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Verfahren zur Herstellung
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eines vollwertigen Humusträgers und Düngers auf Rindenbasis Die vorliegende
Erfindung betrifft die Herstellung eines vollwertigen Humusträgers oder Düngers
auf Basis der bei der Verarbeitung von Stammholz anfallenden Baum rinde, der auf
einen voll ausgewogenen Nährstoffgehalt eingestellt werden kann und sich auf Grund
seiner Stickstoffstabilität durch besondere Pflanzenverträglichkeit bei hohem Anteil
an organisch gebundenen Stickstoff auszeichnet.
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Schon seit längerer Zeit ist man bestrebt, Baumrinde, einen Abfallstoff,
durch Verrottung in einen wertvollen Humusträger zu verwandeln. Da die natürliche
Verrottung von Rinde Jahre dauert, wurde bereits in der Arbeit "Wertvoller Humus
aus Rinde, Versuche zur Rindenkompostierung", von A. Bittner und A.
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Schneider, Holz-Zentralblatt Nr. 73/74, vom 20.6.1975, Seite 956,
vorgeschlagen, zur schnelleren Kompostierung die Rinde zu zerkleinern, durch Branntkalkzusatz
den pH-Wert zu erhöhen und durch Zugabe von 1,5 - 2 kg Harnstoff oder Hornmehl pro
m3 Rinde oder durch Zusatz von 20 - 50 % Klärschlamm ein günstigeres Verhältnis
von C : N einzustellen, bevor die Mischung in kleinen Kompostmieten fermentiert
wird. In diesbezüglichen Versuchen wurde bei Zusatz von 5 1 Rinderblut/m3 Rinde
als Stickstoffträger und 2 kg Branntkalk/ m3 zur Einstellung eines pH-Wertes von
7,4 zu Versuchsbeginn nach 4 Monaten zwar ein Produkt erhalten, bei dem durch den
Nitratgehalt ein kalt verlaufener Fermentierungsvorgang beweisbar war, doch konnte
das Produkt trotz der langen Fermentierdauer nur als nahezu reif bezeichnet werden,
obwohl der Fermentierungsversuch im Sommer bei günstigen Außentemperaturen stattfand.
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In der ArbelR von H. Jahn in Müll und Abfall 5/79, Seite 147, bzw.
8/79, Seite 227 wird hingegen über verschiedene Verfahren der Heißkompostierung
von Rinde berichtet.
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Diese Verfahren haben gemeinsam, daß durch Zugabe von Stickstoffträgern
wie Harnstoff, Kalkammonsalpeter oder Klärschlamm zur vorzerkleinerten Rinde ein
CjN-Verhältnis von etwa 30 : 1 eingestellt wird und in der Anfangsphase der Verrottung
für starke Belüftung in Einrichtungen wie Körben, Rotteplatten oder Rottestapeln
mit der Luftzufuhr dienenden, eingelegten Plastikschläuchen gesorgt wird. Anschließend
müssen die so erhaltenen Produkte in einer Nachrotte über mehrere Monate abgelagert
werden, wobei nach etwa ß bis 6 Monaten ein Humusprodukt erhalten wird, das als
reif bezeichnet wurde. Bei keinem dieser Vorschläge wurde jedoch darauf geachtet,
ob der erhaltene Humusträger ein stickstoffstabiles Stadium erreicht hat, also bei
Verwendung keinen weiteren Fermentiervorgängen unterliegt, die Nährstoffe, vor allem
Stickstoff, binden, und dadurch den Pflanzenwuchs hemmen.
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Gemäß DE-AS 30 00 098 wird hingegen keine derartige Vorbehandlung
durchgeführt, sondern vorgeschlagen, die Rinde nach Vermahlung bis zu einer Korngröße
von 0 - 30 mm, vorzugsweise 0 bis 15 mm mit 0,5 bis 1 kg, vorzugsweise 0,8 kg Harnstoff
und etwa 0,2 m3 Humusbakterien pro m3 Rinde zu vermengen und unter nicht näher definierten
Bedingungen zu kompostieren, wobei sich ohne äußere Wärmezufuhr eine Temperaur von
etwa 700C einstellen soll. Dadurch sollen sowohl wuchshemmende Stoffe als auch Schädlinge
und Unkrautsamen vernichtet werden.
