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Phosphat Düngung und EutrophierungPraxisratgeber von Josef Galler

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InhaltPhosphor – Bedeutung und Aufgaben ............................................................... 3Folgen von P-Mangel .............................................................................................. 3P-Mangel beim Tier ................................................................................................. 4Geschichte der P-Düngung .................................................................................. 5Phosphat im Boden .............................................................................................. 5 P-Vorräte im Boden ................................................................................................ 5Phosphate – geringe Löslichkeit im Boden ............................................................ 6Phosphatdynamik und P-Mobilisierung ...................................................................7 Redoxpotenzial im Boden ...................................................................................... 8P-Aufnahme der Pflanze ......................................................................................... 9Phosphatdünger ................................................................................................... 9 Herstellung von Phosphatdüngern ....................................................................... 10Phosphatformen im Vergleich .............................................................................. 10Rohphosphate ..................................................................................................... 10Aufgeschlossene Phosphate ................................................................................ 10Teilaufgeschlossene Phosphate ........................................................................... 11P-Ausnutzung von Mineraldüngern ...................................................................... 12P-Ausnutzung von Wirtschaftsdüngern ............................................................... 12Bodenuntersuchung und Düngung .................................................................. ��Methoden der Phosphatbestimmung .................................................................. 14P-Sättigungsindex und P-Speicherkapazität ......................................................... 14PK-Grunddüngung ................................................................................................ 15Düngerplatzierung ................................................................................................ 15Phosphatentzüge .................................................................................................. 15Eutrophierung von Gewässern ......................................................................... �6 Selbstreinigung von Fließgewässern ....................................................................16Sauerstoffdynamik von Seen ............................................................................... 17Sauerstoffmangel hemmt Biomasseabbau ......................................................... 18Sauerstoffmangel fördert P-Remobilisierung ....................................................... 18Sauerstoffbedarf verschiedener Fischarten ......................................................... 18Vorgang der Eutrophierung ...............................................................................�9Eutrophierungsfaktor „Phosphat“ ........................................................................ 20Stickstoff und Eutrophierung ............................................................................... 20Trophiestufen stehender Gewässer ..................................................................... 21P-Eintragspfade in Gewässer ............................................................................... 22Maßnahmen zur Verringerung des P-Eintrages ............................................. �3Kanalisationstechnische Maßnahmen ................................................................. 23Phosphatausträge aus landwirtschaftlichen Flächen ........................................... 23Phosphatauswaschung und Düngung ................................................................. 24Phosphataustrag durch Bodenerosion ..................................................................25Oberflächige Nährstoffabschwemmung .............................................................. 26Düngeverbotszeiträume ....................................................................................... 27Abstände zu Oberflächengewässern ................................................................... 27Phosphataustrag infolge Dränagierung ................................................................ 28Gewässersanierung ........................................................................................... �8Sanierungsbeispiel Vorlandseen ........................................................................... 29

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Phosphat – Bedeutung und AufgabenDas Nichtmetall Phosphor (P) ist für alle Lebewesen unentbehrlich. In der Pflanzenernäh-rung zählt Phosphor neben Stickstoff, Kalium, Magnesium, Calcium zu den wichtigsten Hauptnährstoffen. Phosphor ist für zahlreiche biologische Wachstumsprozesse wichtig. So ist er für den Energietransfer in den Zellen, als Eiweißbaustein sowie als Baustein der DNS und Be-standteil von Enzymen, für die symbiotische N-Fixierung der Knöllchenbakterien etc. notwendig. Besonders P-bedürftig sind Leguminosen, da auch die atmosphärische N-Bindung durch die Knöllchenbakterien von der P-Versorgung abhängt.Die Wirkung von Phosphor setzt bereits im Jugendstadium der Pflanze ein. So werden Keimung, Wurzelbildung und Bestockung gefördert.Eine gute P-Versorgung fördert ferner die Blüten- und Samenbildung, den Fruchtansatz und die Kornzahl je Ähre, das Tausendkorngewicht, den Rohproteingehalt sowie die Backqualität.

Phosphat im Boden Im Boden ist Phosphor ähnlich wie Calcium in der Lage Bodenkollide direkt auszufällen und zu stabilen Bodenkrümeln zu verkitten und verbessert dadurch die Bodenstruktur. Eine ausreichende Phosphatversorgung fördert dadurch das Wurzelwachstum und da-mit das Wasserspeichervermögen eines Bodens, wodurch auch die Bodenerosion ver-ringert wird.

Phosphat in GewässernAuch in Gewässern dient Phosphor als Nährstoff für Wasserpflanzen und Fische. In stehenden Gewässern kann jedoch bereits eine leicht erhöhte Phosphatkonzentration zur Eutrophierung führen. Hier ist der Phosphor in der Regel der begrenzende Faktor für das unerwünschte Algenwachstum. Langfristig betrachtet führt ein erhöhter Nährstoffeintrag zur Entstehung von Mooren. Eutrophierung ist vielerorts ein natürlicher Prozess, welcher jedoch bei Seen im Interes-se der Wasserqualität verhindert werden muss.

Folgen von P-Mangel P-Mangel führt bei der Pflanze neben einem Rückgang der Photosyntheseleistung zu schlechter Keimfähigkeit, schwacher Wurzelausbildung, schlechter N-Bindung der Le-guminosen, Starrtracht (bläulich-grüne Blätter), Reifeverzögerung, Schmachtkörnern bei Getreide oder mangelnder Fruchtausbildung bei Obst und Gemüse. Besonders hoch ist der P-Bedarf in Perioden raschen Wachstums, wo täglich bis zu 1 kg P/ha aufgenommen werden. Bei starkem P-Mangel können die Blätter eine teilweise blaugrüne bis rötlich-violette Ver-färbung mit Starrtracht (aufrechte Blatthaltung mit nach unten geneigten Spitzen) zeigen.P-Mangel ist in Entwicklungsländern nach wie vor eine wesentliche Ursache für Bo-dendegradierungen. Eine Phosphor-Unterversorgung im Boden führt nicht nur zu Min-dererträgen, sondern auch zu einer von Jahr zu Jahr schleichenden Abnahme der Bodenfruchtbarkeit.In den letzten 20 Jahren haben die Phosphat-Vorräte unserer Böden deutlich abgenom-men. Über 70 % der Böden haben derzeit in Österreich keine ausreichende P-Versor-gung (Heinzlmaier, Gerzabek, Baumgarten, 2005).

Erhöhte P-Konzentrationen in Gewässern bedeuten eine „Fruchtbarkeit am falschen Platz“. Während in nährstoff-armen Fischteichen zur Förderung der Unterwasserpflanzen für pflanzenfressende Fische (z. B. Karpfen) eine sog. „Teichdün-gung“ positiv sein kann, führt bereits eine geringe Nährstoffüber-versorgung in Seen zu einer unerwünschten Eutrophierung.

P-Mangel bei Mais P-Mangel – typische Rotfärbung der Blätter

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P-Mangel beim TierBeim Tier steigt der P-Bedarf mit zunehmender Leistung. So benötigt eine Kuh bei einer Milchleistung von 10 kg täglich 31g P, bei 25 kg Milch bereits die doppelte Menge und bei 40 kg Milch dreimal so viel Phosphor, welcher vorrangig über das Grundfutter zuge-führt werden muss.

Empfehlungen zur Versorgung von MilchkühenMilch kg TM-Aufnahme kg Calcium g Phosphor g Magnesium g Natrium g

5 10,0 32 21 16 12 10 12,0 49 31 19 15 15 14,0 66 41 22 18 20 15,5 82 51 25 22 25 17,5 98 61 29 25 30 19,5 114 71 32 28 35 21,0 130 80 35 31 40 22,0 144 89 38 35

(Gesellschaft für Ernährungsphysiologie, 1993)

Neben einer ausreichenden P-Versorgung des Bodens (Versorgungsstufe C) muss auch die P-Versorgung über das Grundfutter kontrolliert werden. Auch der Einsatz phosphatrei-cher Futtermittel wie vor allem Kleie, Trockenschnitzel, Soja-, Rapsschrot sowie Getrei-deprodukte kann die P-Bilanz verbessern.Bei der P-Ergänzung über Mineralstoffmischungen ist die Bindungsform zu berücksichti-gen. So hat z. B. Mononatriumphosphat mit 24 % P den höchsten P-Gehalt und auch mit 95 % die höchste relative Wasserlöslichkeit. Kritisch ist beim Rind vor allem eine defizitäre P-Versorgung zu Laktationsbeginn, wo der Bedarf am höchsten ist.

Einfluss der Kationen- und Anionenbindungsformen auf die P-VerwertungP-Verwertung Kationenbindungsform Anionenbindungsformhoch Na-Phosphat Monophosphat (H2PO4-) Ca-Phosphat

Diphosphat (HPO4--) K-Phosphat niedrig Mg-Phosphat

Triphosphat (PO4---)

(nach Günther, 1987)

P-Gehalt im GrundfutterDer P-Gehalt im Futter von Grünland hängt neben der Düngung ganz wesentlich vom Nutzungszeitpunkt und der Nutzungshäufigkeit ab. Ein später Nutzungszeitpunkt erhöht zwar den Mengenertrag je Flächeneinheit, verringert aber die Qualität und den P-Gehalt im Futter, da ein Verdünnungseffekt stattfindet. Auch die botanische Zusammensetzung beeinflusst den P-Gehalt, da Leguminosen und Kräuter ein höheres P-Anreicherungsver-mögen haben als Gräser.Aus der Sicht der Tierernährung sollte der P-Gehalt in der Grundfutter-TM 3 g P/kg nicht wesentlich unterschreiten, da der Bedarf der Tiere vorrangig aus dem Grundfutter ge-deckt werden soll. Im Kraftfutter schwankt der P-Gehalt zwischen 3 bis 4,5 g P/kg.

P-Mangel kann beim Rind zu Knochen-

weiche (Osteomalzie), dicken Sprunggelen-

ken, Klauenproblemen, Nachgeburtsverhalten, Lecksucht etc. führen.Nach Untersuchungen

der Universität für Bodenkultur zeigten

59 % der untersuchten Futterproben einen

P-Mangel (Edelbauer, 2001).

P-Gehalt – abhängig von Schnittzeitpunkt

und Nutzung

n. Neubauer, 1977

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Geschichte der PhosphatdüngungEnde des 18. Jahrhunderts sanken in Europa die Erträge infolge Nährstoffmangel (ins-besondere P-Mangel) bei gleichzeitiger Zunahme der Bevölkerung. Auch der Mitte des 18. Jahrhunderts eingeführte Leguminosenanbau litt damals verstärkt unter P-Mangel. Die Engländer begannen deshalb menschliche Skelette wegen ihres Gehaltes an Cal-ciumphosphat zu Knochenmehl zu vermahlen und als Dünger zu nutzen. Die Gebeine stammten aus großstädtischen Friedhöfen oder später verstärkt aus den Knochen gefal-lener Soldaten (z. B. der Völkerschlacht bei Leipzig von 1813 etc.). Nach 1840 begann „FLEMING“ das Knochenmehl mit Schwefelsäure aufzuschließen, um damit die Pflanzenverfügbarkeit zu verbessern. Dieses erste „Superphosphat“, wur-de anfangs bezeichnenderweise als „German Kompost“ vertrieben.Die erste deutsche Superphosphatfabrik wurde mit Knochen als Rohstoff betrieben und entstand 1856 am Heuberg bei Rosenheim. Damals hatten die „Knochenmüller“ Hochkonjunktur. Die Wende in der Düngung kam mit Justus von Liebig (1803 – 1873). Heute stammen Rohphosphate als auch Kali, Magnesium, Kalk aus bergmännischen Lagerstätten. Nach verschiedenen Schätzungen betragen die abbauwürdigen Reserven für Phosphat welt-weit ca. 12 Mrd. Tonnen (ca. 1,6 Mrd. Tonnen Phosphor), was eine Reserve für ca. 100 Jahre bedeutet. Dazu kommen noch schwer abbaubare Reserven von ca. 34 bis 47 Mrd. Tonnen.Neben der Düngung hat auch die Züchtung und der Pflanzenschutz einen wesentlichen Anteil an der Ertragsentwicklung.

