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Stickstoff
Stickstoff ist überall - doch leider können ihn die meisten Pflanzen nicht nutzen. Eine direkte Nutzung des Luftstickstoffs ist nur den Leguminosen möglich, die dafür eine Symbiose mit bestimmten Mikroorganismen eingehen. Alle anderen Pflanzen sind in irgendeiner Form auf Stickstofflieferungen angewiesen. Die Stickstoffvorräte sind riesig, da die Lufthülle der Erde zu 80% aus N besteht, allerdings braucht es für die Produktion von mineralischen Stickstoffdüngern viel Energie: Für ein Kilo N in Mineraldüngerform braucht man etwa die Energie, die in einem Kilo Heizöl steckt. Mineralische Stickstoffdünger werden vor allem aus Ammoniak hergestellt, wobei ein Drittel der weltweiten Menge in China produziert wird.
Nicht ganz so energieaufwändig sind die stickstoffhaltigen Hofdünger (Gülle, Mist, Silosaft), Kompost, Biogas-Reststoffe, stickstoffhaltige Abwässer aus Abluftreinigungsanlagen oder N-reiche organische Handelsdünger wie Fisch-, Feder- oder Hornmehl.
Stickstoff ist für alle Pflanzen essentiell, er ist jedoch leider hochmobil. Er entweicht in Form von Ammoniak aus Hofdüngern oder lässt sich als Nitrat aus Böden auswaschen von wo er ins Grundwasser gelangt. Ein Teil N entweicht als Lachgas in die Luft. Stickstoff ist immer auf Achse und deshalb schwer zu fassen. Das macht die N-Düngung besonders anspruchsvoll, vor allem weil sich ein N-Mangel im Pflanzenwachstum rasch bemerkbar macht.
Wenn Nährstoffe in die Luft gehen
Luftschadstoffe wie z.B. Ammoniak werden über weite Distanzen verfrachtet, sie können deshalb zu einer Überdüngung von stickstoffempfindlichen Ökosystemen wie Wäldern, artenreichen Naturwiesen und Trockenrasen, alpinen Weiden, Hoch- und Flachmooren führen. Dann kann Stickstoff in Form von Nitrat aus dem Waldboden ausgewaschen werden und ins Grundwasser gelangen oder die Artenvielfalt von stickstoffempfindlichen Ökosystemen (wie z.B. Moorstandorten) kann sinken.
Im Zusammenhang mit der Düngung kommt dem Luftschadstoff Ammoniak eine besondere Bedeutung zu. Im Jahr 2007 hat die Landwirtschaft rund 49'000 Tonnen Stickstoff in Form von Ammoniak ausgestossen, was einem Anteil von 94% an den gesamten Ammoniakemissionen entspricht. Der grösste Teil davon stammte aus der Tierproduktion, allein die Lagerung und Ausbringung von Hofdüngern wie Gülle und Mist macht rund die Hälfte davon aus.
Massive Zielkonflikte
Zwischen 1990 und 2007 nahmen die Ammoniakemissionen der Hofdüngerlager und Hofdüngerausbringung zwar um 21%, bzw. 30% ab. Im selben Zeitraum nahmen aber die Weideemissionen um 96% zu und die Emissionen aus Laufställen und Laufhöfen erhöhten sich um 44%. Diese Zunahmen sind eine direkte Folge der Agrarpolitik, welche den regelmässigen Auslauf im Freien (RAUS) und die Haltung von Nutztieren in besonders tierfreundliche Bauweise (BTS) mit Beiträgen fördert. Denn bei diesen tierfreundlichen Haltungssystemen entweicht mehr Ammoniak als wenn die Tiere in geschlossenen Ställen gehalten werden.
Die neue Agrarpolitik AP14-17 verfolgt eher einen anderen Ansatz: Sie soll die Tierbestände noch weiter verringern und auf diesem Weg zu weniger Ammoniakemissionen führen. Allerdings wird dann - bei unverändertem Inlandkonsum von Fleisch, Milch und Ackerfrüchten - die in der Schweiz wegfallende Produktion mit all ihren Schadstoffen einfach aus dem Ausland importiert. Bei den Emissionen im Bereich vom Ackerbau sieht es ähnlich aus. Eine Studie der ETH aus dem Jahr 2010 unter der Leitung des heutigen BLW-Direktors Bernard Lehmann kam zum Schluss, dass "aufgrund fehlender technischer Minderungsmassnahmen in diesem Bereich eine substantielle Emissionsreduktion nur durch eine starke Verlagerung von Acker- und Kunstwiesenflächen in Naturwiese und damit einer deutlichen Reduktion des Selbstversorgungsgrades bei den Ackerkulturen" erreichbar wäre.
