Furrer, O. J. (1975). Die Phosphor-Belastung der Gewässer durch die Landwirtschaft. In W. Bosshard (Ed.), Mitteilungen / Eidgenössische Anstalt für das Forstliche Versuchswesen: Vol. 51/1. Boden - Pflanze - Wasser. Festschrift zum 60. Geburtstag von Pro

Die Phosphor-Belastung

der Gewässer durch die Landwirtschaft

OTTO J. FURRER

1 Einleitung

Dem Phosphor wird von den Limnologen eine besondere · Bedeutung im Hin­

blick auf die Eutrophierung der Seen zugesprochen. In vielen Fällen ist Phosphor der limitierende Faktor für das Algenwachstum, so daß sich eine Erhöhung der Phosphorzufuhr sehr direkt in der Steigerung der Algenproduktion manifestiert.

Man schätzt, daß 1 mg P durch Algenwachstum eine Gewässerbelastung von 140 mg 02-BSB5 ergibt.

In der schweizerischen Landwirtschaft werden jährlich rund 21 kt P als Han­

delsdünger und etwa 27 kt P als Hofdünger verbraucht. Dieses hohen P-Mengen beunruhigen die verantwortlichen Kreise des Gewässerschutzes. Verschiedentlich wurde sogar die Landwirtschaft als Hauptverantwortliche für die Phosphorbela­

stung der Gewässer bezeichnet.

Auf welche Weise und in welchem Umfang der Dünger-Phosphor zu einer Gewässerbelastung beiträgt, soll in dieser Arbeit aufgrund von Ergebnissen von Versuchen und Untersuchungen abgeschätzt werden. Vor allem wird auf die Fra­

gen der Phosphor-Auswaschung und Phosphor-Anschwemmung sowie der natür­

lichen, von der Landwirtschaft unbeienflußten Phosphor-Quellen eingegangen.

2 Phosphor-Auswaschung

21 Lysimeter-Versuche

Experimentell· läßt sich die Nährstoffauswaschung mit Lysimetern bestimmen.

Im Herbst 1972 füllten wir 20 Lysimetergefäße (Innendurchmesser 75 cm, nutz­

bare Tiefe 100 cm) mit einem sandigen Lehmboden schichtweise ein. Dabei ist darauf geachtet worden, daß die im Feld gemessene Bodendichte erreicht wurde.

Nähere Angaben über den Boden sind in Tabelle 1 enthalten. Ende Mai 1973 wurden 16 Lysimeter mit Gras bepflanzt, die restlichen 4· blieben brach. Gleich­

zeitig wurde mit den verschiedenen Düngungsverfahren g�startet. Erste Resultate nach 19 Monaten Versuchsdauer (1. Juni 1973 bis 31. Deze.i;nber 1974) sind in den Tabellen 2 und.3 .zusammengestellt.

Die im Perkolationswas�er gefundenen Mengen an gelöstem Phosphat lassen keine Steigerung der P-Auswaschung . durch hohe Düngergaben erkennen. Die Menge des Perkolationswassers wird durch die Bepflanzung mit Gras deutlich reduziert, ohne jedoch den P-Gehalt pro Liter zu beeinflussen. Daraus ergibt sich

ein höherer P-Verlust pro Lysimeter, wenn diese unbepflanzt bleiben. Ein durch reichlichere Düngung gesteigertes Graswachstum bewirkt ebenfalls eine Reduktion des Perkolationswassers. Dabei erscheint auch hier der P-Gehalt pro Liter kaum beeinflußt, so daß im Mittel bei den stark mit Phosphor gedüngten Lysimetern eher eine geringere P-Menge ausgewaschen wird als in den ungedüngten oder nur schwach gedüngten Lysimetern.

Tabelle 1 Beschaffenheit des in die Lysimeter eingefüllten Bodens.

Oberboden Unterboden 0-20 cm 20-80 cm

pH (HP) 6,7 6,7

Körnung: Ton (< 2 µm) 19 % 16 %

Schluff (2-20 µm) 26 % 26 %

Sand (20-2000 µm) 55 -% 58 %

Humusgehalt 4,4 % 2,2 %

Dichte: g trockener Bodeh/ml 1,25 -1,40

Porenvolumen 52 % 48 %

Tabelle 2 Lysimeterversuch Liebefeld 1973/74 (Total von 19 Monaten).

Einfluß unterschiedlicher Düngung auf Wasserabflußmenge und P-Auswaschung bei mit Gras bewachsenen Lysimetern.