Phosphat im Boden Die P-Aufnahme durch die Pflanze erfolgt nur als gelöstes Phosphat in der höchst oxi-dierten Form als Orthophosphat (vorrangig als H2PO4- und HPO4-) entweder direkt über die Wurzeln oder mithilfe von Wurzelpilzen (Mykorrhizen).Im Boden gebundene Phosphate müssen zuerst mineralisiert werden, bevor sie von den Pflanzen genutzt werden können.Auch wenn der P-Gesamtgehalt im Boden relativ hoch ist, so ist der pflanzenverfügbare Anteil und insbesonders der wasserlösliche Anteil in der Bodenlösung sehr gering, da Phosphate stets bestrebt sind, stabile Verbindungen im Boden einzugehen. Dadurch ist andererseits auch die Phosphatauswaschung sehr gering.

P-Vorrat im BodenIm Boden kommt Phosphor vorrangig in stabilen anorganischen sowie organischen Ver-bindungen vor. Der P-Gesamtgehalt schwankt in Mineralböden zwischen 0,02 bis 0,1 %, in organischen Böden liegt er auch darüber. In der obersten Bodenschicht (Ackerkrume) liegt der Ge-samtgehalt zwischen 600 bis 3000 kg/ha.Der anorganische Phosphor liegt meist in für die Pflanze nicht bzw. nur schwer pflanzen-verfügbaren Apatiten (Calciumphosphaten) und Verwitterungsprodukten vor. Die organischen Phosphorverbindungen (Phytate, Nukleinsäuren) sind ebenfalls nur schwer pflanzenverfügbar. Gemessen am gesamten P-Gehalt des Bodens erreichen sie mit steigendem Humusgehalt Anteile zwischen 25 bis 65 %.

Entwicklung der Erträge

einiger Kulturpflanzen

in dt/ha seit 1850

1850 1900 2005

Weizen

9,7 12,8 53,6

Kartoffeln

75,1 102,5 344

Zuckerrüben

192,2 239,5 710,5

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Für die Pflanzenernährung haben als Phosphatquelle vorrangig Calciumphosphate bzw. die an Eisen- und Aluminium-Oxiden bzw. Hydroxiden absorbierten Phosphate eine Be-deutung. Dazu zählen leichter lösliche Calciumphosphate (weicherdige Apatite) sowie Ei-sen-(Fe)-Phosphate (Strengit) oder Aluminium (Al)-Phosphate (Variscit, Vivianit ). Die an Metalloxiden bzw. Hydroxiden leichter gebundenen bzw. die an Ton adsorbierten Phos-phate zählen zu den wichtigsten austauschbaren P-Formen im Boden. Fe- und Al-Phos-phate können mit der organischen Substanz auch Komplexverbindungen eingehen, die dann unter anaeroben Bedingungen wieder mobilisiert werden können. Daraus erklärt sich die Verbesserung der P-Löslichkeit unter anaeroben Bodenverhältnissen.

Phosphate – geringe Löslichkeit im BodenDie Löslichkeit von Phosphaten hängt vorrangig von der P-Bindungsform und vom pH-Wert, aber auch von der Temperatur des Bodens (biologische Mobilisierungsprozesse) ab. Bei saurer Bodenreaktion haben Eisen- und Aluminiumphosphate eine geringe Lös-lichkeit. Bei hohen pH-Werten lösen sich Kalkphosphate nur schwer.Phosphate unterliegen im Boden einer steten Dynamik, wobei wasserlösliche und labile, d. h. nach Lösung leicht pflanzenverfügbare Phosphate stets zu einer stabileren (d. h. schwer löslicheren) Form umgewandelt werden. Die starke Bodenbindung ist auch der Grund, warum die Verlagerungsneigung von Phosphat in den Unterboden (Auswa-schung) sehr gering ist. Diesem „Stabilisierungsprozess“ stehen aber auch Remobilisierungsvorgänge gegen-über, wodurch ältere Phosphate wieder in eine leichter lösliche Form rückgeführt wer-den können.Der Gehalt an wasserlöslichem, direkt pflanzenverfügbarem Phosphat in der Bodenlö-sung ist selbst nach einer mineralischen Phosphatdüngung mit aufgeschlossenen Phos-phaten immer sehr gering und beträgt etwa 1 bis 2 kg P/ha, da Phosphat rasch an Boden-teilchen gebunden wird. Daher kann aus der Bodenlösung immer nur der Tagesbedarf der Pflanzen abgedeckt werden.Vereinfacht unterscheidet man je nach Bindungsform und Löslichkeit zwischen drei Phosphat-Fraktionen.

Phosphat-Fraktionen im Bodenn gelöstes, direkt verfügbares Phosphatn labiles, nach Lösung pflanzenverfügbares Phosphatn stabiles, schwer und meist nicht pflanzenverfügbares Phosphat

Der größte Teil der Bodenphosphate liegt in der „stabilen“ Fraktion, d. h. als sehr schwer mobilisierbares anorganisches Ca-, Fe-, oder Al-Phosphat bzw. als organisch gebundener Phytat-Phosphor vor. Die sog. „labilen“ Phosphate sind durch spezifische Sorption an Oxide und Hydroxide des Eisens und Aluminiums oder locker an Tonminerale gebunden. Dazu gehören leicht an Ca-, Mg-, Na- und NH4–gebundene Phosphate sowie leicht mo-bilisierbare organische Phosphatverbindungen. Diese nur leicht gebundenen Phosphate können bei Bedarf der Pflanze rasch in die Bo-denlösung nachgeliefert werden und bilden während der Vegetation die Hauptquelle der Phosphatversorgung. Die Löslichkeit der Phosphate wird ganz entscheidend vom pH-Wert sowie von der Durchwurzelung des Bodens und den Wurzelsäureausscheidungen der Pflanzen ge-prägt. Am verfügbarsten sind Phosphate bei einem pH-Wert um 6.

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Phosphatdynamik im BodenAuf sauren Böden werden anorganische Phosphate zu stabilen, d. h. schwer löslichen Ei-sen- und Aluminiumphosphaten gebunden, auf alkalischen Böden hingegen zu stabilen und schwer löslichen Calciumphosphaten (Apatite).In einem Mineralboden sind bis 1 Meter Tiefe je Hektar etwa 300 t Fe sowie 600 t Al ent-halten, die als Puffersubstanzen für die Phosphatbindung dienen. Auf extrem sauren Böden mit pH-Werten unter 4 kann es infolge Tonzerfall (Bodenstruk-turzerfall) zu einer derart starken Freisetzung von Fe- bzw. Al-Ionen kommen, dass die Konzentration dann für Pflanzen toxisch wirkt. Organische P-Verbindungen werden ebenfalls pH-abhängig im sauren Bereich als schwer lösliche Eisen- und Aluminium-Phytate bzw. im neutralen Bereich als Ca-Phytate gebunden.

pH-Wert und LöslichkeitAllgemein erhöht auf sauren Böden eine Kalkung die P-Verfügbarkeit bereits stärker ge-bundener Eisen- und Aluminiumphosphate. Umgekehrt können stärker gebundene Ca-Phosphate (Apatite) bei niedrigem pH-Wert wieder gelöst werden. Auch das Redoxpo-tenzial nimmt Einfluss auf die P-Verfügbarkeit.Bezüglich der Düngung gilt, dass weicherdige Rohphosphate wie „Hyperphosphat“ bo-densäurelöslich sind, d. h. mit abnehmendem pH-Wert steigt die Löslichkeit bzw. Pflan-zenverfügbarkeit. Mit steigendem pH-Wert sinkt hingegen die Löslichkeit. Im Carbonat-Pufferbereich (pH-Werten über 6,2) sind sie deshalb kaum noch löslich. Auf alkalischen Böden ist deshalb der Einsatz aufgeschlossener Phosphatdünger notwendig, da diese physiologisch sauer wirken und dadurch auch die Verfügbarkeit bereits gealterter „Calci-umphosphate“ wieder verbessern können.

Phosphat-Löslichkeit von Bodenart und pH-Wert abhängig

n. Finck 1991

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Mobilisierung von PhosphatvorrätenAuf sauren Böden kann durch Kalkung die mikrobielle Mineralisierung angekurbelt und durch Anhebung des pH-Wertes die Verfügbarkeit bereits stabiler Phosphate im Boden wieder verbessert werden.Auch die Zufuhr organischer Substanz fördert die P-Mobilisierung, da Kohlenstoff den Mi-kroorganismen als Energiequelle dient. Ferner fördern Wurzel- und Stoffwechselsäuren (Zitronen, Ameisen-, Essig-, Kohlensäure) die P-Verfügbarkeit. Die organische Substanz (Zwischenfruchtanbau, Wirtschaftsdünger) fördert vor allem durch die bei der Verrottung verstärkte Bildung von Huminsäuren die P-Löslichkeit von organisch gebundenen Phosphaten („Humateffekt“). Der leicht mineralisierbare Nährhumus in Wirtschaftsdüngern, Wurzelrückständen etc. kann vorübergehend das Redoxpotenzial (Sauerstoffgehalt im Boden) erniedrigen und dadurch die Verfügbarkeit von Eisenphosphaten erhöhen.

Eine gute Durchwurzelung (Fruchtfolge) ist besonders wichtig. Gut durchwurzelte Böden (z. B. Dauergrünland) sowie tiefwurzelnde Pflanzen haben daher ein höheres P-Aufschlie-ßungsvermögen. Besonders gute Phosphataufschließer sind Erbsen, Lupine, Buchwei-zen und Senf, aber auch Luzerne, Rotklee und Kartoffel.Bodentemperatur und Bodenfeuchtigkeit beeinflussen ebenfalls die mikrobielle P-Mobi-lisierung im Boden. Bei Bodenverdichtungen, nasskalter Witterung oder stauender Nässe, Störschichten wie z. B. Strohmatratzen ist die mikrobielle P-Nachlieferung aus dem Bodenvorrat schlechter.

Maßnahmen zur Mobilisierung von Bodenphosphaten: n Regulierung des pH-Wertes durch Kalkung saurer Bödenn Einsatz physiologisch saurer P-Dünger auf alkalischen Bödenn Zufuhr organischer Substanz n Förderung eines tiefgehenden Wurzelsystemsn Vermeidung von Bodenverdichtungen

Redoxpotenzial im BodenDas Redoxpotenzial gibt Auskunft über den Sauerstoffgehalt des Bodens und zeigt da-mit eine wichtige Bodeneigenschaft für die Nährstoffaufnahme von Nährelementen an, die in unterschiedlicher Oxidationsstufe im Boden vorkommen. Dies gilt insbesondere für Stickstoff, Schwefel, Eisen und Mangan. So kann z. B. unter aeroben Verhältnissen zweiwertiges Eisen zu dreiwertigem Eisen oxidieren und umge-kehrt unter anaeroben Verhältnissen (Staunässe) wieder reduziert werden.Bei Vernässung (Absenken des Redoxpotenzials) können phosphathältige Eisenoxide und -hydroxide verstärkt in Lösung gehen. Auch leicht mineralisierbare organische Stof-fe wie Wurzeln, Stallmist erniedrigen das Redoxpotenzial und erhöhen dadurch die Lös-lichkeit von Eisenphosphaten.Bei anhaltender Staunässe kann jedoch ein Überangebot an zweiwertigem Eisen oder Mangan zu Pflanzenschäden bzw. auch zu Vergiftungen durch Schwefelwasserstoff füh-ren. Reiskulturen sind im Gegensatz zu Gerste oder Weizen aufgrund ihres ausgedehn-ten Hohlraumsystems vom Spross bis in die Wurzel unempfindlich gegen Staunässe und profitieren sogar durch die bessere P-Verfügbarkeit nach zeitweiliger Überstauung. Das Redoxpotenzial sinkt auch mit der Bodenversauerung (Zunahme an Wasserstoff-

Kulturen mit geringerer Durchwurzelungsinten-sität (Rüben, Raps etc.) benötigen ein höheres

Nährstoffangebot Bad, 2003

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Ionen) im Boden. Daher kann eine Kalkung (pH-Anstieg) das Redoxpotenzial wieder er-höhen und die Bildung höherer Oxidationsstufen fördern. Hohe Redoxpotenziale können in Verbindung mit hohen pH-Werten im alkalischen Bereich auch zur Festlegung von Ei-sen und Mangan führen. Bezüglich der P-Mobilisierung kann neben reduktiven, d. h. zeitweise anaeroben Bodenverhältnissen auch Hitzeeinwirkung auf den Boden (z. B. Brandrodung) den Auf-schluss von Phosphat fördern. Auch die bei der Eisenerzgewinnung im Hochofen verblei-bende Rückstands - Thomasschlacke entsteht durch thermischen Aufschluss.

