Verwendung von Zuckerrohrabfällen

Mit dem Aufkommen der maschinellen Zuckerrohrernte und der daraus resultierenden Abschaffung der Verbrennung vor der Ernte wurde die Bestimmung und korrekte Verwendung der Blattbiomasse von Zuckerrohrfeldern zu einer zusätzlichen Herausforderung voller Potenzial. Die Aufrechterhaltung der Produktivität von Flächen und die Unterstützung der Speicherung organischer Stoffe im Boden sind einige der Möglichkeiten für eine angemessene Bewirtschaftung dieser Abfälle.

In mehreren brasilianischen Regionen wurden Studien mit dem Ziel durchgeführt, Strategien für eine nachhaltige Bodennutzung zu entwickeln, mit dem Ziel, die Auswirkungen landwirtschaftlicher Aktivitäten auf die Umwelt zu reduzieren. Seit fast einem Jahrhundert basiert die Forschung zum Zuckerrohranbau auf Flächen, auf denen während der Vorernte Blattbiomasse (Stroh) verbrannt wird. Die Unterdrückung der Verbrennung vor der Ernte wurde jedoch in den letzten Jahren effektiv eingeführt. Änderungen bei der Bewirtschaftung von Ernterückständen sind wichtig, da sie dazu beitragen, die Produktivität von Flächen aufrechtzuerhalten und die Speicherung organischer Stoffe im Boden zu unterstützen, insbesondere wenn große Flächen Teil des Produktionssystems sind.

Die ökologischen und sozialen Aspekte der negativen Nutzung der Verbrennung vor der Ernte sind: Luftverschmutzung und erhöhte Rußbildung in städtischen Zentren; höherer Wasserverbrauch für die Reinigung des geernteten Zuckerrohrs während seiner Verarbeitung in der Industrie, zusätzlich zur Schmutzreinigung in umliegenden Städten; Anstieg der Zahl der Unfälle auf Autobahnen aufgrund von Brandrauch; erhöhte Atemprobleme; Unterdrückung der wildlebenden Fauna und Flora im Zuckerrohrfeld und in angrenzenden Gebieten sowie ein ungünstiges Arbeitsumfeld für Zuckerrohrschneider.

In den letzten Jahren stellte das Verbot der Verbrennung zur Vermeidung von Stroh während der Vorernte ein sozial-ökologisches Dilemma dar. Einerseits kann der Wegfall der Verbrennungsphase zur Verbesserung der Luftqualität und zur Verringerung von Atemwegsproblemen beitragen und außerdem die Umweltverträglichkeit fördern, andererseits kann er aber auch Tausende von Arbeitsplätzen eliminieren, was die Umstellung der Arbeitskräfte darauf erforderlich macht andere Tätigkeiten, wie z. B. das Bedienen landwirtschaftlicher Maschinen sowie die Durchführung von Inspektionen und Wartungsarbeiten.

Bei der Ernte von rohem Zuckerrohr mit Maschinen bilden die trockenen und grünen Blätter der Stängel zusätzlich zu den Spitzen eine Strohschicht auf der Bodenoberfläche, die dazu beiträgt: (I) die Oberflächenverdichtung zu verringern und die physikalischen Eigenschaften des Zuckerrohrs zu verbessern des Zuckerrohrbodens, (II) Verringerung des Oberflächenabflusses von Boden, Wasser und Nährstoffen, Verhinderung von Erosion, (III) Erhöhung des Gehalts an organischer Substanz, (IV) Erhöhung der Kationenaustauschkapazität (CEC), (V) Begünstigung der Umgebung Mikroklima im Boden, das dazu beiträgt, die Luftfeuchtigkeit über einen längeren Zeitraum aufrechtzuerhalten, plötzliche Temperaturschwankungen zu vermeiden und die Dynamik des Kohlenstoffs im Boden positiv zu beeinflussen und ihn über einen längeren Zeitraum zu speichern.