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Nach einer nicht angegebenen Kompostierdauer soll dabei ein brauchbarer
Rindenhumus erhalten werden. Die Verwendung von nur 0,5 bis 1 kg Harnstoff pro m3
Rinde, die sich in langwierigen Versuchen als am günstigsten herausgestellt haben
soll, entspricht allerdings nur einem C/N-Verhältnis von 64 : 1, sodaß von einer
Stickstoffversorgung der Pflanze durch den so erhaltenen Humusträger keine Rede
sein kann, und außerdem sehr fraglich ist, ob für die Erreichung eines stickstoffstabilen
Zustandes überhaupt ausreichend löslicher
Stickstoff zur Verfügung
stand.
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In der DE-O 30 40 040 wird hervorgehoben, daß bei Kompostierung von
Rinde mit verschiedenen Stickstoffträgern wie Harnstoff oder Klärschlamm Produkte
erhalten werden, die bei der Anwendung in Kulturen bei nicht ausreichender gleichzeitiger
Stickstoffgabe zu Stickstoffmangel (N-Fixierung) führen, was bedeutet, daß diese
Produkte im Boden weiteren, stickstoffverbrauchenden Fermentationsprozessen unterliegen,
die den Pflanzenwuchs hemmen. Zur Abhilfe wird empfohlen, Ammonhydrogencarbonat
als Stickstoffträger in einer Menge entsprechend 1 bis 2 kg Reinstickstoff pro m3
Rinde, was etwa 2 bis 4 3 kg Harnstoff pro m3 Rinde entsprechen würde, einzusetzen,
was einem C/N-Verhältnis von etwa 34 : 1 entspricht. Das so erhaltene Produkt zeigt
den Nachteil des Stickstoffverbrauchs nicht. Trotz einer Fermentierdauer von bis
zu etwa 20 Wochen wurden aber nur etwa zwei Drittel des zugesetzten Stickstoffs
organisch gebunden, was bedeutet, daß noch hohe wasserlösliche Stickstoffkonzentrationen
im Humusträger zurückbleiben, die für die Verwendung als Pflanzsubstrat nachteilig
sind.
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In der EP-A 104 355 wird hingegen die Herstellung eines stickstoffstabilen
Humusträgers aus Baum rinde mit einem Kohlenstoff-Stickstoffverhältnis von höchstens
25 : 1 beschrieben, bei dem der Stickstoff bis auf einen geringen Restgehalt organisch
gebunden ist. Dieser Humusträger eignet sich daher hervorragend als Basis nicht
nur für Humusdünger sondern auch als Pflanzsubstrat. Die Herstellung dieses Humusträgers
beruht auf der Erkenntnis, daß Rinde, die einer Behandlung mit überhitztem Dampf
unterworfen worden ist, 0 bei der sich im Produkt eine Temperatur von mindestens
90 C einstellt, zu einer raschen und gezielt verlaufenden Fermentierung befähigt
ist und dabei in der Lage ist, größere Mengen an Stickstoff organisch zu binden,
als es bisher durch einfache Fermentierung von Rinde mit Stickstoffträgern möglich
war.
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Die Fermentierung erfolgt dabei im Falle der Anwendung von Harnstoff
uhter Einsatz von 5 - 8 kg pro m3 Rinde, der im Gegensatz zu den bisherigen Erfahrungen
praktisch vollständig organisch, nämlich etwa zu 90 % und mehr gebunden wird. Dadurch
wurde es möglich, im Humusträger ein optimales Kohlenstoff-Stickstoffverhältnis
von höchstens 25:1 einzustellen. Die Dampfbehandlung bedeutet allerdings einen beträchtlichen
Aufwand.