P-Aufnahme der PflanzeDie Pflanze kann grundsätzlich nur jenes Phosphat aufnehmen, das im Bodenwasser gelöst ist. Um den Pflanzenbedarf decken zu können, muss laufend ein Nachschub er-folgen. Der kleine Pufferspeicher muss ständig nachgefüllt werden, was durch Mikro-organismen in Abhängigkeit vom pH-Wert und der Bodentemperatur erfolgt. Bei der Nährstofferschließung spielt ferner die Durchwurzelung eine wichtige Rolle. Je schlech-ter die Umweltbedingungen im Boden, desto träger die P-Dynamik und umso schwer-löslicher sind die Phosphatverbindungen für die Pflanze. Grundsätzlich haben schwere, verdichtete und damit kalte Böden bzw. schlecht durch-wurzelte Böden eine trägere P-Dynamik und stärkere P-Fixierung als leichtere und gut durchwurzelte Böden. Die Folge ist eine verstärkte P-Fixierung, d. h. Überführung „labiler Phosphate“ in „sta-bile“ Bodenphosphate. Diese Übergänge sind fließend, d. h. Mobilisierung und Immobi-lisierung finden wechselseitig statt.

Phosphataufnahme der Pflanze

n. Finck 1991

PhosphatdüngerPhosphatlagerstätten, aus denen Phosphatdünger hergestellt werden, sind durch phos-phathaltige Anreicherungen in Eruptivgesteinen, durch Ausfällungen aus phosphathäl-tigen Wässern und aus tierischen Rückständen entstanden.Die Hauptlagerstätten befinden sich in Nordafrika (Marokko, Algerien, Tunesien), den USA (Florida) und in Russland (Halbinsel Kola). Die Konsistenz der Rohphosphate reicht von steinhart (Kola) bis weicherdig (Hyperphosphat).Zahlreiche Eisenerzlager haben ebenfalls unterschiedlich hohe Phosphatbeimengungen.

Phosphataufnahme Die Pflanze kann grundsätzlich nur jenes Phosphat aufnehmen, das im Bodenwasser gelöst ist. Dieser Anteil ist mit 1 bis 2 kg/ha sehr gering und muss daher stets nachgeliefert werden. Die Versorgung der Pflanzen erfolgt aus der kurzfristigen Wirkung der Phos-phatdüngung (sog. „Jahreswirkung“), der Nachwirkung aus früheren P-Düngungen und aus den Boden-vorräten. Daher ist mit steigenden Erträgen auch ein gewisser Bo-denvorrat (Gehaltstufe C laut Bodenuntersu-chung) anzustreben.

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Herstellung von PhosphatdüngernFür die Pflanze ohne Aufbereitung direkt nutzbar sind nur weicherdige Rohphosphate wie Hyperphosphat, sofern sie fein vermahlen sind und die Düngung auf sauren Böden (pH-Wert unter 6,2) erfolgt. Ansonst bedürfen alle Rohphosphate einer thermischen oder chemischen Aufbereitung mit Schwefel- bzw. Phosphorsäure, um die Apatitstruktur zu zerstören, wodurch eine entsprechende Pflanzenverfügbarkeit erreicht wird.

Herstellung von Phosphat-Einzeldüngern

BAD, 2003

Phosphatformen im VergleichBeim Einkauf von P-Düngern ist der Reinnährstoffpreis sowie die Löslichkeit zu beach-ten. Bezüglich der Löslichkeit wird zwischen nicht aufgeschlossenen, teilaufgeschlos-senen und voll aufgeschlossenen P-Düngern unterschieden.

Rohphosphate – langsamere WirkungNicht aufgeschlossene Rohphosphate (weicherdige Apatite wie Hyperphosphat) werden nur im sauren pH-Bereich unter 6,2 durch Säureangriff mithilfe von Bodenmikroben in eine wasserlösliche Form übergeführt. Erst bei pH-Werten unter 5,5 wird eine ähnlich gute Düngewirkung erreicht wie bei aufgeschlossenen Phosphaten. Bei pH-Werten über 6,2 bleiben sie hingegen stabil. Sie wirken jedoch gut auf sauren Böden. Speziell auf sau-ren Hochmoorböden (hoher Anteil an Bodensäuren) wirken Rohphosphate sehr gut und wurden deshalb früher auch als „Moordünger“ bezeichnet. Auf Mineralböden wirken Rohphosphate langsam, wobei auch die Bodentemperatur eine wichtige Rolle spielt. Rohphosphate sollen deshalb vor dem Bedarf (z. B. bei Som-merfrüchten bereits im Herbst) gedüngt werden.

Aufgeschlossene Phosphate – sofort wirksamAufgeschlossene Phosphate sind sofort wirksam, unterliegen aber ansonst derselben P-Dynamik im Boden wie Rohphosphate. Aufgeschlossene P-Formen sind auf neutralen bis leicht sauren Böden stets überlegen. Für die Praxis ist auf alkalischen Böden nur der Einsatz aufgeschlossener und physiolo-gisch sauer wirkender P-Dünger wie z. B. Superphosphat sinnvoll. Beim Aufschluss von Rohphosphaten mit Schwefelsäure entsteht Superphosphat (Ge-misch aus Monocalciumphosphat und Gips). Das hochkonzentrierte Triplesuperphosphat entsteht durch Aufschluss mit Phosphorsäure.Eine Düngung mit aufgeschlossenem „Frischphosphat“ ist besonders im Frühjahr zur Saat und vor allem auf schweren und noch kalten Böden günstig, da bei geringen Boden-temperaturen die mikrobielle Bodennachlieferung noch sehr träge verläuft. Gleichzeitig haben die Pflanzen in der Jugendentwicklung einen hohen Bedarf. Bezüglich der Ausnutzung durch die Pflanze sind aufgeschlossene Phosphate tenden- ziell Rohphosphaten überlegen.

Die bei uns einge-setzten Rohphosphate

stammen hauptsäch-lich aus Marokko (Yous-

soufia, Khouribgen), Tunesien (Gasfa), Israel (Arad), Algerien (Djebe,

Onk) oder Ägypten (Hamrawein).

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Teilaufgeschlossene PhosphateAus Kostengründen wird z. T. mit vermindertem Säureeinsatz gearbeitet. Die Gruppe der teilaufgeschlossenen Phosphate enthält geringere Anteile an wasserlöslichem Phosphat. In Mehrnährstoffdüngern liegt der Phosphor meist in vollaufgeschlossener Form vor.

P-Dünger Nährstoffgehaltphysial.Wirkung Eigenschaften

Richtpr. in E 2008 (inkl. MwSt.), losexxx Reinnährstoffpr. je kg P2O5

x Superphosphat 18 % P2O5 + 11 % S sauer Mischung aus Monocalziumphos-phat u. Gips, voll aufgeschlossen, zu ca. 90 % wasserlöslich bzw. ci-tratsäurelöslich, rasch wirksam, schwach sauer, bevorzugt für kalkhältige Böden mit pH-Wer-ten über 6

1,55

x Triple-Superphosphat 45 % P2O5 sauer Eigenschaften wie Superphosphat,schwach sauer

0,95

Diammonphosphat 46 % P2O5 + 18 % N sauer wasserlöslich 0,80

xx Hyperphosphat mehlfein

29 % P2O5 + 2 % MgO+ 40 % CaOSpurenelemente

alkalisch weicherdiges Rohphosphat über 55 % ameisensäurelöslich, ide-al für saure Böden mit pH-Werten unter 6,5

1,10

Hyperkorn 26 % P2O5 + 2 % MgO+ 40 % CaOSpurenelemente

alkalisch gekörnt, Eigenschaften wie Hy-perphosphat fein

1,20

G 18 18 % P2O5 + 8 g MgO65 % CaO + Algenextrakt

alkalisch gekörnt, Eigenschaften ähnlich wie Hyperphosphat

1,98

Dolophos 15 15 % P2O5 + 8 g MgO40 % CaOSpurenelemente

alkalisch Mischung aus weicherdigem Roh-phosphat und Dolomitkalk, auch granuliert erhältlich

1,65

x Novaphos 22 – 25 % P2O5 sauer ca. 50 % wasser- und 30 % ci-tratsäurelöslich, d. h. teilaufge-schlosses Phosphat

derzeit nicht erhältlich

Thomasphosphat 12 – 15 % P2O5

+ 3 % MgO + 30 % CaO+ Spurenelemente

alkalisch citrat- und ameisensäurelöslich, d. h. nachhaltige Wirkung

nicht mehr erhältlich

Sinterphosphat(Rhenaniaphosphat

25 – 29 % P2O5 alkalisch ammoncitratsäurelöslich derzeit nicht erhältlich

Schwermetalle in P-Düngern Alle Rohphosphate enthalten je nach geologischer Herkunft Spuren von Cadmium (1 bis 100 ppm). Der damit verbundene Cd-Eintrag in den Böden beträgt bei üblichem Einsatz 0,1 bis 1 g Cd/ha/Jahr und kann durch Verschnitt verschiedener Rohphos-phate verringert werden. Das Düngemittelgesetz schreibt europaweit 60 ppm vor. Über die Luft werden im Vergleich 2 – 5 g Cd/ha und Jahr eingetragen. Anhand 40-jähriger Phosphatformenversuche konnte selbst bei einer stark doppelten Entzugsdüngung keine messbare Anreicherung im Erntegut im Vergleich zu den un-gedüngten Varianten gemessen werden. Der Cd-Entzug über Pflanzen liegt normaler-weise im Bereich von 1 – 2 g ha/Jahr. Neben Cadmium in Rohphosphaten enthält Thomasschlacke (Nebenprodukt der Stahl- industrie), welches zwar kein Cadmium enthält, Spuren von Chrom und Vanadium. Im Boden ist Chrom sehr immobil und kommt hauptsächlich in dreiwertiger Form als Chromit vor. Eine Anreicherung in der Nahrungskette ist daher nicht zu erwarten.

Phosphatdünger im Vergleich Entscheidend für die Wahl eines Dünge-mittels ist der Rein-nährstoffpreis und die Pflanzenverfügbarkeit. Nicht aufgeschlossene Rohphosphate sind nur mineralsäurelöslich (nur sehr langsame Wirkung auf stark sauren Böden). Weicherdige Rohphos-phate sind zum Teil ameisensäurelöslich und dadurch auf sauren Böden gut löslich. Das Düngemittelge-setz unterscheidet zwischen ameisen-säurelöslichen und aufgeschlossenen, d. h. wasserlöslichen bzw. ammoncitrat-löslichen P-Düngern. Wasserlösliche Nähr-stoffe sind auf allen Standorten rasch und gut verfügbar, während ammoncitratlösliche Nährstoffe etwas langsamer wirken, aber auch gut pflanzenver-fügbar sind.

Reinnährstoffpreis

in E/kg P205

= Produktpreis je 100 kg

% P205 des Düngers

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Chrom ist für Mensch und Tier in sehr geringen Mengen ein essentielles Spurenele-ment. Thomasmehl ist heute kaum noch erhältlich.

P-Ausnutzung von MineraldüngernDer Ausnutzungsgrad für P-Mineraldünger liegt im ersten Jahr der Anwendung nur bei ca. 15 – 20 %, während bei Kalidüngern bereits 50 % im ersten Jahr von der Pflanze genutzt werden können. Nur auf sauren und weitgehend Fe- und Al-freien Hochmoorböden beträgt die sofortige P-Ausnutzung aufgrund der geringen P-Bin-dungskapazität bis zu 80 %.Die Nachwirkung von P-Düngern beträgt 1 bis 2 % pro Jahr, sodass langfristig mit ei-ner weitgehenden Ausnutzung (etwa 90 %) des gedüngten Phosphates gerechnet werden kann. Eine Blattdüngung mit Phosphat ist nur bei akutem Mangel als eine Art „Erste Hilfe“ sinnvoll, ansonst hat die Blattdüngung aufgrund des hohen P-Bedarfes der Pflanzen und der begrenzten Aufnahmemöglichkeit der Blätter keine Bedeutung.Obwohl die Pflanzen zwei Perioden stärkeren P-Bedarfes haben (Wachstumsbeginn zur Wurzelausbildung und später zur Fruchtausbildung), ist eine geteilte P-Düngung nicht notwendig.

P-Ausnutzung von WirtschaftsdüngernPhosphat wird beim Tier über den Kot ausgeschieden und liegt bis zu 80 % (Hühnergülle ca. 60 %) als wasserlösliches, anorganisches Phosphat vor. Der Rest ist organisch gebun-den (Phytin-Phosphat), welches aber im Boden ebenso mobilisiert wird (Chardon et al,1977). Langfristig haben Wirtschaftsdünger dieselbe P-Ausnutzung wie Mineraldünger.