Düngung kg Anzahl Grasertrag Abfluß P-Gehalt P-Menge Art P/ha Lysimeter g/TS Wasser- µg P/1 mg P/

Lysimeter menge Lysimeter

0 1 332 mm 750 6,4 2,i

Mineraldünger 100 1 778 488 3,4 0,7

Schweinegülle 150 1 885 449 3,5 0,7

300 1 1199 380 2,7 0,5

450 2 1267 373 3,6 0,6

Klärschlamm 131 1 503 610 2,3 0,6

262 1 709 538 2,9 0,7

393 2 841 506 3,4 0,7

Hühnermist 166 1 564 646 5,6 1,6

331 1 729 486 11,2 2,4

497 1 790 556 6,8 1,7

Müllkompost 26 1 364 594 2,4 0,6

53 1 324 673 6,6 2,0

80 1 341 710 4,5 1,4

Die bisherigen Resultate unseres Versuches mit Lysimetern zeigen, daß der ver­

wendete mineralische Boden die P-Verbindungen der verschiedenen Düngstoffe 100prozentig zurückhält. Selbst extrem hohe P-Gaben ( das 10- bis 15fache einer normalen P-Düngung) erhöhten die P-Verluste durch Auswaschung nicht. Zudem konnte beobachtet werden, daß ein kräftiges Pflanzenwachstum die P-Auswaschung reduziert. Diese gute Filterwirkung des Bodens für P wird auch durch Unter­

suchungen des LEICHTWEISS-INSTITUTES, Braunschweig (1968), bestätigt, in denen - unabhängig von einer Mineraldüngung und der Verregnung enormer Mengen an P-reichem Abwasser (10 mg P /1) in 90 cm Bodentiefe - keine Erhöhung des Phos­

phatgehaltes im Dränwasser nachgewiesen werden konnte.

Tabelle 3 Lysimeterversuch Liebefeld 1973/74 (Total von 19 Monaten).

Einfluß der Düngungsintensität und Bepflanzung auf Wasserabflußmenge und P-Auswaschung.

Bezeichnung mittlere mittlerer Anzahl Lysimeter Abfluß

P-Gabe Grasertrag . mit mit Wasser- P-Gehalt P-Menge kg P/ha g TS/Lysi- Gras Brache menge µg P/1 mg P/Lysi-

meter mm meter

Kontrolle 0 166 1 1 880 7,6 2,9

1-100 P 69 301 4 2 754 4,9 1,6

101-300 P 218 643 5 1 623 3,4 0,9

301-500 P 419 956 6 0 467 5,5 1,1

Brache 113 0 0 4 1076 5,5 2,6

Gras 113 658 4 0 573 5,2 1,3

Auch PFAFF (1963) fand keine Steigerung der P-Verluste im Sickerwasser durch steigende P-Gaben auf einem Lehmboden (vgl. Tabelle 4).

Tabelle 4 Einfluß steigender P-Düngergaben auf die Sickerwassermenge und die P-Verluste durch Sickerung im Mittel eines siebenjährigen Lysirneterversuches mit verschiedenen Kulturen auf einem Lehmboden.

Nach PFAFF (1963).

Verfahren 0 1 2

P-Düngung: g P/m² 0 3,5 7,0 3

10,5

Sickerwasser: l/m² 239 234 210 194

P-Menge im Sickerwasser: mg P /m² 520 430 350 350

In unfangreichen Lysimeterversuchen konnte VÖMEL (1970) in 50 cm Tiefe keine P-Einwaschung mehr feststellen. In 26 cm Tiefe wurde noch eine P-Versik­

kerung aus der Ackerkrume in die darunterliegende Schicht von 1,3 bis 1,9 kg P/ha gemessen, wobei die höchsten Werte in den ungedüngten Kontrollen auftraten.

Schon in den Jahren 1922 bis 1924 stellte GEERING. (1943) in Lysimeterversu­

chen fest, daß der Dünger-P nicht ausgewaschen wird, und bemerkt, daß P un­

bedenklich für längere Zeit auf Vorrat gedüngt werden kann (vgl. Tabelle 5).

Tabelle 5 Lysimeterversuche Oerlikon 1922-1924.

Boden: sandiger Lehm, pH = 7 ,2, 1,29 % Humus, Textur: 57 % < 5 µm.

Lysimeter: 50 x 50 x 50 cm. Nach GEERING (1943).

Mittelwerte von je 3 Lysimetern, berechnet pro Jahr.

Verfahren 1 2 3

Bepflanzung 0 Gras Gras

P-Düngung (als Gülle + KH2P04) kg P/ha 0 0 21

P-Entzug durch Gras kg P/ha 0 10 28

P-Verlust durch Sickerwasser kg P/ha 0,44 0,35 0,39

Niederschläge mm 1032 1032 1032

Sickerwassermenge mm 747 651 557

COPPENET (1969) erzielte in langjährigen Lysimeterversuchen in Quimper, Bre­

tagne, ganz ähnliche Resultate. Er verwendete 1 m tiefe Lysimeter mit einer Ober­

fläche von 2 m^2• Im Mittel von 12 Jahren ergaben sich folgende Werte:

P-Düngung

P-Menge im Sickerwasser kg P/ha g P/ha

brach bepflanzt bepflanzt

0 0 61

343 245 238

über Lysimeterversuche mit extrem hohen Gaben an flüssigem Hühnermist be­

richten BIELBY et al. (1973). Sie erstellten zylindrische Lysimeter (Innendurchmes­

ser 88 cm, Tiefe 110 cm) im ungestörten Profil eines sandigen Lehmbodens. Die höchste Gabe entspricht dem jährlichen Mistanfall von über 2000 Legehennen pro Hektare. Die in Tabelle 6 aufgeführten Ergebnisse lassen erkennen, daß selbst extreme P-Gaben vom Boden vollständig zurückgehalten werden. Die im Verfah­

ren D festgestellte Erhöhung der P-Verluste im Perkolationswasser um 25 g P /ha gegenüber der ungedüngten Kontrolle entspricht 0,005 % der P-Menge im Dünger.

