Phosphor im Boden (K)ein Grund zur Panik?

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Anneliese Voss
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1 Rochuspark I Erdbergstraße 10/33 I 1020 Wien T (+43 1) I M (+43 0) E office@bodenoekologie.com I Phosphor im Boden (K)ein Grund zur Panik? Univ. Lek. DI Hans Unterfrauner Februar

2 Umrechnungsfaktoren P PO 4 PO 4 P 3,067 K K 2 O 1,205 0,326 K 2 O K 0,830 P P 2 O 5 2,291 Mg MgO 1,658 P 2 O 5 P 0,436 MgO Mg 0,603 PO 4 P 2 O 5 0,747 P 2 O 5 PO 4 1,334

3 Inhalt Auswertung von drei P Steigerungsversuchen (40Jahre) Dynamik im Boden P Formen P Analytik P Mobilisierung

4 Ergebnisse von 3 Dauerversuchsflächen

Standortsbeschreibung Fuchsenbigl Marchfeld Rottenhaus Alpenvorland Zwettl Waldviertel Seehöhe [m] 150 290 510 Niederschlag [mm]

5 Standortsbeschreibung Fuchsenbigl Marchfeld Rottenhaus Alpenvorland Zwettl Waldviertel Seehöhe [m] Niederschlag [mm] Jahresmitteltemp. [ C] 9,5 8,4 6,4 Bodentyp Tschernosem Braunerde Braunerde ph CaCl 2 7,5 6,6 5,3 C org % 1,1 1,4 1,0

6 Versuchsbeschreibung 1956 bis 1975 P Dünger: Hyperphosphat, Superphosphat, Thomasphosphat Mengen jährlich: 0 kg/ha, 44 kg/ha, 175 kg/ha Düngung: N und K nach üblicher Praxis 1976 bis 1995 P Dünger: Hyperphosphat, Superphosphat, Thomasphosphat Mengen jährlich: 0 kg/ha, 44 kg/ha, 175 kg/ha Düngung: N und K nach üblicher Praxis Jede Parzelle geteilt, 1 Teil davon blieb ab 1976 ungedüngt

7 Fruchtfolge Kulturart Fuchsenbigl Rottenhaus Zwettl Getreide [Weizen, Gerste, Roggen, Hafer] 47,5% 42,5% 42,5% Hackfrüchte 37,5% 40% 22,5% [ZR, Kartoffel, Mais] [ZR 15%] [ZR 22,5] [keine ZR] Leguminosen [Erbse, Ackerbohne, Luzerne, Rotklee, Gemenge] Ölfrüchte [Raps] 12,5% 15% 35% 2,5% 2,5% 0,0%

8 Messdaten Boden jährlich: P CAL im Boden 0 bis 20 cm Tiefe (jährlich) P ph Werte Pflanzen: Ertrag (Erntegut und Erntereste) P Gehalte von Erntegut und Ernteresten Foto: Unterfrauner Foto: Unterfrauner

9 P 2 O 5 [mg/100g] Ergebnisse Veränderung der CAL Gehalte der Nullparzellen von 1956 bis 1996

10 P 2 O 5 [mg/100g] Ergebnisse Veränderung CAL Gehalte ausgewählter Parzellen in Fuchsenbigl von 1956 bis 1995

11 P 2 O 5 [mg/100g] Ergebnisse Nachhaltigkeitswirkung in Fuchsenbigl von 1975 bis 1995

12 Gesamtentzug P [kg/ha] Ø Jährl. Gesamtentzug [kg/ha] Ergebnisse P Entzug im 40 jährigen Versuchszeitraum Ohne Ernterückstände ~ P 8-10 kg/ha

13 Ergebnisse Relativerträge und relative P Entzüge der 0 Parzellen Kulturart Fuchsenbigl Rottenhaus Zwettl Ertrag P Entzug Ertrag P Entzug Ertrag P Entzug [%P1 Tho] [%P1 Tho] [%P1 Tho] [%P1 Tho] [%P1 Tho] [%P1 Tho] W Weizen S Gerste W Roggen Hafer Ergebnisse nur für S Gerste ZR Körnermais und ZR signifikant Silomais Kartoffel Raps Ackerbohne Erbse Rotklee Luzerne

14 Zusammenfassung Die P-CAL Gehalte der 0 Parzellen bleiben auf allen 3 Standorten über 40 Jahre unverändert bzw. steigen leicht an. Vermehrte P Mobilisierung auf 0 Parzellen Ertragsrückgänge nicht signifikant (1-26%) Ausnahme: Sommergerste und Zuckerrüben (Rückgang 16-35%, signifikant) Zusammenhang P Boden CAL zu P Ertrag sehr niedrig (R= 0,023 bis 0,277)