Forschungslücken sind gross
Die Konflikte zwischen Tierwohl, Selbstversorgung und Luftschadstoffen sind nicht zuletzt deshalb schwierig zu lösen, weil es noch erhebliche Wissenslücken in diesem Bereich gibt. Der Stickstoffkreislauf ist zwar in groben Zügen bekannt, aber es bestehen nach wie vor grosse Schwierigkeiten bei der Bemessung verschiedener Teilflüsse und es fehlt am Wissen, wie man die landwirtschaftlichen Prozesse beeinflussen kann. Bezüglich Steigerung der Stickstoffeffizienz gibt es noch viel Forschungsbedarf. Praxistaugliche Lösungen zur Reduktion von Stickstoffverlusten sind rar.
Quelle: Umwelt 2/14, BAFU; Stickstoff 2020, ETH/BLW; Bericht Agrammon, BAFU und Stickstoffflüsse - Lücken in der Forschung BLW/BAFU
Phosphor
Für Phosphor gibt es keine Alternative. Eine gute Versorgung der Böden mit Phosphor in pflanzenverfügbarer Form ist eine wichtige Voraussetzung für gute Erträge von einwandfreier Qualität. P-Verbindungen spielen bei verschiedenen wichtigen physiologischen und biochemischen Vorgängen wie beispielsweise der Übertragung der Erbinformation der Zelle oder ihrer Energieversorgung eine entscheidende Rolle. Phosphor wird nicht verbraucht, sondern bleibt grundsätzlich im Kreislauf vorhanden, er wird höchstens diffus verteilt. Vor 100 Jahren waren rund 90% der landwirtschaftlichen Böden P-bedürftig. Kein Wunder, haben die Bauern nach Ende des zweiten Weltkriegs die Möglichkeit genutzt, ihre Böden mit billigen P-Düngern zu versorgen. Heute sind viele Böden in der Schweiz mit Phosphor sehr gut, teilweise sogar zu gut, versorgt. Das ist nicht nur auf Mineraldünger, sondern auch auf die relativ hohe Nutztierdichte und den Import von Futtermitteln zurückzuführen. Solange dieser Phosphor im Boden gebunden bleibt, ist das noch kein Problem. Allerdings steigt mit zunehmendem P-Gehalt im Boden das Risiko, dass Phosphor ausgewaschen wird und in ökologisch sensible Lebensräume gelangt. Kommt z.B. zu viel P in stehende Gewässer, so wachsen dort Algen. Das überschüssige Pflanzenmaterial sinkt, wenn es abgestorben ist, auf den Seegrund ab und wird dort von Bakterien und Pilzen unter Verwendung von Sauerstoff abgebaut, was im See zu Sauerstoffmangel führen kann. Weitere Umweltprobleme im Zusammenhang mit dem Pflanzennährstoff Phosphor betreffen Moore, Trockenwiesen und an-dere empfindliche Lebensräume die auf ein nährstoffarmes Milieu angewiesen sind. Bereits geringe Nährstoffeinträge können dort zur Verdrängung der besonderen Pflanzengesellschaften führen.