Der mit diesem Boden unter extremer Belastung erzielte Reinigungsgrad für P be­

trägt somit 99,995 %.

Auch AMBERGER (1973) konnte in Lysimeterversuchen in Weihenstephan keinen Einfluß der P-Düngung, jedoch eine starke Auswirkung der Bodenart auf die Phos­

phat-Auswaschung feststellen:

Sand Kalklehm Lehm

(T = 5 mval) (T = 23 mval) (T = 17 mval)

5,0 kg P/ha, Jahr 0,26 kg P/ha, Jahr 1,3 kg P/ha, Jahr

Die in Weihenstephan beobachtete relativ große P-Auswaschung dürfte auf die verwenclete Lysi.meter^-:-Technik zurückzuführen se�n.

Die ausgezeichnete Filterwirkung für Phosphat gilt praktisch für sämtliche Böden, mit Ausnahme d(?r sauren Hochmoore (MuNK, 1972) und de:r sauren Quarzsande. Wie HILAL et al. (1973) bei Perkolationsversuchen an Bodensäulen mit P-32 markierten Phosphatlösungen beobachten konnten, hält jedoch Kalk­

sand -im Gegensatz zu Quarzsand - das Phosphat stark fest. In mir 20 cm tiefen Bodensäulen wurden bei einer P-Gabe von 100 kg P /ha und bei einer Abfluß­

menge von 160 mm folgende P-Mengen ausgewas�hen resp. in der obersten Schicht von5 cm zurückbehalten:

bei Quarzsand bei Kalksand

ausgewaschen 21,4 %

0,38 %

zurückbehalten . 19,Ö %

96,7 .%

Auf die relativ hohe Mobilität des Phosphates im sauren Hochmoor weist MuNK (1972) hin� Er fand in ein.em 6jährigen Versuch folgende jährliche P-Auswaschung:

P-Düngung ungedüngt 130 kg P /ha, Jahr

bei Mineralböden (n = 18) 94 88 g P/ha, Jahr

bei Hochmoor 800 1940 g/�a, Jahr

Im sauren Hochmoorbo,den wurden somit fast 0,9 % der gedüngten P-Menge aus­

. gewaschen, woraus sich ein «Reinigungsgrad» von nur rund 99 % ergibt. Dabei ist jedoch,

�u

malen Moorflächendüngung ausmacht.

Tabelle 6 P-Auswaschung aus mit flüssigem Hühnermist gedüngten, mit Mais bepflanzten Lysimetern (Durchmesser 88 cm, Tiefe 110 cm).

Boden: sandiger Lehm, pH 7,2, ungestörtes Bodenprofil.

Mittel aus den Jahren 1968 und 1969. Nach BIELBY et al. (1973).

Verfahren A B C

P-Gabe als Hühnermist kg P/ha 0 189 377

Perkolationswasser mm 406 387 383

P-Gehalt im Pei:kolations\Yasser µg P/1 27 62 23 .P-Menge im Perkolationswasser g P/ha 108 240 91

22

566 D 378 35 133 Untersuchungen an Dränwasser geben g�ten Aufschluß über die Phosphatver­

luste durch Versickerung unter natürlichen Bedingungen.

In einem intensiv gedüngten Betrieb im Kanton Bern wurden folgende durch­

schnittliche Phosphatgehalte im Dränwasser festgestellt (FURRER, 1972):

mineralischer Boden 18 µg P/1 (3 Entnahmestellen) Moorboden 67 µg P /1 (7 Entnahmestellen)

Unter Annahme einer jährlichen Abflußmenge von 300 mm entsprechen diese Gehalte P-Mengen von 54 und 201 g P/ha.

BoLTON et al. (1970) fanden im Mittel von ?jährigen Untersuchungen bei ver­

schiedenen Fruchtfolgen folgende Gehalte an Totalphosphor:

ohne Düngung 0, 18 mg P /1 mit Düngung (30 kg P/ha) 0,21 mg P/1 .

Der P-Austrag im Dränwasser lag im Mittel zwischen 100 und 200 g P /ha.

Um den Einfluß der Stärke des Viehbesatzes zu ermitteln, wurden Wasserproben aus Dränagen, Gräben und Bächen untersucht. GrnsoN et al. (1973) fanden im Dränwasser von Flachlandfarmen folgende mittlere Gehalte an löslichem Ortho­

phosphat:

bei schwachem Viehbesatz bei mittlerem Viehbesatz bei starkem Viehbesatz (GVE = Großvieheinheiten)

(0,86 GVE/ha) (1,66 GVE/ha) (3,98 GVE/ha)