15 Fragen: Ist die Aufregung gerechtfertigt? Fotos: Unterfrauner

16 Dynamik im Boden Mobilisierung Reserve Abbau, Mineralisation, Auflösung, Desorption Austauschbar Wasser löslich Dünger Niederschlag Grundwasser Aerosole N-Fixierung Nicht verfügbar Pflanzenentzug Auswaschung Erosion Denitrifikation Fraktion IV Fraktion III Fixierung, Einbau in organische Moleküle, Ausfällung, Adsorption Immobilisierung Fraktion II Fraktion I Quelle: Schröder 1992: Bodenkunde in Stichworten, Gebrüder Bornträger, ergänzt durch Unterfrauner 2010

17 Quelle: Fachbeirat für Bodenfruchtbarkeit 2003 (SGD Weinbau) Wirkungsgefüge Ca Cu Mg Na Fe- Phosphat Zn- Phosphat Ca- Phosphat Mn Zn Wirkungsweise Antagonismus stark K N Antagonismus schwach Synergismus Fe P B

18 Min. P kg/ha Phosphor im Boden Lithogenes P Verwitterung Düngung Dünger P kg/ha/a P sorbiert Desorption Sorption P in der Bodenlösung Optimal 0,3 bis 0,8 mg/l P-Aufnahme Mineralisierung P in Pflanzen Pflanzen 5 35 kg/ha Auswaschung P anorganisch Ca, Al, Fe P im Grundwasser Auswaschung 0,1-0,3 kg/ha/a P Humus/MO kg/ha kg/ha Quelle: Scheffer/Schachtschabel, Lehrbuch der Bodenkunde, 16. Auflage 2010, Spektrum Akademischer Verlag

P in der Bodenlösung Optimal: 0,3 bis 0,8 mg/l direkt verfügbares P mineralisch organisch PO 4 3- HPO 4 2- H 2 PO 4

19 P in der Bodenlösung Optimal: 0,3 bis 0,8 mg/l direkt verfügbares P mineralisch organisch PO 4 3- HPO 4 2- H 2 PO O O O P O H O O O P O - H H - - O O O P O ph > 12 ph 12 bis 7,2 ph 7,2 bis 6,0 X Mirkobiologie Phytin

20 P sorbiert Negative Überschussladung OH - OH - OH - OH - Fe, Al OH Oxide - OH - Hydroxide OH - OH - OH - > LNP Positive Überschussladung H + + H + H H + Fe, Al Oxide Hydroxide H + H + < LNP H + H + H +

21 P sorbiert austauschbares P H + + H H + H + Fe, Al Oxide Tonminerale H + H + O H + H O P H + H + Ca ++ SiO -- 2 SiO -- 2 SiO -- 2 K + SiO -- 2 Mg ++ SiO -- 2 < LNP O O - ph abhängig (OH - oder H +, Ladungsnullpunkt) - Ionenkonkurrenz (z.b. SiO 2 2-, Cl -, NO 3-, SO 4 2- )

22 P absorbiert, okkludiert stark gebundenes P durch Säure teilweise mobilisierbar Absorbiertes P Oxide Hxydroxide TM Okkludiertes P

23 P organisch durch Mikrobiologische Prozesse mobilisierbares P Phytin + Ca Fe Al unlösliche Phytate Gelöste P min Einbau im Humus/Mo

24 P organisch C : N : P : S C : N C : P C : S 8-12:1 30->100:1 ~130:1

25 Übersicht P Fraktionen Pflanzen verfügbarkeit sofort leicht gering sehr gering P Zustand Bl ad sorbiert ab sorbiert Okludiert Mineralisch Organisch Löslichkeit Wasser Mikrobio Konk. Ionen Säure Base Säure Mikrobiologie Säure

26 P- Analytik, ein Dilemma Wie können die P Formen analysiert und bewertet werden? Fotos: Unterfrauner

Messmethoden (ICP, Photometer) Foto: Unterfrauner - Sommerweizen - Wasserversorgung

27 P- Projekt Topfversuch Foto: Unterfrauner - 50 verschiedene Böden aus Deutschland und Österreich - 10 verschiedene Extraktionsverfahren (P pflanzenverfügbar) - 2 verschiedene Messmethoden (ICP, Photometer) Foto: Unterfrauner - Sommerweizen - Wasserversorgung optimal - Nährstoffversorgung üblich (P nicht manipuliert) Vergleich P Extrakte Boden zu P Entzug Pflanze

28 P [mg/kg] P Fraktionen im Boden mg/kg Mittelwerte aller Proben, n= Pt = 200 bis 800mg/kg leicht austauschbar säurelöslich Porg ,29 3,59 6, wl CaCl2 LiCl Olsen FeOxid CAL Membran Mehlich 3 Dithionit Bray2 Porg HCl Oxalat total

29 P [% von Ptotal] P Fraktionen im Boden in % von Pt 100 Mittelwerte aller Proben, n= P Bodenlösung < 0,1% Pt Porg 25 bis 65% Pt ,05 0,6 1,1 7,9 8, wl CaCl2 LiCl Olsen FeOxid CAL Membran Mehlich 3 Dithionit Bray2 Porg HCl Oxalat "total"

30 P [mg/l] Phosphor in der Bodenlösung 4,5 Proben, n = 33 PO 4 min + organisch PO 4 mineralisch (Ortho) 4 3,5 3 2,5 Organisch gebundener P 4 bis 55% 2 1,5 Optimalbereich 1 0, ,8 0,3

