Düngewirkung verschiedener Phosphatquellen auf Sportrasen
Sind Recyclingprodukte für die Rasendüngung geeignet?
Zusammenfassung
Aufgrund der begrenzten weltweiten Phosphatvorräte und des erheblichen Phosphorpotenzials in Abfällen und Abwässern stellt sich die Frage, ob Recyclingprodukte für die Rasendüngung geeignet sind. Anhand der Deklaration lässt sich die Düngewirkung nicht immer sicher einschätzen. In einem mehrjährigen Düngerversuch auf Sportrasen mit niedriger Phosphor-Versorgung wurde die Düngewirkung verschiedener Phosphor-Recyclingdünger im Vergleich zur ungedüngten Kontrolle und zum Referenzdünger Superphosphat getestet. Redox-Knochenasche und Klärschlammasche zeigten eine schlechtere, Magnesium-Ammonium-Phosphat eine vergleichbare und Fleischknochenmehl eine teilweise bessere Düngewirkung als Superphosphat. Unterschiedliche Herkunft und Recyclingverfahren erfordern weitere Versuche, um die Düngewirkung von P-Recyclingdüngern besser einschätzen zu können. Bei P-Düngern mit mittlerer und geringer Verfügbarkeit ist eine Ergänzung mit „schnelllöslichen“ P-Düngern zu Vegetationsbeginn sinnvoll.
Summary
As a result of the limited global reserves of phosphates and the significant potential for sourcing phosphates from waste and sewage, the question arises as to whether recycled products are suitable for lawn fertilisation. On the basis of the product data, it is not always possible to safely predict the fertilisation effect. In a fertiliser experiment on sports turf with a low supply of phosphorous that was run over several years, the fertilisation effect of different fertilisers using recycled phosphates was tested in comparison to an unfertilised control subject and a reference fertiliser called Superphosphat. Redox bone ash and sewage sludge ash demonstrated a poorer fertilisation effect, magnesium- ammonium-phosphate a comparable fertilisation effect and bone meal a partially better fertilisation effect than Superphosphat. Further experiments which take into account fertilisers from different origins and recycling processes are required in order to be able to better predict the fertilisation effect of fertilisers based on recycled phosphates. In the case of phosphate fertilisers with a medium and low availability of phosphates, it is sensible to supplement them with fast dissolving phosphate fertilisers at the beginning of the vegetation period.
Résumé
En raison des réserves limitées de phosphate dans le monde et le grand potentiel de phosphore dans les déchets et les eaux usées, on peut se demander si les produits recyclés sont adaptés à la fertilisation du gazon. Sur la base de la déclaration, les effets de la fertilisation ne sont pas toujours faciles à évaluer. Des essais de fertilisation réalisés sur des terrains de sport pendant plusieurs années avec un apport réduit en phosphore ont permis de tester l'effet fertilisant de différents engrais phosphatés de recyclage par rapport à une parcelle témoin non fertilisée et à un engrais de référence Superphosphate. L'effet fertilisant des cendres d'os obtenues par oxydo-réduction et des boues d'épuration s'est montré moins bon que le Superphosphate, alors que celui du phosphate ammonium de magnésium est équivalent et celui de la farine d'os, en partie, meilleur. Les différentes origines et méthodes de recyclage nécessitent des examens complémentaires afin de pouvoir mieux évaluer l'effet fertilisant des engrais phosphatés de recyclage. Il serait judicieux de compléter les engrais phosphatés à apport moyen ou plus faible avec des engrais phosphatés « à solubilité rapide » au début de la période de végétation.
Einleitung
Auch wenn der Phosphorbedarf von Rasenflächen im Vergleich zu den Hauptnährstoffen Stickstoff und Kalium deutlich geringer ist, so ist eine ausreichende und bedarfsgerechte Phosphorversorgung für die Entwicklung einer dichten und belastbaren Rasennarbe unerlässlich. Bei einem Sportrasen liegt der Phosphatbedarf je nach Belastung pro Jahr zwischen 4-6 g P₂O₅/m².