Neben dem Ersatz der Verbrennung von Zuckerrohrstroh vor der Ernte kam es auch zu einem Anstieg der Verwendung von Abfällen aus der Industrie selbst, wodurch die Auswirkungen auf die Umwelt minimiert und der Einsatz von Mineraldüngern reduziert wurde. Unter den anfallenden Abfällen stechen Zuckerrohrwaschwasser, Bagasse, Filterkuchen und Vinasse hervor (Abbildung 1). Die Ausbringung dieser Rückstände auf den kultivierten Boden ist eine Möglichkeit, die von der Kulturpflanze entnommenen Nährstoffe zu ersetzen und die in den Düngeprogrammen empfohlene Menge an Mineraldüngern ganz oder teilweise zu ergänzen oder zu ersetzen. Darüber hinaus wird die Umweltverschmutzung bei der Entsorgung dieser Rückstände verringert. 

Die Verwendung der bei der Herstellung von Ethanol (Alkohol)/Zucker anfallenden Vinasse als landwirtschaftlicher Dünger kann durch Fertigation erfolgen. Aufgrund seines hohen Gehalts an Kalium und organischen Stoffen ist dieser Rückstand als Düngemittel von großem Wert. Fertigation mit Vinasse ist in Zuckerrohrregionen weit verbreitet und liefert zufriedenstellende Ergebnisse in Bezug auf chemische Veränderungen im Boden, was zu einem Anstieg der organischen Substanz, des pH-Werts, des Kalziums, Magnesiums und Kaliums führt. Bei der Empfehlung muss jedoch darauf geachtet werden, dass eine übermäßige Anwendung mit einer daraus resultierenden Kontamination des Bodens und des Grundwassers vermieden wird.

Ein weiterer Rückstand, der von Pflanzen häufig verwendet wird, ist Filterkuchen, der aus löslichen und unlöslichen Rückständen besteht und dem Niederschlag (Schlamm) entspricht, der bei der Zuckerrohrsaftklärung gebildet wird. Der gebildete Schlamm ist eine unlöslich gemachte organische und anorganische Verbindung, die einen Vakuumfiltrationsprozess durchläuft und daher den Namen Filterkuchen erhält. Dieser Rückstand hat eine variable chemische Zusammensetzung und weist einen hohen Anteil an organischer Substanz, Phosphor, Stickstoff, Kalzium sowie erhebliche Mengen an Kalium und Magnesium auf. Eigenschaften dieses Rückstands wie das Fehlen von Aluminium, der hohe Kaliumgehalt und der schwache Säuregehalt ermöglichen die Verwendung des Filterkuchens für Bodenkorrekturmaßnahmen.

Tabelle 1 stellt die Eigenschaften und Verwendungen der unterschiedlichsten Abfälle aus der Zucker- und Alkoholindustrie dar.

Die Aufrechterhaltung der Nährstoffe durch die Zugabe von Schlempe und Filterkuchen neben anderen auf den Boden aufgebrachten Rückständen, verbunden mit der Eliminierung der Zuckerrohrverbrennung während der maschinellen Ernte, fördert eine stärkere Ansammlung von Ernterückständen und damit eine Zunahme der organischen Substanz im Boden und trägt dazu bei zur Erhaltung und Verbesserung der Bodenqualität, was zu einer besseren Pflanzenentwicklung führt.

Bei Arbeiten im Bundesstaat Mato Grosso do Sul bewerteten Rosset und Mitarbeiter verschiedene Zuckerrohrbewirtschaftungssysteme mit oder ohne Verbrennung vor der Ernte in Gegenwart und Abwesenheit von Vinasse (Tabelle 1).

Um die möglichen Vorteile jedes Managementsystems zu ermitteln, wurden zusätzlich zu den Bodenstrukturparametern auch Indikatoren der Bodenqualität bewertet, beispielsweise die Menge an in der Tiefe gespeichertem Kohlenstoff.

