Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl Rechtliche und fachliche Grundlagen zur Kalkung

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Inhaltsübersicht Einführung Gesetzliche Rahmenbedingungen Fachliche Grundlagen der Kalkdüngung Fazit Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 2

Böden als Grundlage der landwirtschaftlichen Produktion Böden sind Die natürlichen Standort der Pflanzen Speicher und Vermittler von Nährstoffen Lebensraum für eine Vielzahl von Organismen, die für den Kreislauf der Nährstoffe unentbehrlich sind Filter und Speicher für Wasser Puffer und Filter für Schadstoffe Produktionsgrundlage für Land und Forstwirtschaft Ziel jedes Landwirtes muss es sein, die Böden langfristig in ihrer Fruchtbarkeit und Leistungsfähigkeit zu erhalten. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 3

Empfindlichkeit der Böden gegenüber Säurebelastung in NordrheinWestfalen Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 4

Wachstumsminderungen im Feldbestand (Praxisschläge in Ostdeutschland) Quelle: W. Zorn, TLL Jena, Neue Landwirtschaft 1994 Bodenversauerung 44% N Mangel 14% P Mangel 13% Cu, B, Mn und Zn Mangel 4% Mo Mangel 5% K Mangel 9% Mg Mangel 11% Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 5

Anforderungen des Düngemittelrechtes an Düngekalk (DMVO v. 19.12.2008) Um die Wirksamkeit von Kalken zu gewährleisten sind mehrere Mindeststandards gesetzlich festgelegt: 1.) Ein Mindestgehalt an basisch wirksamen Bestandteilen, z.b.: Kohlensauer Kalk mindestens 75 % Calciumcarbonat Branntkalk mindestens 65 % Calciumoxid Konverterkalk mindestens 40 % Calciumoxid 1.) Die Sieblinie: Eine ausreichende Mahlfeinheit: (Die Umsetzung im Boden hängt mit der Oberfläche zusammen) Kohlensauer Kalk: 97 % < 3,15 mm, 70 % < 1 mm Branntkalk: 97 % < 6,3 mm Konverterkalk: 97 % < 3,15 mm, 40 % < 0,315 mm Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 6

Einfluss der Korngröße eines kohlensauren Kalkes auf den phwert im Boden Quelle: Meyer, 1989 8 7 phwert im Boden 6 5 < 0,0063 mm 0,1 0,2 mm 0,5 1,0 mm 1,0 2,0 mm 4 3 2 4 10 30 60 90 120 Tage Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 7

Anforderungen des Düngemittelrechtes an Düngekalk (DMVO v. 19.12.2008) Um die Wirksamkeit von Kalken zu gewährleisten sind mehrere Mindeststandards gesetzlich festgelegt: 1.) Ein Mindestgehalt an basisch wirksamen Bestandteilen, z.b.: Kohlensauer Kalk mindestens 75 % Calciumcarbonat Branntkalk mindestens 65 % Calciumoxid Konverterkalk mindestens 40 % Calciumoxid 1.) Die Sieblinie: Eine ausreichende Mahlfeinheit: (Die Umsetzung im Boden hängt mit der Oberfläche zusammen) Kohlensauer Kalk: 97 % < 3,15 mm, 70 % < 1 mm Branntkalk: 97 % < 6,3 mm Konverterkalk: 97 % < 3,15 mm, 40 % < 0,315 mm 2.) Die Reaktivität: Umsetzung im Boden (Labor, verdünnte Salzsäure) (Berücksichtigung der mineralogischen Zusammensetzung) Kohlensauer Kalk: mindestens 30 %, > 25 % MgCO 3 mindestens 10 % Branntkalk: keine Anforderungen Konverterkalk: mindestens 30 % Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 8

Vergleich verschiedener Kalkprodukte mit dem BodenInkubationsversuch nach DIN EN 14984:2006 phentwicklung nach 28 Tagen gegenüber ohne Kalk phentwicklung nach 28 Tagen gegenüber ohne Kalk 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0,75 gcao/gefäß 1,5 g CaO/Gefäß 0 Calciumhydroxid Kohlensaurer Kalk Eierschalenkalk Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 9

Basische Wirksamkeit Neutralisationswert Kalkdünger werden nach ihren basisch wirksamen Bestandteilen bewertet: CaCO 3 ; CaO, MgCO 3, MgO Die basisch wirksamen Bestandteile sind das Maß für das Neutralisierungspotential: Welche Menge Säure kann pro Mengeneinheit Düngekalk neutralisiert werden Bei Kohlensaueren Kalken wird die Carbonatform CaCO 3, MgCO 3 angegeben, bei allen andern Kalken die Oxidform CaO, MgO Alle basisch wirksamen Bestandteile können zum Vergleich in CaO umgerechnet werden: Neutralisationswert Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 10