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In dieser EP-A wurde ferner auch schon darauf hingewiesen, daß es
günstig ist, die rohe Rinde vor der Dampfbehandlung mit mindestens einem Teil des
Stickstoffträgers zu versetzen und zu lagern, wodurch die Rinde weicher wird und
sich letzter zerkleinern läßt. Die so vorbehandelte Rinde wird dann nach ev. Ergänzung
der Menge an Stickstoffträger der Dampfbehandlung zugeführt.
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Uberraschenderweise konnte nun gefunden werden, daß es möglich ist,
auf die Dampfbehandlung zur Gänze zu verzichten und trotzdem stickstoffstabile Endprodukte
mit einem C/N-Verhältnis von höchstens 25:1 zu erhalten, deren Stickstoffgehalt
nahezu vollständig z. B. zu 90 % und mehr organisch gebunden ist, wenn man die Vorbehandlung
der Rinde mit nur einem bestimmten Anteil des Stickstoffträgers, der speziell Harnstoff
ist, unter Bedingungen durchführt, daß sich die rohe, unzerkleinerte Rinde auf 65
bis 800C erhitzt und diese als Vorfermentierung oder erste Fermentierungsstufe zu
bezeichnende Vorbehandlung bei Erreichung einer Temperatur von 65 - 700C mindestens
4 Wochen, bei Temperaturen von über 700C mindestens 2 Wochen fortführt, und das
resultierende Produkt nach Zerkleinerung und Zugabe der restlichen Harnstoffmenge
der als zweite Fermentierungsstufe zu bezeichnenden Hauptfermentierung bis zur Erzielung
der Stickstoffstabilität unterzieht.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demnach ein Verfahren zur
Herstellung eines vollwertigen Humusträgers und Düngers auf Basis der bei der Verarbeitung
von Stammholz anfallenden Baumrinde mit einem C/N-Verhältnis von höchstens 25 :
1, wobei mindestens 90 % des Stickstoffes organisch gebunden sind, durch Zerkleinern,
Fermentieren unter Zugabe von 5 - 8 kg Harnstoff pro m3 Rinde bei pH-Werten von
6 bis 7,5 und gewünschtenfalls anschließende Ergänzung der Nähr- und/oder Zusatzstoffe,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Fermentierung in zwei Stufen durchgeführt
wird, wobei in der ersten Stufe der unzerkleinerten Rohrinde 0,5 bis 2 kg Harnstoff/
m3 Rinde zugemischt und die Mischung bei einer Mietenhöhe von 4 - 8 m einer Heißfermentierung
bei einer Temperatur von 65 - 800C und einem Wassergehalt von 60 - 70 Gew.% unterzogen
wird, die bei Erreichung einer Fermentiertemperatur von 65 - 700C eine Mindestdauer
von 4 Wochen, bei Erreichen einer solchen von über 700C eine Mindestdauer von 14
Tagen erfordert, worauf die erste Fermentationsstufe unterbrochen, das vorfermentierte
Produkt vermahlen
und nach weiterer Zugabe von Harnstoff bis zum
Erreichen der Gesamtzusatzmenge von 9 bis 8 kg/m3 Rinde in der zweiten Stufe bei
üblicher Mietenhöhe solange einer weiteren Heißfermentierung bei 50 - 700C, einem
pH-Wert von 6,5 - 7, einem Wassergehalt von 60 - 70 Gew.% und unter mehrfacher Umsetzung
der Miete unterworfen wird, bis die Fermentierung trotz Vorhandensein eines Restgehaltes
an wasserlöslichem Stickstoff zum Stillstand kommt.
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Für das Gelingen der ersten Fermentierstufe ist es wesentlich, daß
die Rinde in unzerkleinerter Form eingesetzt wird. Nur dadurch ist es möglich, bei
Einhaltung der erfindungsgemäß zu wählenden Mietenhöhe in allen Schichten eine ausreichende
Belüftung zu gewährleisten und die nötige Temperatur von 0 65 bis 30 C zu erreichen.
