Phosphor in der Landwirtschaft

Phosphor spielt als Pflanzenn?hrstoff eine zentrale Rolle für die Landwirtschaft. Durch eine zielgerichtete Züchtung k?nnten Pflanzen den vorhandenen Bodenphosphor besser nutzen. Doch es gibt auch innovative Strategien um das Phosphorrecycling zu verbessern.

Vergr?sserte Ansicht: Phosphor in der Landwirtschaft
Phosphor dient als Pflanzenn?hrstoff in der Landwirtschaft als Düngemittel. Der Stoffkreislauf ist allerdings vielerorts nicht geschlossen. (Foto: blacklord/flickr, Montage: ETH Zürich)

Kürzlich fand an der ETH ein Symposium über Trends bei der Phosphornutzug für die Landwirtschaft  mit mehr als hundert Teilnehmenden statt. Die Themenpalette war vielf?ltig: Es ging um die Herstellung von Phosphatdünger aus verschiedenen Ressourcen, dessen effektive Nutzung in der Landwirtschaft, sowie um Mechanismen von Phosphorverlusten und wie diese vermindert werden k?nnen [1]. Beispielhaft m?chte ich hier zwei Aspekte vorstellen: I) Wie bereits im Boden vorhandener Phosphor besser genutzt werden kann und II) wie sich die Phosphatversorgung von B?den in Entwicklungsl?ndern verbessern liesse.

Kein geschlossener Kreislauf

Sowohl in der Schweiz, als auch in der EU ist die Landwirtschaft für die gr?ssten Phosphorflüsse verantwortlich. Hierbei handelt es sich gr?sstenteils um Düngerimporte, weil Rohphosphat, das Ausgangsprodukt für Phosphordünger, in Europa kaum gef?rdert wird. Von einem geschlossenen Kreislauf kann also keine Rede sein.

Vergr?sserte Ansicht: Phosphorbilanz in der EU
Die Phosphorbilanz der EU15. Regionen in blau kennzeichnen Regionen mit besonders hohen Phosphorgebrauch. (Grafik: [2])

Einige landwirtschaftliche Fl?chen werden jedoch seit Jahrzehnten mit mehr Phosphor versorgt, als durch Pflanzen wieder aufgenommen wird. Man spricht von einer positiven Phosphor-Bilanz (Abbildung 1). Es gibt verschiedene M?glichkeiten Phosphor effizienter zu nutzen und den Phosphorkreislauf in der Landwirtschaft zu schliessen. Der gezielte Einsatz von Hofdünger, also Exkrementen von Nutztieren als natürliche Phosphorquelle, k?nnte den Gebrauch von importiertem Mineraldünger reduzieren. Um ?berdüngung zu vermeiden braucht es aber auch ein geeignetes Düngemanagement. Manche Dünger setzen den enthalten Phosphor sofort frei, so dass Landwirte sie regelm?ssiger und zielgenauer in unmittelbarer N?he der Wurzeln einsetzen müssen. Andere geben den Phosphor verz?gert ab, wirken also über l?ngere Zeitr?ume. Letztlich hat jede Feldfrucht andere Bedürfnisse, zu welchem Zeitpunk mehr oder weniger Phosphor für ein optimales Wachstum ben?tigt werden.

Vorhandenen Phosphor nutzbar machen

Wird der bereits ausgebrachte Dünger jedoch nicht rasch durch Pflanzen genutzt, wird er oft sehr schnell im Boden gebunden. In dieser Form k?nnen Pflanzen ihn nur noch sehr schlecht aufnehmen und verwerten. Die Forschung konzentriert sich in den letzten Jahren genau auf diese ?schwer verfügbaren? Phosphor-Formen und wie man diese nutzbar machen k?nnte. Eine M?glichkeit besteht darin, vermehrt auf Pflanzen zu setzen, die ein besonders grosses und feines Wurzelsystem besitzen. Dadurch wird pro Pflanze mehr Boden erschlossen und ihr steht somit potentiell mehr Phosphor für die Aufnahme zur Verfügung. Bestimmte Varianten von Gerste mit langen Wurzelhaaren sind beispielsweise bedeutend effizienter bei der Phosphoraufnahme als andere Getreidesorten. Ausserdem haben einige Pflanzen im Zuge der Evolution Mechanismen entwickelt, um auch stark gebundenen Phosphor aufzunehmen. Sie k?nnen beispielsweise organische S?uren ausstossen, die bestimmte Phosphorverbindungen aufl?sen und somit verfügbar machen. Mit einer gezielten Züchtung und Kultivierung dieser Pflanzeneigenschaften k?nnten bisher ungenutzte Phosphorverbindungen im Boden durch Pflanzen erschlossen werden. [3]