Phosphor ist der Hauptnährstoff, dessen weltweite Vorräte in wirtschaftlich ausbeutbaren Lagerstätten am geringsten sind. Auch wenn die Prognosen über die wirtschaftlich abbaubaren Rohphosphate stark variieren, so kann man doch davon ausgehen, dass die Weltvorräte endlich sind und bei weiter steigendem Bedarf die Rohstoffpreise ansteigen werden. Aber nicht nur die verfügbaren Rohstoffmengen sondern auch die Verunreinigung mit Schwermetallen wie z.B. Cadmium reduzieren die verfügbaren Mengen an qualitativ hochwertigen Rohphosphaten. Hinzu kommt, dass es in Mitteleuropa keine Phosphatlagerstätten gibt und Phosphat importiert werden muss.
Daher stellt sich die Frage, ob Sekundärstoffe bei der Phosphordüngung verwendet werden können. In Deutschland fallen aus Schlachtnebenprodukten ca. 20.000 t Phosphor im Jahr an, das Potenzial aus Klärschlamm wird auf ca. 48.000 t Phosphor pro Jahr geschätzt, der Mineraldüngerverbrauch beträgt ca. 110.000 t Phosphor (RÖMER, 2013). Nach KRATZ et al. (2014) könnte sogar der gesamte Bedarf der deutschen Landwirtschaft durch ein konsequentes Nährstoffrecycling gedeckt werden.
Durch die Nutzung dieser Sekundärrohstoffe können die enthaltenen Nährstoffe wieder dem Nährstoffkreislauf zugeführt und die begrenzten Rohstoffvorräte geschont werden. Da die Sekundärphosphate jedoch überwiegend in wasserunlöslichen Formen vorliegen, sind Versuche erforderlich, um die Düngewirkung beurteilen zu können. Hier ist auch die Wirkung auf Rasenflächen interessant, da im Vergleich zu landwirtschaftlichen Kulturen der Phosphorbedarf geringer ist und auch eine langsame Nachlieferung den Bedarf decken könnte. In dem nachfolgend beschriebenen Versuch wird die Wirkung verschiedener P-Recyclingdünger im Vergleich zu handelsüblichen Phosphatdüngern getestet.
Material und Methodik
Im Juni 2012 wurde am Standort Betzdorf (172 m ü. NN, Jahresmittel: 9,8 °C, 982 mm Niederschlag, 1.373 Std. Sonne, 27 Tage Schnee) ein Versuch zur Klärung der Düngewirkung von P-Recyclingdüngern angelegt. Die Fläche wies einen Aufbau gemäß DIN 18035, Teil 4 mit flächiger Drainschicht und ca. 12 cm Rasentragschicht aus einem werksgemischten Rasentragschichtmaterial auf. Die Bodenuntersuchung zu Versuchsbeginn ergab folgende Werte:
- pH Wert (CaCl₂): 6,2
- P₂O₅-Gehalt (CAL): 5,3 mg/100 g Boden
- K₂O-Gehalt (CAL): 24,7 mg/100 g Boden
- Mg-Gehalt (CaCl₂): 6,1 mg Mg/100 g Boden
Der Versuch umfasste die folgenden sieben Varianten, wobei die Löslichkeiten der verwendeten Dünger in Tabelle 1 aufgeführt sind:
- Kontrolle (= ungedüngt): Aufgrund des niedrigen Gehaltes an pflanzenverfügbarem Phosphat in der Rasentragsschicht kann von einer mangelhaften P-Versorgung ausgegangen werden.
- Superphosphat: Hierbei handelt es sich um voll aufgeschlossenes Phosphat mit hohen Anteilen an neutral-ammoncitratlöslichem und wasserlöslichem Phosphat. Diese Variante dient als Referenzdünger mit sehr guter Löslichkeit und Verfügbarkeit.