Die niedrigsten Gesamtvorräte an organischem Kohlenstoff (TOC) wurden im Zuckerrohrgebiet mit Verbrennung vor der Ernte ohne Rückstandsanwendung (QSR) beobachtet und lagen zwischen 11,04 mg/ha und 22,96 mg/ha (Tonnen pro Hektar) (Grafik 1). Im Laufe der Jahre wirkte sich das Abbrennen von Zuckerrohrfeldern in Verbindung mit der Nichtausbringung von Rückständen wie Filterkuchen und Vinasse negativ auf die TOC-Vorräte aus und wirkte sich schädlich auf die Bodenqualität aus. In mit Zuckerrohr bewirtschafteten Gebieten trägt die Mobilisierung des Bodens mit einer Pflugegge (Renovierung von Zuckerrohrfeldern) in Verbindung mit dem Abbrennen vor der Ernte zum TOC-Verlust bei.

Bei der Betrachtung von Flächen mit Vinasse-Anwendung wies die Brennfläche (QCV) die größten TOC-Vorräte auf. Dies ist auf den längeren Zeitraum der Vinasse-Ausbringung in diesem Gebiet (16 Jahre) zurückzuführen, im Gegensatz zum Erntegebiet mit Rohzuckerrohr, das erst nach der Umstellung des Erntesystems mit der Vinasse-Einbringung begann (drei Jahre).

Da im Laufe der Jahre des Anbaus Rückstände anfallen, besteht bei der Erntefläche von Rohzuckerrohr im Vergleich zur Verbrennung die Tendenz, deren Kohlenstoffvorräte erheblich zu erhöhen, da der Kohlenstoff, der in Form von Kohlendioxid (CO) in die Atmosphäre abgegeben würde, erheblich ansteigt₂) kehrt zum Zeitpunkt der Verbrennung in das Bodensystem zurück. Studien in der Fachliteratur zeigen, dass nach mehreren Jahren der Ernte ohne Verbrennung, verbunden mit der Ausbringung von Rückständen wie Vinasse, eine Erhöhung des Kohlenstoffgehalts im Boden begünstigt wird, was sich folglich positiv auf die chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften der Kulturpflanzen auswirkt Bereiche. Canellas et al (2003) fanden heraus, dass der Beitrag von Stroh es ermöglichte, den Anbau von vier auf acht Jahre zu verlängern, ohne das Zuckerrohrfeld zu erneuern.

In Gebieten, in denen Vinasse nur als Rückstand ausgebracht wurde (CCV und QCV), konnte beobachtet werden, dass die Rohzuckerrohrfläche höhere Werte des gewichteten mittleren Durchmessers (DMP) und des geometrischen mittleren Durchmessers (GMD) von 4,76 mm und 4,32 mm aufwies , während diese Werte im verbrannten Zuckerrohrgebiet 4,68 mm bzw. 4,22 mm betrugen (Grafik 2), was zeigt, dass die mit der Anwendung von Vinasse über drei Jahre verbundene Unterdrückung der Verbrennung zu einer Verbesserung der physikalischen Eigenschaften des Bodens führt . Passarin et al (2007) fanden für die 0-0,1m-Schicht DMP-Werte im Bereich von 2,73 mm bis 3,30 mm und DMG von 1,01 mm bis 2,02 mm bei Behandlungen mit Vinasse-Anwendung. Sie zeigten auch, dass Vinasse, wenn sie auf den Boden aufgetragen wird, aufgrund des Vorhandenseins organischer Stoffe zu einer Erhöhung der mikrobiellen Aktivität führt. Mit dieser Aktivität geht eine Steigerung der Schleimproduktion einher, die die Aggregation begünstigen und eine Erhöhung der Strukturstabilität des Bodens begünstigen kann.

Der Bereich mit Verbrennung vor der Ernte ohne Rückstandsanwendung wies die niedrigsten Aggregationsraten auf, sowohl DMP als auch DMG. Ceddia et al (1999) erklären, dass niedrigere DMP-Werte in verbrannten Zuckerrohrgebieten mit der Zerstörung von Bodenaggregaten im Laufe der Zeit zusammenhängen, da die Abnahme des Gehalts an organischer Substanz (die als „Zementierungsmittel“ zwischen Mineralpartikeln im Boden angesehen wird) sich negativ auswirkt. Bereitstellung niedrigerer Werte für die DMP- und DMG-Aggregationsindizes. Souza et al (2004) fanden heraus, dass die intensive Nutzung von Oxisol-Gebieten in São Paulo mit übermäßiger Bodenvorbereitung und Verbrennung von Rückständen die physikalischen Eigenschaften des Bodens erheblich verändert und sich hauptsächlich auf die Stabilität der Aggregate auswirkt.