Phosphorrückgewinnung

Vergr?sserte Ansicht: Trenntoilette
Trenntoiletten vereinfachen die Wiedergewinnung von N?hrstoffen wie Phosphor aus menschlichen Ausscheidungen. (Foto: Kai Udert, Eawag)

W?hrend die B?den Europas relativ gut mit Phosphor versorgt sind, ist die Situation in ?rmeren Regionen der Welt oft eine ganz andere. Dort enthalten die B?den oft weniger pflanzenverfügbaren Phosphor. Phosphordünger ist dort für die lokale Bev?lkerung auch oft zu teuer. Andererseits bleiben vor allem in Ballungszentren grosse Mengen an Phosphor ungenutzt: Der über die Nahrung aufgenommene Phosphor landet gr?sstenteils über die menschlichen Ausscheidungen im Abwasserkanal. Eine M?glichkeit, dieses Problem anzugehen, wurde beim Symposium vorgestellt: sogenannte Trenntoiletten [4]. Hierbei werden die flüssigen und festen menschlichen Ausscheidungen separat gesammelt (Abbildung 2). Der Urin enth?lt mehr als 60 Prozent des vom Menschen ausgeschiedenen Phosphors. Durch einfache Methoden (zum Beispiel die Zugabe von Magnesium und anschliessender Trocknung) kann daraus Struvit gewonnen werden, ein Phosphor-und Stickstoffhaltiger Dünger. Etwa die H?lfte des vom Menschen ausgeschiedenen Phosphors k?nnte so wiederverwertet werden. Nützlicher Nebeneffekt ist die teilweise Deaktivierung von Krankheitserregern w?hrend des Trocknungsprozesses. An der Verbesserung des Prozesses forscht beispielsweise Kai Udert am Eawag, der unter anderem in Südafrika und Nepal an diesem Thema arbeitet. Ziel ist es nicht nur Phosphor sondern auch m?glichst viele andere N?hrstoffe aus dem Urin rückzugewinnen [5]. Somit k?nnten Trenntoiletten nicht nur die hygienische Situation in den Haushalten verbessern, sondern gleichzeitig zu einer besseren Phosphor-Versorgung in der Landwirtschaft beitragen.

Weiterführende Informationen

[1] Das Symposium ?Phosphorus in agriculture: Where are we going?? fand von 15-16. Jannuar 2015 an der ETH statt und wurde von der Gruppe für Pflanzenern?hrung (Prof. Frossard) organsiert. Nationale wie internationale Experten teilten ihr Wissen mit Studierenden und externen Besuchern. Das detaillierte Programm ist hier verfügbar.

[2] Bruna Grizetti, Faycal Bouraoui, Alberto Aloe: externe SeiteSpatialised European Nutrient Balance, 2007

[3] Wissenschaftlicher Artikel zur bessen Phosphornutzung durch Pflanzen:

Richardson, A.E., Lynch, J.P., Ryan, P.R., Delhaize, E., Smith, F.A., Smith, S.E., Harvey, P.R., Ryan, M.H., Veneklaas, E.J., Lambers, H., Oberson, A., Culvenor, R.A., Simpson, R.J., 2011. Plant and microbial strategies to improve the phosphorus efficiency of agriculture. Plant and Soil 349, 121-156. doi: externe Seite10.1007/s11104-011-0950-4

[4] Forschungsberichte über Trenntoiletten: externe SeiteMix or NoMix? A Closer Look at Urine Source Separation

[5] Projekt externe SeiteVUNA - N?hrstoffrückgewinnung in Südafrika

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