BP 35Düngemittel und

Nährstoffdynamik im Boden3. Stunde

6. Phosphor6.1 Phosphordynamik6.2 Strategien zur Phosphordüngung

6. Phosphor

Zurzeit ist P der Pflanzennährstoff dessen weltweiten abbauwürdigen Vorräte am stärksten limitiert sind !

Sparsames Haushalten ist erforderlich !

0

20

40

60

80

100

120

2000 2020 2040 2060 2100 2120 2135

Jahr

P-Vorräte( % )

voraussichtlicheLebensdauer aufBasis einer Reservevon 3100 Mt Phosphor

zusätzliche jährlicheZuwachsrate von 3%

Weltweite Vorräte in Phosphatlagerstätten

(Werner 1999)

6.1 Phospordynamik

Phosphor liegt als Anion (Orthophosphat) der Phosphorsäure

im Boden vor:

H2PO4- + H+ HPO4

2- 2 H+

gelöstes Phosphat

labilesPhosphat

stabilesPhosphat

Gleichgewichtsverhältnisse verschiedener Phosphatfraktionen

organisches Phosphat

adsorbiertesPhosphat

Calciumphosphat

Bodenlösung

Phosphatdynamik im Boden

organisches Phosphat

adsorbiertesPhosphat

Calciumphosphat

Bodenlösung

Phosphatdynamik im Boden

Adsorption von Phosphaten an Al- und Fe-Hydroxiden tritt besonders bei pH < 4 auf.

Strengit: FeIII(OH)2H2PO4 (FePO4 x 2 H2O)Variscit: Al(OH)2H2PO4 (AlPO4 x 2 H2O)

Adsorbiertes Phosphat

Alterung von Bodenphosphaten:

Verfügbare Phosphate gehen in weniger verfügbare Phosphate über, z.B. durch

Adsorption oder Okklusion.

Begünstigung der Alterung durch:Goethit (FeOOH)Hämatit (Fe2O3)Gibbsit (Al(OH)3)

Mobilisierung von Phosphat unter sauren Bedingungen:

1. Kalkung(Ligandenaustausch mit OH-)2. Düngung von Sulfat(Ligandenaustausch mit Sulfat)3. Düngung von Silicaten(Ligandenaustausch mit Silicaten)4. Organische Düngung(Humateffekt, Freisetzung von Alkalität und Sulfat)

organisches Phosphat

adsorbiertesPhosphat

Calciumphosphat

Bodenlösung

Phosphatdynamik im Boden

Calciumphosphate:

Hydroxylapatit Ca5(PO4)3OHFluorapatit Ca5(PO4)3FChlorapatit Ca5(PO4)3Cl

Dynamik der Calciumphosphate:

Ca (H2PO4)2 + Ca2+ 2 CaHPO4 + 2 H+

Calciumdihydrogenphosphat Calciumhydrogenphosphat

3 CaHPO4 + Ca2+ Ca4H (PO4)3 + 2 H+

Calciumhydrogenphosphat Octocalciumphosphat

Ca4H (PO4)3 + Ca2+ + H2O Ca5 (PO4)3OH + 2 H+

Octocalciumphosphat Hydroxylapatit

Die Wasserlöslichkeit nimmt in folgender Reihenfolge ab:

Ca(H2PO4)2 > CaHPO4 > Ca4H(PO4)3 > Ca5(PO4)3OH

Löslichkeit von Bodenphosphaten in Abhängigkeit vom pH-Wert

organisches Phosphat

adsorbiertesPhosphat

Calciumphosphat

Bodenlösung

Phosphatdynamik im Boden

Mineralisation von organisch gebundenem Phosphat

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Sugar beet Rape Maize Pigeon Pea White Lupin Phacelia Wheat

P0 Phytate Ca(H2PO4)2

mg

P kg

-1

Einfluss einer P-Düngung (100 mg P/kg Boden) in Form von Na-Phytate undCa2(H2PO4)2 auf die P-Aufnahme verschiedener Pflanzen (Leppin, 2007)

Methode P0 Phytat Ca2(H2PO4)2

mg P/kg Boden

_______________________________________________________________Mehlich 3 8,5 (±0,2) 10,0 (±0,2) 86,2 (±9,8)P-Wasser 1,2 (±0,1) 1,4 (±0,1) 31,5 (±2,7)Ohlsen 3,3 (±0,2) 2,7 (±0,2) 67,1 (±5,2)CAL 4,5 (±0,4) 5,1 (±0,4) 80,4 (±5,8)DL 8,5 (±0,2) 8,6 (±0,1) 79,3 (±5,7)EUF (1. + 2. Fr.) 4,2 (±0,1) 5,6 (±0,3) 47,3 (±3,8)________________________________________________________________

Einfluss einer P-Düngung (100 mg P/kg Boden) in Form von Na-Phytate undCa2(H2PO4)2 auf die mit verschiedenen Bodenuntersuchungsmethoden extrahierbare P-Konzentration (Leppin, 2007)______________________________________________________________________

Wird mit EUF organisch gebundener Phosphor erfasst?