Diese hohe Temperatur ist erforderlich, um das Produkt in jenen Zustand des Voraufschlusses
zu bringen, der erst die Erzielung der hohen Einbaurate von Stickstoff in der zweiten
Fermentationsstufe gewährleistet. Sie führt auch zur Unschädlichmachung wuchshemmender
Stoffe und Zerstörung von Keimen und Unkrautsamen. Der Zusatz von Neutralisationsmitteln
ist in dieser Stufe zwar möglich aber nicht nötig, da die bei der Fermentierung
freiwerdende Ammoniakmenge ein unerwünschtes Absinken des pH-Wertes verhindert.
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Die Mindestdauer der ersten Fermentierungsstufe hängt wesentlich von
der erreichten Temperatur in der Miete ab. Übersteigt die Temperatur 70°C, ist die
Aufrechterhaltung dieser Temperatur über 14 Tage zur Erzielung des nötigen Aufschlußgrades,
der sich durch eine Dunkelfärbung sowie eine mürbe Beschaffenheit der Rinde anzeigt,
ausreichend. Bei einer Temperatur unter 700C sind hingegen 4 Wochen erforderlich.
Eine wesentliche Überschreitung dieser Mindestdauer ist möglich, bringt aber keine
Vorteile mehr mit sich, da die Temperatur ab einer gewissen Zeit absinkt und ev.
Verrottungsprozesse dann nur mehr langsam vor sich gehen. Eine übermäßige Überschreitung
die sich z. B. aus dem Produktionsablauf ergeben kann, ist für die zweite Fermentierungsstufe
nicht von Nachteil. Es ist ferner wichtig, daß die erste Fermentationsstufe nicht
in Gegenwart der gesamten Harnstoffmenge durchgeführt wird, sondern die Menge, wie
erfindungsgemäß vorgeschrieben, geteilt wird. Nur so können Hemmungen des Fermentationsverlaufes
durch zu hohen
Salzgehalt und lokale Überhitzungen vermieden werden.
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Nach Abbruch der ersten Fermentationsstufe ist das noch heiße, aufgeschlossene
Rindenprodukt dunkel gefärbt und besitzt mürbe Beschaffenheit. Es läßt sich mit
einem wesentlich geringeren Energieaufwand zu der für die als zweite Stufe angeschlossenen
Hauptfermentierung erforderlichen Kornfeinheit vermahlen als rohe, unbehandelte
Rinde.
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3 Das gemahlene Produkt wird dann mit solchen Mengen an Harnstoff
pro m Rinde versetzt, daß sich in Summe aus den Zusätzen in den beiden Fermentationsstufen
eine Harnstoffmenge von 5 - 8 kg pro m3 Rinde ergibt.
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In beiden Fermentationsstufen können zusätzlich zur erfindungsgemäß
einzusetzenden Harnstoffmenge nach Stickstoffträger organischen Ursprungs wie Hornmehl,
Blut, Gülle, Klärschlamm und ähnliches zugesetzt werden. Auf die Bemessung der Harnstoffmenge
haben diese Zusätze auch dann, wenn sie löslichen Stickstoff enthalten, keinen Einfluß.
Bei der Verwendung wäßriger Lösungen wie z. B. von Klärschlamm ist jedoch darauf
zu achten, daß die Menge so bemessen wird, daß der tolerierbare Wassergehalt nicht
überschritten wird.
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Um zu verhindern, daß während der Fermentation der pH-Wert absinkt,
müssen vor der zweiten Stufe basische Substanzen, z. B. Erkalkalicarbonat, zitratlösliche
Phosphate wie Thomasmehl u. a. zugesetzt werden. Die Menge richtet sich dabei nach
der Art der Rinde, beispielsweise nach deren Gerbstoffgehalt. Besonders bewährt
hat sich neben dem Zusatz von Calciumcarbonat der Einsatz eines Gemisches von Calcium-
und Magnesiumcarbonat, wobei das Magnesiumcarbonat gleichzeitig zur Einstellung
eines gewissen Magnesiumspiegels dient. Auch andere Spurenelemente wie Eisensalze
oder Molybdänverbindungen können zur Erzielung eines für Pflanzsubstrate günstigen
Spurenelementspiegels zugesetzt werden.