Umrechnungsfaktoren von basisch wirksamen Nährstoffen Bsp.: Kohlensaurer Magnesiumkalk 90 (50 % CaCO 3 + 40 % MgCO 3 ): 50 % CaCO 3 X 0,560 = 28 % CaO 40 % MgCO 3 x 0,478 = 19 % MgO X 1,391 = 27 % CaO Summe: 28 % + 27 % = 55 % CaO 1,785 2,092 CaO CaCO 3 MgO MgCO 3 0,560 0,478 MgO 1,391 0,719 CaO 1,187 MgCO 3 CaCO 3 0,842 MgO oder MgCarbonate sind aufgrund ihres geringeren Molekülgewichtes um die angegebenen Faktoren basisch wirksamer als CaO/CaCarbonate (bezogen auf die Gewichtseinheit). Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 11

Basische Wirksamkeit (Neutralisationswert) von kohlensaurem Kalk und Kohlensaurem Magnesiumkalk berechnet als CaO MgCO 3 Gehalt in % 0 5 10 15 20 25 30 35 40 CaCO 3 Gehalt in % Basische Wirksamkeit in % berechnet als CaO Neutralisationswert 50 45 48 51 55 55 44 48 51 54 58 60 44 47 51 54 57 65 43 46 49 53 56 70 42 46 51 52 56 75 42 45 49 52 55 80 45 48 52 53 85 48 51 55 90 50 53 95 53 Mindestgehalt Summe CaCO 3 + MgCO 3 lt. Düngemittelrecht: 75 % Umrechnungsfaktoren: CaCO 3 x 0,56 = CaO; MgCO 3 x 0,48 = MgO; MgO x 1,391 = CaO Werte gerundet Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 12

Basische Wirksamkeit (Neutralisationswert) von Branntkalk, MagnesiumBranntkalk, Mischkalk und MagnesiumMischkalk berechnet als CaO MgOGehalt in % 0 5 10 15 20 25 30 35 40 CaO Gehalt in % 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 55 60 65 70 75 80 85 90 Basische Wirksamkeit in % berechnet als CaO Neutralisationswert 61 68 75 82 89 59 66 73 80 87 94 57 64 71 78 85 92 99 62 69 76 83 90 97 104 67 74 81 88 95 102 109 72 79 86 93 100 107 77 84 91 98 105 82 89 96 103 110 87 94 101 92 99 97 96 101 106 111 95 95 Mindestgehalt Branntkalk/MagnesiumBranntkalk Summe CaO+ MgO lt. Düngemittelrecht: 65 %. bzw. Mischkalk/MagnesiumMischkalk Summe CaO + MgO lt. Düngemittelrecht : 55 % Umrechnungsfaktoren: MgO x 1,391 = CaO; Werte gerundet Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 13

Weiter Vorgaben des Düngemittelrechtes für Düngekalk Zur Erreichung der Mindestgehalten an basisch wirksamen Bestandteilen zählt die Summe aller basisch wirksamen Bestandteile Ab einem Gehalt von 15 % MgCO 3 bzw. MgO darf die Typenbezeichnung um das Wort Magnesium ergänzt werden: z.b. MagnesiumBranntkalk; Kohlensauer Magnesiumkalk Es gelten folgende Toleranzen: Basisch wirksame Bestandteile: 3 4 %Punkte +/ Magnesium (MgCO 3 bzw.. MgO): 50 %, 2,5 %Punkte +/ Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 14

Zugelassene Kalkdünger Teil 1 Typenbezeichnung Kohlensaurer Kalk (Kohlens. Magnesium Kalk) Branntkalk (MagnesiumBranntkalk) Mischkalk (Magnesium Mischkalk) Konverterkalk Basischer Gehalte in % 80 95 (mindest. 75) 50 55 bzw. 30 40 (mindest. 15) 80 95 50 55 bzw. 30 40 (mindest. 15) 60 70 (mindest. 50 %) 40 45 bzw. 25 30 (mindest. 15) 41 43 (mindest. 40) Zusammensetzung, Art der Herstellung Calciumcarbonat und Magnesiumcarbonat aus Kreide, Kalkstein oder Dolomit natürlicher Lagerstätten Aus Meeresalgen Calciumoxid und Magnesiumoxid aus Kreide, Kalkstein oder Dolomit natürlicher Lagerstätten durch Brennen Calciumcarbonat, oxid, und hydroxid, Magnesiumcarbonat oxid und hydroxid aus Kreide, Kalkstein oder Dolomit natürlicher Lagerstätten durch Mischen oder Brennen Silikate und Oxide von Calcium und Magnesium bei der Herstellung unlegierter Stähle Hüttenkalk 44 47 (mindest. 42) Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung Silikate von von Calcium und Magnesium aus Hochofenschlacke 15

