Phosphordüngung im Ökolandbau

Auf einen Blick

Viele Ökobetriebe ohne Tierhaltung weisen eine langfristig negative P-Bilanz auf.

Gütegesicherte Grün- und Biogutkomposte sind oft regional erhältlich und enthalten verfügbares P.

Eine negative P-Bilanz limitiert im Ökolandbau-Versuch bislang kaum.

Herausforderung P-Versorgung

Eine Reihe von Untersuchungen zeigen, dass die Phosphorbilanzen bei vielen Betrieben negativ sind. Eine Studie von 2020 kommt auf -6,9 kg P2O5 je ha und Jahr. Besonders vieharme und viehlose Betriebe zeigen Erhebungen zufolge deutlich negativere P-Bilanzen von bis zu -27,5 kg P2O5 je ha und Jahr. Da Phosphor ein wichtiger Pflanzennährstoff ist, kann ein Mangel das Pflanzenwachstum hemmen und zu Ertrags- und Qualitätsverlusten führen. Auch kann die Stickstofffixierleistung bei Futter- und Körnerleguminosen durch Phosphormangel reduziert werden. Anders ist es bei intensiv wirtschaftenden Gemüsebaubetrieben. Falls dort der Stickstoffbedarf durch den Zukauf organischer Mehrnährstoffdünger gedeckt wird, können die P-Überschüsse über den rechtlichen Vorgaben der Düngeverordnung liegen.

Daher stellt sich gerade für Öko-Ackerbaubetriebe die Herausforderung, wie die P-Versorgung der Bestände erhalten und verbessert werden kann. Durch ackerbauliche Maßnahmen, wie eine standortangepasste Verbesserung der pH-Werte, die Gestaltung der Fruchtfolge im Hinblick auf den P-Bedarf, das P-Mobilisierungsvermögen und den Vorfruchteffekt der Kulturen sowie die Verbesserung des Bodenlebens, kann bisher nicht pflanzenverfügbarer Phosphor aus dem Bodenvorrat mobilisiert werden. Jedoch muss Phosphor auch durch die Düngung wieder zugeführt werden, wenn die Böden langfristig nicht verarmen sollen.

Externe Phosphordüngemittel für viehlose Betriebe

Auf Betrieben mit Tierhaltung lässt sich ein Teil der Phosphatverluste durch die Düngung mit Mist und Gülle ausgleichen, insbesondere wenn ein Futtermittelzukauf stattfindet. Betriebe ohne Tierhaltung müssen hierfür auf externe Phosphordüngemittel zurückgreifen. Es gibt im ökologischen Landbau zugelassene phosphorhaltige Mineraldünger mit Rohphosphaten und organische Dünger wie gütegesicherte Grün- und Biogutkomposte, insofern letztere vom jeweiligen Anbauverband zugelassen sind.

Rohphosphate haben nur auf Böden unter pH 6 eine wesentliche Düngewirkung. Auf Standorten mit höheren pH-Werten sind sie nur sehr langsam wirksam. Mit Zunahme des pH-Werts nimmt die Verfügbarkeit ab. Auf kalkreichen Standorten mit pH-Werten ab etwa 7,5 können nur geringe P-Mengen aus den Rohphosphaten mithilfe von Wurzelausscheidungen und Mikroorganismen im Bereich der Rhizosphären pflanzenverfügbar gemacht werden. Der Abbau von Rohphosphaten hat zudem in den Herkunftsländern eine erhebliche negative Auswirkung auf die dortige Umwelt.

Gute Phosphorhaltige Dünger

Ein gut geeigneter P-haltiger Dünger sind gütegesicherte Grün- und Biogutkomposte, die teilweise regional erhältlich sind und eine gute P-Verfügbarkeit aufweisen. Grün- und Biogutkomposte unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung und Düngewirkung. Bioabfallkomposte haben etwa 30 % höhere Nährstoffgehalte. Insbesondere bei Bioabfallkomposten sind neben den Bestimmungen des Düngerechts, der Bioabfallverordnung und den Vorgaben der EU-Öko-Verordnung auch die Richtlinien der Bioverbände zum Komposteinsatz zu beachten.

Neben den zugelassenen P-Düngemitteln sind seit einigen Jahren Recyclingphosphate aus Klärschlämmen wie Struvite in der Diskussion, um die Nährstoffkreisläufe im Ökolandbau zu schließen. Sie haben jedoch derzeit keine Zulassung in der ökologischen Landwirtschaft. Bei allen P-Düngern ist es wichtig, dass neben der generellen Zulassung, auch die Qualitätskriterien der EU-Bioverordnung und der Bioverbände im Hinblick auf Schadstoffe wie Schwermetalle und Fremdstoffe eingehalten werden und wenn möglich deutlich unterschritten werden.

