden.

Das Verfahren nach DE 42 40 580 A1 betrifft die Erzeugung einer Humus­ schicht auf Kippen und anderen erosionsgefährdeten und vegetationsfeind­ lichen Böden für eine nachfolgende landwirtschaftliche Nutzung. Dazu wird nach der Grundmelioration Kompost, der auf Landschaftspflegeflächen ge­ wonnen wird, oberflächennah in 5-10 cm Tiefe auf der Kippenfläche einge­ arbeitet und eine Aussaat humusmeh­ render Pflanzen vorgenommen. Nach einer Zwischendüngung werden die Pflanzen max. 15 cm tief in das Kippsubstrat eingearbeitet. Nach einer erneuten Kompostapplikation in 5-10 cm Tiefe erfolgt die Aussaat landwirtschaftlicher Nutzpflanzen. Dieses Verfahren dient ausschließlich der Humusanreicherung mit Zufuhr von Nährstoffen, sorptions­ reichen Böden und Regenwürmern in geringer Tiefe.

In dem Verfahren nach DE 42 42 248 A1 werden die im Boden festgestellten schädlichen Stoffe neutralisiert, pflan­ zenverfügbare Nährstoffe, belebte organische Substanzen, Sorptionsträger hinzugefügt und die Inhomogenität und Dichtelagerung beseitigt. Nachteile dieses Verfahrens sind, daß die Bodenwertstoffe vor dem Ausbringen mit hohem Auswand miteinander vermischt werden und daß das gesamte Gemisch in einer Gabe bis in 1 m Tiefe eingear­ beitet wird, so daß die Gefahr des Eintrages von Nähr­ stoffen, insbesondere Stickstoff und Orthophosphat aus den tieferen Schichten des Meliorationshorizontes in das Grundwasser deutlich erhöht wird.

Es sind weitere Verfahren bekannt, nach denen unter Ein­ satz von Abfällen und Reststoffen kulturfähige Substrate hergestellt werden.

Nach DE 43 27 831 C1 wird der Rekultivierungsstoff aus kommunalen Klärschlämmen und/oder Klärschlammkomposten mit Braunkohlenasche, unter Zugabe von organischen Struk­ turstoffen (naturbelassene Holzabfälle) und wasserbinden­ den Stoffen, als Gemisch hergestellt. Mit diesem Stoff soll die zu rekultivierende Oberfläche abgedeckt werden. Eine Verbesserung der Substrateigenschaften des Unter­ grundes wird dabei nicht erreicht. Da Überdeckungshöhen von ca. 1 m erforderlich wären, ist das Verfahren für große Flächen nicht geeignet.

Auch das Anspritzen von Wachstumsschichten in Form von Emulsionen, wie in DD 2 87 864 A5 dargestellt, führt zu kei­ ner eigentlichen Substratverbesserung im Untergrund.

Aufgabe der im Anspruch angegebenen Erfindung ist es, die Bodenreaktion nachhaltig gemäß Nutzungs­ ziel zu verbessern, die Nährstoffversorgung der Pflanzen sicherzustellen und gleichzeitig die Humusakkumulation sowie die Entwicklung des Bodenlebens zu beschleunigen, die Erosionsneigung der Substrate zu vermindern und die Stoffverfrachtung in das Grundwasser zu reduzieren.

Das zu verbessernde Substrat wird als erstes umfassend auf seinen physikalischen, chemischen und biologischen Zustand untersucht, so daß die bodenfruchtbarkeitsbegren­ zenden Eigenschaften erkannt werden können. Entsprechend dem potentiellen Leistungsvermögen des Substrates werden die mögliche Zielnutzung und die dazu erforderlichen bodensubstratverbessernden Maßnahmen abgeleitet.

Zur Einstellung einer für das Nutzungsziel erforderlichen Bodenreaktion wird der Kalkbedarf entweder bei nach den in der landwirtschaftlichen Praxis üblichen Methoden oder bei den schwefelhaltigen Kippsubstraten nach der Säure- Basen-Bilanz bestimmt. Die zur nachhaltigen Basenversor­ gung des Substrates notwendige Menge an Basenträgern wird auf der Kippenfläche unter Beachtung lokaler Substratunter­ schiede ausgebracht und bei schwefelhaltigen, tertiären Substraten bis mindestens 100 cm tief mit dem Substrat vermengt. Als Basenträger wird vorzugsweise Braunkohlen­ filterasche eingesetzt, die neben Kalziumoxyd auch Magne­ siumoxyd, Kaliumoxyd und die für die Pflanzenernährung wichtigen Spurenelemente enthält und durch den Gehalt an Kohlenstoff und Schluffanteilen sowohl die Sorption als auch das Wasserspeicher- und Nährstoffhaltevermögen der Substrate verbessert. Auch werden günstigere Bodengefüge­ verhältnisse und durch das innige Vermischen der Kippsub­ strate untereinander bzw. mit den Braunkohlenfilteraschen in der bearbeiteten Bodenschicht Homogenisierungseffekte erreicht.