P-Gehalt von Wirtschaftsdüngern in Abhängigkeit vom TM-Gehalt TM-Gehalt in % P2O5 in kg/t bzw. m³Rindermist 20 bis 25 1,3Rinderjauche 3 0,01Rindergülle 5 0,45Schweinegülle 10 2,2Legehennentrockenkot 50 10,5

BMLFUW 2005

Bodenuntersuchung und Düngung Aufgrund des geringen verfügbaren P-Gehaltes in der Bodenlösung ist für eine ausrei-chende Ernährung der Pflanze eine ständige Nachlieferung durch Düngung, aber auch über den Bodenvorrat notwendig. Dies gilt insbesondere bei hoher Ertragserwartung. Angestrebt wird die Versorgungsstufe C (laut Bodenuntersuchung). Bei Erreichen der Versorgungsstufe C wird nur noch der voraussichtliche Entzug durch die Pflanzen ge-düngt. Bei schlechter Bodenversorgung (Versorgungsstufe A) wird ein Zuschlag von 50 %, bei Stufe B ein Zuschlag von 25 % empfohlen.

CAL-MethodeDer für die Pflanzenernährung entscheidende, d. h. pflanzenverfügbare Phosphat-anteil wird bei der Bodenuntersuchung über die CAL-Methode (Calcium-Acetat-Lac-tat-Extrakt) laut ÖNORM L 1087 ermittelt. Bei Böden mit pH-Werten unter 6 werden apatitische Phosphate schlechter erfasst, weshalb in diesem Fall entweder eine Be-

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stimmung im Doppel-Lactat-Extrakt oder eine ergänzende Berechnung zur CAL-Metho-de durchgeführt wird. Neben dem pflanzenverfügbaren nachlieferbaren P-Anteil kann auch der wasserlösliche P-Anteil ermittelt werden.

Wasserlösliches PhosphatBei hoher P-Versorgung (Versorgungsstufe D) kann z. B. bei Hackfrüchten der halbe Entzug gedüngt werden, ausgenommen bei niedriger Wasserlöslichkeit der vorhandenen Phos-phat-Reserven von unter 6 bis 8 mg P (H20) je 1.000 g Feinboden (lt. ÖNORM L 1092 im Extraktionsverhältnis 1+20)

P-Düngung und Ertrag – Langzeitversuch

Zwettl, Rottenhaus, Fuchsenbigl, 1980

Einstufung der Phosphat-(P�O5 bzw. P) Gehalte nach der CAL-Methode mg P2O5 je 100 g Feinboden mg P je 1.000 g Feinboden

Gehaltsstufe

A sehr gering unter 6 unter 6 unter 26 unter 26B niedrig 6 – 10 6 – 10 16 – 46 26 – 46C ausreichend 11 – 25 11 – 15 47 – 111 47 – 68D hoch 26 – 40 16 – 40 112 – 174 69 – 174E sehr hoch über 40 über 40 über 174 über 174

mg = Milligramm; Feinboden = jene Bodenteilchen, die durch ein 2-mm-Sieb gehen BMLFUW 2006

Aufdüngung von PhosphatTheoretisch werden rein rechnerisch zur Aufdüngung um 1 mg P2O5 je 100 g Boden bei 20 cm Bodentiefe und einer Dichte von 1,5 g/cm³ (= 3.000 t Boden/ha) 30 kg P2O5 benö-tigt, was ca. 100 kg Hyperphosphat fein entspricht. Da jedoch aufgrund der starken Bin-dungskräfte des Bodens die kurzfristige Ausnutzung nur 15 bis 20 % beträgt, wäre zur Erzielung eines sofort sichtbaren Aufdüngungserfolges eine entsprechend höhere Men-ge erforderlich. Anhand von Feldversuchen wurde für einen kurzfristigen Aufdüngungserfolg ein P-Be-darf von mindestens 150 kg P2O5/ha für den Anstieg um 1 mg P2O5/100 g Boden ermit-

Ackerland,Wein- und Obstgärten,

FeldgemüseGrünland

Ackerland,Wein- und Obstgärten,

FeldgemüseGrünland

Umrechnung P in P205

gegeben gesucht FaktorP P205 2,291P205 P 0,436

Die optimale P-Ver-sorgung im Boden liegt am Ackerland im Bereich von 20 bis 25 mg P205/100 g Boden. Dies entspricht der Versorgungsstufe C.

Eine Steigerung der P-Düngung in der Ver-sorgungsstufe C bringt noch eine Ertragsstei-gerung, während in der Versorgungsstufe D keine Ertragssteige-rung mehr zu erwarten ist.

Ertragswirksamkeit der Unterfußdüngung zu Körnermais in Abhängigkeit von der Bodenversorgung. (LK-NRW, 1994)

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telt. Am Grünland beträgt der Düngebedarf aufgrund der geringeren Bodentiefe bzw. Durchwurzelung von 10 cm nur etwa die Hälfte. Zu berücksichtigen ist, dass bei schlechtem P-Versorgungsstand des Bodens jede Dün-gung zuerst zur direkten Ertragssteigerung verwendet wird und erst dann der Anhebung des Bodenvorrates dient.

Methoden der PhosphatbestimmungFür die landwirtschaftliche Bodenuntersuchung wird üblicherweise zur Ermittlung des „pflanzenverfügbaren“ Phosphor-Gehaltes die P-CAL-Methode bzw. ergänzend die P-H2O-Methode verwendet. Weiters kann unter der Annahme, dass Oxalat alle im Boden schwer bis kaum noch verfügbaren Anteile lösen kann, der oxalatlösliche P-Aneil (P-ox) ermittelt werden. Dieser Wert liegt geringfügig unter dem P-Gesamtgehalt und dient auch zur Ermittlung des P-Sättigungsindex (P-SAT).Der P-Gesamtgehalt im Boden (P-total) wird mittels Königswasserauszug extrahiert und erfasst auch alle nicht verfügbaren P-Anteile einschließlich der in Tonmineralien fixierten Anteile.

P-Sättigungsindex Um die langfristige potenzielle Gefahr von P-Verlusten im Hinblick auf den Gewässerschutz besser beurteilen zu können, dient neben der Ermittlung des pflanzenverfügbaren Phos-phates (CAL-Methode) der P-Sättigungungsindex (P-SAT) als ein Beurteilungskriterium. Der P-Sättigungsindex drückt das Verhältnis vom langfristig verfügbaren P-Gehalt des Bodens zur P-Speicherkapazität im Boden aus. Die P-Speicherkapazität (PSC) wird vom Gehalt an oxalextrahierbarem Eisen und Aluminium bestimmt.Der P-Sättigungsindex ist bei hoher P-Versorgung in der obersten Bodenschicht von 0 bis 5 cm immer höher als in den darunter liegenden Schichten, wobei die P-Gehalte mit der Tiefe (40 bis 60 cm) infolge verstärkter Adsorption stark abnehmen. Je höher der Index, desto höher ist in der Regel auch die Gefahr von leicht löslichen P-Verlusten bei oberflächiger Bodenerosion in umliegende Gewässer. Der P-Sättigungsin-dex kann einen maximalen Wert von 1,0 erreichen.

P-SpeicherkapazitätDie P-Speicherkapazität (PSC) wird bestimmt, indem das oxalatlösliche Eisen (Feox) und Aluminium (Alox) erfasst wird, da diese eine hohe P-Speicherkapazität des Bodens anzeigen.Das Verhältnis von Pox (pflanzenverfügbarer, einschließlich langfristig schwer verfüg-barer P-Anteile des Bodens) zur Speicherkapazität (Feox, Alox) wird als Sättigungsindex bezeichnet. Für kalkhältige Böden ist der P-Sättigungsindex weniger geeignet, da die P-Löslichheit geringer ist.Normalerweise wird Phosphor im Boden stark gebunden, sodass keine Verlagerung in den Unterboden erfolgt. Hohe leicht lösliche P-Gehalte im Boden bei gleichzeitig geringer Speicherkapazität kön-nen hingegen vor allem auf seichtgründigen Ackerböden (Schotteroberkante nach 30 cm) eine gewisse Verlagerung in den Unterboden bewirken. Dies gilt besonders für sau-re Böden oder Böden mit verstärkter Ausbildung von Makroporen (z. B. durch Schrump-fungsrisse bei Tonböden oder bei intensiver Wühlarbeit der Bodenfauna – insbesondere auf dränagierten Böden, (siehe vertikaler Zwischenabfluss Seite 28).Aus der Sicht der Umwelt ist zu beachten, dass der bei uns gültige Richtwert von 0,3 mg PO4/I (Ortophosphat) im Grundwasser nicht überschritten wird.

P-SAT (in %) = �00 x Pox/PSC

Richtwert für Grund-wasser 0,3 mg PO�/l

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PK-Grunddüngung Während Kali vor allem zum Zeitpunkt des größten Massenwachstums ausreichend zur Verfügung stehen muss, ist die P-Versorgung bereits in der frühen Jugendentwicklung der Pflanze besonders wichtig, da Phosphor die Keimung und die Wurzelausbildung fördert. Die Wahl der Düngerform erfolgt unter Berücksichtigung des pH-Wertes und des Boden-vorrates. Auch bei Anwendung von wasserlöslichen Phosphaten ist keine höhere Aus-waschung zu erwarten als bei Rohphosphaten. Auf sauren Böden werden zur Grunddün-gung (Vorratsdüngung) weicherdige Rohphosphate oft in Kombination mit Kali (Hyperkali) zur Stoppeldüngung nach Getreide oder zur Grunddüngung im Herbst bzw. Frühjahr einge-setzt. Weicherdige Rohphosphate werden langsam über Bodensäuren aufgeschlossen.

Ertragswirkung der Phosphatdüngung

DüngerplatzierungSpeziell bei schlechtem P-Versorgungszustand des Bodens (Gehaltstufe A) ist nur mit ei-ner geringen Nachlieferung aus dem Bodenvorrat zu rechnen. In solchen Fällen ist die P-Düngung direkt zum Anbau und bevorzugt nahe der Pflanzen-wurzel (z. B. Reihendüngung) mit wenig Bodenkontakt sowie mittels aufgeschlossener Phosphate am effektivsten. Dadurch lässt sich die P-Ausnutzung bis auf 25 % im ersten Jahr erhöhen und vor allem im frühen Wachstumsstadium verbessern.Bei schlechter Grundversorgung des Bodens gilt: Je rascher verfügbar die Nährstoffe sind, desto besser können sie aufgenommen und noch im Jahr der Düngung ertrags-wirksam werden.

Phosphatentzüge einiger KulturenPhosphat ist bevorzugt in Pflanzenteilen enthalten, die der Fortpflanzung dienen. So fin-det man bei Getreide 80 % des Gesamtphosphorgehaltes im Korn.

P-Entzug einiger Kulturen in kg P�O5

Frucht P2O5 Getreide 10 bis 15 je 10 dt Körner mit StrohZ-Rübe 15 bis 20 je 100 dt Rüben mit BlattKartoffel 15 bis 20 je 100 dt KnollenRaps 25 bis 30 je 10 dt Körner mit StrohKlee, Luzerne 6 bis 10 je 10 dt HeuGrünland* 7 bis 10 je 10 dt Heu

Ertragsentwicklung der Phosphordüngung bei unterschiedlicher Phosphat-Versorgung des Bodens. BAD, 2003

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P-Kreislauf

n. Frossard et al. , 2004

Eutrophierung von Gewässern Unter Eutrophierung versteht man die durch einen erhöhten Nährstoffeintrag (vorrangig an gelöstem Ortophosphat) hervorgerufene Verkrautung und Veralgung von vorrangig stehen-den Gewässern. Dadurch steigt der Sauerstoffbedarf für den Abbau der Biomasse. Ferner kann es zu einer Verschiebung des Algenplanktons (Zunahme von Blaualgen) kommen. Der Vorgang der Eutrophierung ist bei stehenden Gewässern ein natürlicher Prozess in-folge von Nährstoffeinträgen (P-Einträge durch Niederschläge, organischen Materialein-trag wie z. B. Laubreste, Bodenteilchen im Zuge der Schneeschmelze, Wasservögel, Pol-lenflug, Fischbesatz etc. ) und hat schon vor Jahrtausenden vielerorts zur Entstehung von Mooren geführt. Heute bedarf jedoch dieser Prozess infolge zunehmender Bevölkerungsdichte (Abwas-serentsorgung) und Verbauung mit entsprechendem Wasserabfluss (täglich werden in Österreich ca. 15 bis 20 ha verbaut) einer verstärkten Kontrolle.