44 µg P/1 48 µg P/1 42 µg P/1

VETTER et al. (1972) stellten folgende Überlegung an: Wenn mit der Gülle wesent­

liche Phosphatmengen in Oberflächengewässer gelangen, muß das Wasser von Gräben und Bächen in viehstarken Gebieten mehr Phosphat enthalten als in vieh­

schwachen. Derartige Zusammenhänge ließen sich aber nicht finden. Sie stellten dagegen fest, daß der P-Gehalt im Wasser von Flüssen und Bächen immer dort stark erhöht ist, wo Abwasser von· Städten und Dörfern eingeleitet wird. Umfang­

reiche Untersuchungen in Norddeutschland ergaben folgende mittlere P-Gehalte in Oberflächengewässern:

in viehschwachen Gebieten in viehstarken Gebieten durch Abwasser verschmutzt

0,21 mg P/1 0,15 mg P/1 3,82 mg P/1

23 Verteilung im Bodenprofil

Untersuchungen über die P-Verteilung im Boden können ebenfalls Auskunft über die Mobilität des Phosphates im Boden geben. Besonders wertvoll sind die Ergebnisse eines weit über lOOjährigen Versuches aus England. Der 1845 gestartete Versuch wird bis heute nach dem gleichen Schema durchgeführt. Nach 115 Jahren war bei einer jährlichen Phosphordüngung von 33 kg P /ha in der Bodenschicht von 37,5 bis 45 cm Tiefe keine P-Anreicherung gegenüber den ungedüngten Parzellen festzustellen. Nur wo zusätzlich zur mineralischen P-Düngung noch eine alljähr­

liche Stallmistgabe verabreicht worden war, konnte eine gewisse P-Anreicherung bis auf 45 cm Tiefe beobachtet werden (vgl. Tabelle 7).

Tabelle 7 Gehalt des Bodens an Gesamtphosphor (mg P/kg) im Jahre 1959 im Dauerversuch von Barnfield. Nach CooKE et al. (1970).

Bodentiefe Jährliche Düngung pro Hektare seit 1845 33 ^{kg P +} 0 33 ^{kg P} 35 ^{t Mist} 35 ^{t Mist}

0 -22,5 ^cm 669 1206 1263 1877

22,5-30 ^cm 453 506 600 753

30 -37,5 ^cm 425 475 498 592

37,5-45 ^cm 412 400 428 474

Auch SCHMITT (1952) berichtet von einem Versuch, in dem nach 30 ^Jahren Superphosphat-Düngung mit 56 kg P pro Hektare und Jahr in einer Bodentiefe von 50 bis 70 cm im P-Gehalt des Bodens kein Unterschied zur ungedüngten Par­

zelle nachweisbar war.

WIECHMANN (1971) verglich Wald- u�d Ackerböden in benachbarten Stand­

orten. Obgleich auf den Äckern im Pflughorizont eine starke P-Anreicherung statt­

gefunden hatte, war unterhalb 50 cm Tiefe kein Unterschied zu den Waldböden mehr feststellbar.

Unterschiedliches Verhalten verschiedener Böden stellte MuNK (1972) ^{in lang} dauernden Düngungsversuchen mit hohen P-Gaben fest (Tabelle 8). Sowohl im Lößboden als auch im Heidesand bewirkte die extreme P-Düngung unterhalb

Tabelle 8 Gehalt des Bodens an wasserlöslichem Phosphat (mg/kg) in verschiedenen Tiefen bei drei Bodentypen

und zwei Düngungsvarianten. Nach MUNK (1972).

Boden: Lößlehm Heidesand Hochmoor

Düngung: kg P /ha, Jahr 0 130 0 130 0 130

Bodentiefe ( cm):

0- 10

} 10,5 58,5 11,8 38,4 47 124

10- 20 10,9 11,3 24 146

20- 30

} 4,4 1,7 6,5 5,2 49 148

30- 40 3,5 1,3 42 130

40- 50 1,3 0,9 2,6 0,9 36 161

50- 60 0,9 0,9 1,3 0,9 36 187

60- 70 0,6 0,6 0,9 0,9 25 132

70- 80 0,4 0,4 0,9 0,9 29 120

80- 90 0,4 0,4 0,9 1,3

z5

90-100 0,9 0,9 0,9 1,3 21 57

30 cm Bodentiefe keine Zunahmen des wasserlöslichen Phosphates. Dagegen ist im Hochmoorboden eine deutliche Auswirkung über die ganze untersuchte Tiefe von 1 m sichtbar.

Ober die Auswirkungen hoher Gaben an Schweinegülle (212 m³/ha, Jahr) auf Grasland berichtet McALLISTER (1974). Er fand nach 8 Jahren folgende Gehalte an mit lN-Ammoniumacetat-Essigsäurelösung (pH 4,2) extrahierbarem Phosphat:

Bodentiefe ( cm) Ungedüngter Boden

Begüllter Boden

0-15 154 15

15-30

· 15 2

30-46 2 1

46-61 1 1

61-76 .2 mg P/kg 1 mg P/kg

Tabelle 9 Erosion und P-Abschwemmurig bei vier verschiedenen,Kulturen und bei zwei verschiedenen Kultivierungsmethoden (A = normales System, mäßige Düngung, gerade Furchen; B = Konservierungssystem,

hohe Düngergaben, Stallmist, Furchen entlang der Höhenlinien).

Nach STOLTENBERG et aL (195.3).