Zugelassene Kalkdünger Teil 2 Kalkdünger aus: (Anlage 2 Tabelle 6.4): Kalk und basisch wirksame Bestandteile bewertet als CaO, Mindestgehalt 30 % in der Trockenmasse Reaktivität mindestens 30 %, ab einem Gehalt von 25 % MgCO 3 mindestens 10 % Oxide, Hydroxide, Carbonate, Silikate von Calcium oder Magnesium Dürfen nur aus einem Stoff bestehen (mit Ausnahmen) Toleranz: Carbonatanteil < 40 %: 2 %Punkte +/ Carbonatanteil > 40 %: 3 %Punkte +/ Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 16

Zugelassene Kalkdünger Teil 2 Anlage 2 Tabelle 6.4: Kalkdünger aus Ausgangstoff, Stoffgruppe oder Herkunft Aus der Gewinnung und Verarbeitung von Kalkstein Aus der Herstellung von Stickstoffdüngern Aus der Herstellung von Atemkalk Aus der Verarbeitung von Zuckerrüben Aus der Verwertung von Eierschalen Aus der Aufbereitung von Trink und Brauchwasser Aus der Phosphatfällung in Klarablaufwasser Aus der Acetylenherstellung Aus der Verbrennung von Papier Verbrennung pflanzlicher Stoffe Aus der Verbrennung von Braunkohle Aus der Entschwefelung von Abgasen Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 17

Zugelassene Kalkdünger Teil 2 Anlage 2 Tabelle 6.4: Kalkdünger aus Ausgangstoff, Stoffgruppe oder Herkunft Aus der Herstellung von Siedesalz Aus der Aufbereitung von Meeresalgen Aus der anaerobe Aufbereitung von organischen Stoffen (Gärresten) Aus der Gewinnung von Kohlendioxyd aus natürlichen Wässern Aus der Aufbereitung von Wiesenkalken, Mergel Aus der Sulfatzellstoffherstellung Aus der Sodaherstellung Aus der Aufbereitung von Ziegeleikalken Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 18

Düngemittelrechtliche Anforderungen bezüglich Schadstoffen Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 19

Wirkungsweise sowie chemische Umsetzung von Düngekalk: hier Kohlensaure Kalke Kohlensaurer Kalk wird durch CO 2 und H 2 O in Calcium (Ca) Hydrogencarbonat überführt + + CaCO 3 CO 2 2 H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 Aus dem CaHydrogencarbonat löst sich das CaKation, das bildet eine Brücke und 2 Hydrogencarbonate werden frei + Ca(HCO 3 ) 2 2 HCO 3 Ca ++ Tonminerale Die beiden Hydrogencarbonate binden 2 H + Ionen, dabei entsteht zweimal Kohlensäure + + 2 HCO 3 2 H + 2 H 2 O Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 2 CO 2 20

Wirkungsweise sowie chemische Umsetzung von Düngekalk: hier Silikatische Kalke Silikatischer Kalk wird durch H + in Calcium und Siliciumdioxid (freie Kieselsäure) überführt + + CaSiO 3 2 H + H 2 O Ca ++ SiO 2 + + Ca 2 (SiO 4 ) 4 H + 2 H 2 O 2 Ca ++ SiO 2 Tonminerale Die Umsetzung von Kalk aus der silikatischen Bindung erfolgt in Abhängigkeit vom phwert: Bei niedrigem phwert schneller und mit abnehmendem Säuregrad langsamer: Damit eignet sich Konverterkalk für alle Standorte ohne das die Gefahr einer Überkalkung besteht. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 21

Wirkungsweise sowie chemische Umsetzung von Düngekalk: hier gebrannte Kalke Kohlensaurer Kalk wird im Kalkofen zu Branntkalk (CaO) umgewandelt, CO 2 wird freigesetzt CaCO 3 + ca.1100 C CaO CO 2 + Branntkalk (CaO) bindet Wasser, das Ca ++ Ion wird gelöst und 2 OH Ionen frei + + CaO H 2 O Ca ++ 2 OH Das Ca ++ Ion bildet eine Brücke, die 2 OH Ionen neutralisieren 2 H + SäureIonen + Ca ++ Tonminerale 2 OH 2 H + 2 H 2 O Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 22

AustauschPufferSystem und Pufferwirkung des Kalkes AustauscherCa 2+ Tonminerale + 2 H 2 CO 3 = Ca(HCO 3 ) 2 + 2 H + H + AustauscherH + Tonminerale Ca 2+ wird durch H + am Austauscher (Tonminerale) ersetzt, der phwert sinkt, die Bodenstruktur wird instabil H 2 O + 2 CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 + H 2 SO 4 Puffer Säure Neutralisation CaSO 4 Pufferung ist die Fähigkeit eines Bodens, Reaktionsveränderungen aufzufangen und den Zustand zu bewahren Auswaschung Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 23