- Fleischknochenmehl: Ist ein bei der Schlachtung von Tieren anfallendes Nebenprodukt, das aus Frischknochen ohne Risikomaterial hergestellt wird. Hierbei ist der Phosphor an Calcium gebunden und besitzt eine mit den Rohphosphaten vergleichbare langsame Düngewirkung. Der organisch gebundene Stickstoff wird im Boden relativ schnell mineralisiert und ist hauptsächlich im Düngejahr wirksam, die Nachlieferung in den Folgejahren ist relativ gering.
- Redox-Knochenasche: Im ersten Schritt werden unter reduzierenden Bedingungen Knochen in die organischen und anorganischen Bestandteile zerlegt und in einem zweiten Schritt der enthaltene Kohlenstoff unter oxidierenden Bedingungen nachverbrannt, so dass ein anorganischer Rest u.a. aus Erdalkaliphosphaten entsteht.
- Klärschlammasche aus Monoverbrennung: Durch den Verbrennungsprozess werden organische Stoffe eliminiert und so der Phosphorgehalt erhöht. In der Literatur wird auf geringe Löslichkeiten, aber auch auf Unterschiede zwischen den Herkünften hingewiesen.
- Calciumphosphit: Diese Salze der phosphorigen Säure werden auch auf Rasen zur Düngung bzw. aufgrund ihrer fungiziden Wirkung eingesetzt. Der Beitrag zur Phosphatversorgung ist umstritten, die deutsche Düngemittelverordnung (ANONYMUS, 2012) erlaubt den Einsatz von Phosphit nicht.
- Magnesium-Ammonium-Phosphat (MAP): Durch den Zusatz von Magnesiumsalzen zum Klärschlamm bildet sich MAP; dieses MAP ist wasserunlöslich und kann daher nicht direkt durch die Pflanzen aufgenommen werden.
Die sieben Varianten wurden in jeweils drei Wiederholungen angelegt, die Parzellengröße betrug 4,5 m². Da die beiden Varianten Fleischknochenmehl und Magnesium-Ammoniumphosphat neben dem Phosphat noch Stickstoff enthielten, wurde in den anderen Varianten nach dem Auflaufen Ausgleichsdüngungen mit Stickstoff durchgeführt.
Es wurde von einem Phosphorbedarf pro Jahr von 5 g P₂O₅/m² ausgegangen. Um die Wirkung der Dünger mit geringer Pflanzenverfügbarkeit beurteilen zu können, wurden von jeder Düngevariante die gesamte Phosphormenge von 15 g P₂O₅/m² für den Versuchszeitraum von drei Jahren vor der Ansaat der Fläche in die Rasentragschicht eingearbeitet. Anschließend wurde die Fläche mit einer Lolium perenne/Poa pratensis-Mischung gemäß RSM 3.1 (FLL, 2011) angesät. Die anderen Hauptnährstoffe wurden mit phosphorfreien Langzeitrasendüngern in vier Gaben während der Vegetationsperiode gedüngt. Das Stickstoffniveau lag pro Jahr bei ca. 20 g N/m².
Zur Ermittlung der Aufwuchsmenge wurde bei einer Aufwuchshöhe von ca. 8-10 cm in jeder Parzelle eine definierte Fläche (3 Bahnen mit 36 cm Schnittbreite, 3 m lang = 3,2 m²) gemäht, das Schnittgut aufgefangen (Abbildung 1 a+b) und der TM-Ertrag bestimmt. In jedem Aufwuchs wurde der P-Gehalt des Schnittgutes bestimmt. Vor Anlage des Versuchs und vor Beginn der zweiten und dritten Vegetationsperiode wurden Bodenproben bis 10 cm Tiefe aus der Rasentragschicht entnommen und das pflanzenverfügbare Phosphat aus einem CAL-Extrakt bestimmt.
Ergebnisse
In allen drei Vegetationsperioden sind die durchschnittlichen P-Gehalte bei der Fleischknochenmehl-Variante am höchsten, etwas geringere Gehalte weist eine Gruppe aus Magnesium-Ammonium-Phosphat, Superphosphat und Phosphit auf, die Gehalte der Knochenasche und die Klärschlammasche liegen nur wenig über denen der Kontrolle, die im gesamten Versuchszeitraum die niedrigsten Gehalte aufweist (Tabelle 2).