Abschwenimung Sediment. lösliches Phosphat

(pro Jahr) t/ha .. g P/ha

Kultivierungssystem A B A . . B

Kultur: Mais 7,06 1,67 2858, 863

Sojabohne 9,45 3,74 3822 1928

Weizen 2,02 0,93 818 482

Wiese 0,21 0,12

QO

In Ackerböden ist das Düngerphosphat im Pflughorizont durch die Boden­

bearbeitung ziemlich gleichmäßig verteilt. In Dauerwiesen konnten wir dagegen eine starke P-Konzentrierung nahe an der Bodenoberfläch�)eststellen (mg·P/kg Boden, löslich in C02-gesättigtem Wasser):

Bodentiefe (cm) 0-4

Boden A 7;0

Boden B 16,3

Boden C 3,8

4-8 2,1 4,3 0,8

8-12 -12.:...20 1,0 0,3 0,7 0,3 0,3 0,1 Unter 12 cm war keine Auswirkung der P-Dünger feststellbar.

20-30 30-50 0,3 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 GISIGER (1933) untersuchte die Verteilung des Phosphates im Boden bei einem zweijährigen Düngungsversuch auf Wiesland. In den verschiedenen Schichttiefen fand er folgende· Mengen an zitr6nensäurelöslichem Phosphat (mg P /kg Boden):

Schichttiefe ( cm) 0-2,5 2,5-5 5-10 10-15

Kontrolle ohne P-Düngung 23 21 18 18

210 kg P/ha als Superphosphat 244 140 59 24

210 kg P/ha als Thomasmehl 441 124 59 22

KoRKMAN (1970) untersuchte die Mobilität des Düngerphosphates bei 10 ver­

schiedenen Böden an Bodensäulen. Trotz einer P-Gabe von umgerechnet 920 kg P /ha wurde nur bei Sand-und Moorboden eine Einwaschung auf über 10 cm Tiefe beobachtet, welche aber sehr gering war und nicht über 15 cm Tiefe hinausreichte.

3 Phosphor-Abschwemmung

Da die Mobilität des Phosphates im Boden im allgemeinen sehr gering· ist, kommt der Phosphor-Abschwemmung relativ die größere Bedeutung zu. Ein Ober­

flächenabfluß tritt nur dann ein, wenn die Durchlässigkeit des Bodens nicht · groß genug ist, um die Niederschläge sofort versickern zu lassen. Dies ist vor allem der Fall, wenn d er Boden gefroren oder mechanisch verdichtet ist. Bei unbepflanztem, brachem Boden werden unter dem Anprall der Regentropfen Bodenkrümel zer­

stört, was zu einer raschen Abnahme der Durchlässigkeit führt. Eine dichte Pflan­

zendecke bewirkt eine Stabilisierung der Bodenstruktur und schützt diese zudem vor dem direkten Anprall der Regentropfen. Die Gefahr des Oberflächenabflusses nimmt mit der Steilheit und Länge der Hangneigung zu.

Im März 1973 bewirkten Schneeschmelze und Regenfälle bei gefrorenem Boden verbreitet Oberflächenabfluß. In der Umgebung von Bern und im Emmental ent­

nahmen wir Wasserproben, vor allem vom Abfluß aus gegüllten Grundstücken. Im

a.

0 0 a.

100

10 50

% ANTEIL INTENSIVKUL TUREN

Abbildung 1 Beziehung zwischen dem Anteil von Intensivkulturen (Weinberge, Obstplantagen) im Einzugsgebiet von Bächen und der landwirtschaftlich

bedingten Gewässerbelastung durch Phosphate. Dargestellt nach RoD (1971).

275

Mittel von 18 Proben wurde ein Gehalt an löslichem Phosphat von 0,85 mg/1 fest­

gestellt. In 5 Proben wurde 1 mg/1 überschritten, und der höchste Wert erreichte 2,55 mg/1. Das sind hohe Werte im Vergleich zu den in unseren Lysimeterversuchen gefundenen Werten von 0,002 bis 0,012 mg P/1 und dem im Dränwasser festgestell­

ten Gehalt von 0,018 bis 0,067 mg P/1. Obschon solche Abflußverhältnisse nur selten auftreten, zeigen sie doch deutlich, auf welche Weise eine P-Belastung der Gewässer durch die Landwirtschaft eintreten kann.

Extreme Verhältnisse sind in Rebbergen in Steillagen ohne Bodenbedeckung, aber mit sehr intensiver Düngung, anzutreffen. Hier sind alle ungünstigen, die Abschwemmung fördernden Faktoren ausgeprägt vorhanden. Untersuchungen durch Roo (1971) im Genferseegebiet an Bächen mit unterschiedlichem Anteil an Intensivkulturen (Rebberge, übstplantagen) zeigten eine starke Steigerung der P­

Gehalte im Bachwasser bei steigendem Anteil der Intensivkulturen in deren Ein­

zugsgebiet (Abbildung 1). Durch· die -Einsaat einer _dichten, niedrigen .Pflanzen­

decke (Gründecke) oder durch-eine ausreichende Kornpostgabe und die Limitierung

der. Düngung entsprechend den geltenden Normen kann diese Gefährdung weit­

gehend entschärft werden. Erhebungen von PEYER (1963) ergaben, daß mit einer Kornpostgabe von 4 m³ pro Are die Menge der abgeschwemmten Erde in Reb­

bergen im Mittel um über 95 % gesenkt werden kann. In Steillagen können sehr beträchtliche Mengen P-reicher Erde abgeschwemmt werden. PEYER erwähnt ein starkes Gewitter, das in der unbehandelten Parzelle pro Hektare rund 50 t Erde mit einem Gehalt von 25 kg P abschwemmte.

