Dünger

Geschichte des Düngers

Bereits seit der minoischen Zeit wurden landwirtschaftlich genutzte Felder zur Steigerung der Ernte mit tierischen und menschlichen Fäkalien bestreut. Im 19. Jahrhundert begann man auch Asche, Kalk und Mergel als Dünger zu verwenden. Um 1840 konnte der Chemiker Justus von Liebig die Wachstums fördernde Wirkung von Stickstoff, Phosphaten und Kalium nachweisen. Stickstoff erhielt man in Form von Nitraten zunächst vor allem durch den Einsatz von Guano  (einer Substanz, die sich aus den Exkrementen von Seevögeln bildete). Man musste eine Methode entwickeln, Nitrate synthetisch herzustellen. Zwischen 1905 und 1908 entwickelte der Chemiker Fritz Haber die katalytische Ammoniak-Synthese. Dem Industriellen Carl Bosch gelang es daraufhin ein Verfahren zu finden, welches die massenhafte Herstellung von Ammoniak ermöglichte. Das Haber-Bosch-Verfahren bildete die Grundlagen der Produktion von synthetischem Stickstoff-Dünger, dem sogenannten "Kunstdünger. Seit dem Zweiten Weltkrieg brachte die Industrie dann immer wirksamere und gezielter einsetzbare chemische Düngemittel auf den Markt. Im letzten Viertel des 20. Jahrhunderts geriet der synthetische Dünger jedoch zunehmend in die Kritik, da seine übermäßige Verwendung für verschiedene ökologische Schäden wie die Ermüdung des Bodens, Sauerstoffmangel und Fischsterben verantwortlich gemacht wurde. Seit ca. 1985 sinkt der Verbrauch von mineralischen Düngemitteln in Deutschland. Dünger oder Düngemittel, dienen dazu, höhere Erträge oder schnelleres Wachstum bei Kulturpflanzen zu erzielen. Wichtigste Bestandteile eines Düngers sind meist die Hauptnährelemente Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K), da ein Mangel an diesen Nährstoffen in vielen Böden das Pflanzenwachstum beschränkt. Diese Düngerbestandteile werden gesondert (Einnährstoffdünger) oder in Mischungen (Mehrnährstoffdünger) angeboten, die den Anforderungen der jeweiligen Kulturpflanzen möglichst gerecht werden sollten. Dünger, welche Stickstoff, Phosphor und Kalium beinhalten, werden NPK - Dünger oder Volldünger genannt. In zweiter Linie enthalten Dünger auch Schwefel, Kalzium und Magnesium. Schließlich benötigen Pflanzen auch Spurenelemente, welche auch in Düngern vorkommen können oder als spezielle Spurenelementdünger angeboten werden. Vereinfacht kann man sagen, dass Stickstoff der Erzeugung von Pflanzenmasse dient, Phosphor dient der Blüten- und Fruchtbildung, Kalium stärkt die Holzbildung und Pflanzenstatik, Magnesium fördert die Nährstoffaufnahme. Der Einsatz von Mineraldüngern kann in Granulat- oder Pulverform, häufig als Phosphat oder Sulfat 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.


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 (schnell wirkender Dünger, Langzeitdünger, Depotdünger). Mineralischer Feststoffdünger Im anorganischen Dünger oder Mineraldünger liegen die düngenden Elemente meist in Form von Salzen vor (Ausnahmen: Flüssigammoniakdünger, Harnstoff). Die Herkunft mineralischer Dünger ist in  fast immer in der bergmännischen Gewinnung von Mineralien oder fossiler Energie zu sehen. Meist ist dem Einsatz eine mehr oder weniger 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 giftigen und radioaktiven Schwermetalls Uran im Boden und damit in der Nahrungskette, da Phosphat und Uran chemisch eng aneinander gebunden sind. Zudem kommt es zu einer Anreicherung des ebenfalls giftigen Schwermetalls Cadmium, das über die Pflanzen in die menschliche Nahrungskette gelangt. In diesem Sinne ist die Verfügbarkeit von schwermetallarmen Rohphosphaten ein muss für die Herstellung qualitativ hochwertiger Phosphatdüngemittel. Phospate 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 reagiert. Dadurch entsteht Calciumdihydrogenphosphat bzw. bei Verwendung der Schwefelsäure zusätzlich noch Calciumsulfat. Rohphosphat, dass mit Schwefelsäure reagiert, 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 wasserunlöslich und wird durch die organischen 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.