Die Grafiken 1 bis 3 zeigen die Phosphorgehalte des Schnittgutes im Verlauf der Vegetationsperiode in den Jahren 2013 bis 2015. In den ersten beiden Vegetationsperioden haben alle Düngervarianten im Vergleich zur ungedüngten Kontrolle zu einer Erhöhung des Phosphorgehaltes in den Pflanzen geführt. In der Vegetationsperiode 2015 sind zwischen der Kontrolle und den beiden Aschevarianten keine nennenswerten Unterschiede mehr festzustellen, alle anderen Düngervarianten weisen höhere Gehalte auf. Bei allen Düngervarianten nahm der P-Gehalt im Vergleich zu 2013 in den folgenden Vegetationsperioden ab, am stärksten beim Fleischknochenmehl, am geringsten bei der Redox-Knochenasche. Die Unterschiede zwischen allen Varianten verringern sich in den Vegetationsperioden 2014 und 2015. Die niedrigsten Gehalte werden bei allen Varianten Ende Mai/Anfang Juni erreicht, in der ersten Vegetationsperiode sinkt nur bei der Kontrolle der Gehalt unter 0,2 %, in der zweiten Vegetationsperiode auch bei den Aschen und in der dritten Vegetationsperiode bei allen Varianten mit Ausnahme des Fleisch-Knochenmehls. Die höchsten P-Gehalte werden bei allen Varianten im Zeitraum September/Oktober erreicht.
In allen Vegetationsperioden sind die höchsten TM-Erträge bei der Fleisch-Knochenmehl Düngung zu finden, in den ersten beiden Jahren weist die Kontrolle, im dritten Jahr die Redox-Knochenasche die geringsten Erträge auf (Tabelle 3). Die P-Entzüge über das Schnittgut sind in Tabelle 4 dargestellt. Der Vergleich des Boden-P-Gehaltes vor der Düngung mit dem Boden-P-Gehalt zu Beginn der zweiten und dritten Vegetationsperiode zeigt in allen Varianten geringere Werte (Tabelle 5).
Diskussion
Die im Vergleich zur Kontrolle höheren P-Gehalte und TM-Erträge zeigen eine Düngewirkung aller eingesetzten Dünger. Die teilweise deutlichen Unterschiede weisen auf eine ungleiche Verfügbarkeit und Nachlieferung der Phosphate hin. Es wäre zu erwarten, dass das Superphosphat aufgrund des höchsten Anteils an wasserlöslichem Phosphat (79,9 % des Gesamt-P) die beste Düngewirkung zeigt. In der ersten Vegetationsperiode ist dies jedoch beim Fleisch-Knochenmehl der Fall, obwohl hier nur 0,8 % des Gesamt-P in wasserlöslicher Form vorliegen, auch der neutral-ammoncitratlösliche Anteil ist im Vergleich zum Superphosphat deutlich geringer (Tabelle 1).
Die bessere Düngewirkung des Fleischknochenmehls wird auf die zusätzliche Zufuhr von organischer Substanz zurückgeführt, die auf dem mageren Rasentragschichtmaterial zu besseren Entwicklungs- und Wachstumsbedingungen führt. Zusätzlich werden die Mikroorganismentätigkeit und damit auch die Umsetzung des gedüngten Phosphats gefördert und so die Pflanzenverfügbarkeit erhöht. Ein weiterer Grund wird in der gleichmäßigeren Verteilung in der Rasentragschicht und der größeren Oberfläche aufgrund der feineren Granulierung und des höheren Feinanteils gesehen. Im Vergleich dazu liegt das Superphosphat als Granulat von 3-5 mm vor. Da nur in einem engen Bereich von 1,5-3 mm um die Pflanzenwurzel herum das Phosphat aufgenommen wird (HENDRIKS et al., 1981; MENGEL, 1984) ist hier die räumliche Verfügbarkeit geringer. Dies zeigt, dass bei Phosphatdüngern ein Kompromiss zwischen Streufähigkeit und möglichst gleichmäßiger Verteilung gefunden werden muss.
