Phosphor in der Landwirtschaft
publiziert: Mittwoch, 11. Mrz 2015 / 10:21 Uhr

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

Kürzlich fand an der ETH ein Symposium über Trends bei der Phosphornutzug für die Landwirtschaft  mit mehr als hundert Teilnehmenden statt. Die Themenpalette war vielfältig: 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 können. Beispielhaft möchte ich hier zwei Aspekte vorstellen: I) Wie bereits im Boden vorhandener Phosphor besser genutzt werden kann und II) wie sich die Phosphatversorgung von Böden in Entwicklungsländern verbessern liesse.

Kein geschlossener Kreislauf

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

Einige landwirtschaftliche Flächen 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 Möglichkeiten Phosphor effizienter zu nutzen und den Phosphorkreislauf in der Landwirtschaft zu schliessen. Der gezielte Einsatz von Hofdünger, also Exkrementen von Nutztieren als natürliche Phosphorquelle, könnte den Gebrauch von importiertem Mineraldünger reduzieren. Um Überdüngung zu vermeiden braucht es aber auch ein geeignetes Düngemanagement. Manche Dünger setzen den enthalten Phosphor sofort frei, so dass Landwirte sie regelmässiger und zielgenauer in unmittelbarer Nähe der Wurzeln einsetzen müssen. Andere geben den Phosphor verzögert ab, wirken also über längere Zeiträume. Letztlich hat jede Feldfrucht andere Bedürfnisse, zu welchem Zeitpunk mehr oder weniger Phosphor für ein optimales Wachstum benötigt 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 können 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 könnte. Eine Möglichkeit 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 können beispielsweise organische Säuren ausstossen, die bestimmte Phosphorverbindungen auflösen und somit verfügbar machen. Mit einer gezielten Züchtung und Kultivierung dieser Pflanzeneigenschaften könnten bisher ungenutzte Phosphorverbindungen im Boden durch Pflanzen erschlossen werden.

Phosphorrückgewinnung

Während die Böden Europas relativ gut mit Phosphor versorgt sind, ist die Situation in ärmeren Regionen der Welt oft eine ganz andere. Dort enthalten die Böden oft weniger pflanzenverfügbaren Phosphor. Phosphordünger ist dort für die lokale Bevölkerung auch oft zu teuer. Andererseits bleiben vor allem in Ballungszentren grosse Mengen an Phosphor ungenutzt: Der über die Nahrung aufgenommene Phosphor landet grösstenteils über die menschlichen Ausscheidungen im Abwasserkanal. Eine Möglichkeit, dieses Problem anzugehen, wurde beim Symposium vorgestellt: sogenannte Trenntoiletten. Hierbei werden die flüssigen und festen menschlichen Ausscheidungen separat gesammelt (Abbildung 2). Der Urin enthält 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 Hälfte des vom Menschen ausgeschiedenen Phosphors könnte so wiederverwertet werden. Nützlicher Nebeneffekt ist die teilweise Deaktivierung von Krankheitserregern während 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 möglichst viele andere Nährstoffe aus dem Urin rückzugewinnen. Somit könnten Trenntoiletten nicht nur die hygienische Situation in den Haushalten verbessern, sondern gleichzeitig zu einer besseren Phosphor-Versorgung in der Landwirtschaft beitragen.

(Klaus Jarosch/ETH-Zukunftsblog)

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