Kalkbilanz im Ackerbau Kalkverbrauch der Böden Mitteleuropas Neutralisation+Auswaschung: Neutralisation+Auswaschung: 300 300 450 450 kg kg CaO CaO // ha ha Ernteentzüge: Ernteentzüge: 50 50 kg kg CaO CaO // ha ha Gesamtverbrauch: Gesamtverbrauch: 350 350 500 500 kg kg CaO CaO / / ha ha Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 24

Kalkung immer noch häufig eine unbekannte Variable... Warum muss denn überhaupt gekalkt werden? Bodenchemie Bodenbiologie Bodenphysik Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 25

Kationenbelegung am Bodenaustauscher Bedeutung der zweiwertigen Kationen Calcium und Magnesium 7% 1% 2% 10% 10% 70% Ca Mg K Na NH4 H Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 27

ph Wert Negative dekadische H + Ionenkonzentration 10000 9000 H + Io n e n K o n z e n tra tio n 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 ph 7 ph 6 ph 5 ph 4 Der phwert ist die Maßzahl für die Konzentration an H + IonenKonzentration in der Bodenlösung. Dabei bedeutet jede ganze Zahl die zehnfache Menge an H + Ionen zu nächsthöheren Zahl. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 28

Was muss ein optimaler phwert berücksichtigen? Verfügbarkeit von Mikro und Makronährstoffen Toxische Wirkung von Al und Mn Mobilität toxischer Schwermetalle Humusabbau Bodengefüge Biodiversität Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 29

Nährstoffverfügbarkeit in Abhängigkeit vom ph Wert nach Arnold Finck, 1976 ph 4 5 6 7 8 N, S, K, Ca, Mg P, B ph Fe, Mn, Cu, Zn Mo Al Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 30

Pflanzenverfügbarkeit von Mikronährstoffen in Abhängigkeit vom BodenpHWert Quelle: W. Zorn, LADSymposium, 112003, Wettenberg (Hessen) 100 Verfügbarkeit in % 80 60 40 20 0 4 5 6 7 8 Boden phwert Molybdän Bor Kupfer Mangan Zink Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 31

Löslichkeit von Cd, Zn und Pb in Abhängigkeit vom phwert des Bodens Quelle: Fränzle et al., 1995 / BEW Essen, 16.03.2004 35 gelöster Anteil in % 30 25 20 15 10 5 0 Cd Zn Pb 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 phwert Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 32

CdMobilität und Gehalte in Abhängigkeit vom phwert des Bodens Quelle: Feldwisch, Müller u. Marschner : Bodenschutz 42004, S. 124131 Cd in mg / kg TS 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Cd im Weidelgras ANlösl. Cd im Boden 4,59 5,2 5,5 5,9 6,4 6,7 7 7,4 phwert Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 33

Verbesserte Nährstoffeffizienz durch optimale Kalkung Quelle (nach DHG 092001): CELAC,Les Amendements Calciques et Magnesiens 100 Ausnutzungsgrad in Prozent 80 60 40 20 0 ph 4,5 ph 5,0 ph 5,5 ph 6,0 ph 7,0 N 30 43 77 89 100 P 23 31 48 52 100 K 33 53 77 100 100 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 34

Kalkversorgung und Bodenchemie Wenn der Boden versauert... Anstieg der H + Ionenkonzentration: H + Toxizität Anstieg der AlIonenkonzentration: AluminiumToxizität Anstieg der MnIonenkonzentration: ManganToxizität Verdrängung der MakronährstoffKonzentration: Mangel an Calcium + Magnesium in der Pflanze Massive Festlegung von Phosphat und Molybdän: Phosphat und Molybdänmangel in der Pflanze Mangelhaftes Wurzelwachstum und schlechte Wasseraufnahme: Nährstoffmangel, Trockenstress, schlechte Nährstoffeffizienz Die Pflanzenentwicklung ist deutlich eingeschränkt und die Erträge und Qualitäten gehen deutlich zurück. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 35

Kalkversorgung und Bodenbiologie Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 37

Entwicklung der Bakteriendichte im Boden in Abhängigkeit vom phwert Quelle: nach Waksmann, 1987 Bakterienanzahl Bakterienanzahl in in Mio. Mio. / / g g Boden Boden 15 15 14 14 13 13 12 12 11 11 10 10 9 9 8 8 7 7 6 6 5 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 0 6,2 5,6 6,2 5,6 5,1 5,1 4,8 4,8 4,5 4,5 5 5 5,5 5,5 6 6 phwert phwert Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 38

Potentielle Nitrifikationsleistung, Dehydrogenaseaktivität und mikrobielle Biomasse eines Standortes bei unterschiedlichen phwerten Quelle: Genießer, Diss. Universität Bonn 1995 50 40 30 20 + 665 % + 590 % + 193 % 10 0 ph 4,9 ph 7,2 Nitrifikationsleistung Dehydrogenaseaktivität mikrobielle Biomasse Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 39