Selbstreinigung von FließgewässernFließgewässer weisen deutliche Unterschiede zu stehenden Gewässern bezüglich Fließ-geschwindigkeit, Temperatur und Sauerstoffgehalt auf. Diese Kenngrößen entscheiden auch darüber, inwieweit Fließgewässer die Einleitung von Nährstoffen bzw. Schmutz-frachten (z. B. Abwässern) verkraften können. Geringe Mengen an organischer Schmutzfracht werden durch die darin lebenden Mikro-organismen abgebaut. Das Wasser wird dadurch wieder sauber, wobei jedoch vermehrt Sauerstoff verbraucht wird. Bei laufender Einleitung von organisch belasteten Abwäs-sern kann es zu einem Sauerstoffdefizit für Fische, Krebse, Insekten etc. kommen, wo-

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bei diesen Lebewesen die Lebensgrundlage entzogen wird. Bakterien und Abwasser-pilze nehmen überhand und die Gewässergüte sinkt. Das Vorkommen oder Fehlen von Lebensformen in Gewässern hängt maßgeblich vom Sauerstoffgehalt ab, welcher auch vom Fließverhalten, z. B. über Sohlstufen, beeinflusst wird. Die Menge an Sauerstoff, die gelöst und damit genutzt werden kann, ist auch von der Wassertemperatur abhängig.

Rückbau von FließgewässernSchlecht für die natürliche Reinigungskraft von Fließgewässern durch Mikroorganismen sind Gewässerbegradigungen zu Rinnsalen, da Steine und raue Oberflächen in einem Bachbett dafür sorgen, dass sich Organismen ansiedeln können. Auch aus diesem Grund werden Fließgewässer heute teilweise wieder zurückgebaut, wodurch die verbleibende Reinigungszeit in den Fließgewässern verlängert und die anschließende, oft stoßartige Belastung von stehenden Gewässern (Seen) verringert werden kann.

Sauerstoffdynamik von SeenSeen zeichnen sich durch jahrszeitlich unterschiedliche Schichten des Wasserkörpers aus. Während der warmen Jahreszeit werden Seen durch die erhöhte Sonneneinstrah-lung von oben her erwärmt. Das Oberflächenwasser dehnt sich aus, wird dadurch spezi-fisch etwas leichter und schwimmt auf dem kühleren Tiefenwasser. Der Dichteunterschied wirkt im Grenzbereich als Barriere und reduziert auch den Trans-port gelöster Nährstoffe aus dem Tiefenwasser nach oben. Dadurch würde ganz ohne äußere Nährstoffzufuhr die P-Konzentration im Oberflächenwasser sogar zurückgehen.Im Sommer kommt es zu einer charakteristischen Dreiteilung des Wasserkörpers in eine oberflächennahe, warme „Schicht“ (Epilimnion), einer darunterliegenden Übergangs-schicht mit Temperaturabfall, der sogenannten „Sprungschicht“ (Metalimnion) und einer kalten Tiefenzone, der sogenannten „Zehrschicht“ (Hypolimnion).Die oberste Schicht (Epilimnion) enthält am meisten Sauerstoff. Dieser Sauerstoff wird vorrangig durch den Wind sowie durch grüne Wasserpflanzen eingebracht. Grüne Pflan-zen können Sauerstoff nur bei Anwesenheit von Licht im Zuge der Assimilation produ-zieren, was für den See bedeutet, dass in tieferen und dunkleren Schichten auch keine Sauerstoffbildung mehr erfolgt. Dazu kommt, dass aufgrund des thermischen Verhaltens bei geschichteten Seen ein Sauerstoffeintrag in das Tiefenwasser (unterhalb der Sprung-schicht) nur im Frühling bzw. Herbst während der sogenannten „Vollzirkulation“ erfolgen kann, wenn die „Sprungschicht“ aufgelöst wird. Dieses thermische Verhalten (Auflösen der Sprungschicht) wird durch die temperaturab-hängige Dichte des Wassers bestimmt, die bei vier Grad Celsius am größten ist. Was-ser von 4 °C hat eine Dichte von 1 g/cm³, kälteres oder wärmeres Wasser ist spezifisch leichter.

Temperaturschichten im JahresverlaufErst wenn die Wassertemperatur im Herbst oberhalb der Sprungschicht auf 4° C abkühlt und somit das Oberflächenwasser schwerer wird, löst sich die Sprungschicht auf. Da-durch kann das Oberflächenwasser wieder Sauerstoff von oben bis zum Seegrund trans-portieren. Dieser Sauerstoff wird in der Tiefenschicht nicht nur von Wassertieren benöti-gt, sondern auch für den Abbau abgestorbener und sedimentierter Biomasse.Wenn der Sauerstoffeintrag durch die Herbst- und Frühjahrswinde nicht ausreicht,können sich flache Teiche und Seen mit wenig Volumen rascher in Richtung „Moore“ umwandeln. Dieser Alterungsprozess geht normalerweise nur sehr langsam vor sich und nimmt meist tausende von Jahren in Anspruch.

CharakteristischeDreiteilung desWasserkörpersn Oberflächenwasser (Epilimnon)n Sprungschicht (Metalimnon)n Tiefenwasser (Hypolimnon)

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Temperaturkurve eines Sees

Besch m. Hamm, 1992

Sauerstoffmangel hemmt BiomasseabbauBeim Abbau von Biomasse (z. B. abgestorbene Pflanzen oder Wassertiere) wird Sauer-stoff verbraucht, wodurch in der Tiefenschicht bzw. am Seegrund der Sauerstoffgehalt während der Sommerstagnation deutlich abnehmen kann. Tritt in der Tiefenschicht ein stärkerer Sauerstoffmangel auf, welcher den Abbau von ab-gestorbenem organischem Material verhindert, kann der Seeboden von einer Schicht „Leichen“ bedeckt werden, die dann immer dicker wird. Für den Abbau von 1 t Biomasse-TS werden ca. 1.400 kg Sauerstoff benötigt (entspricht dem Sauerstoffgehalt von 100.000 m³ Wasser).Sauerstoffmangel hemmt aber nicht nur den Abbau organischer Biomasse. Der Sauer-stoff fehlt dann auch den Wassertieren zum Atmen. In diesem Zusammenhang ist auch das regelmäßige Mähen eines Schilfgürtels wichtig, um den Eintrag von Schilfbiomasse und den damit verbundenen Sauerstoffverbrauch gering zu halten.

Fischregionen und Sauerstoffgehalt Der Sauerstoffbedarf der Fische nimmt mit steigender Wassertemperatur zu. Der ideale Sauerstoffgehalt liegt im Bereich der Sauerstoffsättigung. Sauerstoffmangel, aber auch eine Übersättigung infolge starken Algenwachstums (Al-gen produzieren tagsüber bei der Assimilation mehr Sauerstoff, als sie in der Nacht verat-men), sind ungünstig. Dadurch kann es durch Veränderung des Gasgesamtdruckes zur sogenannten „Gasblasenkrankheit“ bei Fischen kommen.In Fließgewässern nimmt während der warmen Jahreszeit die Temperatur des Wassers von der Quelle bis zur Talmündung hin zu. Gleichzeitig nimmt mit zunehmender Temperatur die Löslichkeit von Sauerstoff ab. Hinzu kommt, dass flussabwärts im Allgemeinen die orga-nische Belastung und damit der BSB (Biochemischer Sauerstoffbedarf) zur Selbstreinigung des Fließgewässers zunimmt. Dementsprechend bilden sich auch die einzelnen Fischregi-onen aus: Forellenregion – Äschenregion – Barbenregion – Brachsenregion – Brackwasser.

Sauerstoffbedarf verschiedener FischartenDie Erstickungsgrenze für die meisten Süßwasserfische beträgt ca. 2 bis 3 mg/l. Der Sau-erstoffverbrauch der Tiere steigt mit der Wassertemperatur an, während hingegen die Sau-erstoffsättigung abnimmt (siehe Tabelle). Der Sauerstoffgehalt sollte für Karpfen 4 mg/l und für Forellen 6 mg/l (günstig wäre über 10 mg/l) nicht unterschreiten. Bei zu geringem Sau-erstoffgehalt können Fische auch im kühleren Tiefenwasser nicht mehr leben.Zusammenhang zwischen Wassertemperatur und Sauerstoffsättigung

Temperatur (°) 0 10 15 20 25 30Löslichkeit O2 (mg/l) 14,2 10,9 9,8 8,8 8,1 7,5

n. Hutter,1992

Schilfgürtel

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Vorgang der EutrophierungIm Wasser spielt das „gelöste Phosphat“, d. h. das nicht partikulär gebundene Phosphat, für die Ertragsfähigkeit von Fischgewässern eine wichtige Rolle. Andererseits führt jedes Überangebot an gelöstem Phosphat in stehenden Gewässern rasch zur Eutrophierung.1 kg wasserlösliches Phosphat (= 2,3 kg P2O5) kann theoretisch die Bildung von bis zu 1.000 kg Algen-Frischsubstanz (100 kg Trockensubstanz) zur Folge haben. Der Abbau dieser Algen benötigt etwa 140 kg Sauerstoff. Dies entspricht ungefähr dem gelösten Sauerstoffgehalt von 10.000 m³ Wasser. Daraus ergibt sich die Notwendigkeikt einer ausreichenden Sauerstoffzufuhr.In stehenden Gewässern sollte der Gesamtphosphorgehalt im Jahresmittel 30 mg/m³ nicht überschreiten. Überschreitungen sind meist auf anthropogene Einwirkungen (häus-liche Abwässer, Waschmittel, Dünger etc.) zurückzuführen.Während der Sommermonate kann es bei einer P-Anreicherung in der obersten Wasser-schicht zu einem vermehrten Algenwachstum (sogenannte „Wasserblüten“) kommen, welches durch die Trübung des Wassers erkennbar ist.

Algenabbau benötigt SauerstoffBeim Abbau abgestorbener Algen (Dissimilationsprozess) wird viel Sauerstoff verbraucht (ca. 1,4 g Sauerstoff je 1 g Algen TM). Die Algen sinken einschließlich des inkorporierten Phosphors allmählich auf den Seeboden (spätestens bei der Herbstzirkulation). Da wäh-rend der sogenannte Sommerstagnation kein Sauerstoffeintrag nach unten erfolgt, sinkt der Sauerstoffgehalt im Tiefenwasser. Dadurch kann es zu anaeroben Bedingungen auf dem Gewässerboden und damit zur Fäulnis und Bildung giftiger Gase (v. a. Methan, Schwefelwasserstoff etc.) kommen. Diese Fäulnisprozesse sind durch aufsteigende Gasblasen erkennbar und wirken auf die meisten Bodenwasserorganismen schädigend. Fische können bei weniger als 40 % Sau-erstoffsättigung nicht mehr im Tiefenwasser leben.Da die organischen Abbauprozesse überwiegend in den tieferen Schichten bzw. am See-boden vor sich gehen, ist der Sauerstoffverbrauch dort am größten. Bei starker orga-nischer Belastung bzw. Algenproduktion kann es zu einem totalen Sauerstoffschwund kommen.

Bodensediment – eine Phosphat-Falle Während ein Teil des eingetragenen Phosphors am Seegrund bei ausreichendem Sau-erstoffangebot ähnlich wie in landwirtschaftlichen Böden durch Eisen- bzw. Aluminium-ionen zu unlöslichen Verbindungen ausgefällt bzw. gebunden wird, kann der bereits im Bodensediment gebundene Komplex bei Sauerstofffreiheit durch Absenkung des Red-oxpotenzials wieder in Lösung gehen. Gut durchlüftete Seen haben wie alle Böden in ihrem Sediment eine Art „Phosphatfalle“ eingebaut, die jedoch bei Sauerstofffreiheit nicht mehr funktioniert.

Sauerstoffmangel – Remobilisierung von PhosphatBei Sauerstofffreiheit kann es hingegen zu einer Remobilisierung von in Sedimenten ein-gelagertem Phosphat kommen, welches dadurch wieder in den Wasserkreislauf gelangt. Der See düngt sich dann selbst. Dabei reagiert jeder See aufgrund der Lage (Windexpo-sition), Tiefe, Beckenstruktur und Aufenthaltszeit des Wassers unterschiedlich. Der Sau-erstoffgehalt sollte zu keiner Zeit und in keiner Seetiefe weniger als 4 mg/l O2 betragen, damit der Seegrund ganzjährig belebt bleibt.

