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Erschienen in: Gesunde Pflanzen 2/2020

Open Access 18.02.2020 | Original Article

Influence of Anaerobic Digestion Processes on the Germination of Weed Seeds

verfasst von: Lijun Zhou, Benedikt Hülsemann, Wolfgang Merkle, Jianbin Guo, Renjie Dong, Hans-Peter Piepho, Roland Gerhards, Joachim Müller, Hans Oechsner

Erschienen in: Journal of Crop Health | Ausgabe 2/2020

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Abstract

Anaerobic digestion (AD) produces bioenergy and bio-fertilizer. However, weed seeds can contaminate the substrates for biogas production. This work assesses seed viability of four weeds species origin from Germany and China under AD conditions at 37, 42 and 52 °C with different retention times. All investigated seeds were inactivated after 12 h at 52 °C, 128 h at 42 °C and 512 h at 37 °C under AD treatment. Inactivation duration varying between species and a global test showed that the countries of seeds origin have a significant effect on inactivation times. For two species, by contrast, short treatment times increased the germination rate which increases the risk of weed dispersal. An anoxic water bath treatment with identical temperatures resulted in longer deactivation times, indicating that other factors also play a role in the weed seeds elimination. The results indicate that the risk of weed seed spreading through digestate application can be minimized by an adequate retention time.

