Phosphor im Boden - Ihr Boden ist uns wichtig · P Boden zu P Entzug P Extrakt zu P Entzug...
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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 [email protected] 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