Effekte verschiedener Dünger

Um besonders für langjährige, viehlos bewirtschaftete Ökoflächen die langfristige Wirkung verschiedener externer Düngemittel im ökologischen Ackerbau abschätzen zu können, wurde 2015 vom Landwirtschaftlichen Technologiezentrum Augustenberg ein Dauerversuch angelegt. Der Versuch findet auf den seit 1972 nach Biolandrichtlinien bewirtschafteten Flächen am Standort Müllheim (Landkreis Breisgau-Hochschwarzwald, südliche Rheinebene, Baden-Württemberg) auf drei Feldern, aufgeteilt in insgesamt sechs Schläge statt.

Die Flächen unterscheiden sich deutlich in Hinblick auf die Böden (sL - uL, AZ 42 bis 88) und deren Nährstoffversorgung (Phosphor: 1 – 11 mg mg P2O5 je 100 g Boden , Kalium: 4 bis 15 mg K2O je 100 g Boden). Auf jedem Schlag liegt eine randomisierte Blockanlage in dreifacher Wiederholung mit 360 qm großen Parzellen. Die Fruchtfolge aus überjährigem Kleegras – Körnermais – Winterweizen – Soja als Direktsaat in gewalzten Grünroggen – Winterroggen durchläuft die Schläge, sodass in allen Jahren jede Kultur angebaut wird. Diese Varianten wurden geprüft:

V1: Ohne Düngung;
V2: Mineralische Düngung P+K+Mg mit Rohphosphat, Kalisulfat und Kieserit;
V3: Mineralische Düngung K+Mg mit Kalisulfat und Kieserit;
V4: Grüngutkompost;
V5: Recyclingphosphate Struvit (keine Öko-Zulassung!), Kalisulfat und Kieserit.

Die Düngehöhe in den Varianten 2, 3 und 5 richtet sich nach den Nährstoffgehalten im Kompost (V4). Es wurden in der Kompostvariante 25 t TM je ha (entspricht 10 t TM je ha und Jahr) in der Fruchtfolge zum Kleegras und zur Sojabohne ausgebracht. Die mineralischen Varianten wurden immer zeitgleich gedüngt bis auf die P-Düngung in der V5 Variante, hier erfolgte die P-Düngung mit Struvit nur zum Kleegras.

Die Höhe der ausgebrachten Nährstoffmengen schwankte in Abhängigkeit von den Gehalten im Kompost und lag bei 83 bis 137 kg P2O5 je ha (52 kg je ha und Jahr) und 250 bis 350 kg je ha K2O (119 kg je ha und Jahr). Die Variante 5 mit Struvit ist erst seit 2018 im Versuch. Der Einsatz von Struvit ist im Ökolandbau nicht zulässig und erfolgt im Versuch nur im Rahmen einer Ausnahmegenehmigung mit Auflagen, zu denen unter anderem die Neuumstellung des gesamten Schlages nach der Ausbringung gehört.

Alle Untersuchungen (Ertrag, Qualität, Nährstoffgehalte und Bodenanalysen) erfolgen parzellengenau. Die P-Düngemittel und die Komposte vor der Anwendung sowie die Böden vor der Kleegrasdüngung wurden zudem auf Schwermetalle untersucht.

Kaum Effekt auf Pflanzenverfügbaren Phosphor?

Im Jahr 2022 ist erstmalig auf einer Fläche (Schlag: Hacher Weg Ost und West) die Fruchtfolge einschließlich der Recyclingphosphatvariante (V5) komplett durchlaufen worden. Von den Versuchsstandorten ist der Hacher Weg der leichteste Standort mit hohen Gehalten pflanzenverfügbarer Nährstoffe (siehe Tabelle). Für diesen Standort sind erste vorläufige Abschätzungen der Effekte der unterschiedlichen Düngestrategien innerhalb der Fruchtfolge möglich. Im Untersuchungszeitraum von Versuchsbeginn bis vor der dritten Düngegabe im Jahr 2021 gibt es durch die Düngungsmaßnahmen keine signifikanten Unterschiede in den Bodengehalten an pflanzenverfügbarem Phosphor (PCAL) oder am Phosphorbodenvorrat zwischen den Varianten. Nur im Düngungsjahr findet sich bei der Struvitdüngung ein Trend zu höheren PCAL-Gehalten im Vergleich zur ungedüngten Variante.

Kalium steigert Ertrag

Im Gegensatz dazu finden sich bei den Gehalten an verfügbarem Kalium (KCAL) signifikante Unterschiede bei allen Düngevarianten zur ungedüngten Kontrolle vor der dritten Düngegabe im Jahr 2021. Ob das Kalium mineralisch oder über den Kompost gedüngt wurde, spielt für die Bodengehalte keine Rolle. Die bisher erfolgte zusätzliche Zufuhr an organischer Substanz durch die Kompostdüngung führte noch nicht zu einer statistisch absicherbaren Erhöhung der Humusgehalte (1,93 bzw. 2,13 % Humus bei Kompost zu 1,63 bzw. 1,67 % Humus in der ungedüngten Variante).