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Eutrophierungsfaktor „Phosphat“Eutrophierung ist eine Infolge unerwünschter Nährstoffanreicherung im Wasser hervor-gerufene Verkrautung und Veralgung, die bis hin zum „Umkippen“ eines Gewässer in-folge Sauerstoffzehrung führen kann. Die meisten Seen sind Phosphat-limitiert, d. h. der Phosphat-Gehalt ist niedriger als der Stickstoff-Gehalt und begrenzt nach dem Mitscherlich-Gesetz als Minimumfaktor das Algenwachstum. Eine Rücknahme des Phosphat-Eintrages hält somit auch die Stickstoffwirkung in Schach (N:P-Verhältnis). Aber auch der Sauerstoffgehalt ist ein Indikator. Eine Sauerstoffübersättigung (über 120 %) in der oberen Wasserschicht ist ein Zeichen für ein verstärktes Algenwachs-tum in der oberen Wasserschicht. Der Assimilations-Atmungs-Rhythmus der Algen bewirkt oberhalb der Sprungschicht starke Sauerstoffschwankungen, wodurch auch der Fischbestand gestresst wird. Algen produzieren am Tag mehr Sauerstoff, als sie in der Nacht durch Atmung ver-brauchen. Dadurch kommt es zu Schwankungen mit Sauerstoffübersättigung am Tag. Die Sauerstoff-Eigenproduktion der Algen trägt dennoch zu keinem effizienten Sauerstoffeintrag bei, da die obere Wasserschicht auch im Sommer durch die Win-dumwälzung meist ausreichend Sauerstoff erhält, während bei Übersättigung der Sauerstoff nicht in die Tiefenschicht gelangen kann.

Stickstoff und EutrophierungIn der Regel sind die Gewässer P-limitiert, d. h. der Phosphor ist der entscheidendeMinimumfaktor für die Biomasseproduktion. Nur bei ausreichender Anwesenheit von gelöstem Phosphor kann auch der Stickstoff das Algenwachstum fördern. Algen be-nötigen ein N:P-Verhältnis von 16:1.Stickstoff ist in jeder organischen Biomasse (Wasserpflanzen, Algen, Abwässer etc. enthalten, für deren Abbau Sauerstoff benötigt wird. Der organisch gebundene N wird vorerst über die sogenannte „Ammonifikation“ zu Ammonium (NH4-N) umgewandelt. Der Ammonium-N wird dann bei ausreichender O2-Versorgung weiter über Nitrit zu Nitrat (sogenannten „Nitrifikation“) umgewandelt. Die damit verbundene Abnahme der NH4-Konzentration erfolgt zugunsten einer hö-heren NO3-Konzentration. Im Wasser dient Nitrat auch den Teichpflanzen als Pflanzen- nährstoff.Bei P-limitierten Gewässern ist der Nitratgehalt normalerweise kein Problem und ein Zeichen dafür, dass über das Nitrat noch Sauerstoffreserven vorhanden sind. Bei Sauerstoffmangel (anaeroben Bedingungen) kann mithilfe bestimmter Bakterien dem Nitrat-Stickstoff (NO3) im Wasser durch sogenannte „bakterielle Denitrifikation“ der Sauerstoff entzogen und dadurch genutzt werden. Im Vergleich zu Nitrat sind hingegen hohe Ammoniumwerte immer unerwünscht. Ammonium kann bei zu geringer Nitrifikation infolge von Sauerstoffmangel oder durch Rückwandlung von Nitrat zu Ammonium entstehen. Dabei wird auch das fisch-giftige Ammoniak frei.

Ammonifikation = Abbau von organischem N → AmmoniumNitrifikation = Abbau von Ammonium → Nitrat

Nitrifikation

Denitrifikation

��

Stickstoff und FischtoxizitätFür Fische ist die Wirkung der verschiedenen N-Formen in einem Gewässer extrem unter-schiedlich, die Angabe des Gesamtstickstoffgehaltes alleine daher nicht aussagekräftig. Eine Gefährdung ist durch hohe Ammoniumkonzentrationen möglich, vor allem wenn eine Umwandlung von Ammonium zum fischgiftigen Ammoniak (NH3) erfolgt. Deshalb wird im Ablauf von Kläranlagen auch stets die Ammoniumkonzentration gemessen. Am-monium sollte einen Wert von 1 mg/l nicht überschreiten. Der Gehalt an Ammoniak soll-te einen Wert von 0,025 mg/l nicht überschreiten.Das stark fischgiftige Ammoniak entsteht vor allem bei hoher Sauerstoffzehrung und hohen pH-Werten über 8. Die Verteilung bzw. Umwandlung von Ammonium (NH4) zum stark fischgiftigen Ammoniak (NH3) wird ferner von der Wassertemperatur (senkt wie-derum die Sauerstoffsättigung) mitbeeinflusst. Nitrat wirkt normalerweise nicht fischto-xisch (siehe Stickstoff mit Euntrophierung).

NH3- und NH�-Gehalt in Abhängigkeit vom pH-Wert bei �� °C pH-Wert NH4+(%) NH4+(mg/l) NH3 (%) NH3 (mg/l)pH = 6 100 1,00 0 0,00pH = 7 99 0,99 1 0,01pH = 8 96 0,96 4 0,04pH = 9 75 0,75 25 0,25pH = 10 22 0,22 78 0,78

n. Hutter.1992

pH-Wert und AmmoniakBei einem Anstieg des pH-Wertes im Wasser (normalerweise unter pH 7) auf ph-Werte von 8 und darüber steigt der Ammoniakanteil überproportional an. Während ein O2-Mangel allein den pH-Wert nicht beeinflusst, kann in eutrophen Gewäs-sern auch durch die Tätigkeit von Algen ein pH-Anstieg erfolgen. Dabei steigt die Toxizität des Ammoniaks zusätzlich an, wenn die Sauerstoffsättigung des Wassers sinkt. Algen produzieren über die Assimilation tagsüber mehr Sauerstoff, als sie in der Nacht veratmen können (O2-Übersättigung bei Tag). Sie verbrauchen dadurch für die Assimilati-on am Tag auch mehr Kohlendioxid (CO2), als in der Nacht durch die Atmung frei wird. Je mehr Kohlendioxid bzw. leichte Kohlensäure dem Wasser entzogen wird, desto stärker steigt der pH-Wert und damit der Ammoniakanteil, wobei es vor allem zu stärkeren pH-Schwankungen mit nächtlichem Anstieg kommen kann. Erhöhte pH-Werte sowie stärke-re Schwankungen stressen Fische. Die meisten Fische bevorzugen einen pH-Wert zwi-schen 5 bis 6.

Trophiestufen stehender Gewässer Der Trophiegrad eines Gewässers lässt sich bis zu einem gewissen Grad über den Phos-phatgehalt, die Nitratreduktion zu Ammonium sowie über die Sauerstoffsättigung cha-rakterisieren. Beim Phosphorgehalt ist jedoch zu beachten, dass während der Haupt-produktionszeit der Algen der Phosphor größtenteils im Plankton inkorporiert ist. Eine Analyse des Filtrates zu diesem Zeitpunkt würde daher ein falsches Bild ergeben.Die Sichttiefe (Trübung durch die Algen) ist ein optischer Hinweis für die Eutrophierung. Ebenso die H2S-Freisetzung in stark eutrophen Gewässern.

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Einstufung stehender Gewässer nach dem Trophiezustand

n. ÖNORM M6231

Beurteilungsgrundlagen für die WasserqualitätSichttiefe mindestens 1,5 mpH-Wert 5,5-9,0Sauerstoff in 3 m Tiefe mindestens 40 % d.S.Totalphosphor (Jahresmittel im Epilimmion) höchstens 30 mg/m³Ammonium (NH+4) höchstens 200 mg/m³KMnO4-Verbrauch höchstens 25 mg/lKoloniezahl höchstens 1000/mlEscherichia coli höchstens 100/100 mlEnterokokken höchstens 50/100 ml

ÖNORM M 6230 (n.VOLLENWEIDER, 1989)

Phosphat-Eintragspfade in GewässerBei der Betrachtung der Ursachen der Phosphatbelastung von Gewässern unterscheidet man zwischen punktförmigen und diffusen Quellen.Die größte Gefahr für ein Oberflächengewässer stellt die Einleitung von gelöstem Phos-phat (PO4), d. h. nicht an Bodenpartikel gebundenem Phosphat, dar.

Die punktförmigen Quellen erfassen alle Einleitungen, die kanalisationstechnisch erfass-bar und daher weitgehend vermeidbar sind. Bezüglich der häuslichen Abwässer rechnet man heute mit einer Phosphatlast von etwa 2 g pro Einwohner und Tag (einschließlich Waschmittelanteil).Diffuse Quellen können sehr vielfältig sein.

Beurteilungsgrund- lagen für die Was-

serqualität, den Trophiegrad sowie für die Anforderungen an

die Beschaffenheit von Badegewässern

Mindestwasserfläche pro Badegast: 20 m²

(1/3 der Wasser- oberfläche muss zur

Regeneration badefrei bleiben)

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a) Punktuelle Quellen• Kläranlagen• Trennkanalisation• nicht angeschlossene Einwohner bzw. Einleitung ungeklärter Abwässer• Industrie• Aquakultur

b) Diffuse Quellen• undichte Kanalsysteme sowie Abwasserüberläufe• diffuse Belastungen in Ortsbereichen (Schmutzfrachteintrag durch Regenwasserabschwemmung von befestigten Flächen, Regenwassereinleitungen)• Schmelzwässer im Frühjahr• Erosionswasser bei Hochwasserereignissen• Dränagen• Eintrag durch Bodenerosion• Oberflächige Nährstoffabschwemmung• Phosphatauswaschung durch natürliche Grundlast bzw. Bewirtschaftung• Nährstoffe aus der Viehhaltung • P-Einträge über Niederschläge (ca. 25 mg/m³ bzw. 0,3 kg/ha)• P-Einträge durch Wassergeflügel• Fischereiwirtschaft• Badebelastung, Blütenstaub, Laubeintrag etc.

Maßnahmen zur Reduzierung des P-EintragesUm eine erfolgreiche Gewässersanierung zu erreichen, müssen alle punktuellen und diffusen Belastungspfade in einem Einzugsgebiet anteilig erfasst werden.

Kanalisationstechnische MaßnahmenUngeklärte Abwässer und der hohe P-Anteil in Waschmitteln waren früher die Hauptursache für die Gewässerbelastung.Der Ausbau der Kanalisation, zusätzliche P-Elimination mittels Fällung (dritte Reini-gungsstufe) oder Flockungsfiltration (vierte Reinigungsstufe) haben neben der Re-duzierung bzw. dem weitgehenden Verbot von Phosphaten in Waschmitteln zur entscheidenden Reduzierung der P-Belastung der Gewässer geführt. Heute gilt das Augenmerk verstärkt diffusen Quellen wie undichten Kanalsystemen, Abwasser- überläufen und Regenwasserabschwemmungen von befestigten Flächen.In Einzelfällen können punktuell auch Einträge durch die Badebelastung, Fischerei-wirtschaft, Wassergeflügel, nicht gemähte Schilfgürtel etc. von Bedeutung sein.

Phosphatausträge aus landwirtschaftlichen Flächen Die diffusen Phosphatausträge aus der Landwirtschaft (einschließlich der natür-lichen und unvermeidbaren Grundlast) sind aufgrund der starken Bindungskräfte im Boden in der Regel gering und haben eine Spannweite von meist unter 0,2 bis 0,6 kg Gesamt-P/ha/Jahr, d. h. deutlich unter 1 kg/ha.

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Grundsätzlich ist zwischen P-Auswaschung mit dem Sickerwasser, P-Austrag über Bodenerosion (vorrangig auf Ackerböden), P-Austrag durch Oberflächenabfluss und P-Austrag über Dränagen zu unterscheiden.