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Die Hauptfermentierung kann praktisch unter gleichen Bedingungen durchgeführt
werden, wie sie in der EP-A 0 104 355 für die Fermentierung der durch Dampfbehandlung
aufgeschlossenen Rinde beschrieben wurde. Dies gilt sowohl
für
den Wassergehalt und den pH-Wert als auch für die Einhaltung der Temperaturspanne
von 50 - 700C und die Mietenhöhe. Bei Absinken der Temperatur,*muß ,muß die Miete
umgesetzt werden, um noch nicht ausreichend fermentierte Anteile ebenfalls der Fermentierung
zuzuführen. In der Regel ist bei einer Fermentierzeit von etwa 2 1/2 bis 4 Monaten
eine 2 bis 3-malige Umsetzung erforderlich.
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Der Endpunkt der Fermentierung zeigt sich dadurch an, daß sich der
Gehalt an wasserlöslichen Stickstoff im Produkt nicht mehr ändert, was durch zeitlich
aufeinanderfolgende Stickstoffbestimmungen feststellbar ist. Sollte der Stickstoffgehalt
zu stark abnehmen, bzw. der vorhandene wasserlösliche Stickstoff praktisch zur Gänze
verbraucht werden, muß durch Zugabe einer geringen Menge an wasserlöslichem Stickstoff
überprüft werden, ob die Fermentierung nur durch Nährstoffmangel zum Stillstand
kam oder tatsächlich der stickstoffstabile Zustand erreicht ist.
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Das bei der erfindungsgemäßen zweistufigen Fermentierung anfallene
Produkt kann entweder als solches oder nach Mischen mit anderen Produkten z. B.
Torf oder Erde denen gegebenenfalls Nähstoffe und/oder Spurenelemente zugesetzt
wurden, als Pflanzsubstrat eingesetzt werden. Nach entsprechender Ergänzung des
Nährstoffgehaltes kann es auch als Humusdünger Verwendung finden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll anhand der vorliegenden Beispiele
näher erläutert werden:
Beispiel 1: Gemischte Baum rinde von Fichte
und Tanne mit einem Anteil an Tannenrinde von 10 % und einem Wassergehalt von etwa
70 % wurde im angelieferten Zustand mi?l kg festem Harnstoff/m3 Rinde gemischt,
zu einer Miete von 6 m Höhe aufgeschüttet und bei einer Außentemperatur von etwa
100C gelagert.
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Innerhalb einer Woche stieg die Temperatur der Miete, die in 1,5 m
Tiefe gemessen wurde, auf 700C. Nach Erreichen dieser Temperatur wurde die Vorfermentierung
3 Wochen lang fortgesetzt. Nach dieser Zeit wurde die Fermentierung abgebrochen
und das noch heiße Produkt in einer Mühle zerkleinert. Der Wassergehalt des vermahlenen,
dunkel gefärbten Rindenproduktes betrug etwa 65 %.
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In einem Schnecken mischer wurden dem vermahlenen Rindenprodukt pro
m3 l kg eines Gemisches von Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat mit einem Magnesiumcarbonatanteil
von 15 %, 5 kg Harnstoff, 1kg Superphosphat, 0,9 kg Eisensulfat-Heptahydrat und
2,5 g Na-Molybdat zugemischt. Das Gemisch wurde in Mieten von 2,5 m Höhe aufgesetzt
und erreichte nach etwa 1 Woche gemessen in etwa 1 m Tiefe, eine Mietentemperatur
von etwa 65°C. Nach Abfallen der Temperatur unter 500C wurde die Miete umgesetzt
und die Fermentation fortgesetzt. Innerhalb einer Fermentationsdauer von 3 Monaten
war eine zweimalige Umsetzung erforderlich. Nach 3 Monaten fiel die Temperatur auf
3QOC und aufeinanderfolgende Stickstoffbestimmungen zeigten keine Veränderung des
Stickstoffspiegels mehr an.