31 P Boden zu P Entzug Proben, n=50 P Extrakt zu P Entzug Best.Maß R 2 Frakt. Analyse wl 0,627 CaCl 2 0,546 Frakt. Analyse LiCl 0,380 Olsen 0,114 FeOxid 0,277 Aust. Membran 0,265 P Extrakt zu P Entzug Best.Maß R 2 CAL 0,077 Mehlich 0,099 Dithionit 0,009 Bray2 0,089 Frakt. Analyse HCl 0,001 Oxalat 0,007 wl/hcl 0,754

32 P wl [mg/kg] P wl zu P Entzug 2,0 1,6 1,2 y = 0,0431x - 0,155 R 2 = 0,6274 0,8 0,4 0, P Entzug [mg/topf]

33 P wl/nl [mg/kg] P wl/nl zu P Entzug 0,006 0,005 0,004 0,003 0,002 0,001 0 y = 0,0001x - 0,0005 R 2 = 0, P Entzug [mg/topf]

34 P wl zu P Entzug (Kulhanek, 2009)

35 P CAL [mg/kg] P CAL zu P Entzug y = 2,7327x + 73,024 R 2 = 0, P Entzug [mg/topf]

36 Aus: Heffterhofer Umweltgespräche

37 Berechnung von P Fraktionen Konkretes Beispiel aus dem Projekt Dichte: 1,5 g/cm 3 Humus: 2,5% Pwl = 0,56 mg/kg KH = 75 Tiefe: 0,30 cm C/P = 40:1 PHCl = 420 mg/kg CAL = 37 mg/kg (B) Bodenvolumen [m 3 /ha]: Bodengewicht [t/ha]: m 3 /ha t/ha Humusgehalt [t/ha]: 112,5 t/ha Corg [t/ha]: Corg = H / 2 = 56,25 t/ha Porg [kg/ha] = 56,25 t/ha/40 = PHCl [kg/ha]: = 420 * 4,5 = Pt = kg/ha Entzüge: P 5 bis 35 kg/ha 2,5 kg/ha = Pwl = 0,74 mg/l

38 Auswertung Bodenproben Frakt. A. N = 1600 P Bodenlösung [mg/l] 20% 13% P Pflanzenverfügbar [kg/ha] 17% 31% 26% 41% 26% < 0,25 0, >2 14% 7% 17% 26% < >60 33% 29% P Reserve mineralisch [kg/ha] < >2000

39 P Mobilisierung ph Wert Erhöhung der biologischen Aktivität Förderung der mikrobiologischen Aktivität Wurzelsymbiosen (Mykorrhiza Pilz) Förderung des Regenwurms Vermeiden von Verdichtungen, Erhöhen des durchwurzelbaren Volumens P Aufschließende Pflanzen als Zwischenfrüchte/Gründüngungen Ionenkonkurrenz

40 P Bindung (mmol/kg) Adsorbiert [%] ph Abhängigkeit P Verfügbarkeit Al- Fe Phosphat Ca Phosphat Phosphat Molybdad ph Wert ph Wert Aus: Scheffer/Schachtschabel, Lehrbuch der Bodenkunde, 16. Auflage 2010, Spektrum Akademischer Verlag

Mykorrhiza Mykorrhiza Wurzel http://www.

41 Mykorrhiza Mykorrhiza Wurzel

42 Boden versus Regenwurmkot Regenwurmkot

43 Boden versus Regenwurmkot Regenwurmkot

44 Wurzelraum Wurzellänge: bis 80 km Oberfläche: bis 300 km 2 Weizenwurzel im Mai Quelle: Wurzelatlas (Kutschera, Lichtenegger, Sobotka Quelle: Wurzelatlas (Kutschera, Lichtenegger, Sobotka

45 Wurzelexsudate Aufwand ~ 30% Assimilate Menge BBM [kg/ha]: bis Quelle: Wurzelatlas (Kutschera, Lichtenegger, Sobotka

46 P aufschließende Pflanzen Silberbaumgewächs/Protea Weiße Lupine Buchweizen Proteoidwurzeln

47 P sorbiert austauschbares P H + + H H + H + Fe, Al Oxide Tonminerale H + H + O H + H O P H + H + Ca ++ SiO -- 2 SiO -- 2 SiO -- 2 K + SiO -- 2 Mg ++ SiO -- 2 < LNP O O - ph abhängig (OH - oder H +, Ladungsnullpunkt) - Ionenkonkurrenz (zb SiO 2 2-, Cl -, NO 3-, SO 4 2- )

48 Zusammenfassung Ausreichend P in meisten landwirtschaftlich genutzten Böden Verschiedene P Formen, Pflanzenverfügbarkeit unterschiedlich CAL Extrakt zur Prognose des P Entzuges beschränkt geeignet Dynamische-intelligente Analytik notwendig Pwl, Pat, Pmin Reserve und Porg (wichtig C:P) Vorräte mobilisieren Entzugszahlen kritisch hinterfragen TBU

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