Superphosphat, Magnesium-Ammonium-Phosphat und Calciumphosphit zeigen in allen drei Vegetationsperioden vergleichbare Ergebnisse sowohl in Hinblick auf die P-Gehalte als auch auf die TM-Erträge. Eine vergleichbare Düngewirkung von aufgeschlossenen Phosphaten und Magnesium-Ammonium-Phosphat zeigen auch andere Versuche (RÖMER, 2013). Anhand der Versuchsergebnisse für das Calciumphosphit lässt sich nicht nachvollziehen, dass die Zugabe von Phosphit gemäß deutscher Düngemittelverordnung zu Düngern nicht erlaubt ist (ANONYMUS, 2012).
Bei den Redox-Knochenaschen und Klärschlammaschen ist die Düngewirkung im Vergleich zu den o.g. Varianten deutlich geringer, in den ersten beiden Vegetationsperioden sind im Vergleich zur Kontrolle P-Gehalt und TM-Ertrag etwas erhöht, in der dritten Vegetationsperiode besteht kein Unterschied zur Kontrolle. Vergleichbare Ergebnisse findet RÖMER (2013) bei Tiermehlaschen und Klärschlammaschen, er weist aber auch darauf hin, dass es Unterschiede zwischen den Verbrennungsaschen je nach Herkunft gibt. Weitere eigene Versuche bestätigen dies.
Die Versuchsergebnisse zeigen deutlich, dass bei einem hohen Anteil an wasserlöslichem Phosphat wie beim Superphosphat von einer guten Düngewirkung ausgegangen werden kann, dass jedoch die Anteile an neutral-ammoncitratlöslichem Phosphat und erst recht die Gehalte an mineralsäurelöslichem Phosphat keine Rückschlüsse auf die Düngewirkung erlauben.
Der Verlauf der P-Gehalte während der Vegetationsperioden ist bei den unterschiedlichen Varianten ähnlich. Sowohl die Unterschiede zwischen den Varianten werden kleiner, als auch die durchschnittlichen Gehalte sinken von der ersten zur dritten Vegetationsperiode. Im Zeitraum Ende Mai/Anfang Juni sind bei allen Varianten die niedrigsten P-Gehalte festzustellen. Dies ist einerseits auf die geringe Phosphatverfügbarkeit zu Vegetationsbeginn zurückzuführen; denn bei dem sehr sandreichen Bodenaufbau, in Verbindung mit dem langsamen Anstieg der Bodentemperaturen, sorgt erst die allmähliche Zunahme der Mikroorganismentätigkeit für eine entsprechende Freisetzungsrate. Andererseits bewirkt das relativ starke Massenwachstum der Gräser im Zeitraum Mai/Juni einen gewissen Verdünnungseffekt. Dies verdeutlicht, dass bei Rasenflächen auf P-Mangelstandorten eine Phosphorgabe zu Beginn der Wachstumsperiode die beste Wirkung entfaltet.
In der ersten Vegetationsperiode waren Phosphormangelsymptome wie eine schmutzig grüne Farbe und Anthocyanbildung nur zu Vegetationsbeginn und nur bei der Kontrollvariante festzustellen. Diese zeigten sich auch bei den Aschevarianten zu Beginn der zweiten und dritten Vegetationsperiode und auch bei Trockenstress in der dritten Vegetationsperiode (Abbildung 2). Der P-Mangel bei Trockenheit ist auf eine Verarmung um die Wurzeln und eine unzureichende Diffusion zu den Wurzeln zurückzuführen. Diese Mangelsymptome werden durch P-Gehalte von < 0,2 % bestätigt, die auf einen Phosphormangel hinweisen (BERGMANN und NEUBERT, 1976).
