Ackerboden als Nährstoffspeicher

Phosphor ist neben Stickstoff und Kalium ein Hauptnährstoff für Nutzpflanzen. Er wird über mineralische und organische (Mist, Gülle) Dünger aufs Feld gebracht, um die Erträge von Pflanzen zu sichern und die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten. Mit steigendem Bedarf an Nahrungsmitteln und nachwachsenden Rohstoffen wächst auch die Nachfrage nach Phosphor.

Prognosen zufolge könnte der landwirtschaftlich nutzbare Phosphorvorrat bereits im Jahre 2100 aufgebraucht sein. Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass in fast allen Teilen der Welt über lange Zeit deutlich mehr Dünger ausgebracht wurde als die Pflanzen tatsächlich aufnehmen konnten. Der überschüssige Nährstoff reicherte sich zum Teil im Boden an. Selbst Jahre nach der Düngung können Pflanzen auf diese Vorräte zurückgreifen und müssen dadurch weniger gedüngt werden. Neue Bodenmodelle, die diese Phosphorrückstände erstmals berücksichtigen, prognostizieren einen 20% bis 30% geringeren Phosphorverbrauch der Landwirtschaft bis 2050 als andere Studien nahelegen.

Ackerboden als Phosphorspeicher

Auf Basis von Langzeitdaten zum weltweiten Düngemittelverbrauch und den daraus erzielten Erträgen seit 1965 entwickelten die Wissenschaftler Bodenmodelle, die die P-Aufnahme von Nutzpflanzen im Verhältnis zum Ertrag simulieren. Dabei berücksichtigten sie, dass die P-Verfügbarkeit für Pflanzenwurzeln je nach Boden variiert, z.B. je nach P-Speicherkapazität, Boden-PH-Wert, Kulturart und nach der Menge bereits gebundenen Phosphors. Den Phosphorbedarf der Landwirtschaft bis 2050 berechneten sie auf Grundlage der im Global Orchestration Szenario der Millennium Ecosystem Assessment Szenarien prognostizierten notwendigen Produktionssteigerung. Dieses Szenario geht für die Jahre 2008 bis 2050 von einem schnellen Wachstum der jährlichen Agrarproduktion und der P-Aufnahme in Afrika und Ozeanien, einem mittleren Wachstum in Nordamerika, Lateinamerika und Asien sowie einem vergleichsweise geringen Wachstum in Ost- und Westeuropa aus.

Düngemittelverbrauch in der Vergangenheit

Zwischen 1965 und 2007 wurde weltweit weniger als die Hälfte des ausgebrachten Düngers (550 kg/ ha) von den geernteten Nutzpflanzen tatsächlich aufgenommen (225 kg/ ha). In Westeuropa und Ozeanien überstieg der Düngemittelverbrauch (1,115kg/ ha bzw. 560kg/ha) den tatsächlichen Bedarf der Pflanzen um das bis zu fünffache (350kg/ha bzw. 100kg/ha). In Afrika dagegen wurde weitaus weniger gedüngt (160kg/ha) und dieser Dünger fast vollständig von den Pflanzen aufgenommen (105kg/ha).

Über 80% des weltweit verwendeten P-Düngers wird in Nordamerika, Westeuropa und Süd-Ost-Asien eingesetzt – auf lediglich 55% des weltweiten Ackerlandes. Regionale Unterschiede gibt es auch in der Art der Düngung. Während der Verbrauch von organischem Dünger weltweit relativ stabil blieb und erst seit 1990 leicht zunahm, vervielfältigte sich der Mineraldüngerverbrauch in vielen Regionen. In Asien etwa wurde 2007 etwa 12,5mal soviel Mineraldünger eingesetzt wie noch 1965. In Afrika hat sich der Mineraldüngerverbrauch seither lediglich verdoppelt, die Verwendung von organischen Düngern jedoch verdreifacht.