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Das erhaltene Produkt hatte weicherdige Beschaffenheit und zeigte
folgende Nährstoffanalyse: Wassergehalt 58 - 60 Gew.96 Schüttgewicht 189 kg Trockensubstanz/m3
pH-Wert 5,8 Ammonium-N lösl. 2 mg/l Nitrat-N lösl. 272 mg/l Phosphat (P2O5) lösl.
310 mg/l Kalium (K2O) lösl. 527 mg/l Gesamt-N 4712 mg/l C/N-Verhälthis 18,2
Zur
Finalisierung als Pflanzsubstrat wurde dieses Produkt mit Schwarztorf, der pro Kubikmeter
mit 1,5 kg Mischkalk und 1 kg N/P/K-Volldünger (Nährstoffgehalt 14/17/;L1) pro Kubikmeter
versetzt worden war, im Verhältnis 1 : 1 vermischt und abgesackt.
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Das fertige Pflanzsubstrat wies folgende Analysenwerte auf: Wassergehalt
50 % pH-Wert 6,0 Schüttgewicht 180 kg Trockensubstanz/Kubikmeter N-löslich 220 mg/l
Phosphat (P2O5) lösl. 190 mg/l Kalium (K2o) lösl. 376 mg/l Beispiel 2: Sehr trockene
Fichtenrinde mit einem Wassergehalt von 45 - 50 % wurde im Rohzustand mit 1 kg festem
Harnstoff pro Kubikmeter versetzt und in Schichten von je etwa 0,5 m Mächtigkeit
zu Mieten von insgesamt 6 m Höhe aufgeschichtet. Jede einzelne der 12 Schichten
wurde mit 2501 Klärschlamm pro Kubikmeter Rinde durch Gießen befeuchtet. Der Klärschlamm
enthielt pro Kubikmeter 67 kg Trockensubstanz, 5,9 kg Gesamt-N (davon 0,7 kg in
wasserlöslicher Form), 0,73 kg P2O5, 0,22 kg K2O sowie 1 kg Calcium. Der pH-Wert
betrug 6,6. Dabei wurde der Feuchtigkeitsgehalt der Rinde auf ca. 70 % eingestellt.
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Die Mietentemperatur stieg innerhalb einer Woche auf 500C und erreichte
erst nach 14 Tagen 680C. Von diesem Zeitpunkt an wurde die Fermentierung noch 4
Wochen fortgesetzt und dann abgebrochen. Der Wassergehalt betrug etwa 65 %.
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Das so erhaltene, noch heiße Produkt wurde vermahlen und pro Kubikmeter
mit 4 kg Harnstoff, 0,5 kg eines Gemisches von Calcium- und Magnesiumcarbonat (MgCO3-Gehalt
15 %) sowie 0,3 kg Eisensulfatheptahydrat vermischt und bei einer Mietenhöhe von
2,5 m einer 4-monatigen Hauptfermentierung mit einer Mietentemperatur von 55 - 650C
unterworfen. Innerhalb dieser Zeit
wurde zweimal umgesetzt.
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Das fertig fekmentierte Produkt zeigte folgende Analysenwerte: Wassergehalt
63 % pH-Wert 6,6 Ammonium-N 80 mg/l Nitrat-N 210 mg/l Phosphat lösl.(P2o5) 430 mg/l
Kalium (K2O) lösl. 455 mg/l Gesamt-N 4530 mg/l C/N-Verhältnis 17,5 Zur Herstellung
eines Humusdüngers wurde dieses Produkt pro Kubikmeter mit 45 kg eines Volldüngers
mit dem Nährstoffverhältnis 14 : 6: 18 + Spurenelemente vermischt. Der so erhaltene
Humusdünger enthielt dann 1 % N, 0,3 % Phosphat und 1 % K2O