Referenzen
Düngemittelindustrie
Dünger oder Düngemittel ist ein Sammelbegriff für Stoffe und Stoffgemische, die in der Landwirtschaft und im Gartenbau dazu dienen, das Nährstoffangebot für die Kulturpflanzen zu ergänzen. Da die von den Pflanzen benötigten Grundnährstoffe und Spurennährstoffe oftmals nicht in der optimalen Form und Menge im Boden bereitstehen, können durch gezielte Düngergaben schnelleres Wachstum, höhere Erträge oder verbesserte Qualitäten erzielt werden. Die Grundprinzipien der Düngung folgen dem liebigschen Minimumgesetz und dem Gesetz des abnehmenden Ertragszuwachses. Die Herstellung und Verwendung von Düngemitteln in Europa wird durch die Düngeverordnung geregelt.[1]
Düngemittel werden unterschieden in:
• organische Dünger
• organo-mineralische Dünger
• mineralische Dünger
Als organische Dünger dienen Mist, Gülle und Jauche sowie Gründüngung und Mulch. Mineralische Dünger werden als (Einzelnährstoffdünger) oder Mehrnährstoffdünger angeboten. Dünger, die Stickstoff, Phosphor und Kalium enthalten, werden NPK-Dünger oder Volldünger genannt. Bestandteile dieser Dünger sind die Hauptnährelemente (Stickstoff, Phosphor und Kalium). Daneben enthalten viele Volldünger auch Schwefel, Calcium und Magnesium und Spurenelemente. Letztere werden auch als spezielle Spurenelementdünger angeboten.
Der Ausdruck Kunstdünger verweist er auf synthetisch hergestellte Dünger, meist in der falschen Annahme, nur mineralische Dünger würden synthetisiert. Inzwischen werden vermehrt organo-mineralische Dünger eingesetzt für die der gleiche Begriff gilt.
Düngerarten
Man unterscheidet Dünger allgemein nach der Art, wie der düngende Stoff gebunden ist. Weitere Unterscheidungsarten sind die Form des Düngers (Feststoffdünger und Flüssigdünger) und deren Wirkung (schnellwirkender Dünger, Langzeitdünger, Depotdünger).
Mineralischer Feststoffdünger
Im anorganischen Dünger oder Mineraldünger liegen die düngenden Elemente meist in Form von Salzen vor (Ausnahmen: Flüssigammoniakdünger). Die Herkunft mineralischer Dünger ist in letzter Konsequenz fast immer in der bergmännischen Gewinnung von Mineralien (oder fossiler Energie) zu sehen. Meist ist dem Einsatz eine mehr oder minder intensive chemische Veränderung vorgelagert (Haber-Bosch-Verfahren; Phosphataufschluss). Teilweise kommen aber auch Bergbauprodukte geringeren Veredlungsgrades, z. B. Kalisalze und Kalk, zum Einsatz. Mineraldünger haben einen großen Produktivitätsfortschritt in der Landwirtschaft ermöglicht und werden heute sehr häufig eingesetzt. Problematisch sind die synthetischen Dünger in Anbetracht des enormen Energieaufwandes bei der Herstellung. Mineralische Phosphatdüngung führt zudem zu einer Anreicherung des toxischen und radioaktiven Metalls Uran im Boden und damit in der Nahrungskette, da Phosphat und Uran über das Mineral Apatit chemisch eng aneinander gebunden sind. Zudem kommt es zu einer Anreicherung des ebenfalls giftigen Metalls Cadmium, das über die Pflanzen in die menschliche Nahrungskette gelangt.
In diesem Sinne ist die Verfügbarkeit von metallarmen Rohphosphaten ein elementares Marktkriterium für die Herstellung qualitativ hochwertiger Phosphatdüngemittel. Die Ausbeutung metallarmer Phosphatlagerstätten, bzw. der Phosphatmineralien an sich, ist ein Ressourcenproblem der industriellen Zivilisation überhaupt. So gehen auf der Pazifikinsel Nauru die Förderraten ihres Hauptexporterzeugnisses Phosphat seit der Mitte der 1970er Jahre kontinuierlich zurück; sie sind nun praktisch bei Null angelangt.
Für uranreiche Phosphatlagerstätten ist ein Zusammenhang zur Kernenergiewirtschaft zu diskutieren, denn der Uranpreis stellt ein Entscheidungskriterium dar, ob eine Metallabscheidung wirtschaftlich ist oder der Produzent ein Interesse an einer Düngervermarktung der Phosphate im unveränderten Zustand hat.
Phosphate werden grundsätzlich als Rohphosphate oder als aufgeschlossene Phosphate verwendet. Rohphosphate sind schwerlöslich und werden kaum als Dünger verwendet. Deshalb werden Rohphosphate mit Schwefelsäure bzw. Phosphorsäure aufgeschlossen. Dadurch entsteht Calciumdihydrogenphosphat bzw. bei Verwendung der Schwefelsäure zusätzlich noch Calciumsulfat. Rohphosphat, das mit Schwefelsäure aufgeschlossen wird, wird als Superphosphat bezeichnet. Tripelsuperphosphat oder Doppelsuperphosphat wird aus Rohphosphat und Phosphorsäure hergestellt und weist einen höheren Gehalt an Phosphor auf. Als Langzeitdünger dient CaNaPO4 * CaSiO4. Dieses ist nicht wasserlöslich und wird durch organische Säuren von den Wurzeln gelöst. Stickstoffhaltige Phosphatdünger wie z. B. Diammoniumphosphat (NH4)2HPO4 (Ammonphosphat) oder Monoammoniumphosphat werden aus Ammoniak und Phosphorsäure hergestellt.