Ein Polster an Nährstoffen

Seit den 1980er Jahren wird in einigen Regionen zunehmend sparsamer gedüngt. Denn eine langjährige Überdüngung kann schwerwiegende ökologische Auswirkungen auf Böden und angrenzende Gewässer haben (Eutrophierung). Die P-Aufnahme durch Pflanzen stieg in diesen Regionen trotzdem weiter an und damit auch der Ertrag pro Hektar. Die Forscher erklären sich dies damit, dass die Pflanzen dort bei geringerer Düngung auf Phosphorspeicher im Boden zurückgreifen können. Afrikanische Böden verfügen jedoch kaum über ausreichende Phosphorspeicher. Eine globale Studie zeigt, dass 30% des globalen Ackerlands im Jahr 2008 zu geringe Phosphorwerte aufwies. Um Erträge langfristig zu sichern und zu erhöhen, muss der P-Pool im Boden durch ein gezieltes Nährstoffmanagement erhalten bzw. aufgebaut werden. Um ausgemergelte Böden wieder mit Phosphor anzureichern, muss über einen Zeitraum von 30 bis 50 Jahren ca. 30% – 50% mehr P-Düngemittel in den Boden eingebracht werden als die Pflanzen tatsächlich benötigen, so schätzen Forscher.
Prognose des Phosphorbedarfs in 2050

Um die Produktionsziele des Global Orchestration Szenario für 2050 zu erreichen, sind nach den neuen Berechnungen für den Zeitraum 2008 bis 2050 insgesamt 1.200 Mio. Tonnen Phosphor aus mineralischem und organischem Dünger nötig. Dies entspricht durchschnittlich über den gesamten Zeitraum etwa 790 kg Phosphor je Hektar Ackerland – 20% bis 30% weniger als andere Studien annehmen.

Der Phosphornachfrage wird dabei je nach Kontinent stark schwanken. Der höchste Verbrauch wird in Asien erwartet (kumulativ für den betrachteten Zeitraum 1.130 kg/ha). Andere Kontinente werden mit weniger Dünger auskommen: Lateinamerika (840 kg/ ha), Ozeanien (690 kg/ ha), Nordamerika (630 kg/ha), Westeuropa (600 kg/ha) und Afrika (580 kg/ha). Dabei profitieren insbesondere Europa, Asien, Lateinamerika und Ozeanien von akkumuliertem Phosphor in den Böden. Die Erträge können dort wachsen – sogar dann, wenn zwischen 2008 und 2050 die Düngung reduziert wird. Um die notwendigen Produktionssteigerungen zu erzielen, müsste in Afrika hingegen mehr als 5mal soviel Phosphor über Düngemittel eingebracht werden wie bisher (von 4kg/ha in 2007 auf ca. 23kg/ha in 2050).

Der Großteil organischen Düngers (Tiermist) wird in Weidelandschaften produziert und muss von dort auf den Acker gebracht werden. Dies ist besonders in Entwicklungsländern wichtig, wo organischer Dünger hilft, die P-Bodenspeicher aufzufüllen. Um die Bodenfruchtbarkeit der stetig zunehmenden Weideflächen langfristig zu erhalten, wird jedoch zukünftig auch dort der P-Düngerbedarf steigen müssen.

Mehr als 80% der globalen Phosphorreserven werden in der Landwirtschaft eingesetzt.

Der im Boden gespeicherte Phosphor wird zukünftig noch stärker als heute zur weltweiten P-Versorgung von Pflanzen beitragen – selbst mit großer Zeitverzögerung. Den Wissenschaftlern zufolge, könnten 2050 bereits 60% des P-Bedarf von Pflanzen über die P-Bodenspeicher gedeckt werden. Im Jahr 1965 waren es 30%, im Zeitraum 2000-2007 etwa 40-50%. Die neuen Bodenmodelle ermöglichen es, diese bedeutenden P-Ressourcen bei der Prognose zukünftiger P-Bedarfe besser zu berücksichtigen.

Eine Entwarnung bedeutet dies jedoch nicht. Der im Boden angereicherte Phosphor wird nicht lange ausreichen, um die notwendige landwirtschaftliche Ertragssteigerung trotz schwindender Phosphorvorräte zu gewährleisten. Vielmehr müssen der Phosphoreinsatz effizienter und recycelter Phosphor aus kommunalen Klärschlammen verstärkt genutzt werden. Auch die gezielte Nutzung von Symbiosen mit Bodenpilzen (Mykorrhiza) können wichtige Impulse für eine effizientere Nährstoffnutzung geben.

Quelle:

Sattari et al. (2012): Residual soil phosphorus as the missing piece in the global phosphorus crisis puzzle. PNAS 2012 (19. März 2012, doi: 10.1073/pnas.1113675109