Untersuchungen von STOLTENBERG et al. (1953) über den Einfluß der Kulturen und der Kultivierungsmethoden in Hanglagen zeigen, daß auf Wiesen die P-Ab­

schwemmung viel geringer ist als bei Ackerkulturen (Tabelle 9), und daß durch Anpassung der Furchen an die Höhenlinien am Hang (contour cultivation) auch im Ackerbau die Abschwemmung in bescheidenem Rahmen gehalten werden kann.

Auf Ackerland ist zur Reduktion der Abschwemmungsverluste ein Einarbeiten der Dünger.zu empfehlen. HoLT et al. (1970) konnten im Oberflächenabfluß fol­

gende Konzentrationen an löslichem Orthophosphat feststellen:

Kontrolle, ungedüngt 0,08 mg P /1

Superphosphat breitgestreut, untergepflügt 0,09 mg P /1 Superphosphat breitgestreut, nicht eingearbeitet 0,30 mg P /1

Es ist mit aller Sorgfalt darauf zu achten, daß die Düngstoffe - vor allem auch die Hofdünger - nicht direkt ins Wasser gelangen können, sondern den ausgezeich­

neten Filter «Boden» passieren. Dieser Filter wird auch umgangen, wenn Gülle durc}?. große Sehwundrisse eines Tonbodens direkt in einen kiesigen Untergrund gelangt oder in wassergesättigtem Boden durch Regenwurmröhren sehr rasch in die Tiefe abfließt. McALLISTER (1974) untersuchte das Wasser aus zwei Dränagen im Zusammenhang mit einer starken Güllegabe auf nassen Boden. Drän A lag 1,25 m tief und war mit Erde aufgefüllt. Drän B lag sehr flach .(0,5 m) und war mit groben Steinen bis nahe an die Oberfläche aufgefüllt Die Probenahme erfolgte

gerade vor dem Ausbringen der Gülle (= Zeit 0) und in kurzen Abständen nach dem Ausbringen. Am 2. Tage danach fiel wieder starker Regen. Im Dränwasser wurden folgende Gehalte gefunden:

Zeit (Stunden) Drän A (mg P /1) Drän B (mg P/1)

0,06 0 1,27

0,28 0,5 9,54

0,20 1 3,69

0,13 2 1,17

0,07 4 0,37

0,06 8 0,45

0,05 24 0,16

0,04 48 0,65 Das im erodierten Bodenmaterial gebundene Phosphat dürfte für die Eutro­

phierung von geringer Bedeutung sein. Die Ton- und Humusteilchen des Boden­

materials können im Gegenteil sogar Phosphat aus dem Wasser absorbieren. WrncH­

MANN (1971) stellte fest, daß in Suspensionen von Bodehmaterial mit phosphat­

haltigem Siedlungsabwasser die Phosphatsorption eine eventuelle Phosphatdesorp­

tion bei allen P-Konzentrationen überwog. Erodiertes Bodenmaterial kann also in gewissen Fällen als « dritte Reinigungsstufe» wirken und das Eutrophierungsrisiko mindern.

PEINEMANN et al. (1974) untersuchten in dieser Hinsicht Wasser und Sediment eines Zuflusses zum Bodensee (Schussen). Die Ergebnisse zeigen, daß das Sedi­

ment aus landwirtschaftlichem Gebiet weniger P (vor allem weniger austauschbares Phosphat) enthält, mehr P aus dem Wasser sorbiert (vor allem bei geringem P­

Gehalt des Wassers) und weniger P ins Seewasser abgibt als das Sediment aus städ­

tischen Gebieten.

4 Natürliche Quellen der Phosphor-Belastung der Gewässer

terung, recht unterschiedliche P-Mengen. Der P-Gehalt liegt meist im Bereich von 200 bis 1000 mg P /kg Boden, im Mittel bei etwa 500 bis 600 mg P /kg.

Trotz der geringen Löslichkeit der P-Verbindungen im Boden werden jährlich, j e nach Bed ingungen, etwa 100 bis 1000 g P j e Hektare natürlicherweise aus­

gewaschen. KoLENBRANDER (1974) rechnet für die Niederlande im Mittel mit 220 g P/ha natürliche Auswaschung. SYLVESTER (1961) bestimmte P-Zufuhren zu den Gewässern aus den großen, nie gedüngten Waldgebieten Nordamerikas (Washing­

ton) von 0,39 bis 0,94 kg je Hektare und Jahr.

GEERING (1943) verwendete nie gedüngten Rohboden, um die natürliche Ver­

witterung zu verfolgen. Im Mittel von je 6 Lysimetern und 7 Jahren Versuchsdauer ergaben sich pro Jahr folgende P-Verluste durch Auswaschung:

Art des Muttergesteins

P-Gehalt des Rohbodens (mg P /kg) P-Menge einer 1-m-Schicht (t P/ha) Sickerwassermenge (mm)

P-Gehalt des Sickerwassers (µg P /1) P-Menge im Sickerwasser (g P/ha)

Bündner Schiefer 830 12,5 596 47 280

Serpentin 610 9,2 660 68 448

Bei gleichbleibender Auswaschung wäre beim B ündner Schiefer in 45 000 Jahren und beim Serpentin in 20 000 Jahren die gesamte P-Menge ausgewaschen.

