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Phosphatausträge

In diesem Kapitel soll erläutert werden, welche Austrittspfade aus einem terrestrischen Ökosystem relevant sind und in welcher Höhe, Phosphatausträge zu erwarten sind.


P-Entzug durch Pflanzenaufnahme und Ernte

Ein statistischer Dauerversuch über 84 Jahre ergab, daß sich die P-Bilanz der Ackerkrume bei einer jährlichen Düngung von 12.9 kg P/ha am wenigsten ändert (Fruchtfolge aus Zuckerrüben, Sommergerste, Kartoffeln, Winterweizen). Bei höherer Düngung wird Phosphat akkumuliert, bei geringerer wird Phosphat der Ackerkrume entzogen (WECHSUNG & PAGEL 1993). Der Pflanzenentzug mit der Ernte kann durch Pflanzenanalyse bestimmt werden. Tabelle 3-2 zeigt den Verlust von P durch Pflanzenentzug bei durchschnittlichen Ernteerträgen.

Tab. 3-2: Phosphatentzüge wichtiger landwirtschaftlicher Kulturpflanzen (aus: BERNHARDT 1978, modifiziert)
Pflanzenart 
Ertrag in
 
[dt/ha]
Entzug [kg P/ha]
Körner, Rüben,
Knollen 		 Stroh,
Blatt 		 Gesamt 
Weizen  50,00  17,00  9,00  26,00 
W.-Gerste  50,00  15,00  7,00  22,00 
Roggen  40,00  15,00  4,00  19,00 
Hafer  40,00  15,00  6,00  21,00 
Körnermais  60,00  20,00  15,00  35,00 
Raps  30,00  24,00  11,00  35,00 
Kartoffeln  300,00  22,00  4,00  26,00 
Zuckerrüben  500,00  22,00  17,00  39,00 
Futterrüben  900,00  30,00  13,00  43,00 
Erbsen/Bohnen  30,00  15,00  9,00  24,00 
Klee/Kleegras  100 (Tr. S.)  -  -  35,00 
Wiesen  70,00  -  -  26,00 
Mähweiden  110,00  -  -  44,00 
 

Auswaschung aus dem Wurzelraum

Infolge des hohen Immobilisierungspotentials durchlüfteter, mineralischer Böden sind die P-Austräge aus der Bodensäule in das Grundwasser gering. Von allen Hauptnährelementen unterliegt P am wenigsten einer vertikalen Auswaschung. Nicht grundlos wird bei siedlungshistorischen Untersuchungen die Phosphatmethode zur Erkennung ehemals besiedelter Flächen eingesetzt (ZÖLITZ 1980, HEINRICH 1987). Obwohl nicht uneingeschränkt gültig und immer problemlos interpretierbar, liefert diese Methode dennoch den praktischen Beweis dafür, daß - selbst nach 1000 Jahren - Siedlungsplätze wegen der P-Anreicherung und -Immobilität registriert werden können.
In langfristigen Untersuchungen konnte eine maximale Phosphatverlagerung in 40-60 cm Tiefe nachgewiesen werden (MUNK 1972, SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL 1989). Die Analyse von Dränwässern ergab eine rechnerische Auswaschung von 0.3 kg P/ha*a. Werte in dieser Höhe (0.01-0.4 kg P/ha*a) gibt auch BERNHARDT (1978) an. Im Untersuchungsgebiet wurde ein Austrag von 0.07 kg P/ha*a auf Ackerböden ermittelt (SCHERNEWSKI 1995). Es ist jedoch zu beachten, daß selbst diese relativ geringen Austragswerte von ökologischer Relevanz sind. Für sensible limnische Ökosysteme, die als P-Senken fungieren, sind Einträge von 50-400 g P/m2 im Holozän (BERNHARDT 1978) eine erhebliche Eutrophie- rungsgefahr.
Diese relativ geringe Auswaschungsgefahr von Phosphatverbindungen ist nicht generell gültig. Intensive Gülledüngung auf sorptionsarmen Standorten kann zu einer erhöhten vertikalen Verlagerung führen. VETTER & KLASINK (1972, zitiert in HEINRICH 1987) beobachteten in einem 20jährigen Feldversuch eine P-Anreicherung bis in 90 cm Tiefe. FOERSTER (1973) ermittelte ebenfalls eine düngungsbedingte P-Belastung bis in 90 cm Tiefe. In flachgedränten Böden können im Dränwasser nach einer Düngung höhere Phosphat-Austräge vorkommen (WIECHMANN 1972). Auf grundwassernahen Standorten ist eine P-Auswaschung durch reduktive Freisetzung und Mobilisierung aus Fe(III)-Oxiden möglich (FIEDLER 1994). Saure Hochmoor- und Sandböden unterliegen aufgrund fehlender Sorbenten bei intensiver Düngung einer P-Verfrachtung aus dem Wurzelraum. Die anorganischen P-Verbindungen sind in solchen Böden sehr mobil. Austräge von 6 kg/ha*a und mehr wurden in landwirtschaftlich genutzten Einzugsgebieten mit Hochmoorböden bereits ermittelt (SCHEFFER 1977). KRETZSCHMAR (1979) berichtet von P-Verlusten mit Hochmoorabläufen in einer Höhe von 14 kg P/ha*a. Kalkung und Grünlandnutzung (statt Ackerbau) reduzieren die Austräge. Trotzdem ist von einer 10-fach erhöhten P-Verfrachtung, verglichen mit Mineralböden, auszugehen (SCHEFFER 1977).


P-Verluste durch Erosion

Die P-Verluste, verursacht durch die erosive Verlagerung von phosphatangereichertem Oberbodenmaterial, sind höher als diejenigen, die durch P-Auswaschung aus der Bodensäule zu beobachten sind (BERNHARDT 1978, NOLTE & WERNER 1991, SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL 1989, SCHERNEWSKI 1995, WELTE & TIMMERMANN 1985, WIECHMANN 1972).
Die jeweils verfrachtete Menge ist von der Erosionsintensität (s. Kap. 7) und dem Phosphatgehalt des erodierten Materials abhängig. Bei einem zugrundegelegten Oberbodengehalt von 800 mg P/kg und einer Erosionsspanne von 1 bis 30 t/ha*a errechnet sich ein P-Verlust von 0.8 - 24 kg P/ha*a (BERNHARDT 1978). MÜLLER (1984) ermittelte bei einem einzelnen Starkregenereignis einen Phosphatabtrag von 4000 g P/ha.
Die Ablagerung der erodierten Bodenpartikel findet häufig unmittelbar am Hang statt. Dadurch entstehen P-verarmte Ober- und Mittelhänge, während Unterhangbereiche und Mulden nährstoffreiches Material anreichern.
Gewässer können durch Gewässerrandstreifen und Knicks sowie eine Bodenbearbeitung quer zum Hang wirksam vor Phosphateinträgen geschützt werden (SCHERNEWSKI 1995, STEINMANN 1991, WELTE & TIMMERMANN 1985).