Stickstoffdünger sind meist Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat und Kaliumnitrat und werden aus Ammoniak und Salpetersäure hergestellt.
Kalisalze werden im Bergbau gewonnen, aufbereitet (Kaliumchlorid-Dünger) oder zu Kaliumsulfat umgesetzt.
Der Einsatz von Mineraldüngern kann in Granulat- oder Pulverform, häufig als Phosphate oder Sulfate oder in flüssiger Form (Flüssigdünger) erfolgen. Selbst eine Aufnahme über die Blätter ist begrenzt möglich.
Als Erfinder der Mineraldünger bzw. Kunstdünger gilt Justus von Liebig.
Die Düngung mit gasförmigem Kohlenstoffdioxid (CO2) ist eine wichtige Anwendung im Unterglasgartenbau. Grund ist der durch den photosynthetischen Verbrauch entstehende CO2-Mangel bei ungenügendem Nachschub an Frischluft, besonders im Winter bei geschlossener Lüftung, weil Pflanzen CO2 als Grundsubstanz benötigen. Dabei wird das Kohlenstoffdioxid entweder direkt als reines Gas (relativ teuer) oder als Verbrennungsprodukt aus Propan oder Erdgas eingebracht (Kopplung von Düngung und Heizung). Die mögliche Ertragsteigerung ist abhängig davon, wie stark der Mangel an CO2 ist und wie hoch das Lichtangebot für die Pflanzen ist.
Organische Dünger
Bei den organischen Düngern sind oder waren die düngenden Elemente meist in kohlenstoffhaltigen reduzierten Verbindungen gebunden. Sind diese bereits wie etwa im Kompost teilweise oxidiert, so sind die düngenden Mineralien an den Abbauprodukten (Huminsäuren) etc. adsorbiert. Somit entfalten sie ihre Wirkung langzeitiger und werden in der Regel weniger schnell ausgewaschen als mineralische Dünger. Eine Kennzahl für die Wirkgeschwindigkeit ist der C/N-Quotient. Organische Dünger sind normalerweise tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, können aber auch synthetisiert werden. Organische Dünger sind meist Abfallstoffe aus der Landwirtschaft (Wirtschaftsdünger), die wiederverwendet werden können.
Beispiele für organische Dünger:
• Algensaft
• Blutmehl
• Düngepellets - Schafwollpellets
• Federmehl[2]
• Fischmehl
• Guano
• Gülle
• Haarmehl[3]
• Harnstoff
• Hornspäne
• Jauche, Pflanzenjauche
• Kompostierte Pflanzenreste
• Klärdünger
• Knochenmehl
• Lupinenschrot
• Mist
• Vinasse[4]
Düngerverbrauch
Der weltweite Verbrauch an Düngemitteln betrug 1999 141,4 Mio. Tonnen (Quelle: FAO).
Die größten Verbraucher-Länder waren (1999 in Mio. Tonnen):
Diese Zahlen geben keinen Aufschluss über den Pro-Kopf- bzw. Pro-Hektar-Verbrauch. Dieser kann jedoch für ausgewählte Staaten und Regionen aus der Grafik abgelesen werden.
Eine weitere Bedeutung der Zahlen ergibt sich aus dem Umstand, dass die Herstellung von Stickstoffdünger sehr energieintensiv ist: Der gesamte Energiebedarf für die Düngung mit 1 Tonne Stickstoff einschließlich Herstellung, Transport und Ausbringung entspricht dem Energiegehalt von etwa 2 Tonnen Erdöl.[5]
Die größten Düngerproduzenten
Das bedeutendste Herstellerland stickstoffhaltiger Düngemittel ist China, gefolgt von Indien und den USA. In Europa sind die wichtigsten Produzenten Russland und Ukraine, gefolgt von Polen, Niederlande, Deutschland und Frankreich.
Die größten Düngerproduzenten weltweit (2002)
Quelle: Handelsblatt Die Welt in Zahlen (2005)
Mineralische Nährstoffe und ihr Einsatz
Mineralstoffaufnahme der Pflanzen
Bei der Mineralstoffaufnahme aus dem Boden ist zwischen der Ernährung von Sommer- und Winterarten sowie von mehrjährigen Pflanzen zu unterscheiden:
• Bei Sommerarten (z. B. Kartoffeln) steigt der Bedarf an Mineralstoffen nach dem Auflaufen je nach der Länge der Wachstumszeit schnell bis zu einem bestimmten Punkt vor der Reife an und fällt dann ab oder hört ganz auf.
• Bei Winterarten (z. B. Wintergetreide oder -raps) unterbricht die winterliche Wachstumsruhe (Frost) die Mineralstoffaufnahme.
• Mehrjährige Pflanzen mit ausdauernden unterirdischen Organen, z. B. Gräser, Kleearten, Hopfen und Wein, speichern in den Wurzeln Mineralstoffe und beschleunigen mit diesen Reservestoffen die Entwicklung im folgenden Frühjahr.