Inositol 5 Phosphat

Phosphat

Material & Methoden

Phosphatarmer Unterboden- Tongehalt, g kg-1: 207- pH-Wert (CaCl2): 5,80- CAL, mg P kg-1 : 9,03

Varianten:- Kontrolle, keine P-Düngung- Porg-Boden, 100 mg P kg-1, Na-Phytat- Porg-Mittelzelle, 100 mg P kg-1, Na-Phytat (Zugabe von Na-Phytat zu 5 g Boden direkt in die Mittelzelle, dann Extraktion)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 10 20 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

MInuten

mg

P/k

g B

oden

P0PorgPorg EUF-Zelle

Kinetik der EUF-Pan Freisetzung (400 V, 80oC) im Bodennach Düngung von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden) bzw. nach Zugabe in die Mittelzelle

012345678

0 10 20 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Minuten

mg P/

kg Bo

den Pan

P-Gesam t

Kinetik der EUF P Freisetzung (400 V, 80oC) im Bodennach Düngung von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden)

02468

101214

0 10 20 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

Minuten

mg P

/kg B

oden Pan

P-Gesamt

Kinetik der EUF P Freisetzung (400 V, 80oC) im Bodennach Applikation von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden) indie EUF-Mittelzelle direkt vor der Extraktion

34,5

50

62

0

10

20

30

40

50

60

70

P0 Porg Boden Porg-Mittelzelle

mg

P/kg

Bod

enGesamt P Konzentration des EUF Anodenfilterrückstandesnach Untersuchung von der Kinetik der EUF P Freisetzungnach Applikation von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden)

0

50

100

150

200

250

Alluviu

m

Sandb

oden

Buntsa

ndste

inverw

.

mg

P/k

g B

oden

ohneNa-Phytat

Einfluss einer direkten Na-Phytat Zugabe(30 mg P/kg Boden) auf das CAL extrahierbare Phosphat

0102030405060708090

100

anorg.-P Gesam t-P

mg P/

kg Bo

den ohne

plus Na-Phytat

Einfluss einer direkten Na-Phytat Zugabe(30 mg P/kg Boden) auf das CAL extrahierbareanorganische- und Gesamt-Phosphat bei einemSandboden, pH 6,4.

gelöstes Phosphat

labilesPhosphat

stabilesPhosphat

Gleichgewichtsverhältnisse verschiedener Phosphatfraktionen

Teilfraktionen des stabilen Phosphates:

1. Apatite2. Okkludiertes Phosphat3. Organisch gebundenes Phosphat

Richtwerte für die P-Gehaltsklassen A bis E nach der CAL-Methode

(VDLUFA 1997)

__________________________________________________P-Gehaltsklasse mg P/100g Boden mg P2O5/100g Boden__________________________________________________

A < 2,0 < 5B 2,1-4,4 6-9C 4,5-9,0 10-20D 9,1-15,0 21-34E >15,1 >35

___________________________________________________

Verteilung der analysierten

Konzentration an CAL-

löslichem Phosphat in

verschiedenen Gehaltsklassen nach VDLUFA

(n = 118)

Anzustrebende EUF-P-Werte (1. Fraktion) zu Zuckerrüben bei einem Ertragspotential von 100 dt Zucker/ha in Abhängigkeit von den P-

Vorräten im Boden (EUF-Quotient)(Wiklicky und Nemeth 1982)

_________________________________________________EUF-Quotient EUF-P (1. Faktion)(= 2. Fraktion/1.Fraktion)_________________________________________________

0,4 2,250,5 2,000,6 1,750,7 1,500,8 1,25

________________________________________________

Mykorrhizierung spielt für die Phosphatverfügbarkeit eine wichtige

Rolle

Die endotrophe Mykorrhizza spielt

für landwirtschaftliche Kulturpflanzen eine

wichtige Rolle Ausnahmen:

Chenopodiaceen (Zuckerrübe,

Spinat), Cruciferen(Raps, Senf)

Phosphat-Aneignungsvermögen verschiedener

Pflanzenarten

Proteoidwurzeln der Weißlupine

Absatz von Phosphatdüngemitteln in Deutschland, bis 92/93 nur alte Bundesländer

(Stat. Bundesamt)______________________________________________Düngejahr Menge (1000 t P) kg/ha______________________________________________1960/61 292 221970/71 402 321980/81 368 301990/91 224 192000/01 154 92002/03 144 8______________________________________________

P-Flächenbilanz in Deutschland

Phosphatfixierende Böden in Afrika

Welteiter Einsatz von Phosphat-Düngemitteln

Abbau von Rohphosphaten

Globale Phosphatexporte und Cadmiumkonzentrationen

Herstellung von Thomaskali aus Konverterschlacke

Zuschlagstoffe für die Produktion von Thomaskali vor und nach der Produktionsumstellung vom Mai

1998

Superphosphat (8% P): Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4 Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4

Triplesuperphosphat (22%):Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4 3 Ca(H2PO4)2

Löslichkeit verschiedener Phosphatdüngemittel und ihr P-Gehalt____________________________________________________Düngemittel Löslichkeit P (%)____________________________________________________Hyperphos 80% Ameisensäure 13

20% MineralsäureNovaphos 40% Wasser 10

30% Zitronensäure30%Mineralsäure

Thomasphosphat 100% Zitronensäure 7

Superphosphat >93% Wasser8Triplesuperphosphat >93% Wasser22____________________________________________________

0

10

20

30

40 Thomasphosphat

TeilaufgeschlossenesRohphosphat

Rohphosphatohne P-Düngung

Abstand von der Wurzeloberfläche

mg

P/10

0g B

oden

1 2 3 4

Verarmung des wasserlöslichen Phosphats in der Rhizosphäre von Raps nach Anwendung

unterschiedlicher P-Dünger(Steffens 1987)

Wachstum von Weizen mit:Superphosphat Rohphosphat ohne

Phosphatdüngung

6.3 Strategien zur P-Düngung

0

10

20

30

40

50

60

70

80

mg

P/kg

Bod

en

P O Ca(

H2P

O4) 2

Bio

gasg

ülle

Schl

empe

Bio

kom

post

Hol

zasc

he

Stal

lmis

t

Wirkung verschiedener Reststoffe auf CAL-extrahierbares P im Boden.Es wurden 100 mg P/kg Boden in Form der Reststoffe gedüngt.

Ertragswirksamkeit von Thomaskali (TK) auf dem Oberboden

P0 TK1 TK2 TK2

Ertragswirksamkeit von Rohphosphat aus Hohenheim auf dem Oberboden

P0 RP1 RP2 RP3

Ergebnisse

Feldversuch

0

10

20

30

40

50

60

P0 P0+Jauche 5 kg P/ha 10 kg P/ha 15 kg P/ha

Varianten

dt

Ko

rn/h

a

Einfluss von Jauche und Thomaskali auf den Kornertragvon Dinkel 2006/07

Hafer GladbacherhofKorn dt/ha

0

5

10

15

20

25

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 10 kg P/ha RP2 20 3 30

5 10 kg P/ha BSP6 20 7 30

9 10 kg P/ha FKM10 2011 30

13 10 kg P/ha TK14 2015 30

17 0 + Jauche 200618 0

2007

Ertrag dt TM/ha1. Schnitt, 09.06.08

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 10 kg P/ha RP2 20 3 30

5 10 kg P/ha BSP6 20 7 30

9 10 kg P/ha FKM10 2011 30

13 10 kg P/ha TK14 2015 30

17 0 + Jauche 200618 0

Luzerne/Grasgemenge

Ertrag dt TM/ha2. Schnitt, 18.08.08

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 10 kg P/ha RP2 20 3 30

5 10 kg P/ha BSP6 20 7 30

9 10 kg P/ha FKM10 2011 30

13 10 kg P/ha TK14 2015 30

17 0 + Jauche 200618 0

Luzerne/Grasgemenge

Ertrag dt TM/ha3. Schnitt, 17.09.08

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

1 10 kg P/ha RP2 20 3 30

5 10 kg P/ha BSP6 20 7 30

9 10 kg P/ha FKM10 2011 30

13 10 kg P/ha TK14 2015 30

17 0 + Jauche 200618 0

Luzerne/Grasgemenge

6.3 Strategien zur P-Düngung