Obwohl der höchste Entzug über das Schnittgut pro Jahr nur 1,6 g P₂O₅/m² (= 0,7 g P/m²/Jahr) beträgt und zu Versuchsbeginn der Dreijahresbedarf von 15 g P₂O₅/m² gedüngt wurde, ist bei allen Düngervarianten ein Rückgang der P-Gehalte und der TM-Erträge sowie ein Rückgang des verfügbaren Phosphorgehaltes im Boden festzustellen. Diese Differenz lässt sich dadurch erklären, dass mit dem entfernten Schnittgut nur ein Teil des von den Gräsern aufgenommenen Phosphats erfasst wird. Das in Wurzeln und Rasenfilz eingebaute Phosphat wird nicht berücksichtigt. Es ist nicht pflanzenverfügbar und wird daher auch bei der Bodenuntersuchung nicht erfasst. Ein weiterer Grund ist darin zu sehen, dass ein Teil des gedüngten Phosphats von vorneherein nicht pflanzenverfügbar ist und/oder pflanzenverfügbares Phosphat in nicht pflanzenverfügbare anorganische Formen wie z. B. Apatite überführt wird.
Fazit
Aus den Versuchsergebnissen lassen sich folgende Schlussfolgerungen ableiten:
- Die geprüften P-Recyclingdünger unterscheiden sich in der Düngewirkung.
- Bei einer deutlichen Mangelversorgung ist auch bei der Verwendung von Düngern mit hoher Löslichkeit und Verfügbarkeit eine Vorratsdüngung von 15 g P₂O₅/m² für einen Zeitraum von 3 Jahren nicht ausreichend.
- Bei niedrigen P-Gehalten im Boden und Einsatz von P-Düngern mit mittlerer und geringer Verfügbarkeit ist zur Vorratsdüngung eine Ergänzung mit „schnelllöslichen“ P-Düngern zu Vegetationsbeginn sinnvoll.
Literatur
ALBRACHT, R. und M. SCHLOSSER, 2014: Effect of different P-sources on turf quality. Europ. Journal of Turfgrass Science 45, 123-124.
ANONYMUS, 2012: Verordnung über das Inverkehrbringen von Düngemitteln, Bodenhilfsstoffen, Kultursubstraten und Pflanzenhilfsmitteln (Düngemittelverordnung DüMV) (BGBl. I Nr. 58 2482 - 2544). Bundesanzeiger-Verlag.
BERGMANN, W. und P. NEUBERT, 1976: Pflanzendiagnose und Pflanzenanalyse. VEB Gustav Fischer Verlag, Jena, 1. Aufl.
DIN, 2012: DIN 18035-4 Sportplätze – Rasenflächen. Beuth-Verlag, Berlin.
FLL, 2011: Regel-Saatgut-Mischungen Rasen – RSM Rasen 2012. FLL, Bonn.
HENDRIKS, L., N. CLASSEN und A. JUNGK, 1981: Phosphatverarmung des wurzelnahen Bodens und die Phosphataufnahme von Mais und Raps. Z. Pflanzenernährung. Bodenk. 144: 486-499.
KRATZ, S., J. SCHICK, R. SHWIEKH und E. SCHNUG, 2014: Abschätzung des Potentials erneuerbarer P-haltiger Rohstoffe in Deutschland zur Substitution rohphosphathaltiger Düngemittel. Journal für Kulturpflanzen 66 (8). 261-275.
MENGEL, K., 1984: Ernährung und Stoffwechsel der Pflanze. VEB Gustav Fischer Verlag, Jena, 6. Aufl.
RÖMER, W: 2013: Phosphor-Düngewirkung von P-Recyclingprodukten. KA Korrespondenz Abwasser, Abfall 60 Nr. 3: 202-215.
Autoren:
Dr. Rainer Albracht, EUROGREEN GmbH, Industriestr. 83-85, 57518 Betzdorf, rainer.albracht (at) eurogreen.de
Dr. Peter Rieß, KDS – Kompetenzzentrum für Düngung und Sekundärrohstoffe e.V., Karlrobert-Kreiten-Str. 13, 53115 Bonn, info (at) KDS-ev.de