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Literatur
Zurück zum Zitat Aper J, De Cauwer B, De Roo S, Lourenço M, Fievez V, Bulcke R, Reheul D (2014) Seed germination and viability of herbicide resistant and susceptible Chenopodium album populations after ensiling, digestion by cattle and manure storage. Weed Res 54:169–177CrossRef Aper J, De Cauwer B, De Roo S, Lourenço M, Fievez V, Bulcke R, Reheul D (2014) Seed germination and viability of herbicide resistant and susceptible Chenopodium album populations after ensiling, digestion by cattle and manure storage. Weed Res 54:169–177CrossRef
Zurück zum Zitat Baute KA, Robinson DE, Van Eerd LL, Edson M, Sikkema PH, Gilroyed BH (2016) Survival of seeds from perennial biomass species during commercial-scale anaerobic digestion. Weed Res 56:258–266CrossRef Baute KA, Robinson DE, Van Eerd LL, Edson M, Sikkema PH, Gilroyed BH (2016) Survival of seeds from perennial biomass species during commercial-scale anaerobic digestion. Weed Res 56:258–266CrossRef
Zurück zum Zitat Bewley JD, Bradford KJ, Hilhorst HWM, Nonogaki H (2013) Seeds: physiology of development, germination and dormancy, 3rd edn. Springer, New YorkCrossRef Bewley JD, Bradford KJ, Hilhorst HWM, Nonogaki H (2013) Seeds: physiology of development, germination and dormancy, 3rd edn. Springer, New YorkCrossRef
Zurück zum Zitat Chen Y, Rößler B, Zielonka S, Lemmer A, Wonneberger A, Jungbluth T (2014) The pressure effects on two-phase anaerobic digestion. Appl Energy 116:409–415CrossRef Chen Y, Rößler B, Zielonka S, Lemmer A, Wonneberger A, Jungbluth T (2014) The pressure effects on two-phase anaerobic digestion. Appl Energy 116:409–415CrossRef
Zurück zum Zitat Gansberger M, Weinhappel M, Leonhard C, Brandstetter A (2009) Unkrautverbreiter Biogasgülle? Fortschr Landwirt 21:34–35 Gansberger M, Weinhappel M, Leonhard C, Brandstetter A (2009) Unkrautverbreiter Biogasgülle? Fortschr Landwirt 21:34–35
Zurück zum Zitat German Institute for Standardization, 2001a. DIN EN 12880: characterization of sludges—Determination of dry residue and water content, German Version EN 12880:2001 German Institute for Standardization, 2001a. DIN EN 12880: characterization of sludges—Determination of dry residue and water content, German Version EN 12880:2001
Zurück zum Zitat German Institute for Standardization, 2001b. DIN EN 12879: Characterization of sludges—determination of the loss on ignition of dry mass. German Version EN 12879:2001 German Institute for Standardization, 2001b. DIN EN 12879: Characterization of sludges—determination of the loss on ignition of dry mass. German Version EN 12879:2001
Zurück zum Zitat Guo P, Al-Khatib K (2003) Temperature effects on germination and growth of redroot pigweed (Amaranthus retroflexus), Palmer amaranth (A. palmeri), and common waterhemp (A. rudis). Weed Sci 51:869–875CrossRef Guo P, Al-Khatib K (2003) Temperature effects on germination and growth of redroot pigweed (Amaranthus retroflexus), Palmer amaranth (A. palmeri), and common waterhemp (A. rudis). Weed Sci 51:869–875CrossRef
Zurück zum Zitat Haag NL, Nägele HJ, Fritz T, Oechsner H (2015) Effects of ensiling treatments on lactic acid production and supplementary methane formation of maize and amaranth—An advanced green biorefining approach. Bioresour Technol 178:217–225CrossRef Haag NL, Nägele HJ, Fritz T, Oechsner H (2015) Effects of ensiling treatments on lactic acid production and supplementary methane formation of maize and amaranth—An advanced green biorefining approach. Bioresour Technol 178:217–225CrossRef
Zurück zum Zitat Hahn H, Krautkremer B, Hartmann K, Wachendorf M (2014) Review of concepts for a demand-driven biogas supply for flexible power generation. Renew Sustain Energy Rev 29:383–393CrossRef Hahn H, Krautkremer B, Hartmann K, Wachendorf M (2014) Review of concepts for a demand-driven biogas supply for flexible power generation. Renew Sustain Energy Rev 29:383–393CrossRef
Zurück zum Zitat Hahn J, Parzych D, Schulz J, Westerman PR, Gerowitt B (2018) Wildpflanzen-Samen in der Biogas-Anlage: Screening des Überlebensrisikos verschiedener Arten. Tagungsband 28. Deutsche Arbeitsbesprechung über Fragen der Unkrautbiologie und -bekämpfung, Julius-Kühn-Archiv, Braunschweig, 27. Februar–1. März 2018. Nr. 458 (2018), pp 41–46 Hahn J, Parzych D, Schulz J, Westerman PR, Gerowitt B (2018) Wildpflanzen-Samen in der Biogas-Anlage: Screening des Überlebensrisikos verschiedener Arten. Tagungsband 28. Deutsche Arbeitsbesprechung über Fragen der Unkrautbiologie und -bekämpfung, Julius-Kühn-Archiv, Braunschweig, 27. Februar–1. März 2018. Nr. 458 (2018), pp 41–46
Zurück zum Zitat Hahn J, Parzych D, Westerman PR, Heiermann M, Gerowitt B (2016in) Die Bedeutung der Temperatur für die Inaktivierung von Samen im Biogas-Reaktor. 27. Deutsche Arbeitsbesprechung über Fragen der Unkrautbiologie und -bekämpfung, Braunschweig, Julius-Kühn-Archiv, 23.–25. February 2016, pp 123–129 Hahn J, Parzych D, Westerman PR, Heiermann M, Gerowitt B (2016in) Die Bedeutung der Temperatur für die Inaktivierung von Samen im Biogas-Reaktor. 27. Deutsche Arbeitsbesprechung über Fragen der Unkrautbiologie und -bekämpfung, Braunschweig, Julius-Kühn-Archiv, 23.–25. February 2016, pp 123–129