Kalkversorgung und Bodenbiologie Wenn der Boden versauert... Verminderung der Anzahl an wertvollen Mikroorganismen und der gesamten biologischen Aktivität: Verringerte Umsetzung von organischen Materialien wie Ernterückständen oder Gülle Verminderte Umsetzung von NDüngern (Nitrifikation) Aufbau von minderwertigen Humusformen mit einem weiten C/NVerhältnis Die Bodenbiologie steht hierbei neben der Bodenchemie eng mit der Bodenphysik in Verbindung. Für eine gute mikrobielle Aktivität ist es daher auch wichtig, dass auch die bodenphysikalischen Gegebenheiten wie eine ausreichende Bodenfeuchte und Durchlüftung in Ordnung sind. Von Nachteil sind dementsprechend Staunässe und Verdichtungen. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 40

Verschlämmung verhindern durch den richtigen phwert und freien Kalk Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 42

Stabilisierung der Tonminerale im Boden durch freies Calcium und Magnesium Quelle: nach DHG Köln, 1994 Dicht gelagerte Tonmineralplättchen Sekundärporen Zufuhr von Ca oder Mg Ausgefälltes Ca/MgCarbonat/Silikat in den Porenwinkeln Neben dem phwert ist der Gehalt an freiem Kalk wichtig zur Beurteilung des optimalen Kalkzustandes eines Bodens. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 43

Verschlämmungsneigung bzw. Krümelstruktur im Boden in Abhängigkeit vom Calciumgehalt Quelle: Schematische Darstellung, 2006 Wasser Durchlässigkeit KAK Sekundäre Tonminerale KAK Sekundäre Tonminerale KAK Humus Gasaustausch Ca 2+ KAK Sekundäre Tonminerale Ca 2+ KAK Sekundäre Tonminerale Ca 2+ KAK Humus Eine Zufuhr von Calcium sorgt für Bildung von stabilen Aggregaten, (TonHumusKomplexe) die auch nach einer Bodenbearbeitung erhalten bleiben. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 44

Verschlämmung und Erosionswirkung auf Lößböden in Abhängigkeit vom phwert Quelle: nach Schuhbauer, 1980 ph 6,3 = 100, ph 7 relativ 300 250 200 150 100 50 0 + 47 % Gefügestabilität (gewogener mittlerer Durchmesser) in % + 163 % Wasserdurchlässigkeit der Ackerkrume ph 6,3 ph 7,0 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 45

Verbesserung der Regenverdaulichkeit des Bodens durch Kalkung im Feldversuch (Arzdorf, RheinSiegKreis) Quelle: EurichMenden, 1996, Boden und Landschaft 7, Universität Gießen Wasserinfiltritation (Liter/dm2 in 10 Min.) 14 12 10 8 6 4 2 0 stark lehmiger Schluff 20 % Ton 2,4 % Humus ph 6,2 ph 6,8 ohne Kalk Konverterkalk Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 46

Kalkversorgung und Bodenphysik Wenn der Boden versauert... Anstieg der Verschlämmungsneigung Anstieg der Erosionsgefahr Schlechteres Wasserhaltevermögen Unzureichenden Aggregatstabilität führt zu : Ungünstiges Porenvolumen, schlechter Gasaustausch (O 2 /CO 2 ), Staunässe, schlechtere Erwärmung und Verdichtung bis in den Unterboden Mangelhaftes Wurzelwachstum und schlechte Wasser und Nährstoffaufnahme Schlechte Umsetzung von Ernterückständen Höherer Zugkraftbedarf durch ungünstige Bodenstruktur Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 47

Kalk als Motor der Bodenfruchtbarkeit Dem Boden zugeführter Kalk Kalkverbrauchende Einflüsse Direkte Kalkwirkung Indirekte Kalkwirkung Verbesserte Assimilation Auswaschungsverluste Kalkzehrende organische und Säurebildung durch Oxidation biologisch Ernteentzüge mineralische Düngemittel Mikroorganismen gebundenen Saure Niederschläge Stickstoffs Entgiftung, Entsauerung, H + Bindung = optimaler ph Wert Bessere Verfügbarkeit der Haupt und Spurennährstoffe Ausflockung der Tonteilchen, Krümelbildung, Gare Größeres Porenvolumen, mehr Luft im Boden, Wasserführung gut Verstärktes Wurzelwachstum, Wurzeln gehen tiefer Bessere Ausnutzung der Düngemittel Bildung von wertvollem Dauerhumus, verbesserte Nährstoffkapazität Verstärkte Abgabe von CO 2 in bodennahe Luftschicht Förderung der Mikroorganismen, schnellere Zersetzung der Substanz Verstärkte Nährstoffaufnahme durch die Wurzel Schnellere Verfügbarkeit der Nährstoffe aus org. Substanz Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 48