Problem erkannt, Belastung gesunken
Seit den sechziger Jahren des letzten Jahrhunderts hat die Schweiz sehr viel in Abwasserreinigungsanlagen investiert und auf diesem Weg die P-Einträge in die Seen vermindert. Das 1985 beschlossene Verbot des Einsatzes von Phosphor in Textilwaschmitteln hat die Belastung ebenfalls reduziert. Auch zur Reduktion von P-Einträgen aus der Landwirtschaft wurden verschiedene Massnahmen ergriffen. In den Einzugsgebieten belasteter Seen wurden im Rahmen von Projekten nach Artikel 62a des Gewässerschutzgesetzes spezielle Massnahmen zum P-Rückhalt eingeleitet. Die P-Konzentration im Wasser der Schweizer Seen hat in den letzten Jahrzehnten stark abgenommen. In ein paar Fällen wird das Umweltziel Landwirtschaft von maximal 20mg P/m3 Seewasser aber weiterhin über-schritten. Die Phosphorlagerstätten der Welt sind begrenzt. 95% der abbauwürdigen Lagerstätten befinden sich in nur fünf Ländern, China, Marokko/Westsahara, Südafrika, USA, Jordanien, wobei allein China rund 40% der weltweiten Menge fördert. Phosphor wird auf der ganzen Welt zu 80% als Dünger, zu 10% in Futtermittelzusätzen, zu 7% in Reinigungsmitteln und zu 3% für spezielle industrielle Anwendungen eingesetzt. Könnte die Schweiz alle einheimischen P-Quellen verwenden, also auch Klärschlamm und Abfälle aus der Fleischproduktion, müsste die Schweizer Landwirtschaft rein theoretisch keinen mineralischen P-Dünger zukaufen.
Schwermetalle im Dünger
Landwirte müssen sich beim Kauf von Düngern darauf verlassen können, dass draufsteht, was drin ist. Analysen der Forschungsanstalt Agroscope haben gezeigt, dass das nicht immer der Fall ist. So waren z.B. die Nährstoffgehalte (Stickstoff, Phosphor, Kalium und Magnesium) in mehr als jeder sechsten Proben tiefer, als auf dem Etikett angegeben, nur in 83% der Proben stimmten die deklarierten Werte mit dem Inhalt überein. Während von den erwünschten Nährstoffen eher zu wenig drin waren, war von unerwünschten Schwermetallen häufig zu viel drin. Reine Stickstoff- und Kaliumdünger hatten die tiefsten Gehalte an Schwermetallen wie Arsen, Blei, Cadmium, Chrom, Cobalt, Kupfer, Molybdän, Nickel, Vanadium und Zink; reine Phosphordünger hatten die höchsten. Vor allem bei Cadmium wurden relativ häufig höhere Werte gemessen als nach Chemikalien-Risikoreduktions-Verordnung (ChemRRV) erlaubt.
Dass Phosphordünger aus Rohphosphat je nach Herkunft mit hohen Cadmiumgehalten belastet sein können, ist schon länger bekannt. Für Mineraldünger, die mehr als ein Prozent Phosphor enthalten, gilt deshalb in der Schweiz ein Grenzwert von 50 g Cadmium pro Tonne Phosphor. Von 44 untersuchten Phosphordüngern überschritten fast die Hälfte diesen Cadmium-Grenzwert, in zwei Fällen sogar um das Vierfache. Der Handlungsbedarf ist offenbar gross. Anzumerken ist, dass die EU weniger und keine einheitlichen Regelungen bezüglich Schwermetall-Grenzwerte in Düngern kennt.
Quelle: Agrarforschung Schweiz
Kalium
Kalium ist vor allem für die Regulierung des Wasserhaushaltes in der Pflanze verantwortlich. Eine gut mit Kali versorgte Pflanze ist deutlich toleranter gegen Trockenheit, Hitze und Kälte. Kalium fördert zudem die Photosynthese und den Transport von Zucker, Stärke, Zellulose in der Pflanze. Es erhöht die Krankheitsresistenz und macht die Pflanze standfester. Der Gehalt an Kalium im Boden ist in erster Linie abhängig von der Bodenart. Da Kalium an Tonminerale gebunden wird, kann die Verfügbarkeit von Kalium auf schweren Böden eingeschränkt sein. Im Gegensatz dazu stellt auf leichten Böden die Verlagerung in tiefere Bodenschichten ein Problem dar. In viehhaltenden Betrieben ist die Kaliversorgung meistens gewährleistet. In Biobetrieben muss der Auswaschung von Kali aus dem Mist besondere Beachtung geschenkt werden. Deshalb werden die Mistlager im Bioanbau mit Vlies vor Regen geschützt. Verglichen mit der Stickstoff- oder Phosphordüngung ist die Kaliumdüngung relativ unproblematisch. Die weltweiten Kalivorräte sind gross, Kali wird vor allem in Kanada abgebaut.
