Phosphor im Boden (K)ein Grund zur Panik?

www.bodenoekologie.com

Univ. Lek. DI Hans Unterfrauner

Februar 2012

Rochuspark I Erdbergstraße 10/33 I 1020 Wien

T (+43 1) 236 10 30 33 I M (+43 0) 676 364 10 30

E office@bodenoekologie.com I www.bodenoekologie.com

Umrechnungsfaktoren

K K2O

K2O K

P PO4

PO4

P

P P2O

5

P2O

5 P

PO4

P2O

5

P2O

5 PO

4

0,747

1,334

0,436

2,291

0,326

3,067 1,205

0,830

Mg MgO

MgO Mg

1,658

0,603

Inhalt

• Auswertung von drei P Steigerungs-

versuchen (40Jahre)

• Dynamik im Boden

• P Formen

• P Analytik

• P Mobilisierung

Ergebnisse von 3

Dauerversuchsflächen

Fuchsenbigl

Marchfeld

Rottenhaus

Alpenvorland

Zwettl

Waldviertel

Seehöhe [m] 150 290 510

Niederschlag [mm] 532 778 663

Jahresmitteltemp. [°C] 9,5 8,4 6,4

Bodentyp Tschernosem Braunerde Braunerde

pH CaCl2 7,5 6,6 5,3

Corg % 1,1 1,4 1,0

Standortsbeschreibung

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

Fruchtfolge

Kulturart Fuchsenbigl Rottenhaus Zwettl

Getreide

[Weizen, Gerste, Roggen, Hafer] 47,5% 42,5% 42,5%

Hackfrüchte

[ZR, Kartoffel, Mais]

37,5%

[ZR 15%]

40%

[ZR 22,5]

22,5%

[keine ZR]

Leguminosen

[Erbse, Ackerbohne, Luzerne,

Rotklee, Gemenge]

12,5% 15% 35%

Ölfrüchte

[Raps] 2,5% 2,5% 0,0%

Messdaten

• P CAL im Boden 0 bis 20 cm Tiefe (jährlich)

• P pH Werte

Boden jährlich:

• Ertrag (Erntegut und Erntereste)

• P Gehalte von Erntegut und Ernteresten

Pflanzen: Foto: Unterfrauner

Foto: Unterfrauner

Veränderung der CAL Gehalte der Nullparzellen von 1956 bis 1996

P2O

5 [m

g/1

00

g]

Ergebnisse

Veränderung CAL Gehalte ausgewählter Parzellen

in Fuchsenbigl von 1956 bis 1995

Ergebnisse

P2O

5 [m

g/1

00

g]

„Nachhaltigkeitswirkung“ in Fuchsenbigl von 1975 bis 1995

Ergebnisse

P2O

5 [m

g/1

00

g]

P Entzug im 40 jährigen Versuchszeitraum

Gesam

tentz

ug P

[kg/h

a]

Ø J

ährl

. G

esam

t-

entz

ug [

kg/h

a]

Ohne Ernterückstände

~ P 8-10 kg/ha

Ergebnisse

Kulturart Fuchsenbigl Rottenhaus Zwettl

Ertrag

[%P1 Tho]

P Entzug

[%P1 Tho]

Ertrag

[%P1 Tho]

P Entzug

[%P1 Tho]

Ertrag

[%P1 Tho]

P Entzug

[%P1 Tho]

W Weizen 82-86 58 94-96 80 86-94 86

S Gerste 75-81 65 83-84 78 77-78 68

W Roggen 69-80 57 86-88 82 96-98 80

Hafer 91-97 91 96-108 104 84-85 100

ZR 65-75 29 67-68 56

Körnermais 99-101 78 91-94 88

Silomais 93-96 74

Kartoffel 78-88 55 86-88 85

Raps 78-91 57 109-110 86

Ackerbohne 81-84 73

Erbse 82-88 63 74-78 76

Rotklee 95-100 91

Luzerne 99-102 76

Relativerträge und relative P Entzüge der 0 Parzellen

Ergebnisse

Ergebnisse nur für S Gerste

und ZR signifikant

Zusammenfassung

• Ertragsrückgänge nicht signifikant (1-26%) Ausnahme: Sommergerste und Zuckerrüben (Rückgang 16-35%, signifikant)

• Vermehrte P Mobilisierung auf 0 Parzellen

• Die P-CAL Gehalte der 0 Parzellen bleiben auf allen 3 Standorten

über 40 Jahre unverändert bzw. steigen leicht an.

• Zusammenhang P Boden CAL zu P Ertrag sehr niedrig

(R= 0,023 bis 0,277)

Fragen:

Ist die Aufregung gerechtfertigt?