Mineralstoffaufnahme aus der Bodenlösung
Die Pflanze nimmt die Mineralsalze mit den Wurzeln aus einer wässrigen Lösung auf. Sie liegen in der Bodenlösung als elektrisch geladene Teilchen (Ionen) vor. Zusätzlich können die im Boden schwer verfügbaren Pflanzenmineralstoffe Eisen, Mangan, Kupfer und Zink mit organischen Stoffen wasserlösliche Chelatverbindungen eingehen und in dieser Form von den Pflanzen aufgenommen werden. Von den 16 unentbehrlichen Elementen deckt die Pflanze ihren Bedarf an Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff vorrangig aus dem Kohlenstoffdioxid der Luft und Wasser aus dem Boden. Es werden in Sonderfällen aber auch (beispielsweise aus mit anorganischen Schadstoffen belasteten Böden) für Mensch und Tier giftige Metallionen in die Pflanzen eingelagert (z. B. Cadmiumgehalt in Pilzen). Ein Pflanzenmineralstoff wird verstärkt von den Wurzeln aufgenommen und in den Pflanzenorganen über den Bedarf hinaus angereichert (Luxuskonsum), wenn er durch starke Mineralisierung (z. B. Stickstofffreisetzung in humosen Böden) oder einseitig hohe Düngergaben in größeren Mengen in der Bodenlösung enthalten ist. Die mengenmäßige Mineralstoffaufnahme der Pflanze hängt von der Leistung der Wurzelatmung ab. Leicht erwärmbare Böden bieten mit günstigem Luft-Wasser-Haushalt im Krumenbereich die besten Bedingungen für die Mineralstoffaufnahme.
Mineralstoffaufnahme durch das Blatt
Die Mineralstoffaufnahme erfolgt vor allem durch die Wurzel. Doch können auch die Blätter Wasser und die darin gelösten Stoffe durch Kleinporen aufnehmen. Theoretisch könnte man die Pflanze vollständig durch die Blätter ernähren. Im Integrierten Pflanzenbau gewinnt die gezielte Mineralstoffzufuhr (Spritz- oder Sprühverfahren) in bestimmten Wachstumsabschnitten mit verdünnten Düngersalzlösungen als Blattdüngung zunehmende Bedeutung. Durch die Blattdüngung wird mit geeigneten Ausbringungsgeräten ein mengenmäßig geringer, aber hochwirksamer Mineralstoffbelag auf die grünen Pflanzenteile aufgebracht. Seit Jahren bewährt sich im praktischen Anbau vorrangig die ergänzende Versorgung mit Stickstoff, Magnesium und Spurenmineralstoffen durch das Blatt. Der Vorteil dieses Verfahrens einer gezielten Mineralstoffzufuhr besteht im hohen Ausnutzungsgrad, der Nachteil in der nur begrenzt möglichen Mineralstoffmenge mit einer Gabe. Um entwicklungshemmende Blattverbrennungen zu vermeiden, sind bei der Blattdüngung die richtige Konzentration der Lösung und eine Rücksichtnahme auf empfindliche Wachstumsperioden des Pflanzenbestandes zu beachten. Blattdüngung erfolgt heute vorrangig, wenn eine kurzfristige Mineralstoffsbedarfsdeckung in einem bestimmten Wachstumsstadium notwendig ist, die aus der Boden- Nachlieferung nicht ohne weiteres zu befriedigen ist (N-Spätdüngung bei Weizen, P-Zufuhr zu Mais oder Behebung plötzlich auftretender Mineralstoffmangelerscheinungen z. B. durch Bor-Spritzung gegen Herz- und Trockenfäule bei Zuckerrüben). (Siehe hierzu auch den Abschnitt Stoffaustausch über die Oberfläche im Artikel Blatt.)
Vorteile des Düngens
Das Minimumgesetz der Pflanzenernährung besagt, dass das genetische Ertragspotential einer Nutzpflanze durch das Hauptnährelement begrenzt wird, das nicht in ausreichender Menge zum Bedarfszeitpunkt der Pflanzen zur Verfügung steht. Der erforderliche Düngebedarf wird in aller Regel durch Bodenuntersuchungen und Düngefenster festgestellt. Bei Unterernährung der Pflanzenbestände kommt es zu Mangelerscheinungen mit Mindererträgen und gelegentlich sogar zum Totalverlust eines Nutzpflanzenbestandes.
Nachteile des Düngens
Wird mehr Dünger als benötigt ausgebracht, führt dies zur Belastung von Grundwasser und Oberflächenwasser. Auch wird darauf verwiesen, dass stark gedüngte Kulturen einen höheren Wassergehalt haben können und das Verhältnis von Kohlehydraten zu Vitaminen und Mineralstoffen ungünstiger sei, wenngleich dies überwiegend eine Frage der angebauten Pflanzensorte ist.
Im Boden wandeln Bakterien die Stickstoffverbindungen in Lachgas (N2O) um - ein 300-mal potenteres Treibhausgas als Kohlendioxid (CO2).[6]
Gefahren des Überdüngens
Bei zu starker Ausbringung von Düngern besteht die Gefahr, dass der Boden überdüngt und damit die Bodenfauna nachteilig verändert wird, was wiederum zu Lasten der Erträge und der Qualität der Ernte geht. In Extremfällen kann es zur Abtötung der Pflanzen durch Plasmolyse kommen.