Hofdünger
Pflanzen entziehen dem Boden beim Wachstum Nährstoffe. Tiere scheiden diese nach dem Fressen der Pflanzen grössten-teils wieder aus. Nur etwa 5 bis 15% der mit dem Wiesenfutter aufgenommenen Nährstoffe verlassen den Hof in Form von Milch und Fleisch. Durch Zufuhr von betriebsfremden Futtermitteln, natürliche Nachlieferung aus dem Boden und Ein-träge aus der Luft werden diese Nährstoffexporte weitestgehend wieder ersetzt. Hofdünger gelten als Mehrnährstoffdünger, da sie den Boden gleichzeitig mit Hauptnährstoffen, Spurenelementen und organischer Substanz versorgen. Man unterscheidet vor allem Mist und Gülle. Reine Jauche (= Harn) enthält im Gegensatz zu Stallmist oder Gülle nur rasch wirksamen Stickstoff und Kali, aber kaum Phosphat, Kalk und Spurenelemente, da diese über den Kot ausgeschieden werden. Bei der Lagerung der Hofdünger kommt es zu unweigerlich Verlusten. Die unvermeidbaren N-Lagerverluste liegen beim Stapelmist bei etwa 20 bis 25%, bei Rottemist bei 30 bis 35% und bei Mistkompost bei 35 bis 40%.
Auch Kleinvieh macht Mist
Eine Raufutterverzehrer-Grossvieheinheit (1 RGVE = 500 kg Lebendgewicht) scheidet Tag für Tag etwa 8% des Körpergewichtes aus. Das macht für ein 500 Kilo schweres Rind rund 15 l Harn und 25 kg Kot. Bei der Milchkuh kommt je nach Milchleistung noch einiges an Mist und Gülle dazu. Ein Mastschwein scheidet im Mittel 6 bis 8% und ein Huhn ca. 10% des Körpergewichtes aus.
Quelle: EU-Nitratrichtlinie
Mist ist nicht gleich Mist
Gülle und Mist sind sehr heterogene Düngemittel, ihr Gehalt wird von vielen Faktoren, wie z.B. Tierart, Fütterung und Stallsystem beeinflusst. Analysen der Forschungsanstalt Agroscope zeigten, dass allein die Menge an Gesamt-N pro Kilogramm Trockensubstanz in Rindviehgülle um den Faktor sechs variieren kann. Das bedeutet, dass im Güllefass des einen Bauern sechsmal so viel Stickstoff enthalten sein kann wie im Güllefass eines anderen. Die Bauern müssen den N-Gehalt der Gülle aufgrund verschiedener Faktoren selbst abschätzen. Wenn Gülle in einer Biogasanlage vergoren wird, steigt der Anteil an schnell wirksamen Ammonium-N. Da bei der Vergärung auch der pH-Wert steigt, können beim Ausbringen von Gärgülle besonders hohe Ammoniak-Verluste entstehen. Tiefe Ammoniakverluste werden erreicht, wenn Gülle bei hoher Luftfeuchtigkeit, tiefen Temperaturen und windstillen Verhältnissen ausgebracht wird. Mit emissionsarmen Ausbringtechniken wie Schleppschlauch, Schleppschuh und Gülledrillgeräten können Ammoniakverluste reduziert werden. Die Wirkung wird jedoch häufig überschätzt. Forscher von Agroscope mussten zudem feststellen, dass die Reduktion dieser Verluste nicht in allen Versuchen zu höheren Erträgen führte, obwohl eigentlich genau das zu erwarten gewesen wäre. Für die Nitratverluste ist vor allem die Wasserbilanz im Boden über einen längeren Zeitraum bestimmend. Im Grünland versickert normalerweise während der Vegetationsperiode nur wenig Wasser. Dort nimmt das dichte Wurzelwerk den verfügbaren Stickstoff auf, weshalb das Nitrat-Auswaschungsrisiko auf Grünland klein ist.