Fotos: Unterfrauner

Dynamik im Boden

Wasser

löslich

Austauschbar

Reserve

Nicht

verfügbar

Abbau, Mineralisation, Auflösung, Desorption

Fixierung, Einbau in organische Moleküle, Ausfällung, Adsorption

Mobilisierung

Immobilisierung

Fraktion

I

Fraktion

II

Fraktion

III

Fraktion

IV

Dünger

Niederschlag

Grundwasser

Aerosole

N-Fixierung

Pflanzenentzug

Auswaschung

Erosion

Denitrifikation

Quelle: Schröder 1992: Bodenkunde in Stichworten, Gebrüder Bornträger, ergänzt durch Unterfrauner 2010

Wirkungsgefüge

Antagonismus stark

Antagonismus schwach

Synergismus

Wirkungsweise

Cu Mg

Zn

N

B

P Fe

K

Mn

Ca

Na

Fe- Phosphat

Zn- Phosphat

Ca- Phosphat

Quelle: Fachbeirat für Bodenfruchtbarkeit 2003 (SGD Weinbau)

Phosphor im Boden

P in der

Bodenlösung Optimal 0,3 bis 0,8 mg/l

Lithogenes

P

Dünger

P 18 – 40 kg/ha/a

P in

Pflanzen Pflanzen 5 – 35 kg/ha

P anorganisch Ca, Al, Fe

P

Humus/MO 400-2000kg/ha- 60-120 kg/ha

P im

Grundwasser Auswaschung 0,1-0,3 kg/ha/a

Düngung Verwitterung

P-Aufnahme

Mineralisierung

Auswaschung

Desorption

Sorption

Min

. P

10

00

-30

00

kg

/ha

P

sorbiert

Quelle: Scheffer/Schachtschabel, Lehrbuch der Bodenkunde, 16. Auflage 2010, Spektrum Akademischer Verlag

O

P

O O

O -

-

-

O

P

O O

O -

-

-

O

P

O O

O -

-

-

H H

H

P in der Bodenlösung

pH > 12 pH 12 bis 7,2 pH 7,2 bis 6,0

PO4

3- HPO

4

2- H

2PO

4

1-

Phytin

mineralisch organisch

X

Optimal: 0,3 bis 0,8 mg/l

Mirkobiologie

„direkt verfügbares P“

P sorbiert

Fe, Al

Oxide

Hydroxide OH -

OH -

OH -

OH -

OH -

OH -

OH -

OH -

OH -

> LNP

H

Fe, Al

Oxide

Hydroxide

H +

H +

H +

H + H

+

H

+

H +

H

+

< LNP

+

Negative Überschussladung Positive Überschussladung

H

P sorbiert

Fe, Al

Oxide

Tonminerale

+ H +

H +

H +

H + H

+

H

+

H +

H

+

O

P O

O

O

- - -

H

- pH abhängig (OH- oder H+, Ladungsnullpunkt)

- Ionenkonkurrenz (z.B. SiO22-, Cl-, NO3

-, SO42-)

SiO2

--

< LNP

Ca++

Mg++

K+

„austauschbares P“

SiO2

--

SiO2

--

SiO2

--

SiO2

--

P absorbiert, okkludiert

Absorbiertes P

Okkludiertes P

„stark gebundenes P durch Säure teilweise mobilisierbar“

Oxide

Hxydroxide

TM

P organisch

Phytin +

Ca

Fe

Al

„unlösliche“

Phytate

„durch Mikrobiologische Prozesse mobilisierbares P“

Einbau

im Humus/Mo Gelöste Pmin

P organisch

C : N : P : S C : N C : P C : S

8-12:1 30->100:1 ~130:1

Übersicht P Fraktionen

Bl ad

sorbiert ab

sorbiert

Okludiert

Mineralisch

P Zustand

Pflanzen

verfügbarkeit sofort leicht gering sehr gering

Mikrobiologie

Organisch

Löslichkeit Wasser

Mikrobio Säure

Säure

Base

Konk.

Ionen Säure

P- Analytik, ein Dilemma

Wie können die P Formen

analysiert und bewertet werden?

Fotos: Unterfrauner

P- Projekt

- 50 verschiedene Böden aus Deutschland und Österreich

- 10 verschiedene Extraktionsverfahren (P pflanzenverfügbar)

- 2 verschiedene Messmethoden (ICP, Photometer)

Topfversuch

- Sommerweizen

- Wasserversorgung optimal

- Nährstoffversorgung „üblich“ (P nicht manipuliert)

Vergleich P Extrakte Boden zu P Entzug Pflanze

Foto: Unterfrauner

Foto: Unterfrauner

0,29 3,59 6,7750 50

82121

157189 197

232 247

406

631

0

100

200

300

400

500

600

700

wl

CaC

l2LiC

l

Ols

en

FeOxi

dCAL

Mem

bran

Mehlic

h 3

Dith

ionit

Bra

y2Porg

HCl

Oxa

lat

tota

l

P Fraktionen im Boden mg/kg

P [

mg

/kg

]