Die negative Folge für die Umwelt (Eutrophierung) muss unterschieden werden von den negativen Folgen einer Überdüngung auf die Qualität der erzeugten Produkte für die menschliche und die Tierernährung bereits vor dem Rückgang der Erträge: Insbesondere durch hohe Stickstoffgaben kommt es auch in den Pflanzen zu einer hohen Nitratkonzentration. Diese Nitrate werden im Darm von Mensch und Tier zu gesundheitlich nachteiligen Nitriten reduziert. In nicht frischem überdüngtem Gemüse sowie bereits im Boden bilden sich Nitrite als Zwischenstufe bei der Oxidation der Bestandteile von Stickstoffdünger, Gülle oder anderen stickstoffhaltigen Stoffen.
Überdies werden die nicht von den Pflanzen aufgenommenen Düngerbestandteile in das Grundwasser ausgeschwemmt und können dadurch dessen Qualität gefährden. Zudem führt das mineralsalzreiche Wasser, wenn es in Oberflächengewässer gelangt, zu einem Überangebot an Mineralstoffen (Eutrophierung), was zu Algenblüten führen kann und so Sauerstoffmangel im Tiefenwasser von Seen verursacht.
Dieses Problem besteht vor allem in Gebieten intensiver landwirtschaftlicher Nutzung mit hohem Viehbesatz (z. B. im Münsterland und in Südwestniedersachsen) und stellt die Wasserversorgung dort vor erhebliche Probleme. Zweck des Ausbringens von Gülle und Mist ist hier weniger die Steigerung des Ertrags, als eine Entsorgung der tierischen Exkremente in den Mastbetrieben.
Werden die Kulturen zu stark gedüngt, können die Erträge sinken. Es gilt also die Pflanzen optimal mit Mineralstoffen zu versorgen. Anhand der Bodenuntersuchungen, die Landwirte vornehmen lassen, kann die Düngung an die Bedürfnisse der jeweiligen Kulturpflanze angepasst werden. Auch eine Düngeranalyse ist dazu sinnvoll.
Organische Dünger
Die Höhe der Ammoniakverluste ist von der Art und Zusammensetzung des organischen Düngers, dessen Behandlung, wie z. B. Einarbeitung in den Boden, und von der Witterung bei der Ausbringung abhängig. Folgende Reihenfolge bei der Höhe der Ammoniakverluste ergibt sich hinsichtlich
• der Art der Wirtschaftsdünger: Tiefstallmist < Rottemist < Normalgülle (Schweinegülle < Rindergülle) < Biogasgülle bzw. Frischmist;
• des TS- (Trockensubstanz-) Gehaltes: wasserreiche Gülle < Gülle mit hohem TS-Gehalt.
In Abhängigkeit vom TS-Gehalt der Gülle, dem Zeitpunkt der Einarbeitung, der Tierart und der Witterung ist mit Verlusten von ca. 1 % (bei Gülle-Injektion) und nahezu 100 % (Stoppelgabe ohne Einarbeitung) des in der Gülle vorhandenen Ammoniumstickstoffs zu rechnen. Neben der Art der Lagerung und Ausbringung hat der Zeitpunkt der Einarbeitung großen Einfluss auf die Höhe der Verluste. Sofortige Einarbeitung mindert die Ammoniakverluste ganz erheblich.
Mineralischer Feststoffdünger
Die Ammoniakverluste stickstoffhaltiger Mineraldünger steigen wie folgt: Kalkammonsalpeter < Mehrnährstoffdünger < Diammonphosphat < Harnstoff < Kalkstickstoff < Ammoniumsulfat.
An den gesamten Ammoniakstickstoffverlusten der Landwirtschaft ist der Anteil der mineralischen Dünger gering.
1. Düngemittelverordnung Bundesgesetzblatt 2010
2. Deutsches Patent Nr. DE69223253T2 vom 26.03.1998. Abgerufen am 12. Februar 2010.
3. Laber, Hermann (Bearbeiter): Öko-Anbau, N-Düngung, Gründüngung. Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft, Fachbereich Gartenbau, 7. Oktober 2004, abgerufen am 20. Juni 2010 (PDF, 34 kB, zweijährige Versuchsserie in Dresden-Pillnitz bei Spinat 2003 und 2004).
4. Priv. Doz. Dr. Jürgen Debruck: Zuckerrüben-Vinasse im Ökobetrieb. Abgerufen am 12. Februar 2010.
5. E. Jedicke, W. Frey, M. Hundsdorfer, E. Steinbach (Hrsg.): Praktische Landschaftspflege – Grundlagen und Maßnahmen. 2. Auflage. Eugen Ulmer, Stuttgart 1996, S. 80.
6. Keller-Doroszlai, Etel: Dünger für den Klimawandel. In: Medienmitteilung vom 4. Februar 2010 der Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon (ART). Eidgenössisches Volkswirtschaftsdepartement EVD, S. 1, abgerufen am 7. September 2010 (168 kB): „im Boden wandeln beispielsweise Bakterien die Stickstoffverbindungen in Lachgas (N2O) um – ein 300-mal potenteres Klimagas als Kohlendioxid“.
Weblinks
• Commons: Dünger – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
• Europäischer Atlas zu Nährstoffbelastung
• Nitrogen Fertilizers Deplete Soil Organic Carbon
• Prof. Ewald Schnug: Uran: Boden – Pflanze – Nahrungskette, FAL 2005
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Düngemittel werden unterschieden in:
• organische Dünger
• organo-mineralische Dünger
• mineralische Dünger
Als organische Dünger dienen Mist, Gülle und Jauche sowie Gründüngung und Mulch. Mineralische Dünger werden als (Einzelnährstoffdünger) oder Mehrnährstoffdünger angeboten. Dünger, die Stickstoff, Phosphor und Kalium enthalten, werden NPK-Dünger oder Volldünger genannt. Bestandteile dieser Dünger sind die Hauptnährelemente (Stickstoff, Phosphor und Kalium). Daneben enthalten viele Volldünger auch Schwefel, Calcium und Magnesium und Spurenelemente. Letztere werden auch als spezielle Spurenelementdünger angeboten.