Reaktionsbereich europäischer Nutzpflanzen Quelle: Klapp, 1967 Wintergerste Wintergerste Feldfrüchte Winterweizen Winterweizen Raps Raps Zuckerrüben Zuckerrüben Winterroggen Winterroggen 4 4 4,5 4,5 5 5 5,5 5,5 6 6 6,5 6,5 7 7 7,5 7,5 phwerte Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 49

Statischer Nährstoffmangelversuch Thyrow Keine Kalkdüngung seit 1936 / Sommergerste 2004 Quelle: W. Zorn, TLL Jena, Fachberatertagung Kalk, Langenselbold, 19.06.2006 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 50

Säureschäden in Sommergerste Buntsandsteinverwitterung mit 5% Ton / Bad Berka 2001 Quelle: W. Zorn, TLL Jena, Fachberatertagung Kalk, Langenselbold, 19.06.2006 ph 6,0 ph 3,8 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 51

Säureschäden in Sommergerste Buntsandsteinverwitterung mit 5% Ton / Bad Berka 2001 Quelle: W. Zorn, TLL Jena, Fachberatertagung Kalk, Langenselbold, 19.06.2006 Kalkbedarf: 45 dt CaO/ha Kalkbedarf: 0 dt CaO/ha Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 52

Großflächenversuch Wintergerste 2003 Versuchsstandort der Rheinkalk KDI: Neuenrade/Sauerland Quelle: J. Pesch, HagenHalden, 10.04.2003 ph 6,3 ph 5,1 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 53

Wirkungen von Al auf die Wurzelbildung von Sommergerste im Feldbestand Quelle: W. Zorn, TLL Jena, Fachberatertagung Kalk, Langenselbold, 19.06.2006 ph 6,0 ohne Al 3+ ph 3,8 Al 3+ Toxizität Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 54

Großflächenversuch Mattfeldele / Freiburg Körnermais auf gekalktem und ungekalktem Standort 2001 Quelle: Abschlussbericht IfuL Müllheim u.a., April 2004 ph 6,4 ph 6,4 ph 5,1 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 55

Fruchtfolgeversuch 2002 Bodenacidität und Wachstumsdepressionen bei Zuckerrüben Quelle: Gutser, Institut für Pflanzenernährung, MünchenFreising, 20.06.2002 ph 6,6 ph 5,1 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 56

Mittlere Ertragseinbußen durch unzureichende Kalkung Quelle: Kerschberger, M.: Landwirtschaftsblatt WeserEms 30 / 30.07.1993 0 Ertragsverlust in Prozent 10 20 30 40 50 60 Rüben SGerste WGerste Mais Rotklee Hafer W Weizen W Roggen Kartoffeln Einbuße 50 40 40 30 25 20 15 15 10 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 57

Unvermeidliche Kalkverluste durch Neutralisation und Auswaschung in Abhängigkeit von der Bodennutzung und Niederschlagsmenge Quelle: DHG jährliche Niederschläge Bodenart Nutzungsform niedrig (< 600 mm) mittel (600750 mm) hoch (> 750 mm) kg CaO/ha + Jahr leicht (S, l`s) Ackerland Grünland 300 150 400 250 500 350 mittel (sl bis t`l) Ackerland Grünland 400 200 500 300 600 400 schwer (tl, T) Ackerland Grünland 500 250 600 350 700 450 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 58

Ziel von Düngungsmaßnahmen ist die Einstellung der Gehaltsklasse C Gehaltsklasse A (niedrig) B (mittel) C (anzustreben) D (hoch) E (sehr hoch) Düngungsempfehlung: Ziel Stark erhöhte Düngung: Deutliche Erhöhung der verfügbaren Gehalte Erhöhte Düngung: Erhöhung der verfügbaren Gehalte Erhaltungsdüngung: Aufrechterhaltung der verfügbaren Gehalte 1/2 Erhaltungsdüngung: Langsame Abnahme der verfügbaren Gehalte z.zt. Keine Düngung: Abnahme der verfügbaren Gehalte Versorgungsstufe: Anzustreben ist Versorgungsklasse C Zeit Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 59