Phosphatauswaschung und DüngungBei einer P-Aufdüngung im Rahmen der guten landwirtschaftlichen Praxis erfolgt eine P-Anreicherung (Vorratsdüngung) in der obersten Bodenschicht. Eine nennenswerte Ver-lagerung von Phosphat in tiefere Bodenschichten erfolgt auf den meisten Standorten nicht. Ausgenommen sind Böden mit geringen Gehalten an phosphatadsorbierbaren Calci-um- sowie Fe- und Al-Oxiden bzw. Hydroxiden ( z. B. auf Hochmoorböden oder reinen Schotter- bzw. Sandböden). Auch auf frisch dränagierten Böden kann es zu erhöhten P-Austrägen kommen. Eine gewisse P-Verlagerung in den Unterboden findet auch durch die Wühlarbeit der Bodenfauna, in der Regel bis zu einer Tiefe von 40-50 cm, statt. Dies zeigen Bodenproben aus verschiedenen Bodenschichten.Besonders wertvoll in diesem Zusammenhang ist der bereits im Jahr 1845 gestartete und somit mehr als 150 Jahre alte englische Dauerdüngungsversuch von „Barnfield“, wo auf einem tonreichen Ackerboden jährlich 33 kg P (75 kg P2O5) gedüngt wurden. Dabei zeigt sich ab 40 cm Tiefe kein Unterschied mehr zwischen gedüngten und unge-düngten Parzellen.Für die Eutrophierung ist die Auswaschung von Phosphat weitaus von geringerer Be-deutung als der direkte P-Abtrag durch Bodenerosion, insbesondere auf Brachland oder Böden mit geringem Bewuchs. Aber auch die oberflächige Abschwemmung, z. B. nach Starkregenereignissen, hat mehr Bedeutung als die Auswaschungsverluste.

P-Verlagerung im Bodenprofil (Gesamt-P-Gehalte in mg P/kg)Bodentiefe Jährliche Düngung pro Hektar seit 1845 0 33 kg P 33 kg P + 35 t Mist0 bis 22,5 cm 669 1.206 1.87722, 5 bis 30 cm 453 506 75330 bis 37,5 cm 425 475 59237,5 bis 45 cm 412 400 424

Dauerversuch Barnfield seit 1845 (n. Cooke et. al, 1970)

Phosphat-AuswaschungBezeichnung Mittlere P-Gabe Sickerwassermenge P-Menge kg P/ha mm mg P/l LysimeterKontrolle 0 880 2,9 69 754 1,6 218 623 0,9 419 467 1,1Brache 113 1.067 2,6

Lysimeterversuch Liebefeld, Furrer, 1975

* Ursache für den geringen P-Austrag trotz steigender P-Düngung ist die geringere Sicker-wasserbildung aufgrund der erhöhten Transpiration der Pflanzen bei steigenden Erträgen. Mit sinkender Sickerwasserbildung geht auch der P-Austrag über den Lysimeter zurück. Für die Bildung von 1 kg Trockenmasse werden schließlich je nach Kultur 350 bis 800 l Wasser benötigt.

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Ganz deutlich zeigte sich der Unterschied zur Brache, wo aufgrund des fehlenden Bewuchses die höchste Sickerwasserbildung und ähnlich wie auf der ungedüngten Parzelle der höchste P-Austrag gemessen wurde. Gedüngte Pflanzen bilden nicht nur mehr oberirdische, sondern auch mehr unterirdische Pflan-zenmasse (Wurzeln). Dadurch steigt nicht nur der Ertrag und damit der P-Entzug, sondern auch das Wasserhaltevermögen.

P-Mobilität – Vergleich Mineralböden und saure HochmoorbödenDüngungsintensität ungedüngt 130 kg P/haMineralböden 94 g P/ha 88 g P/ha/JahrHochmoor* 800g P/ha 1940 g P/ha/Jahr

6 jähriger Versuch, n. Munk, 1972

*Hochmoorböden oder auch reine Quazsande ohne Kalk haben aufgrund der fehlenden P-Pufferkapazität im Vergleich zu Mineralböden eine deutlich höhere Auswaschung.

Phosphatauswaschung auf DauergrünlandEder erzielte bei seinem Güllelysimeterversuch (1981 bis 1994) auf Dauergrünland nur eine geringe P-Auswaschung. Dabei wurde auf einer Pararendsina (Bodenart lehmiger Sand) neben der ungedüngten Variante Rindergülle von 1,6 bzw. 4 und 8 Dunggroß-vieheinheiten (D-GVE) je Hektar über 15 Jahre lang ausgebracht. Beim P-Austrag über das Sickerwasser ergab sich kein Unterschied zwischen unge-düngt, 1,6 bzw. 4 D-GVE. Die Werte lagen unabhängig von der Niederschlagsverteilung bzw. Sickerwasserbildung nie über 0,3 kg /ha/Jahr. Erst bei massiver Überdüngung mit 8 D-GVE kam es zu Schwankungen im Bereich von 0,3 – 1 kg P/ha/Jahr (Einzelausreißer bis zu 2 kg P/ha/Jahr).

Phosphorausträge auf Dauergrünland bei unterschiedlicher Düngerintensität

(n. Eder, 2001)

Phosphataustrag durch BodenerosionDie mengenmäßig stärksten Phosphatverluste entstehen durch Bodenerosion. Unter Erosion versteht man die Ablösung und den Transport von Bodenpartikeln durch Wasser und Wind. Das Phosphat in Bodensedimenten ist vorrangig partikulär gebunden.

Bei Mineralböden zeigte sich keine Erhöhung der Aus-waschung durch eine zusätzliche Düngung von 130 kg P/ha. Hochmoorböden haben eine fast zehnfach höhere natürliche Grundlast und reagie-ren nach einer Dün-gung auch mit einer stärkeren zusätzlichen Auswaschung.

Auch beim Exten-sivierungsversuch von zuvor intensiv mit Mineraldünger gedüngtem Grünland zeigte sich nach Eder kein Unterschied bei den P-Austrägen im Sickerwasser. Tendentiell hatten die ungedüngten (ausge-hagerten) Parzellen sogar einen geringfügig höheren P-Austrag aufgrund niedrigerer Erträge und höherer Sickerwasserbildung.

P-Austräge nach Extensivierung des

Grünlandes Lysimeterversuch (Eder 1995-1997)

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Auf Ackerflächen muss der Gefahr einer Bodenerosion durch Erosionsschutzstreifen bzw. einen „Immergrünen Acker“ (Zwischenfruchtanbau, Anbau abfrostender Kulturen) vorgebeugt werden. Speziell in Hanglagen ist der Anbau quer zum Hang und die Einhal-tung ausreichender Gewässerabstände besonders wichtig. Zur Verbesserung der Durch-lässigkeit und somit Aufnahmefähigkeit des Bodens ist ferner auf eine gute Durchwurze-lung, Vermeidung von Brachflächen (Regentropfen zerschlagen die Bodenkrümel) sowie auf die Kalkung verdichteter Böden zu achten. In Gebieten mit hohen Anteilen an Dauer-grünland oder Wald ist die Gefahr der Bodenerosion am geringsten.

Bodenkolloide binden Phosphat Das an Ton-Humusteilchen (Bodenkolloide) gebundene Phosphat hat eine geringe eutro-phierende Wirkung, solange der Phosphor partikulär gebunden ist und nicht in gelöster Form vorliegt. Der Gesamtphosphorgehalt im Boden liefert daher noch keine Aussage über den was-serlöslichen und für die Eutrophierung entscheidenden P-Anteil.Erodiertes Bodenmaterial kann jedoch dann zu einer Erhöhung der gelösten Phosphat-Konzentration in einem Gewässer führen, wenn die Bodenkolloide bereits weitgehend mit Phosphor gesättigt sind, d. h. der P-Sättigungsindex erreicht ist. Dann können auch ver-stärkt gelöste Anteile abgetragen werden, die direkt eutrophierend wirken. Ansonst kann das Bodenmaterial sogar einen Teil des Phosphors im Gewässer binden. In diesem Fall wir-ken die Bodenkolloide wie eine dritte Reinigungsstufe (P-Fällung) in der Kläranlage (Hofer, Jäggli, 1975). Bei Sauerstoffmangel, d. h. einem Sauerstoffgehalt des Sees unter 2 mg/l, kann es hingegen zu einer Remobilisierung von auf dem Seegrund gebundenem Phos-phat kommen. Diese Gefahr besteht am ehesten bei Sauerstoffmangel im Tiefenwasser während der Sommerstagnation.

Oberflächige NährstoffabschwemmungEin weiteres Gefährdungspotenzial ist die oberflächige Nährstoffabschwemmung.Dabei geht es bei einem Eintrag in ein Gewässer nicht nur um die Phospatbelastung, sondern auch um die Schmutzfracht und den damit verbundenen Sauerstoffverbrauch beim Abbau der organischen Substanz. Mengenmäßig scheint nach neueren Untersuchungen der überwiegende Teil der P-Jah-resfracht bodenbürtig zu sein. Ereignisbezogene P-Verluste, die in einem direkten Zu-sammenhang zur Düngerausbringung stehen, haben hingegen nur einen relativ klei-nen Anteil an der Jahresfracht (FAL-Schriftenreihe 57, 2005). Wichtig ist eine ständige Bodenbedeckung.Am Dauergrünland ist aufgrund der dichteren Grasnarbe sowie höheren Bodenkrümel-stabilität die Gefahr einer oberflächigen Nährstoffabschwemmung wesentlich geringer als auf Ackerland. Am Acker sollten zur Verringerung des Abschwemmungsrisikos Wirt-schaftsdünger möglichst sofort nach der Düngung eingearbeitet werden. Am Grünland kann durch eine dichte Grasnarbe (Nachsaat bei Bedarf) das Abschwem-mungsrisiko verringert werden.

Grünland – geringe AbschwemmungEder erzielte bei seinem Erosionsversuch an der BAL-Gumpenstein (tiefgründige Braun-erde) mit 25 % Hangneigung bei ortsüblicher Düngung zwischen Brache, Grünland, Ge-treide und Kartoffeln folgendes Ergebnis: Der Wasserabfluss betrug bei 1.123 mm Jahresniederschlag (=11.230 m³) auf unbe-bautem Brachland 546 m³.

Bodenerosionmeidenn Anbau quer zum Hangn Erosionsschutz- streifenn Zwischenfrucht- anbaun Gewässerabstände beachten

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Am Grünland betrug der Abfluss gegenüber dem Brachland nur 12 %, bei Getreide 20 % und 34 % bei Kartoffeln. Analog verhält sich auch die Nährstoffabspülung.Grundsätzlich gilt, dass es zuerst zu einer Sättigung der Haftwasserporen (< 0,03 mm) und erst dann zu einem Wasserabfluss kommt. Dadurch ist auch die große Bedeutung der intakten Bodenstruktur sowie hohen Bewur-zelungsdichte für den Schutz vor Wassererosion erkennbar. Am stärksten tragen Schneeschmelze, Hochwasser- und Starkregenereignisse zur Ab-schwemmung bei.

Nährstoffabspülung durch Erosionswasser in kg /ha Wasserabfluss P NO3 K20 Ca 0Brache 546 m³ 0,40 0,28 2,34 2,61Grünland 66 m³ 0,004 0,03 0,50 0,30Getreide 109 m³ 0,013 0,06 0,63 0,34Kartoffel 186 m³ 0,010 0,04 0,76 0,40

(n. Eder 1983)

DüngeverbotszeiträumeSeitens der Landwirtschaft ist zur Vermeidung einer oberflächigen Abschwemmung in umliegende Gewässer eine Düngung auf wassergesättigten, durchgefrorenen und stär-ker schneebedeckten Böden (über 5 cm Schneedecke) generell verboten.

Generelles Düngeverbotn durchgefrorenn wassergesättigtn schneebedeckt

*1 m³ Rindergülle mit 5 % TM enthält ca. 0,45 kg P, ein Güllefass mit 5 m³ Inhalt somit 2,25 kg P.

Daneben gibt es in einigen EU-Ländern aufgrund der „Nitratrichtlinie“ Verbotszeiträume für die Gülleausbringung.In Österreich ist unabhängig von der Witterung die Düngung von Jauche und Gülle im Zeitraum vom 15. November bis 15. Februar verboten. Stallmist und Kompost dürfen vom 30. November bis 15. Februar nicht ausgebracht werden.