Eine Kombination der Asche mit Naturkalk kann sich er­ tragssteigernd auswirken. Da Braunkohlenfilterasche die in den sauren Kippsubstraten gelösten Schwermetalle immo­ bilisieren, wird der Eintrag dieser Stoffe in das Grund­ wasser verringert. Durch die gleichzeitige Gabe und Ein­ arbeitung von kohlenstoffhaltigen Produkten, z. B. Kohle­ trübe, mit der Asche kann das Sorptionsvermögen noch gesteigert werden. Dieser Sachverhalt wird beim Ausbrin­ gen der Nährstoffträger ausgenutzt, die oberflächennah bis max. 30 cm tief eingearbeitet werden. Als Nährstoff­ träger kommen vorzugsweise schadstoffarme Klärschlämme und/oder Komposte zum Einsatz, deren Gehalte an uner­ wünschten Elementen und Verbindungen deutlich unter den geforderten Normen liegen. Diese Anforderungen gelten auch für die Auswahl der Braunkohlenfilteraschen. Mit dem Einsatz organischer Nährstoffträger werden gleichzeitig Humus und Bodenleben in das sterile Substrat appliziert. Die Aufwandmengen an Nährstoffträgern werden durch den Nährstoffbedarf, insbesondere an den Makronährstoffen Stickstoff und Phosphor, gemäß Nutzungsziel begrenzt. Ungleichgewichte im Verhältnis der Nährstoffe können durch Beimengung mineralischer Dünger ausgeglichen wer­ den.

Die Anwendung der Erfindung wird an einem Ausführungsbei­ spiel näher erläutert:
Auf einem extrem sauren, schwefel- und kohlehaltigen Lehmsand, der für landwirtschaftliche Zwecke rekultiviert werden soll, sind entsprechend seiner fruchtbarkeitsbe­ grenzenden Bodeneigenschaften beispielsweise

• - pH_KCl: 2,4
• - Kalkbedarf nach Säure-Basen-Bilanz: 1400 dt Ca/ha für Ziel-pH-Wert 6,5 und 100 cm mächtige Bodenschicht
• - C/N-Verhältnis: < 50 . . . 90
• - Bodenvorrat an pflanzenverfügbaren Nährstoffen

0,0 mg P/100 g Boden
1,2 mg K/100 g Boden
2,1 mg Mg/100 g Boden
folgende Bodenverbesserungsmittel auszubringen und unter­ schiedlich tief in das Kippsubstrat einzuarbeiten:
1400 t/ha Filterasche (10% bodenwirksamer Basengehalt) zur Neutralisation der freien und potentiell freiwerdenden Säure sowie zur Verbesserung der K- und Mg-Bodenvorräte. Die Filterasche ist bis in 100 cm Tiefe innig mit dem Boden zu vermi­ schen.

Dazu kommen als organische Bodenverbesserungsmittel:
10 t/ha Klärschlamm als Nährstoffträger
oder
25 t/ha Klärschlammkompost (25 Masse-% Klärschlamm, 75% Grüngutabfälle) zur Verbesserung der Nähr­ stoff- und Humusverhältnisse sowie Bodenbiolo­ gie oder
25 t/ha Klärschlamm als Nährstoffträger und 50 t/ha Kohletrübe zur Verringerung der Bioverfügbar­ keit von Stickstoff aus dem Klärschlamm und insgesamt zur Verbesserung der Nährstoff-, Humus- und Gefügeverhältnisse.

Die organischen Bodenverbesserungsmittel werden gleich­ mäßig ausgebracht und oberflächennah, maximal 30 cm tief, in den Boden eingearbeitet. In Abhängigkeit von der Bio­ verfügbarkeit der Nährstoffe in den organischen Bodenzu­ schlagstoffen und deren Gebenhöhe ist eine NPK-Ergän­ zungsdüngung vorzusehen.

Die Anwendung dieses zweistufigen Verfahrens ist, da sowohl die bodenverbessernden Stoffe als auch die geeig­ nete Technik zur Verfügung stehen, jederzeit nach dem Braunkohlenabbau möglich. Zu den potentiellen Anwendungs­ bereichen des Verfahrens zählen alle Flächen, deren ober­ ste Substrat- oder Bodenschicht physikalisch, chemisch und/oder biologisch zu verbessern ist. Dabei wird von be­ kannten positiven Wirkungen solcher Stoffe, wie z. B. Braunkohlenfilterasche, Kohletrübe, Klärschlamm und Kom­ post ausgegangen, die einzeln oder in Kombination mit weiteren Stoffen eine Verbesserung der Eigenschaften von Substraten und Böden bewirken. Durch die Verwendung der genannten Stoffe in unterschiedlichen Tiefen können wirt­ schaftlich und ökologisch weniger vorteilhafte Stoffe, wie Mineraldüngemittel, substituiert werden.

Mit der Bodenverbesserung wird die Erosionsneigung der Substrate vermindert und die Stofffrachten in das Grund­ wasser werden reduziert. Letzteres gilt insbesondere für tertiäre schwefelhaltige Substrate mit extrem saurer Bodenreaktion, die eine hohe Löslichkeit und Mobilität von Schwermetallen bewirken. Durch die tiefe Einarbeitung der Basen- und Sorptionsträger entsteht ein Pufferraum, der die Sickerwasserbildung und die Stofffracht der Sicker­ wasser u. a. der oberflächennah eingearbeiteten Nähr­ stoffe in tiefere Schichten reduziert.

Claims (1)

1. Verfahren zur Verbesserung von Kippsubstraten und Kippenrohböden im Bergbau

   • - bei welchem zuerst Basen- und Sorptionsträger, beispielsweise Braunkohle­ filterasche und Kohletrübe, in eine Tiefe von 100 bis 150 cm bei gleichzeiti­ ger Auflockerung, Homogenisierung und Strukturverbesserung eingebracht werden und
   • - bei welchem zeitversetzt danach Nährstoff- und Humusträger, beispiels­ weise Klärschlamm und Kompost, oberflächennah bis in eine Tiefe von maximal 30 cm eingebracht werden.