Eine übersieht über die Löslichkeit verschiedener Phosphatverbindungen in Abhängigkeit vom pH vermittelt das in Abbildung 2 wiedergegebene Löslichkeits­

diagramm nach LINDSAY et al. (1960). Mit zunehmender Verwitterung sinkt das pH, was bewirkt, daß Apatit - die ursprünglich meist vorherrschende Phosphat­

verbindung - stärker gelöst wird.

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pH

Abbildung 2 Löslichkeitsdiagramm für verschiedene Phosphatverbindungen im Boden.

Nach LINDSAY et al. (1960).

Eine weitere natürliche P-Quelle sind die Niederschläge. In 137 Regenwasser­

proben aus verschiedenen Regionen der Schweiz, gesammelt in den Jahren 1973 und 197 4, fanden wir einen mittleren Gehalt an löslichem Orthophosphat von 60 µg/I, was umgerechnet bei 1000 mm. Niederschlagsmenge einer P-Menge von rund 600 g P /ha entspricht.

Ähnliche Werte fand ULRICH (1969) in Deutschland (680 g P/ha), Low et al.

(1970) in England (1 kg P/ha) und KOLENBRANDER (1974) in Holland (20-630 µg P/1, im Mittel 450 g P/ha).

Auch im Schnee sind bedeutende P-Mengen enthalten, wie KNORR et al. (1963) nachweisen konnten. Im Mittel von 86 Schneeproben (1962/63) aus dem Boden­

seegebiet wurden folgende Gehalte gefunden:

gelöst 45 µg P /1 Schmelzwasser (Schwankungsbereich: 0-520) ungelöst 176 µg P/1 Schmelzwasser (Schwankungsbereich: 26-880)

5 Diskussion

Unsere Mineralböden besitzen· eine sehr große Absorptionskapazität für Phos­

phat. Je nach pH-Wert des Bodens wird das Phosphat vor allem durch amorphe Oxide und Hydroxide von Eisen und Aluminium, durch dünne Schichten dieser Oxide und Hydroxide auf Tonteilchen oder durch Bindung mit Ca-Ionen und Sorp­

tion an Calciumcarbonat festgehalten. Unsere Böden enthalten 1 bis 4 % , im Mittel etwa 2 % Eisen und 1 bis 6 % , im Mittel etwa 4 % Aluminium. Dies entspricht pro Hektare bei einer 1 m tiefen Schicht einer Menge von rund 300 t Fe und 600 t AL Für die Phosphatelimination in der dritten Stufe einer Kläranlage sind vergleichs­

weise pro Jahr und 100 000 Einwohner etwa 150 t Fe notwendig, um rund 150 t P zu binden. Pro Hektare werden jährlich aber nur 30 bis 50 kg P gedüng;t, die über­

dies dem Boden durch die Pflanzen wiederum weitgehend entzogen werden.

Dank des starken Absorptionsvermögens unserer Böden wird das Düngerphos­

phat lOOprozentig vor der Auswaschung geschützt. Die bescheidenen P-Gehalte im Sickerwasser sind identisch mit der Basisfracht der vom Menschen beeinflußten Böden. Dies wird durch eine große Zahl von Lysimeterversuchen und Untersuchun­

gen an Dränwasser sowie aufgrund von Bodenprofilen eindeutig bestätigt. Eine Ausnahme l?ilden reine Quarzsande und saure Hochmoore, Böden, die bei uns kaum landwirtschaftlich genutzt werden.

Eine Gefahr der P-Belastung der Gewässer besteht in der Oberflächenabschwem­

mung von P-haltigen Düngestoffen und durch Erosion der mit P angereicherten obersten Erdkrume. Das an Bodenteilchen gebundene Phosphat ist wegen seiner schwachen Löslichkeit jedoch von untergeordneter Bedeutung für die Gewässer­

belastung. Sediment von landwirtschaftlichen Nutzflächen kann sogar eine reini­

gende Wirkung auf mit Abwässern verschmutzte Gewässer ausüben.

Um die Gefahr der P-Abschwemmung möglichst gering zu halten, ist auf fol­

gende Punkte zu achten:

- Zweckmäßige Bewirtschaftung des Bodens, um eine krümelige, stabile, durch­

lässige Bodenstruktur zu erzielen

- Vermeidung von Bodenverdichtungen (z. B. Raddruck in nassem Boden) Festigung und Schutz des Bodens durch eine dichte Pflanzendecke, besonders in Hanglagen

- Keine Düngestoffe auf gefrorenen oder wassergesättigten Boden ausbringen Besondere Vorsicht in unmittelbarer Nähe der Gewässer

Lagerung und Transport der Düngestoffe sind verlustlos vorzunehmen

- Genügende Lagerkapazität für Gülle, um ein überfließen oder Ausbringen zu ungeeigneter Zeit zu vermeiden. Gilt auch für Klärschlamm.