Der Ausdruck Kunstdünger verweist er auf synthetisch hergestellte Dünger, meist in der falschen Annahme, nur mineralische Dünger würden synthetisiert. Inzwischen werden vermehrt organo-mineralische Dünger eingesetzt für die der gleiche Begriff gilt.
Düngerarten
Man unterscheidet Dünger allgemein nach der Art, wie der düngende Stoff gebunden ist. Weitere Unterscheidungsarten sind die Form des Düngers (Feststoffdünger und Flüssigdünger) und deren Wirkung (schnellwirkender Dünger, Langzeitdünger, Depotdünger).
Mineralischer Feststoffdünger
Im anorganischen Dünger oder Mineraldünger liegen die düngenden Elemente meist in Form von Salzen vor (Ausnahmen: Flüssigammoniakdünger). Die Herkunft mineralischer Dünger ist in letzter Konsequenz fast immer in der bergmännischen Gewinnung von Mineralien (oder fossiler Energie) zu sehen. Meist ist dem Einsatz eine mehr oder minder intensive chemische Veränderung vorgelagert (Haber-Bosch-Verfahren; Phosphataufschluss). Teilweise kommen aber auch Bergbauprodukte geringeren Veredlungsgrades, z. B. Kalisalze und Kalk, zum Einsatz. Mineraldünger haben einen großen Produktivitätsfortschritt in der Landwirtschaft ermöglicht und werden heute sehr häufig eingesetzt. Problematisch sind die synthetischen Dünger in Anbetracht des enormen Energieaufwandes bei der Herstellung. Mineralische Phosphatdüngung führt zudem zu einer Anreicherung des toxischen und radioaktiven Metalls Uran im Boden und damit in der Nahrungskette, da Phosphat und Uran über das Mineral Apatit chemisch eng aneinander gebunden sind. Zudem kommt es zu einer Anreicherung des ebenfalls giftigen Metalls Cadmium, das über die Pflanzen in die menschliche Nahrungskette gelangt.
In diesem Sinne ist die Verfügbarkeit von metallarmen Rohphosphaten ein elementares Marktkriterium für die Herstellung qualitativ hochwertiger Phosphatdüngemittel. Die Ausbeutung metallarmer Phosphatlagerstätten, bzw. der Phosphatmineralien an sich, ist ein Ressourcenproblem der industriellen Zivilisation überhaupt. So gehen auf der Pazifikinsel Nauru die Förderraten ihres Hauptexporterzeugnisses Phosphat seit der Mitte der 1970er Jahre kontinuierlich zurück; sie sind nun praktisch bei Null angelangt.
Für uranreiche Phosphatlagerstätten ist ein Zusammenhang zur Kernenergiewirtschaft zu diskutieren, denn der Uranpreis stellt ein Entscheidungskriterium dar, ob eine Metallabscheidung wirtschaftlich ist oder der Produzent ein Interesse an einer Düngervermarktung der Phosphate im unveränderten Zustand hat.
Phosphate werden grundsätzlich als Rohphosphate oder als aufgeschlossene Phosphate verwendet. Rohphosphate sind schwerlöslich und werden kaum als Dünger verwendet. Deshalb werden Rohphosphate mit Schwefelsäure bzw. Phosphorsäure aufgeschlossen. Dadurch entsteht Calciumdihydrogenphosphat bzw. bei Verwendung der Schwefelsäure zusätzlich noch Calciumsulfat. Rohphosphat, das mit Schwefelsäure aufgeschlossen wird, wird als Superphosphat bezeichnet. Tripelsuperphosphat oder Doppelsuperphosphat wird aus Rohphosphat und Phosphorsäure hergestellt und weist einen höheren Gehalt an Phosphor auf. Als Langzeitdünger dient CaNaPO4 * CaSiO4. Dieses ist nicht wasserlöslich und wird durch organische Säuren von den Wurzeln gelöst. Stickstoffhaltige Phosphatdünger wie z. B. Diammoniumphosphat (NH4)2HPO4 (Ammonphosphat) oder Monoammoniumphosphat werden aus Ammoniak und Phosphorsäure hergestellt.
Stickstoffdünger sind meist Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat und Kaliumnitrat und werden aus Ammoniak und Salpetersäure hergestellt.
Kalisalze werden im Bergbau gewonnen, aufbereitet (Kaliumchlorid-Dünger) oder zu Kaliumsulfat umgesetzt.
Der Einsatz von Mineraldüngern kann in Granulat- oder Pulverform, häufig als Phosphate oder Sulfate oder in flüssiger Form (Flüssigdünger) erfolgen. Selbst eine Aufnahme über die Blätter ist begrenzt möglich.
Als Erfinder der Mineraldünger bzw. Kunstdünger gilt Justus von Liebig.
