In diesem Kapitel werden kurz die allgemeinen Eigenschaften von Zn, Cu und Phosphor im Boden, die wichtigsten Eintragswege, sowie die Bedeutung in der Tierernährung erläutert.
2.1 Zink, Kupfer und Phosphat im Boden
2.1.1 Zink und Kupfer
Zn und Cu sind positiv geladene Schwermetalle. Im Boden können sie verschiedene Bindungen eingehen:
• Bildung von Oberflächenkomplexen an Oxiden und Kanten von Tonmineralien
• An den permanent negativ geladenen Oberflächen der Tonmineralien können die Metalle auch durch Kationenaustausch gebunden werden.
• An organischen Substanzen (z.B. Huminstoffe) können sie durch Kationenaustausch, oder durch Bildung von organischen Komplexen gebunden werden
• Ausfällung an Oberflächen von Mineralien
Bei steigendem Boden pH werden beide Metalle besser adsorbiert (da mehr negative Ladungen vorhanden sind), wodurch deren Mobilität und Bioverfügbarkeit abnimmt. Die Art der Bindung ist pH-abhängig. In schwach sauren bis neutralen Böden ist die spezifische Adsorption an Huminstoffen und Oxiden relevant. Es kann davon ausgegangen werden, dass die betrachteten NABO-Parzellen dieser Kategorie angehören.
Schwermetalle wie Cu (und auch Zn) werden im Boden verhältnismässig stark gebunden, so dass ihre Mobilität eher gering ist. Der Transport im Boden erfolgt daher nur durch gelöste organische Komplexe oder durch mobile Kolloide, entlang von präferentiellen Fliesswegen (Kretschmar, 2006).
2.1.2 Phosphat
Phosphat ist wichtig für das Wachstum der Pflanzen, da es ein zentraler Bestandteil vom ADP/ATP-Energiestoffwechsel ist. Zudem bilden Phosphate wichtige Bausteine für die DNA als auch für Phospholipid-Zellmembranen.
Im Boden kommt Phosphor in der Regel in der Oxidationsstufe +V vor, als Phosphat (PO43-) und seinen Verbindungen. Die Phosphat-Konzentration in der Bodenlösung variiert zwischen 0.001 bis 5mg/L, in ungedüngten Böden beträgt sie weniger als 0.1 mg/L. Die Phosphat-Verfügbarkeit hängt stark vom pH, der Mineralogie, der organischen Substanz, der Bodentemperatur und weiteren Faktoren ab. Der ideale pH für die Phosphat- Bioverfügbarkeit ist ca. pH=6.
Während in den stark verwitterten Böden der Tropen und Subtropen P-Mangel ein weit verbreitetes Problem ist, weisen die Böden in den Industrieländern eher einen Phosphat-Überschuss auf. Dies, da in der Regel mehr gedüngt als entzogen wird, was zu einer Anreicherung führt (Kretschmar, 2006).
2.2 Zink, Kupfer und Phosphor in der Tierernährung
2.2.1 Allgemeine WirkungCu und Zn sind für Tiere und deren Wachstum essentiell. Diese Spurenelemente werden insbesondere dann zur Nahrung dazugemischt, wenn die Futtermittel zu geringe Konzentrationen aufweisen. Extremer Mangel an Cu führt zu Blutmangel, gestörtem Knochen- und Gesamtwachstum, Schädigungen der Blutgefässe und Fruchtbarkeitsstörungen.
Zn-Mangel äussert sich in Wachstumsstörungen, verminderter Proteinsynthese, Hautläsionen, Fruchtbarkeitsstörungen, etc (Kessler 1993).
Da jedoch grössere Mengen der Spurenelemente die Erträge steigern (ergotrope Effekte), werden die Spurenelemente oft in Mengen verabreicht, welche die empfohlenen Bedarfsmengen übersteigen.
Bei den Schweinen weisen die Zusatzfutterstoffe für Ferkel die höchsten Cu- und Zn-Gehalte auf, da sie wachstumsfördernde und antimikrobielle Wirkungen haben. Während jedoch beim Ferkel für Cu bereits bei Dosierungen nahe den Höchstmengen erste leistungsfördernde Wirkungen zeigen, sind diese bei Zn erst weit über den zulässigen Höchstwerten sichtbar (KTBL 2005).
In der Rinderhaltung weist von den zugekauften Einzel- und Mischfuttermitteln das Milchleistungsfutter die höchsten Zn- und Cu-Konzentrationen auf (KTBL 2005).
Kessler et al. (2004) untersuchte die Wirkungen von zusätzlichem Cu im Futtermittel auf das Wachstum von Schweinen abhängig von den verfütterten Cu-Konzentrationen. Dabei wurde festgestellt, dass 10 mg Cu/kg Futter (88% Trockensubstanz TS) bereits den Bedarf der Schweine deckt. Mit geringeren Cu-Gehalten wurde kein optimales Wachstum mehr erreicht.