Mittelwerte aller Proben, n=50

Pt = 200 bis 800mg/kg

leicht

austauschbar

säurelöslich

Porg

0,05 0,6 1,1

7,9 8,013

1925

30 3137 39

64

100

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

wl

CaC

l2LiC

l

Ols

en

FeOxi

dCAL

Mem

bran

Meh

lich 3

Dith

ionit

Bra

y2

Porg HCl

Oxa

lat

"tota

l"

P Fraktionen im Boden in % von Pt

P [

% v

on

Pto

tal]

Mittelwerte aller Proben, n=50

P Bodenlösung

< 0,1% Pt

Porg

25 bis 65% Pt

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33

PO4 min + organisch

PO4 mineralisch (Ortho)

Phosphor in der Bodenlösung

P [

mg

/l]

Organisch gebundener P

4 bis 55%

Optimalbereich

0,3

0,8

Proben, n = 33

P Boden zu P Entzug

PExtrakt zu PEntzug Best.Maß R2

Frakt. Analyse wl 0,627

CaCl2 0,546

Frakt. Analyse LiCl 0,380

Olsen 0,114

FeOxid 0,277

Aust. Membran 0,265

wl/HCl 0,754

PExtrakt zu PEntzug Best.Maß R2

CAL 0,077

Mehlich 0,099

Dithionit 0,009

Bray2 0,089

Frakt. Analyse HCl 0,001

Oxalat 0,007

Proben, n=50

y = 0,0431x - 0,155

R2 = 0,6274

0,0

0,4

0,8

1,2

1,6

2,0

0 10 20 30 40 50

P Entzug [mg/Topf]

P w

l [m

g/k

g]

P wl zu P Entzug

y = 0,0001x - 0,0005

R2 = 0,7511

0

0,001

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0 10 20 30 40 50

P w

l/n

l [m

g/k

g]

P Entzug [mg/Topf]

P wl/nl zu P Entzug

P wl zu P Entzug (Kulhanek, 2009)

y = 2,7327x + 73,024

R2 = 0,0777

0

50

100

150

200

250

300

0 10 20 30 40 50

P CAL zu P Entzug

P Entzug [mg/Topf]

P C

AL

[m

g/k

g]

Aus: Heffterhofer

Umweltgespräche

25.02.2010

Berechnung von P Fraktionen

Dichte: 1,5 g/cm3 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 [m3/ha]:

Bodengewicht [t/ha]:

3.000 m3/ha

4.500 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 = 1.400

2,5 kg/ha = Pwl = 0,74 mg/l

PHCl [kg/ha]: = 420 * 4,5 = 1.890

Pt = 3.290 kg/ha

Entzüge: P 5 bis 35 kg/ha

Konkretes Beispiel aus dem Projekt

13%

41%26%

20%

< 0,250,25-11 - 2>2

Auswertung Bodenproben Frakt. A.

N = 1600

17%

26%

26%

31%

<1010-3030-60>60

7%

17%

29%

33%

14%

<500

500-800

800-1200

1200-2000

>2000

P Bodenlösung [mg/l] P Pflanzenverfügbar [kg/ha]

P Reserve mineralisch [kg/ha]

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

pH Wert

Ad

so

rbie

rt [

%]

Phosphat

Molybdad

20

40

60

80

100

0

2 4 6 8 10

pH Abhängigkeit P Verfügbarkeit

4 5 6 7 8

P B

ind

un

g (

mm

ol/

kg

)

pH Wert

Al-

Fe Phosphat Ca

Phosphat

Aus: Scheffer/Schachtschabel, Lehrbuch der Bodenkunde, 16. Auflage 2010, Spektrum Akademischer Verlag

Mykorrhiza

Wurzel

Mykorrhiza

http://www.ffp.csiro.au/research/mycorrhiza/intro.html

Boden „versus“ Regenwurmkot

Regenwurmkot

40

0

70

Regenwurmkot

Boden „versus“ Regenwurmkot

Wurzelraum

Weizenwurzel im Mai

Wurzellänge:

bis 80 km

Oberfläche:

bis 300 km2

Quelle: Wurzelatlas (Kutschera, Lichtenegger, Sobotka Quelle: Wurzelatlas (Kutschera, Lichtenegger, Sobotka

Wurzelexsudate

Aufwand

~ 30%

Assimilate

Menge BBM [kg/ha]:

bis 5.000

Quelle: Wurzelatlas (Kutschera, Lichtenegger, Sobotka

Weiße Lupine Buchweizen

P aufschließende Pflanzen

Silberbaumgewächs/Protea

Proteoidwurzeln

H

P sorbiert

Fe, Al

Oxide

Tonminerale

+ H +

H +

H +

H + H

+

H

+

H +

H

+

O

P O

O

O

- - -

H

- pH abhängig (OH- oder H+, Ladungsnullpunkt)

- Ionenkonkurrenz (zB SiO22-, Cl-, NO3

-, SO42-)

SiO2

--

< LNP

Ca++

Mg++

K+

„austauschbares P“

SiO2

--

SiO2

--

SiO2

--

SiO2

--

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