Kalkempfehlungen für Ackerland (n. Landwirtschaftskammer NRW) Bodenart Sand anzustrebender phwert und Erhaltungskalkung* (kg/ha CaO) in Abhängigkeit vom Humusgehalt bis 4 % humusarm bis humos 5,6 600 4,1 8 % stark humos 5,2 500 8,1 15 % sehr stark humos 4,8 400 15,1 30 % anmoorig 4,3 200 über 30 % Moor** 4,1 0 maximale Kalkgabe pro Jahr in kg/ha CaO 1000 lehmiger Sand, sandiger Schluff 6,0 900 5,6 800 5,2 700 4,8 300 1500 stark sandiger Lehm lehmiger Schluff 6,4 1100 6,0 900 5,6 700 5,1 400 2000 sandiger Lehm schluffiger Lehm Lehm 6,8 1300 6,3 1100 5,8 900 5,2 500 3000 schluffig, toniger Lehm toniger Lehm Ton 7,0 1600 6,5 1500 6,0 1200 5,4 600 4000 * Die empfohlenen Kalkmengen beziehen sich auf eine dreijährige Fruchtfolge mit mittlerem Ertragsniveau bei 850 mm Jahresniederschlag. **Die Kalkempfehlungen für Moorstandorte bezieht sich auf Hochmoor, Niedermoorstandorte weisen zumeist von Natur aus phwerte von 6 6,5 auf und bedürfen keiner Kalkung. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 60

Kalkempfehlungen für Grünland (n. Landwirtschaftskammer NRW) Bodenart Sand anzustrebender phwert und Erhaltungskalkung* (kg/ha CaO) in Abhängigkeit vom Humusgehalt bis 8 % humusarm bis stark humos 5,0 500 8 15 % sehr stark humos 4,8 400 15 30 % anmoorig 4,5 300 über 30 % Moor** 4,3 0 maximale Kalkgabe pro Jahr in kg/ha CaO 1000 lehmiger Sand, sandiger Schluff 5,4 600 5,2 500 5,0 300 1000 stark sandiger Lehm lehmiger Schluff 5,7 700 5,4 600 5,1 400 1500 sandiger Lehm schluffiger Lehm Lehm 5,9 800 5,6 700 5,3 500 1500 schluffig, toniger Lehm toniger Lehm Ton 6,1 900 5,8 800 5,5 600 2000 * Die empfohlenen Kalkmengen beziehen sich auf Grünland mit einer mittleren Nutzungsintensität für 3 Jahre bei 850 mm Jahresniederschlag. **Die Kalkempfehlungen für Moorstandorte bezieht sich auf Hochmoor, Niedermoorstandorte weisen zumeist von Natur aus phwerte von 6 6,5 auf und bedürfen keiner Kalkung. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 61

Kalkbedarf für eine Aufkalkung auf den ZielpHWert bei unterschiedlichen AusgangspHWerten (Bodenart stark lehmiger Sand) Quelle: VDLUFA Kerschberger u.a., 09/1999 phklasse Boden phwert Kalkbedarf in t CaO/ha Kosten der Kalkung in /ha C 6,2 1,4 98 B 5,2 5,3 371 A 4,8 7,3 511 Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung (Annahme: 0,07 kg CaO) 62

Anteil der Kalkdünger an den Gesamtkosten der Produktionsmittel Quelle: DHG, Fachinformationen für die Landwirtschaft, 01/2008 Kalkdünger 12 % Düngemittel (N, P, K, S, Mg) 89 % Sonstige Kosten 90 % Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 63

Branntkalk/MagnesiumBranntkalk Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten Branntkalk und MagnesiumBranntkalk: Herstellung durch Brennen von Kalkstein oder Dolomit. Der gesamte Kalk liegt in Form von CaO/MgO vor. Eigenschaften: Schnellste Umsetzung im Boden: Rasche Beseitigung von Bodensäure Hohe Konzentration an freien Ca/MgIonen: einzigartige rasche Stabilisierung der Bodenstruktur über Tonflockung und Bildung von TonHumusKomplexen Hohe Gehaltlagen 65 95 % CaO + MgO, hohe Neutralisationswerte: 65 111 Geringere Aufwandmengen: senkt Transport und Ausbringkosten Einsatzmöglichkeiten: Gesundungskalkung Aufkalkung Erhaltungskalkung Vorsaatkalkung (Zuckerrüben, Raps, Mais): Minderung von Verschlämmung Kopfkalkung (Kartoffeln): Verbesserung der Rodeeigenschaften Wirkung gegen Nacktschnecken und Kohlhernie (Raps) Besonders geeignet für zur Verschlämmung und Verdichtung neigende schluffige bis tonige Böden. Bei leichten Böden aufgrund der mangelnden Pufferung nicht zu hoch dosieren. Auf Grünland und in stehende Bestände nur, wenn diese abgetrocknet sind, sonst Gefahr von Verätzungen. MagnesiumBranntkalke sichern auf preiswerte Weise die MgVersorgung. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 64