Die Düngung mit gasförmigem Kohlenstoffdioxid (CO2) ist eine wichtige Anwendung im Unterglasgartenbau. Grund ist der durch den photosynthetischen Verbrauch entstehende CO2-Mangel bei ungenügendem Nachschub an Frischluft, besonders im Winter bei geschlossener Lüftung, weil Pflanzen CO2 als Grundsubstanz benötigen. Dabei wird das Kohlenstoffdioxid entweder direkt als reines Gas (relativ teuer) oder als Verbrennungsprodukt aus Propan oder Erdgas eingebracht (Kopplung von Düngung und Heizung). Die mögliche Ertragsteigerung ist abhängig davon, wie stark der Mangel an CO2 ist und wie hoch das Lichtangebot für die Pflanzen ist.
Organische Dünger
Bei den organischen Düngern sind oder waren die düngenden Elemente meist in kohlenstoffhaltigen reduzierten Verbindungen gebunden. Sind diese bereits wie etwa im Kompost teilweise oxidiert, so sind die düngenden Mineralien an den Abbauprodukten (Huminsäuren) etc. adsorbiert. Somit entfalten sie ihre Wirkung langzeitiger und werden in der Regel weniger schnell ausgewaschen als mineralische Dünger. Eine Kennzahl für die Wirkgeschwindigkeit ist der C/N-Quotient. Organische Dünger sind normalerweise tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, können aber auch synthetisiert werden. Organische Dünger sind meist Abfallstoffe aus der Landwirtschaft (Wirtschaftsdünger), die wiederverwendet werden können.
Beispiele für organische Dünger:
• Algensaft
• Blutmehl
• Düngepellets - Schafwollpellets
• Federmehl[2]
• Fischmehl
• Guano
• Gülle
• Haarmehl[3]
• Harnstoff
• Hornspäne
• Jauche, Pflanzenjauche
• Kompostierte Pflanzenreste
• Klärdünger
• Knochenmehl
• Lupinenschrot
• Mist
• Vinasse[4]
Düngerverbrauch
Der weltweite Verbrauch an Düngemitteln betrug 1999 141,4 Mio. Tonnen (Quelle: FAO).
Die größten Verbraucher-Länder waren (1999 in Mio. Tonnen):
| China: | 36,7 |
| Vereinigte Staaten: | 19,9 |
| Indien: | 18,4 |
| Brasilien: | 5,9 |
| Frankreich: | 4,8 |
| Deutschland: | 3,0 |
| Pakistan: | 2,8 |
| Indonesien: | 2,7 |
| Kanada: | 2,6 |
| Spanien: | 2,3 |
| Australien: | 2,3 |
| Türkei: | 2,2 |
| England: | 2,0 |
| Vietnam: | 1,9 |
| Mexiko: | 1,8 |
| Niederlande: | 2,4 |
Diese Zahlen geben keinen Aufschluss über den Pro-Kopf- bzw. Pro-Hektar-Verbrauch. Dieser kann jedoch für ausgewählte Staaten und Regionen aus der Grafik abgelesen werden.
Eine weitere Bedeutung der Zahlen ergibt sich aus dem Umstand, dass die Herstellung von Stickstoffdünger sehr energieintensiv ist: Der gesamte Energiebedarf für die Düngung mit 1 Tonne Stickstoff einschließlich Herstellung, Transport und Ausbringung entspricht dem Energiegehalt von etwa 2 Tonnen Erdöl.[5]
Die größten Düngerproduzenten
Das bedeutendste Herstellerland stickstoffhaltiger Düngemittel ist China, gefolgt von Indien und den USA. In Europa sind die wichtigsten Produzenten Russland und Ukraine, gefolgt von Polen, Niederlande, Deutschland und Frankreich.
Die größten Düngerproduzenten weltweit (2002)
Quelle: Handelsblatt Die Welt in Zahlen (2005)
Rang | Land | Produktion (in Mio. t) | Rang | Land | Produktion (in Mio. t) |
| 1 | China | 23,6 | 9 | Ägypten | 1,5 |
| 2 | Indien | 10,6 | 10 | Saudi-Arabien | 1,3 |
| 3 | USA | 9,4 | 11 | Polen | 1,2 |
| 4 | Russische Föd. | 6,0 | 12 | Bangladesch | 1,1 |
| 5 | Kanada | 3,8 | 13 | Niederlande | 1,1 |
| 6 | Indonesien | 2,9 | 14 | Deutschland | 1,0 |
| 7 | Ukraine | 2,3 | 15 | Frankreich | 1,0 |
| 8 | Pakistan | 2,2 |
Mineralische Nährstoffe und ihr Einsatz
Mineralstoffaufnahme der Pflanzen
Bei der Mineralstoffaufnahme aus dem Boden ist zwischen der Ernährung von Sommer- und Winterarten sowie von mehrjährigen Pflanzen zu unterscheiden:
• Bei Sommerarten (z. B. Kartoffeln) steigt der Bedarf an Mineralstoffen nach dem Auflaufen je nach der Länge der Wachstumszeit schnell bis zu einem bestimmten Punkt vor der Reife an und fällt dann ab oder hört ganz auf.
• Bei Winterarten (z. B. Wintergetreide oder -raps) unterbricht die winterliche Wachstumsruhe (Frost) die Mineralstoffaufnahme.
• Mehrjährige Pflanzen mit ausdauernden unterirdischen Organen, z. B. Gräser, Kleearten, Hopfen und Wein, speichern in den Wurzeln Mineralstoffe und beschleunigen mit diesen Reservestoffen die Entwicklung im folgenden Frühjahr.