Die Steigerung des Cu-Gehaltes von 25-90 mg Cu/kg im Futter (88% TS) führten zu keiner Leistungsverbesserung, erhöhten aber die Cu-Ausscheidungen über den Kot. Bei Cu-Gehalten über 90 mg Cu/kg Futter (88% TS) wurden verstärkte Cu- Einlagerungen in der Leber festgestellt.
2.2.2 Bioverfügbarkeit von Kupfer und Zink
Je nach Form, wie Cu und Zn dem Futter beigegeben werden, sind die Elemente unterschiedlich gut bioverfügbar. Während Oxide und Carbonate schlecht verfügbar sind, können Sulfate und Chloride einiges besser aufgenommen werden. In der Forschung arbeitet man daran, dass in Zukunft Cu und Zn in organischer Form beigegeben werden können.
Dabei handelt es sich um Komplexe und Chelate mit Aminosäuren und Proteinen. Man erhofft sich davon, dass diese noch besser verfügbar sind (v. a. in Gegenwart von Antagonisten) und so kleinere Applikationsraten nötig sind, was sich dann auch auf den Hofdünger und den Boden positiv auswirken könnte. Im ökologischen Landbau ist der Einsatz von anorganischen Verbindungen und Enzymen (sofern nicht gentechnisch hergestellt) erlaubt (KTBL 2005).
2.2.2. Zink- und Kupfergehalte in den Ausscheidungen von Rindvieh Menzi et al. (1999) fanden bei Messungen von Cu und Zn in den Ausscheidungen und Gehalten von Gülle und Mist von landwirtschaftlichen Betrieben in der Schweiz grosse Konzentrationsschwankungen, welche aber alle mit der Zugabe dieser Elemente im Futter korrelierten (Cu: r2=0.37; Zn: r2=0.83). Abgesehen von wenigen Ausnahmen stammten über 50% des Cu und Zn-Gehaltes des Futters aus dem Kraftfutter (Max. 89-90%).
Da Zn, Cu, und auch P2O5 im Hofdünger stabil sind, kann davon ausgegangen werden, dass die Gehalte, welche ausgeschieden werden, auch auf den Boden ausgebracht werden.
2.3 Sonstige Quellen für den Eintrag von Kupfer und Zink in den Hofdünger
Folgende Quellen können auch zu einem erhöhten Zn- und Cu-Eintrag führen (KTBL2005):
• Sägemehl hat höhere Zn-Konzentrationen als Stroh.
• Kupfervitriol, welches als Mittel gegen Klauenseuche verwendet wird, enthält neben den hohen Cu-Gehalten auch grössere Zn-Konzentrationen.
• Abrieb und Erosion von Stalleinrichtungsmaterialien können zu zusätzlichen Zn-Einträgen führen (UBA 2004: 2-6% des gesamten Eintrages).
• Die mineralischen Einstreumittel in Schweinehaltungen von konventionellen Betrieben führen zum Teil zu gleich hohen Cu-Einträgen, wie über die Futtermittel.
• In einigen Arzneimitteln wird Zn als Trägermaterial verwendet. Diese sind vor allem in der Ferkelaufzucht bedeutend. Zn-haltige Salben sind dagegen von geringer Bedeutung.
• In Holzschutzmittel können auch Cu- und Zn-Verbindungen enthalten sein. Aber aufgrund der geringen Masse ist auch mit geringen Frachten zu rechnen.
Zn und Cu haben auch geogene Quellen, aber diese sind auf bewirtschafteten Böden kaum relevant.
2.4 Atmosphärische Deposition
Der atmosphärische Eintrag setzt sich aus Interzeption (Auskämmeffekt) und Gravitationsdeposition zusammen. Unter Gravitationsdeposition werden die nasse und trockene Deposition zusammengefasst. Die nasse Deposition umfasst Niederschläge, die in Form von Regen, Schnee und Hagel auftreten. Die trockene Deposition wird von Partikeln gebildet, die in niederschlagsfreien Zeiten durch Sedimentation abgelagert werden. Durch Interzeption können sowohl Tröpfchen (Nebel) als auch Partikel (Schwebestaub) an Oberflächen abgelagert werden. Der durch die Interzeption bedingte Massenfluss ist abhängig von der Konzentration der schwebenden Teilchen in der Atmosphäre, der Windgeschwindigkeit sowie der Oberflächenstruktur der Vegetation (BUWAL 1993).
In der Schweiz wurden meist eher tiefe Depositionswerte gemessen, nur die Südschweiz wies immer wieder hohe Werte auf. Das liegt einerseits an den hausgemachten Emissionen, aber auch an den hohen Niederschlägen, der Topographie und den Ferntransporten aus dem
Ballungsraum Mailand. Die Messwerte der restlichen Schweiz unterscheiden sich kaum.
Allgemein konnte eine klare Abnahme der Belastung gemessen werden, insbesondere zwischen 1990 und 1995 (BUWAL 2004).