Mischkalk/MagnesiumMischkalk Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten Mischkalk und MagnesiumMischkalk Herstellung durch Brennen (Teilbrannt) von Kalkstein oder Dolomit oder durch Mischen von gebrannten und ungebrannten Kalksteinen bzw. Dolomiten. Der Kalk liegt in Form von CaO/MgO und CaCO 3 /MgCO 3 vor. Eigenschaften: Vereiniget die schnelle Wirkung von Branntkalk und die nachhaltige Umsetzung von kohlensaurem Kalk Zu einem Teil schnelle Umsetzung im Boden: Rasche Beseitigung von Bodensäure Relativ hohe Konzentration an freien Ca/MgIonen: einzigartige rasche Stabilisierung der Bodenstruktur über Tonflockung und Bildung von TonHumusKomplexen Hohe Gehaltlagen 55 70 % CaO + MgO, hohe Neutralisationswerte: 55 89 Geringere Aufwandmengen: senkt Transport und Ausbringkosten Einsatzmöglichkeiten: Gesundungskalkung Aufkalkung Erhaltungskalkung Vorsaatkalkung (Zuckerrüben, Raps, Mais) Kopfkalkung (Kartoffeln) Ideal geeignet für zur Verschlämmung und Verdichtung neigende schluffige bis tonige Böden. Bei leichten Böden aufgrund der mangelnden Pufferung nicht zu hoch dosieren. Auf Grünland und in stehende Bestände nur, wenn diese abgetrocknet sind, sonst Gefahr von Verätzungen. MagnesiumMischkalke sichern auf preiswerte Weise die MgVersorgung. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 65

Kohlesaure Kalke/Kohlensaure Magnesiumkalke Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten Kohlensaurer Kalk, Kohlensaurer Magnesiumkalk Herstellung durch Vermahlen von Kalkstein oder Dolomit. Der Kalk liegt in Form von Carbonaten (CaCO 3 /MgCO 3 ) vor. Eigenschaften: Nachhaltige Umsetzung ohne Gefahr einer Überkalkung Umsetzung im Boden stark abhängig von Ausgangsgestein und Mahlfeinheit (Oberfläche) Neben trockener auch erdfeuchte Ware herstellbar: Vorteile bei Transport, Umschlag und Lagerung und Ausbringung Kein Gefahr von Verätzung Einsatzmöglichkeiten: Gesundungskalkung Aufkalkung Erhaltungskalkung Grünlandkalkung Gut geeignet für alle, auch leichte, wenig gepufferte Böden. Auf Grünland jederzeit einsetzbar, wenn befahrbar. Kohlensaure Magnesiumkalke sichern auf preiswerte Weise die MgVersorgung. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 66

Konverterkalk feucht körnig Eigenschaften und Einsatzmöglichkeiten Konverterkalk feucht körnig Herstellung durch Zugabe von Kalk in den Konverter bei Stahlherstellung als Schlackebildner. Anschließend erfolgt ein Eigenzerfall und eine Absiebung. Der Kalk liegt als CalciumSilikat vor und wird als CaO/MgO bewertet. Eigenschaften: Angepasste Umsetzung in Abhängigkeit vom phwert Enthält freie Kieselsäure, die zur Krümelstabilisierung und zur Verbesserung der Nährstoffverfügbarkeit beiträgt Enthält Magnesium und essentielle Spurennährstoffe zur Unterstützung der Versorgung Keine Gefahr einer Überkalkung oder Verätzung Gutes Handling bei Transport, Lagerung und Ausbringung Einsatzmöglichkeiten: Gesundungskalkung Aufkalkung Erhaltungskalkung Grünlandkalkung Gut geeignet für alle, auch leichte, wenig gepufferte Böden. Aufgrund seiner guten Löslichkeit ideal auf Grünland einsetzbar. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 67

Fazit Ein korrekter Kalkversorgungszustand ist Grundlage für die langfristige Erhaltung einer hohen Bodenfruchtbarkeit. Durch natürliche und durch anthropogene Einflüsse findet ein beständiger Kalkverbrauch statt. Eine fortschreitende Bodenversauerung führt zu stetig absinkenden ph Werten, was ab bestimmter Grenzen zu starken, durch andere Maßnahmen nicht zu kompensierenden Ertragsminderungen und bis zu völligen Ertragsausfällen bei säureempfindlichen Kulturpflanzenarten führt. Die Kalkung ist in erster Linie eine Bodendüngung und hat Einfluss auf: Die Bodenchemie: z.b. phwert, Nährstoffverfügbarkeit Die Bodenbiologie: z.b. mikrobielle Aktivität Die Bodenphysik: z.b. Aggregatstabilität, Luft, u. Wasserhaushalt Nur durch eine regelmäßige, an Empfehlungen der Bodenuntersuchungen orientierte Zufuhr von basisch wirksamen Verbindungen (Carbonate, Silikate, Oxide und Hydroxide) kann der Versauerung entgegen gewirkt werden, und die Böden nachhaltig in ihrer Fruchtbarkeit erhalten werden. Rheinkalk KDI Dr. Uwe Pihl 11.11.2009 Rechtliche und fachliche Grundlagen der Kalkung 68