Mineralstoffaufnahme aus der Bodenlösung
Die Pflanze nimmt die Mineralsalze mit den Wurzeln aus einer wässrigen Lösung auf. Sie liegen in der Bodenlösung als elektrisch geladene Teilchen (Ionen) vor. Zusätzlich können die im Boden schwer verfügbaren Pflanzenmineralstoffe Eisen, Mangan, Kupfer und Zink mit organischen Stoffen wasserlösliche Chelatverbindungen eingehen und in dieser Form von den Pflanzen aufgenommen werden. Von den 16 unentbehrlichen Elementen deckt die Pflanze ihren Bedarf an Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff vorrangig aus dem Kohlenstoffdioxid der Luft und Wasser aus dem Boden. Es werden in Sonderfällen aber auch (beispielsweise aus mit anorganischen Schadstoffen belasteten Böden) für Mensch und Tier giftige Metallionen in die Pflanzen eingelagert (z. B. Cadmiumgehalt in Pilzen). Ein Pflanzenmineralstoff wird verstärkt von den Wurzeln aufgenommen und in den Pflanzenorganen über den Bedarf hinaus angereichert (Luxuskonsum), wenn er durch starke Mineralisierung (z. B. Stickstofffreisetzung in humosen Böden) oder einseitig hohe Düngergaben in größeren Mengen in der Bodenlösung enthalten ist. Die mengenmäßige Mineralstoffaufnahme der Pflanze hängt von der Leistung der Wurzelatmung ab. Leicht erwärmbare Böden bieten mit günstigem Luft-Wasser-Haushalt im Krumenbereich die besten Bedingungen für die Mineralstoffaufnahme.
Mineralstoffaufnahme durch das Blatt
Die Mineralstoffaufnahme erfolgt vor allem durch die Wurzel. Doch können auch die Blätter Wasser und die darin gelösten Stoffe durch Kleinporen aufnehmen. Theoretisch könnte man die Pflanze vollständig durch die Blätter ernähren. Im Integrierten Pflanzenbau gewinnt die gezielte Mineralstoffzufuhr (Spritz- oder Sprühverfahren) in bestimmten Wachstumsabschnitten mit verdünnten Düngersalzlösungen als Blattdüngung zunehmende Bedeutung. Durch die Blattdüngung wird mit geeigneten Ausbringungsgeräten ein mengenmäßig geringer, aber hochwirksamer Mineralstoffbelag auf die grünen Pflanzenteile aufgebracht. Seit Jahren bewährt sich im praktischen Anbau vorrangig die ergänzende Versorgung mit Stickstoff, Magnesium und Spurenmineralstoffen durch das Blatt. Der Vorteil dieses Verfahrens einer gezielten Mineralstoffzufuhr besteht im hohen Ausnutzungsgrad, der Nachteil in der nur begrenzt möglichen Mineralstoffmenge mit einer Gabe. Um entwicklungshemmende Blattverbrennungen zu vermeiden, sind bei der Blattdüngung die richtige Konzentration der Lösung und eine Rücksichtnahme auf empfindliche Wachstumsperioden des Pflanzenbestandes zu beachten. Blattdüngung erfolgt heute vorrangig, wenn eine kurzfristige Mineralstoffsbedarfsdeckung in einem bestimmten Wachstumsstadium notwendig ist, die aus der Boden- Nachlieferung nicht ohne weiteres zu befriedigen ist (N-Spätdüngung bei Weizen, P-Zufuhr zu Mais oder Behebung plötzlich auftretender Mineralstoffmangelerscheinungen z. B. durch Bor-Spritzung gegen Herz- und Trockenfäule bei Zuckerrüben). (Siehe hierzu auch den Abschnitt Stoffaustausch über die Oberfläche im Artikel Blatt.)
Vorteile des Düngens
Das Minimumgesetz der Pflanzenernährung besagt, dass das genetische Ertragspotential einer Nutzpflanze durch das Hauptnährelement begrenzt wird, das nicht in ausreichender Menge zum Bedarfszeitpunkt der Pflanzen zur Verfügung steht. Der erforderliche Düngebedarf wird in aller Regel durch Bodenuntersuchungen und Düngefenster festgestellt. Bei Unterernährung der Pflanzenbestände kommt es zu Mangelerscheinungen mit Mindererträgen und gelegentlich sogar zum Totalverlust eines Nutzpflanzenbestandes.
Nachteile des Düngens
Wird mehr Dünger als benötigt ausgebracht, führt dies zur Belastung von Grundwasser und Oberflächenwasser. Auch wird darauf verwiesen, dass stark gedüngte Kulturen einen höheren Wassergehalt haben können und das Verhältnis von Kohlehydraten zu Vitaminen und Mineralstoffen ungünstiger sei, wenngleich dies überwiegend eine Frage der angebauten Pflanzensorte ist.
Im Boden wandeln Bakterien die Stickstoffverbindungen in Lachgas (N2O) um - ein 300-mal potenteres Treibhausgas als Kohlendioxid (CO2).[6]
Gefahren des Überdüngens
Bei zu starker Ausbringung von Düngern besteht die Gefahr, dass der Boden überdüngt und damit die Bodenfauna nachteilig verändert wird, was wiederum zu Lasten der Erträge und der Qualität der Ernte geht. In Extremfällen kann es zur Abtötung der Pflanzen durch Plasmolyse kommen.