Humuswirkung von Hofdüngern
Humus wird im Boden durch organische Dünger und humusmehrende Kulturen wie z.B. Kleegras angereichert. Hackfrüchte (Kartoffel, Mais, Rüben) und Feldgemüse sind dagegen humuszehrend. Dauergrünland hat immer eine positive Humusbilanz. Organische Dünger wie Stallmist, Kompost, Gülle etc. werden im Boden zu verschiedenen Humusformen ab- und umgebaut. Ohne humusliefernde Stoffe gäbe es kein Bodenleben. Die Dauerhumusbildung ist bei Kompost und Stallmist am höchsten. Eine Kombination von Gülle und Stroh wirkt ähnlich. Humus ist durch die Bildung von Ton- und Humuskomplexen am Aufbau der Krümelstruktur des Bodens beteiligt. Ausserdem fördert die organische Substanz das Bodenleben und damit die Nährstoffnachlieferung aus dem Bodenvorrat. Humus macht leichte Böden schwerer und schwere Böden leichter. Er hat auch eine Art "sanitäre" Funktion, da er Schadstoffe binden und abbauen kann. Zudem besitzt Humus ein gewisses Abwehrpotential gegen Schaderreger. Der Humus im Boden ist zugleich ein CO2- und ein N- Speicher. Viehlose Betriebe müssen verstärkt humusmehrende Früchte einplanen, während Betriebe mit Hofdüngern (insbesondere Stallmist, Kompost) in der Regel eine ausgeglichene bzw. positive Humusbilanz haben.
Gesetze setz(t)en Grenzen
Das Gewässerschutzgesetz (GSchG) schreibt für Betriebe mit Nutztierhaltung neben der ausgeglichenen Nährstoffbilanz auch eine absolute Höchstgrenze für den Einsatz von Hofdüngern vor: Pro Hektare düngbare Nutzfläche und Jahr darf höchstens die Nährstoffmenge von drei Düngergrossvieheinheiten (DGVE) in Form von Hof-düngern ausgebracht werden. Das entspricht 315 kg Stickstoff und 45 kg Phosphor (bzw. 103 kg P2O5).
Diese Grenze von 3 DGVE wurden selten erreicht, da bislang die Tierbeiträge nur ausbezahlt wurden, wenn pro Hektare Grünfläche im Talgebiet höchstens 2 DGVE pro ha gehalten wurden (im Hügel- und Berggebiet entsprechend weniger). Mit der AP14-17 wurde diese Obergrenze aufgehoben und stattdessen ein Mindesttierbesatz eingeführt. Dieser Mindesttierbesatz wird gemäss ersten Schätzungen des BLW auf 5% des Grünlands nicht einmal erreicht.
Düngung im Biolandbau
Biobetriebe müssen ebenfalls düngen, um ansprechende Erträge und gute Produktqualität zu erreichen. Sie verwenden dazu möglichst viele hofeigene Dünger wie Stallmist, Gülle, Ernterückstände, Gründünger oder Stroh, sowie mineralische Dünger die aus natürlichen Rohstoffen gewonnen werden, z.B. Kalksteinmehl, Algenkalk, Phosphatkreide oder Dünger aus tierischen Abfällen wie Fischmehl, Federmehl oder Schweineborsten. In Ausnahmefällen dürfen auch Spurenelementdünger (Bor, Mangan, Molybdän, Zink) und rasch wirkende Blattdünger verwendet werden. Der Mangel muss aber zuvor belegt werden, z.B. durch eine Bodenanalyse oder eine Pflanzenanalyse oder durch sichtbare Mangelerscheinungen. Der Einsatz von Blatt- und Spurenelementdüngern (mit Ausnahme einiger Eisendünger) ist im Biolandbau protokollpflichtig. Als Besonderheit ist zu erwähnen, dass Recyclingdünger wie Grüngutkompost oder Biogasgärreste auf Bio Suisse Betrieben nur eingesetzt werden dürfen, wenn die Transportdistanz ab Werk für Komposte maximal 80 km und für festes Gärgut maximal 40 km beträgt. Bei flüssigem Recyclingdünger aus z.B. Biogasanlagen darf die Transportdistanz höchstens 20 km ab Werk betragen.