Abstand zu OberflächengewässernAufgrund der Verordnung vom 1. Jänner 2004 des Aktionsprogrammes zur Umsetzung der Nitratrichtlinie 91/676/EWG gelten bei der Düngung folgende Gewässerabstände:

Stehende GewässerSeen mind. 20 m (*10 m)Sonstige stehende Gewässer unter 1 ha mind. 10 mFließgewässerHangneigung über 10 % zum Gewässer mind. 10 m (*5 m)Hangneigung unter 10 % zum Gewässer mind 5 m (*1 m)Schmale Schläge in Gewässerrichtung unter 1 ha mit einer Breite von max. 50 m sowie Entwässerungsgräben mind. 3m

*laut VO-Entwurf 2007 für Düngerausbringungsgeräte mit Grenzstreueinrichtung (z. B. Schleppschlauch)

Erosionsanlage mit 25 % Hangneigung, BAL Gumpenstein, 1981

„Durchgefroren“ bedeutet, dass der Boden tiefergehend (d. h. mehr als 4 cm Bodentiefe) und nicht nur vorübergehend oberflächlich gefroren ist. In Fällen, in denen der Boden z. T. nachts und am Morgen ober-flächlich gefroren ist, die dünne oberfläch-liche Gefrierschicht tagsüber bei Sonnen-einstrahlung jedoch wieder auftaut und der Boden daher aufnah-mefähig ist, kann nicht von einem durch-gefrorenen Boden gesprochen werden. Ein auftauender Boden kann allerdings was-sergesättigt sein. „Wassergesättigt“ ist ein Boden, dessen Wasseraufnahmefä-higkeit erschöpft ist. In diesem Zustand ist der Boden ohnedies kaum befahrbar. Eine „geschlossene“ Schneedecke liegt vor, wenn keine Bo-denteile im Ackerland bzw. im Grünland auch keine Pflanzenteile mehr sichtbar sind und wenn die Schneede-cke eine Mindesthöhe von 5 cm aufweist.

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Phosphataustrag infolge DränierungEs besteht kein Zweifel darüber, dass besonders auf humosen Moorböden die Phos- phateinträge in Dränagen hoch sein können. Das ist einmal auf die starke Wasserbewegung zurückzuführen, weiters auf die in Moorböden meist geringen Mengen an Phosphatadsor-bierbaren Verbindungen sowie auch auf das niedrige Redoxpotezial. Die Phosphat-Konzentration im Dränwasser hängt neben der Niederschlagsverteilung ganz wesentlich von der Phosphat-Speicherfähigkeit (Fe-, Al-, Gehalt ) des Bodens ab. Auf stau-nassen Böden nimmt bei niedriger Speicherkapazität des Bodens auch das Redoxpotenital Einfluss auf die P-Mobilisierung.Ein niedriges Redoxpotenzial im Boden (Sauerstoffmangel) kann im reduzierenden Millieau eine stärkere Lösung und damit Auswaschungsneigung vor allem des an Fe-Oxidenz ge-bundenen Phosphates bewirken.Dabei ist das Ausmaß der gelösten P-Menge im Dränwasser besonders hoch, wenn bei hoher Intensität der Reduktionsvorgänge in sulfatreichen Böden Eisenoxide in Eisensulfide umgewandelt werden. Ein sichtbarer Hinweis sind die „Eisenschliern“ in Dränagerohren.Für dränagierte Mineral- und Niederungsböden gibt Kuntze eine mittlere Phosphat-Konzent-ration von 0,1 mg P/l an. Für die meist Fe- und Al-freien Hochmoorböden werden wesent-lich höhere Phosphat-Gehalte im Dränwasser gefunden. So berichten Kuntze und Scheffer von Phosphat-Konzentrationen zwischen 5 bis 15 mg P/l. Kalkreiche Niedermoorböden können hingegen Phosphate aufgrund ihres Ca-Gehaltes we-sentlich besser binden und weisen deshalb im Dränwasser geringere Phosphat-Gehalte von 0,05 bis 0,5 mg P/l auf. Mit einer stärkeren Auswaschung ist am ehesten in den ersten Jah-ren nach einer Entwässerung zu rechnen.

Vertikaler ZwischenabflussDie P-Verluste von dränagierten Böden mit Grundwassereinfluss hängen auch von den Nie-derschlagsereignissen ab. Das Ausbringen von Wirtschaftsdüngern vor stärkeren Regenfäl-len kann die P-Verluste auf dränagierten Flächen erhöhen.Unter sehr ungünstigen Verhältnissen (Starkregenereignisse bis zur Wassersättigung unmit-telbar nach der Düngung) kann es zu einem vertikalen P-Austrag mit dem Sickerwasser über die Dränagerohre kommen.Neben Schrumpfrissen auf tonreichen Böden können auch die Makroporen der Bodenfau-na bis in einer Tiefe von über 50 cm und somit bis zu den Dränagen reichen und den Aus-trag beeinflussen. Ob auf dränagierten Böden die Düngung der Gülle mittels bodennaher Schleppschlauch- oder Schleppschuhausbringung durch den geringeren Bodenoberflächenkontakt den Makro-porenaustrag nennenswert verringern kann, wird derzeit geprüft (Diepolder 2005, Strauss 2007). Im Zusammenhang mit dem Makroporenabfluss auf dränagierten Böden stellt sich auch die Frage, inwieweit das heute vielfach unterlassene „Walzen“ von Dauerwiesen auf diesen Standorten den Makroporenabfluss durch besseren Bodenschluss verringern kann.

GewässersanierungGewässersanierungsmaßnahmen streben die Rückführung eines belasteten Gewässers in einen möglichst unbelasteten Zustand an. Die Sanierung umfasst das Fernhalten von Schmutzfrachten und Abwässern, die Renaturierung von Fließgewässern zur Verbesserung der „Selbstreinigungskraft“ eines Gewässers sowie direkte Maßnahmen zur Seenrestau-rierung. Das vorbeugende Ziel ist die Verringerung der Eutrophierungsfaktoren.Jeder Eintrag von organischer Biomasse (Laub, Blütenstaub, nicht gemähte Schilfgürtel, Wasservögel etc.) und insbesondere der Eintrag von Schmutzfrachten (Abwässer, Dünger)

P-Gehalte im Dränwasser in mg P/lGrundwasser 0,01-0,03 mgDränwasserMineralboden bis 0,1 mgNiedermoor 0,05 - 0,5 mgHochmoor 5 bis 15 mg

n. Kunze und Scheffer, 1989

Schleppschuh

Ausbau der Kläranla-gen verbesserte die Wasserqualität

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über Vorfluter verbraucht beim Abbau Sauerstoff und belastet dadurch die Gewässer. Eben-so wird beim Abbau von Wasserpflanzen und Algen Sauerstoff benötigt. Für die Biomassebildung von Wasserpflanzen sowie Algen ist der gelöste Phosphor in der Regel der begrenzende Wachstumsfaktor, weshalb dem P-Eintrag besonderes Augenmerk zu schenken ist.Alle Maßnahmen zielen letztlich darauf ab den Sauerstoffhaushalt zu verbessern, da Sauer-stoffmangel nicht nur den biologischen Stoffabbau hemmt, sondern letztlich auch die Re-mobilisierung von Phosphat aus dem Seegrund (Bodensediment) fördern kann. Dadurch kann sich dann ein Gewässer selbst düngen.

Mögliche Maßnahmen zur Seenrestaurierung

(n. Besch u. Hamm, 1992)

Sanierung der Salzburger VorlandseenAufgrund der starken Bevölkerungsentwicklung im Einzugsgebiet der Vorlandseen (seit 1960 hat sich die Einwohnerzahl mehr als verdoppelt) war es vor allem notwendig die Abwasserentsorgung dem Stand der Technik anzupassen. Mithilfe entsprechender Maßnahmen konnten die Seen wieder saniert werden.Größere natürliche P-Einträge (Gesamt-P) sind immer nach Hochwasserereignissen bzw. im Frühjahr nach der Schneeschmelze zu beobachten.

Obertrumer See, mittlerer Phosphorgehalt (mg/l) im Freiwasser Amt der Sbg. LR VorlandseenEntwicklung derP-Belastung in mg/m³ Spitzenwerte Mittelwerte 1977 2005

Wallersee 70 20Mattsee 73 15Obertrumersee 83 14Grabensee 77 15Fuschlsee 50 5

*Der Ausbau der Kanalisaton hat durch Entlastung der

Vorfluter entscheidend zur Sanierung der Vorlandseen

beigetragen.

Der biologische Sauerstoffbedarf (BSB) dient als Maßstab für den Sauerstoffbedarf zum Abbau von Schmutz-frachten. Für den Abbau der im täglichen Abwasser enthaltenen Schmutzfracht werden je Einwohner innerhalb von 5 Tagen 60 g Sauerstoff benötigt, d. h. je Einwohner werden 60 g BSB5 veranschlagt. Bringt z. B. ein Betrieb über den Vorfluter eine Schmutzfrachtbelas-tung von 120 kg BSB5 ein, so entspricht dies umgerechnet einer Menge (120.000 g: 60) von 2.000 EGW (Einwohnergleich-werten).

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Mattsee, tiefste Stelle, Sichttiefenentwicklung Amt der Salzburger Landesregierung

Mondsee, Phoshorfrachten, gesamt Dokubil und Jagsch, 1990, Schwarz, 1996, Gassner, 2003

Auch am Mondsee sind die P-Einträge, abgesehen von der Kläranlage, deutlich zurückgegangen.

FazitPhosphat ist ein Hauptnährstoff in der Pflanzen- und Tierernährung. In Böden wird Phosphat im Vergleich zu Gewässern stark gebunden, sodass je Hektar nie mehr als 1 bis 2 kg Phosphat in wasserlöslicher, d. h. in direkt pflanzenverfügbarer Form, vorliegen. Die Phosphat-Mobilisierung im Boden kann durch Regulierung des pH-Wertes, Anbau tiefwurzelnder Zwischenfrüchte etc. verbessert werden. In einem Gewässer belastet jeder Eintrag an organischer Biomasse (Abwässer, Dünger, Laub, Schilf, Wassergeflügel etc) den Sauerstoffhaushalt. In stehenden Gewässern ist in der Regel der Phosphor der begrenzende Wachstumsfak-tor für die Bildung von Wasserpflanzen und Algen, die beim Abbau zu einer Sauerstoff-zehrung führen.Insbesondere in stehenden Gewässern kann ein erhöhter P-Eintrag sehr rasch zu einer unerwünschten Eutrophierung führen. Dabei hat erodiertes, d. h. an Bodenmaterial ge-bundenes Phosphat eine wesentlich geringere Bedeutung als gelöstes Phosphat, wel-ches direkt eutrophierend wirkt.

MaßnahmenpaketWallerseesanierung:1980

Vorlandseestudie(15-Punkte-Programm)1990

Rückhaltebecken ARA NeumarktSchleedorf KanalisationKanal Ostbucht, Tödtleinsdorf,Unternberg, SchlachterbachDüngeverordnung1994

Kanal Ortsgebiet Henndorf1995

Pumpwerk Henndorf saniert1996

Kanalsanierung Neumarkt1998

Sanierung SeeleitungNeumarkt etc.

*Mithilfe umfassender Maßnahmen konnten die P-

Frachten wieder gesenkt und die Gewässergüte wieder her-gestellt werden. Dabei waren

der Ausbau der Kanalisation und die teilweise Sanierung

die wichtigsten Maßnahmen.

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Die P-Auswaschung aus dem Boden spielt mit Ausnahme von frisch dränagieten Böden nur eine untergeordnete Rolle.Seitens der Landwirtschaft ist auf die Einhaltung ausreichender Gewässerabstände bei der Düngung sowie auf die Vermeidung eines P-Eintrages in umliegende Vorfluter durch Bodenerosion und Oberflächenabschwemmung zu achten.Aus der Sicht des Gewässerschutzes ist die Grünlandnutzung die günstigste Form der Landbewirtschaftung. Bezüglich der Verbesserung der Seenqualität im Alpenvorland hat sich gezeigt, dass vor allem die im Zuge der Bevölkerungsentwicklung notwendige Verbesserung der Abwas-serentsorgung einschließlich der Kontrolle des Kanalnetzes den größten Beitrag zur Sa-nierung der Vorlandseen gebracht hat.

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Herausgeber: Landwirtschaftskammer SalzburgAutor:Dipl.-HLFL-Ing. Josef GallerGrafik:AWMA – Werbe- und Mediaagentur, SalzburgDruck:Salzburger Druckerei

1. Auflage, 2008©

Gefördert von der Europäischen Union mit Mitteln aus dem Europäischen Regionalfonds im Rahmen der Gemeinschaftsinitiative INTERREG IIIA

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Landwirtschaftskammer SalzburgBetriebsentwicklung und Umwelt5020 Salzburg, Schwarzstraße 19Tel. +43(0)662/870571-242Fax +43(0)662/870571-295beu@lk-salzburg.atwww.lk-salzburg.at