Zurück zum Zitat Helffrich D, Oechsner H (2003) The Hohenheim biogas yield test: comparison of different laboratory techniques for the digestion of biomass. Agrartech Forsch 9:27–30 Helffrich D, Oechsner H (2003) The Hohenheim biogas yield test: comparison of different laboratory techniques for the digestion of biomass. Agrartech Forsch 9:27–30
Zurück zum Zitat ISTA (2018) Chapter 5: The germination test, International rules for seed testing. ISTA, Zurich, p i‑5-56(62) ISTA (2018) Chapter 5: The germination test, International rules for seed testing. ISTA, Zurich, p i‑5-56(62)
Zurück zum Zitat Jensen PK, Bibard V, Czembor E, Dumitru S, Foucart G, Jensen JE (2011) Survey of weeds in maize crops in Europe. Department of integral pest management. Aarhus University, Slagelse Jensen PK, Bibard V, Czembor E, Dumitru S, Foucart G, Jensen JE (2011) Survey of weeds in maize crops in Europe. Department of integral pest management. Aarhus University, Slagelse
Zurück zum Zitat Johansen A, Nielsen HB, Hansen CM, Andreasen C, Carlsgart J, Hauggard-Nielsen H, Roepstorff A (2013) Survival of weed seeds and animal parasites as affected by anaerobic digestion at meso- and thermophilic conditions. Waste Manag 33:807–812CrossRef Johansen A, Nielsen HB, Hansen CM, Andreasen C, Carlsgart J, Hauggard-Nielsen H, Roepstorff A (2013) Survival of weed seeds and animal parasites as affected by anaerobic digestion at meso- and thermophilic conditions. Waste Manag 33:807–812CrossRef
Zurück zum Zitat Katovich EJ, Becker RL, Doll J (2014) Weed seed survival in anaerobic digesters. University of Minnesota, Minnesota Katovich EJ, Becker RL, Doll J (2014) Weed seed survival in anaerobic digesters. University of Minnesota, Minnesota
Zurück zum Zitat Katovich J, Becker R, Doll J (1993) Weed seed survival in livestock systems. University of Minnesota, Minnesota Katovich J, Becker R, Doll J (1993) Weed seed survival in livestock systems. University of Minnesota, Minnesota
Zurück zum Zitat Keller M, Böhringer N, Möhring J, Rueda-Ayala V, Gutjahr C, Gerhards R (2014) Long-term changes in weed occurrence, yield and use of herbicides in maize in south-western Germany, with implications for the determination of economic thresholds. Weed Res 54:457–466CrossRef Keller M, Böhringer N, Möhring J, Rueda-Ayala V, Gutjahr C, Gerhards R (2014) Long-term changes in weed occurrence, yield and use of herbicides in maize in south-western Germany, with implications for the determination of economic thresholds. Weed Res 54:457–466CrossRef
Zurück zum Zitat Knezevic SZ, Weise SF, Swanton CJ (1994) Interference of redroot pigweed (Amaranthus retroflexus) in corn (Zea mays). Weed Sci 42:568–573CrossRef Knezevic SZ, Weise SF, Swanton CJ (1994) Interference of redroot pigweed (Amaranthus retroflexus) in corn (Zea mays). Weed Sci 42:568–573CrossRef
Zurück zum Zitat Knödler P (2015) Einfluss der Gärtemperatur und Verweildauer auf die Abtötung ausgewählter Unkrautsamen im Biogasprozess (English: Influence of the temperature and residence time on the elimination of selected weed seeds in the biogas process), Master thesis (unpublished). University of Hohenheim Knödler P (2015) Einfluss der Gärtemperatur und Verweildauer auf die Abtötung ausgewählter Unkrautsamen im Biogasprozess (English: Influence of the temperature and residence time on the elimination of selected weed seeds in the biogas process), Master thesis (unpublished). University of Hohenheim
Zurück zum Zitat Kropff MJ, Vossen FJH, Spitters CJT, de Groot W (1984) Competition between a maize crop and a natural population of Echinochloa crus-galli (L.) PB. The Netherlands. J Agric Sci Technol 32:324–327 Kropff MJ, Vossen FJH, Spitters CJT, de Groot W (1984) Competition between a maize crop and a natural population of Echinochloa crus-galli (L.) PB. The Netherlands. J Agric Sci Technol 32:324–327
Zurück zum Zitat Lemmer A, Krümpel J (2017) Demand-driven biogas production in anaerobic filters. Appl Energy 185:885–894CrossRef Lemmer A, Krümpel J (2017) Demand-driven biogas production in anaerobic filters. Appl Energy 185:885–894CrossRef
Zurück zum Zitat Leonhardt C, Weinhappel M, Gansberger M, Brandstetter A, Schally H, Pfundtner E (2010) Untersuchungen zur Verbreitungsgefahr von samenübertragbaren Krankheiten, Unkräutern und austriebsfähigen Pflanzenteilen mit Fermentationsendprodukten aus Biogasanlagen Leonhardt C, Weinhappel M, Gansberger M, Brandstetter A, Schally H, Pfundtner E (2010) Untersuchungen zur Verbreitungsgefahr von samenübertragbaren Krankheiten, Unkräutern und austriebsfähigen Pflanzenteilen mit Fermentationsendprodukten aus Biogasanlagen
Zurück zum Zitat Lindner J, Zielonka S, Oechsner H, Lemmer A (2016) Is the continuous two-stage anaerobic digestion process well suited for all substrates? Bioresour Technol 200:470–476CrossRef Lindner J, Zielonka S, Oechsner H, Lemmer A (2016) Is the continuous two-stage anaerobic digestion process well suited for all substrates? Bioresour Technol 200:470–476CrossRef