In Grafik 2 ist zu sehen, dass selbst im CCV-Bereich mit der Anwendung von Vinasse und der Ernte ohne Verbrennung vor nur drei Jahren ein höherer Anteil an Aggregaten größer als 2 mm auftrat und 94,4 % erreichte. Dies weist darauf hin, dass die mit der Anwendung von Vinasse verbundene Praxis der Unterdrückung von Verbrennungen vor der Ernte die Prozesse der Bodenaggregation unterstützt und die Größe der Aggregate erhöht. Der höhere Anteil an Aggregaten, die größer als 2 mm sind, weist darauf hin, dass der Boden besser strukturiert ist und stabilere Aggregate aufweist, d. h. einen größeren Widerstand gegen Bruch durch äußere Kräfte wie Regen. Graham vergleicht verschiedene Methoden zur Ernte und Erhaltung von Rückständen auf dem Boden et al (2002) beobachteten einen höheren Prozentsatz an Aggregaten mit einer Größe von mehr als 2 mm im Rohzuckerrohrgebiet (78 %) und später in dem Gebiet, das vor der Ernte verbrannt wurde (70 %). Dieses Muster zeigt, wie wichtig es ist, Stroh zu erhalten und den TOC-Gehalt des Bodens im Rahmen des Aggregatstabilisierungsprozesses zu erhöhen. Das Muster ist völlig entgegengesetzt zum QSR-Bereich, wie in Grafik 2 dargestellt, mit einem geringeren Prozentsatz an Aggregaten, die größer als 2 mm sind.

Es wird darauf hingewiesen, wie wichtig es ist, Abfälle zu verwenden, um die Kohlenstoffvorräte aufrechtzuerhalten und zu erhöhen und die Bodenaggregation zu verbessern. Diese Praxis ist doppelt praktikabel, da sie nicht nur die Probleme mit Umweltauswirkungen durch die Entsorgung von Abfällen in Flüssen wie Vinasse verringert, sondern auch zu Verbesserungen der chemischen und physikalischen Eigenschaften des Bodens führt und sich folglich im Laufe der Jahre positiv auf die biologischen Eigenschaften auswirkt. Anbau.  

Im Laufe der Jahre kann die Beibehaltung von Stroh zum Zeitpunkt der Ernte in Verbindung mit der Ausbringung von Rückständen wie Vinasse und Filterkuchen dazu beitragen, den Gesamtgehalt und die Vorräte an organischem Kohlenstoff zu erhöhen und die physikalischen Eigenschaften des Bodens zu verbessern, insbesondere durch die Erzielung größerer Größe und Stabilität Aggregate.

Zuckerrohr in Brasilien 

Nach Angaben der Sugarcane Industries Union (Unica) ist die brasilianische Region Mitte-Süd in der Ernte 2013/2014 für die größte Produktion in Bezug auf Fläche und Zuckerrohrzerkleinerung verantwortlich, wobei der Schwerpunkt auf den fünf größten Produzentenstaaten liegt: São Paulo , Goiás, Minas Gerais, Paraná und Mato Grosso do Sul, die zusammen etwa 574,09 Tausend Tonnen Boden (87 % der nationalen Produktion) ausmachen.

Jean Sérgio Rosset, Bundesinstitut Paraná. Tätigkeitsbereiche: Bodenmanagement/Bodenfruchtbarkeit; Leandro Rampim, Staatliche Universität Westparaná; Jolimar Antonio Schiavo, Staatliche Universität Mato Grosso do Sul

Artikel veröffentlicht in Ausgabe 190 von Cultivar Grandes Culturas.