Obwohl die Kaliumgehalte sich im Laufe der Fruchtfolge erhöht haben und mit dem Kompost ein zusätzlicher Stickstoff- und Mikronährstoffinput erfolgte, konnte im ersten Fruchtfolgedurchgang kein Ertragseffekt der Düngung innerhalb der gesamten Fruchtfolge beobachtet werden. Die Düngung führte nur in den Düngungsjahren, das heißt beim Kleegras und den Sojabohnen, zu signifikanten Ertragssteigerungen gegenüber der Kontrolle. Diese waren beim Kleegras mit +34 % für die Düngungsvarianten beachtlich.

Den höchsten mittleren Ertragszuwachs erzielte die mineralische Düngungsvariante ohne Phosphordüngung. Auch bei den Sojabohnen konnte mit den mineralischen Düngungsvarianten eine Ertragssteigerung von + 35 % erzielt werden. Der ausgebrachte Kompost zeigte keinen signifikanten Mehrertrag zur Kontrolle, aber einen höheren Proteingehalt (46,2 % RP Kompost zu 43,7 bis 44,2 % RP ungedüngt). Die Proteingehalte der Sojabohnen mit mineralischer Düngung waren jedoch signifikant höher mit 44,7 bis 46,9 % RP. Auch hier unterschieden sich die mineralischen Düngungsvarianten nicht voneinander.

In den nächsten Jahren werden auch die ersten Ergebnisse aus den Fruchtfolgedurchgängen der anderen Schläge im Dauerversuch vorliegen, die durch ihre unterschiedlichen Böden und Nährstoffgehalte ein differenzierteres Bild ermöglichen, sodass die langfristigen Effekte der Düngestrategien auf die Bodenfruchtbarkeit deutlicher werden.

Deutlich negative P-Bilanzen ohne Dünger

Obwohl in der Versuchsfruchtfolge die ungedüngte Kontrolle eine beachtliche negative P-Bilanz von -28,5 kg P2O5 je ha und Jahr aufweist, ist auf dieser Fläche auch nach 50 Jahren ökologischer Bewirtschaftung Phosphor bisher nicht limitierend gewesen.

Die Ergebnisse zeigen, dass an diesem leichten Standort eine zusätzliche Kaliumversorgung für die Leguminosen von Vorteil ist. Dies deckt sich auch mit Beobachtungen in der Praxis, dass es bei viehlosen Ackerbaubetrieben auf leichten Standorten durch eine hohe Kalium-Abfuhr zu einer Kalium-Unterversorgung kommen kann. Da die geprüften, zulässigen und verfügbaren mineralischen und womöglich zukünftigen (Struvit) Phosphordüngemittel für den Ökolandbau zeigen, dass bei dem guten P-Versorgungsgrad am Standort (6 bzw. 10 mg P2O5 je 100 g Boden im Hacher Weg Ost bzw. West) eine zusätzliche P-Düngung keinen Ertragsvorteil hat, ist zu diskutieren, ab wann eine zusätzliche P-Düngung zum P-Bilanzausgleich sinnvoll ist.

Optimale Phosphatwerte für den Ökolandbau

Als optimaler Bereich für den Ökolandbau wird anhand von Versuchsergebnissen der AG Ökolandbau der Ländereinrichtungen 5,7 – 10,3 mg P2O5 je 100 g Boden im CAL-Extrakt vorgeschlagen. Auch im Hinblick auf die derzeitigen Düngemittelpreise und im Besonderen mit den beim Einsatz von Rohphosphaten verbundenen Umweltfolgen gilt es abzuwägen, ob im Ökolandbau auch schon im optimal geltenden Bereich, wie im konventionellen Anbau üblich, eine Düngung auf Entzug durchgeführt werden sollte oder eine Aushagerung durch negative Salden erfolgen kann.

Neben der Umweltbelastung beim Abbau von Rohphosphaten werden mit diesen auch Schwermetalle ausgebracht, wie Cadmium und Uran. Mit der Rückführung von Phosphor in den betrieblichen Kreislauf mit Komposten und – sofern zukünftig zulässig – Recyclingphosphaten wie Struvit, können die Umweltbelastungen in Verbindung mit einer zielgerichteten P-Düngung reduziert werden. Bei Komposten sollte je nach Herkunft auch die Schadstoffbelastung mit im Blick behalten werden, da erhebliche Mengen Kompost pro kg P ausgebracht werden. Die untersuchten Struvite wiesen im Vergleich der Düngemittel die geringsten Schwermetallgehalte pro kg P auf.

Eine schnelle Reaktion auf abnehmende P-Bodengehalte ist durch die langsame P-Verfügbarkeit bei Böden mit höheren pH-Werten mit den derzeit verfügbaren P-Düngern nicht möglich und damit der Einfluss der Düngung gering. Es ist erforderlich, durch regelmäßige Bodenuntersuchungen den Nährstoffstatus im Blick zu behalten, um frühzeitig gegensteuern zu können.