Zurück zum Zitat Mittweg G, Oechsner H, Reinhardt-Hanisch A (2012) Repeatability of a laboratory batch method to determine the specific biogas and methane yields. Eng Life Sci 12:270–278CrossRef Mittweg G, Oechsner H, Reinhardt-Hanisch A (2012) Repeatability of a laboratory batch method to determine the specific biogas and methane yields. Eng Life Sci 12:270–278CrossRef
Zurück zum Zitat Nägele HJ, Steinbrenner J, Hermanns G, Holstein V, Haag NL, Oechsner H (2017) Innovative additives for chemical desulphurisation in biogas processes: A comparative study on iron compound products. Biochem Eng J 121:181–187CrossRef Nägele HJ, Steinbrenner J, Hermanns G, Holstein V, Haag NL, Oechsner H (2017) Innovative additives for chemical desulphurisation in biogas processes: A comparative study on iron compound products. Biochem Eng J 121:181–187CrossRef
Zurück zum Zitat NDRC, MOA (2017) 13th Five-year plan for national rural biogas development [in Chinese]. National Development Reform Commission, Beijing NDRC, MOA (2017) 13th Five-year plan for national rural biogas development [in Chinese]. National Development Reform Commission, Beijing
Zurück zum Zitat Philipp W, Ade-Kappelmann K, Drca M, Lorenz H, Böhm R (2005) New hygiene rules for biogas plants—revising German biowaste ordinance. Int Congr Animal Hyg 2:234–237 Philipp W, Ade-Kappelmann K, Drca M, Lorenz H, Böhm R (2005) New hygiene rules for biogas plants—revising German biowaste ordinance. Int Congr Animal Hyg 2:234–237
Zurück zum Zitat Piepho H (2018) Letters in mean comparisons: what they do and don’t mean. Agron J 110:431–434CrossRef Piepho H (2018) Letters in mean comparisons: what they do and don’t mean. Agron J 110:431–434CrossRef
Zurück zum Zitat Ruile S, Schmitz S, Mönch-Tegeder M, Oechsner H (2015) Degradation efficiency of agricultural biogas plants—a full-scale study. Bioresour Technol 178:341–349CrossRef Ruile S, Schmitz S, Mönch-Tegeder M, Oechsner H (2015) Degradation efficiency of agricultural biogas plants—a full-scale study. Bioresour Technol 178:341–349CrossRef
Zurück zum Zitat Scarlat N, Dallemand JF, Fahl F (2018) Biogas: developments and perspectives in Europe. Renew Energy 129:457–472CrossRef Scarlat N, Dallemand JF, Fahl F (2018) Biogas: developments and perspectives in Europe. Renew Energy 129:457–472CrossRef
Zurück zum Zitat Schrade S, Oechsner H, Pekrun C, Claupein W (2003) Influence of the biogas process on the germinability of seeds. Plant Protection. Landtechnik 58:90–91 Schrade S, Oechsner H, Pekrun C, Claupein W (2003) Influence of the biogas process on the germinability of seeds. Plant Protection. Landtechnik 58:90–91
Zurück zum Zitat Stockl A, Oechsner H (2012) Near-infrared spectroscopic online monitoring of process stability in biogas plants. Eng Life Sci 12:295–305CrossRef Stockl A, Oechsner H (2012) Near-infrared spectroscopic online monitoring of process stability in biogas plants. Eng Life Sci 12:295–305CrossRef
Zurück zum Zitat Su SQ, Ahrens WH (1997) Weed management in Northeast China. Weed Technol 11:817–823CrossRef Su SQ, Ahrens WH (1997) Weed management in Northeast China. Weed Technol 11:817–823CrossRef
Zurück zum Zitat Westerman PR, Gerowitt B (2013) Weed seed survival during anaerobic digestion in biogas plants. Bot Rev 79:281–316CrossRef Westerman PR, Gerowitt B (2013) Weed seed survival during anaerobic digestion in biogas plants. Bot Rev 79:281–316CrossRef
Zurück zum Zitat Westerman PR, Heiermann M, Pottberg U, Rodemann B, Gerowitt B (2012a) Weed seed survival during mesophilic anaerobic digestion in biogas plants. Weed Res 52:307–316CrossRef Westerman PR, Heiermann M, Pottberg U, Rodemann B, Gerowitt B (2012a) Weed seed survival during mesophilic anaerobic digestion in biogas plants. Weed Res 52:307–316CrossRef
Zurück zum Zitat Westerman PR, Hildebrandt F, Gerowitt B (2012b) Weed seed survival following ensiling and mesophilic anaerobic digestion in batch reactors. Weed Res 52:286–295CrossRef Westerman PR, Hildebrandt F, Gerowitt B (2012b) Weed seed survival following ensiling and mesophilic anaerobic digestion in batch reactors. Weed Res 52:286–295CrossRef
Zurück zum Zitat Zhang ZP (2003) Development of chemical weed control and integrated weed management in China. Weed Biol Manag 3:197–203CrossRef Zhang ZP (2003) Development of chemical weed control and integrated weed management in China. Weed Biol Manag 3:197–203CrossRef
Zurück zum Zitat Zhao G (2018) Assessment of potential biomass energy production in China towards 2030 and 2050. Int J Sustain Energy 37:47–66CrossRef Zhao G (2018) Assessment of potential biomass energy production in China towards 2030 and 2050. Int J Sustain Energy 37:47–66CrossRef
Metadaten
Titel
Influence of Anaerobic Digestion Processes on the Germination of Weed Seeds
verfasst von
Lijun Zhou
Benedikt Hülsemann
Wolfgang Merkle
Jianbin Guo
Renjie Dong
Hans-Peter Piepho
Roland Gerhards
Joachim Müller
Hans Oechsner
Publikationsdatum
18.02.2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Journal of Crop Health / Ausgabe 2/2020
Print ISSN: 2948-264X
Elektronische ISSN: 2948-2658
DOI
https://doi.org/10.1007/s10343-020-00500-y

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