Biologische Handelsdünger
Die käuflichen Stickstoffdünger für Biobetriebe basieren in der Regel auf tierischen Nebenprodukten: Sie werden aus Tierhörnern, Federn, Borsten, Knochen oder Wolle hergestellt. Bei den handelbaren Phosphordüngern kommen im Biolandbau Düngemittel aus weicherdigen Rohphosphaten, Dolomit, aber auch Algenprodukte und Fleischknochenmehle zum Einsatz. Kalihandelsdünger wie Kaliumsulfat dürfen nur eingesetzt werden, wenn ein Bedarfsnachweis gegeben ist. Bei den Mehrnährstoffdüngern werden vor allem Abfälle aus der Lebensmittelindustrie von Kakaoschalen über Pilzbiomasse und Ölkuchenresten bis zum Trester verwertet. Damit wird dem Kreislaufgedanken, welcher der Düngung ursprünglich zu Grunde liegt, am ehesten nachgelebt.
Demeterbetriebe
Noch strenger geregelt ist die Düngeranwendung bei den Demeter-Betrieben. Dort darf maximal die Hälfte des Stickstoffbedarfs über organische Handelsdünger gedeckt werden, zudem darf durch den Einsatz dieser Dünger "die der biologisch-dynamischen Wirtschaftsweise eigene Qualität der Erzeugnisse, wie Geschmack, Geruch, Haltbarkeit, Bekömmlichkeit usw., nicht beeinträchtigt werden." Flüssige Düngung soll im Demeterbetrieb die Ausnahme bleiben und ist ausschliesslich für Jungpflanzen, Zierpflanzen und Stauden, sowie im Anbau unter Dach zugelassen. Hofdünger, Komposte und Kultursubstrate müssen mit den biodynamischen Kompostpräparaten aufbereitet werden.
Mistkompost als Biogeheimwaffe
Auf den meisten Biobetrieben ist der Hofdünger die wichtigste Nährstoffquelle. Weil Stickstoff auf dem Biobetrieb ein eher knappes Gut ist, kommt der verlustarmen Lagerung, Aufbereitung und Ausbringung eine zentrale Rolle zu. In einem DOK-Versuch in Therwil BL untersucht das FiBL zusammen mit Agroscope die Auswirkungen von biologisch-dynamischen (D), biologisch- organischen (O) und konventionellen (K) Anbausystemen auf Boden und Pflanze. Dabei hat sich gezeigt, dass mit Mist und Gülle gedüngte Böden eine bessere Stickstoffnachlieferung haben als rein mineralisch gedüngte Böden.
Über die Jahre nahm der Humusgehalt im biologisch-dynamischen System unter Verwendung von Mistkompost zu, während er in den andern Systemen mit Hofdüngereinsatz etwa gleich blieb oder sogar leicht abnahm. Das ist vor allem deshalb erstaunlich, weil das bio-dynamische Verfahren infolge Rotteverluste etwa 10 bis 20 Prozent weniger organische Substanz bekam als die anderen. Die bessere Humuswirkung dürfte mit den stabileren Huminverbindungen zusammenhängen, die während der Kompostierung oder der lange dauernden Rotte gebildet werden.
Bei einem Vergleich verschiedener Arten von Mistaufbereitung zeigte sich dasselbe Bild: Die Stickstoffwirkung der aufbereiteten Miste (Rottemist, Mistkompost) war höher als die von Stapelmist. Konkret wurden in den mit Rottemist und Mistkompost gedüngten Parzellen vom anfallenden Stickstoff in den geernteten Pflanzen dreimal mehr wieder gefunden als in den mit Stapelmist gedüngten. Dabei kommt es bei Rottemist und Mistkompost durch die Aufbereitung zu deutlichen Stickstoffverlusten! Vereinfacht gesagt ist im Mistkompost zwar weniger Stickstoff drin, bei der Anwendung kommt aber mehr Stickstoff raus. Das zeigt wie komplex das Thema ist und dass es eben nicht allein um die Nährstoffgehalte geht, sondern dass auch der Humus, das Bodenleben und zahlreiche andere Faktoren bei der Düngung mit reinspielen.
Hofdüngerversuch Therwil
|Verfahren||Ertrag in % von Kunstdünger|
|Mistkompost||90|
|Rottemist||92|
|Stapelmist||84|
|Gülle||91|
|ohne Düngung||76|
Quelle: Bioaktuell