Bei Beachtung der in der « Wegleitung zu einer umweltgerechten Anwendung von Düngemitteln» (EIDG. LANDWIRTSCHAFTLICHE FoRSCHUNGSANSTf\LTEN et al.

(1974) beschriebenen Regeln ist eine P-Belastung durch Abschwemmung gering.

Eine Mißachtung kann aber zu massiven P-Verlusten führen. Das Abschätzen des landesweiten Ausmaßes der P-Abschwemmung ist schwierig.

Der Anteil der Landwirtschaft an der P-Belastung der Gewässer wird of zu hoch eingeschätzt, indem sämtliche natürliche Quellen ebenfalls der Landwirtschaft an­

gelastet werden.

BUNDI et al. (1974) errechneten für 1968 folgende Verteilung der P-Belastung für den Greifensee:

Bevölkerung und Industrie ( davon Waschmittel 5 5 % )

landwirtschaftlich genutzte Flächen Tierhaltung

92 % 5 % 3 %

Es wäre eine falsche Interpretation, den Anteil «landwirtschaftlich genutzte Flä­

chen» ausschließlich der Landwirtschaft anlasen zu wollen, da es sich dabei größtenteils um natürliche Auswaschverluste handelt. In der obigen Aufstellung ist der Beitrag der Niederschläge ebenfalls nicht aufgeführt.

SAMPL (1972) erstellte eine äh�liche Berechnung für den Längsee (Kärnten):

Ortschaften 360 kg P /Jahr = 64 % Tourismus 150 kg P /Jahr = 27 % Landwirtschaft 50 kg P/Jahr = 9 %

Die hier verwendete Bezeichnung «Landwirtschaft» ist falsch und irreführend.

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• mehr als 50¼ der Abwässer an Kläranlagen angeschlossen

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Abbildung 3 Beziehung zwischen Einwohnerdichte in den Einzugsgebieten der Pfäffiker- und Greifenseezuflüsse und der mittleren Phosphatkonzentration im Bachwasser.

Nach PLEISCH (1970).

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1950 1960 1970

Abbildung 4 P-Gehalt des Bodenwassers, P-Verbrauch als Düngemittel und Waschmittel in der Schweiz. Entwicklung in den Jahren 1950-1970.

Eine korrekte Berechnungsmethode benützte KoLENBRANDER (1974) .für die Niederlande, ein Land mit sehr intensiver Landwirtschaft und vor allem mit einer enormen Viehdichte. Er errechnete folgende Verteilung der P-Lasten der Gewässer:

Importiert als P-Fracht der Fitisse 46 %

Haushalt 37 %

Industrie 7 %

Landwirtschaft und Gartenbau 6 % Boden: natürliche Auswaschung 3 %

Niederschläge 1 %

KRAMER et al. (1972) errechneten den P-Anteil der landwirtschaftlichen Nutz­

flächen (also wiederum natürliche Auswaschung inbegriffen) für die einzelnen Bezirke der DDR und kamen zu Anteilen von O bis 30 %, je nach Bevölkerungs­

dichte.

Der entscheidende Einfluß der Bevölkerungsdichte kommt · deutlich in den Untersuchungen von PLEISCH (1970) an Bächen im Einzugsgebiet des Pfäffiker­

und Greifensees zum Ausdruck (Abbildung 3). Dabei spielt vor allem das Phosphat aus Waschmitteln eine dominierende Rolle. In Abbildung 4 ist eine Gegenüber­

stellung vom P-Gehalt in Waschmitteln in der Schweiz enthalten.· Obgleich der P­

Verbrauch als Waschmittel nur rund einen Drittel des Düngerverbrauches aus­

macht, stellen die Waschmittel dennoch eine viel größere Belastung der Gewässer 281

dar. Während von 1000 kg Dünger-P weniger als 1 kg ausgewaschen werden, ge­

langen von 1000 kg P aus Waschmitteln rund 100 kg (bei 3stufiger) bis 700 kg (bei 2stufiger Reinigungsanlage) in die Gewässer.

Aufgrund unserer Untersuchungen darf angenommen werden, daß in der Schweiz der Beitrag der Landwirtschaft an der P-Belastung der Gewässer weniger als 10 % beträgt.

Zusammenfassung

Im Zusammenhang mit der Frage der P-Belastung durch die Landwirtschaft wurden Lysimeterversuche und Untersuchungen an Wasser von Dränagen, Regen und Oberflächenabfluß sowie an Bodenprofilen durchgeführt. Aufgrund der Ergeb­

nisse und Literaturangaben konnten folgende Schlußfolgerungen gezogen werden:

Eine Auswaschung von Düngerphosphat ist nicht zu befürchten, da unsere Böden _ dieses in den obersten Schichten festlegen.

Eine Anreicherung der obersten Bodenschicht mit Düngerphosphat erhöht die Oberflächenabschwemmung Von P. Es werden Maßnahmen vorgeschlagen, um Erosion und Oberflächenabschwemmung möglichst klein zu halten.

- Die natürlichen P-Quellen (natürliche Auswaschung, Niederschläge) dürfen nicht der Landwirtschaft angelastet werden.

Gesamtschweizerisch ist mit einem Anteil der Landwirtschaft an ·der P-Belastung der Gewässer von weniger als 10 % zu rechnen.

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