Die negative Folge für die Umwelt (Eutrophierung) muss unterschieden werden von den negativen Folgen einer Überdüngung auf die Qualität der erzeugten Produkte für die menschliche und die Tierernährung bereits vor dem Rückgang der Erträge: Insbesondere durch hohe Stickstoffgaben kommt es auch in den Pflanzen zu einer hohen Nitratkonzentration. Diese Nitrate werden im Darm von Mensch und Tier zu gesundheitlich nachteiligen Nitriten reduziert. In nicht frischem überdüngtem Gemüse sowie bereits im Boden bilden sich Nitrite als Zwischenstufe bei der Oxidation der Bestandteile von Stickstoffdünger, Gülle oder anderen stickstoffhaltigen Stoffen.
Überdies werden die nicht von den Pflanzen aufgenommenen Düngerbestandteile in das Grundwasser ausgeschwemmt und können dadurch dessen Qualität gefährden. Zudem führt das mineralsalzreiche Wasser, wenn es in Oberflächengewässer gelangt, zu einem Überangebot an Mineralstoffen (Eutrophierung), was zu Algenblüten führen kann und so Sauerstoffmangel im Tiefenwasser von Seen verursacht.
Dieses Problem besteht vor allem in Gebieten intensiver landwirtschaftlicher Nutzung mit hohem Viehbesatz (z. B. im Münsterland und in Südwestniedersachsen) und stellt die Wasserversorgung dort vor erhebliche Probleme. Zweck des Ausbringens von Gülle und Mist ist hier weniger die Steigerung des Ertrags, als eine Entsorgung der tierischen Exkremente in den Mastbetrieben.
Werden die Kulturen zu stark gedüngt, können die Erträge sinken. Es gilt also die Pflanzen optimal mit Mineralstoffen zu versorgen. Anhand der Bodenuntersuchungen, die Landwirte vornehmen lassen, kann die Düngung an die Bedürfnisse der jeweiligen Kulturpflanze angepasst werden. Auch eine Düngeranalyse ist dazu sinnvoll.
Organische Dünger
Die Höhe der Ammoniakverluste ist von der Art und Zusammensetzung des organischen Düngers, dessen Behandlung, wie z. B. Einarbeitung in den Boden, und von der Witterung bei der Ausbringung abhängig. Folgende Reihenfolge bei der Höhe der Ammoniakverluste ergibt sich hinsichtlich
• der Art der Wirtschaftsdünger: Tiefstallmist < Rottemist < Normalgülle (Schweinegülle < Rindergülle) < Biogasgülle bzw. Frischmist;
• des TS- (Trockensubstanz-) Gehaltes: wasserreiche Gülle < Gülle mit hohem TS-Gehalt.
In Abhängigkeit vom TS-Gehalt der Gülle, dem Zeitpunkt der Einarbeitung, der Tierart und der Witterung ist mit Verlusten von ca. 1 % (bei Gülle-Injektion) und nahezu 100 % (Stoppelgabe ohne Einarbeitung) des in der Gülle vorhandenen Ammoniumstickstoffs zu rechnen. Neben der Art der Lagerung und Ausbringung hat der Zeitpunkt der Einarbeitung großen Einfluss auf die Höhe der Verluste. Sofortige Einarbeitung mindert die Ammoniakverluste ganz erheblich.
Mineralischer Feststoffdünger
Die Ammoniakverluste stickstoffhaltiger Mineraldünger steigen wie folgt: Kalkammonsalpeter < Mehrnährstoffdünger < Diammonphosphat < Harnstoff < Kalkstickstoff < Ammoniumsulfat.
An den gesamten Ammoniakstickstoffverlusten der Landwirtschaft ist der Anteil der mineralischen Dünger gering.
1. Düngemittelverordnung Bundesgesetzblatt 2010
2. Deutsches Patent Nr. DE69223253T2 vom 26.03.1998. Abgerufen am 12. Februar 2010.
3. Laber, Hermann (Bearbeiter): Öko-Anbau, N-Düngung, Gründüngung. Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft, Fachbereich Gartenbau, 7. Oktober 2004, abgerufen am 20. Juni 2010 (PDF, 34 kB, zweijährige Versuchsserie in Dresden-Pillnitz bei Spinat 2003 und 2004).
4. Priv. Doz. Dr. Jürgen Debruck: Zuckerrüben-Vinasse im Ökobetrieb. Abgerufen am 12. Februar 2010.
5. E. Jedicke, W. Frey, M. Hundsdorfer, E. Steinbach (Hrsg.): Praktische Landschaftspflege – Grundlagen und Maßnahmen. 2. Auflage. Eugen Ulmer, Stuttgart 1996, S. 80.
6. Keller-Doroszlai, Etel: Dünger für den Klimawandel. In: Medienmitteilung vom 4. Februar 2010 der Forschungsanstalt Agroscope Reckenholz-Tänikon (ART). Eidgenössisches Volkswirtschaftsdepartement EVD, S. 1, abgerufen am 7. September 2010 (168 kB): „im Boden wandeln beispielsweise Bakterien die Stickstoffverbindungen in Lachgas (N2O) um – ein 300-mal potenteres Klimagas als Kohlendioxid“.
Weblinks
• Commons: Dünger – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
• Europäischer Atlas zu Nährstoffbelastung
• Nitrogen Fertilizers Deplete Soil Organic Carbon
• Prof. Ewald Schnug: Uran: Boden – Pflanze – Nahrungskette, FAL 2005
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