Organische Dünger

Bei den organischen Düngern sind oder waren die düngenden Elemente an Kohlenstoff gebunden. Organische Dünger sind normalerweise tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, können aber auch synthetisiert werden (z. B. Harnstoff). Sie entfalten ihre Wirkung langfristiger und werden oft weniger schnell ausgewaschen als mineralische. Eine Kennzahl für die Wirkgeschwindigkeit ist das C/N-Verhältnis (das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff). Je größer die Kennzahl ist, desto langsamer wirkt der Dünger. Organische Dünger sind meist Abfallstoffe aus der Landwirtschaft, die wiederverwendet werden können; dies kann zu geschlossenen Kreisläufen führen.

Beispiele für organische Dünger:
- Gülle
- Jauche
- Mist
- Kompostierte Pflanzenreste
- Blutmehl
- Fischmehl
- Knochenmehl
- Hornspäne
- Harnstoff


Vorteile des Düngens

Durch Düngung werden die zur Ernährung des Menschens nötigen landwirtschaftlichen Erträge deutlich gesteigert. Durch die organische Düngung werden die Bodenlebewesen und Mikroorganismen gefüttert, welche die organischen Materialien, die im Boden sind, mineralisieren und pflanzenverfügbar machen. Mineralische Dünger sind meist direkt pflanzenverfügbar.


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 kommen. Die nicht von den Pflanzen aufgenommenen Düngerbestandteile gelangen in das Grundwasser und können dadurch dessen Qualität gefährden. Zudem führt das nährsalzreiche Wasser, wenn es in Oberflächengewässer gelangt, zu einem Überangebot an Mineralstoffen 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 Viehanteil (z.B. im Münsterland) 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 Mastbetriebe. Werden die Kulturen zu stark gedüngt, können die Erträge sinken, es gilt also die Pflanzen optimal zu düngen. Die Landwirte müssen den Boden untersuchen lassen, und anhand der Bodenprobeanalyse die Düngung korrigieren.


Düngungseinfluss auf den Boden

Stickstoff: Förderung des Bodenlebens Phosphor: Förderung der Krümelbildung; Bodenstabilisator; Brücken zwischen Humusteilchen Kalium: K+ Ionen wirken in hoher Konzentration Krümelzerstörend, weil Sie Ca2+ Ionen verdrängen Magnesium: Wie Ca Förderung der Krümelstabilität durch Verdrängung der Hydroionen von Austauscherplätzen Calcium: Stabilisiert Krümelstruktur/ Förderung des Bodenlebens/ pH-Regulierung Schwefel:


Förderung des Bodenlebens

Einflüsse auf chemische und physikalische Bodeneigenschaften Eine Reihe von Düngemitteln (N-Düngemittel) tragen zur Bodenversauerung bei. Dies kann ohne Ausgleichsmaßnahme zu einer Beeinträchtigung der Strukturverhältnisse im Boden führen. Durch planvolle Düngungsmaßnahmen (z. B. Kalkung) kann jedoch einem Absinken der Bodenversauerung entgegengewirkt werden, so dass nachteilige Auswirkungen auf Nährstoffgleichgewicht, Bodenlebewesen und Bodenstruktur nicht zu befürchten sind.


Einfluss auf Bodenlebewesen

Die Absenkung des pH-Wertes und eine überhöhte Salzkonzentration können das Bodenleben beeinträchtigen. Außerdem geht mit steigender N-Düngung die Aktivität N-bindender Bakterien zurück. Insgesamt fördert eine ausreichende Bodenversorgung mit organischen und mineralischen Düngern die Menge und Vielfalt der Bodenlebewesen. Diese beeinflussen entscheidend die Bodenfruchtbarkeit. Bei ordnungsgemäßer mineralischer Düngung bleibt die Regenwurmdichte weitgehend stabil. Durch wirtschaftseigene organische Dünger wird der Regenwurmbesatz gefördert.


Anreicherung mit Schwermetallen

Über die Anreicherung des Bodens mit Schwermetallen durch mineralische Düngung gibt es häufig falsche Vorstellungen. Von den in der Landwirtschaft und im Gartenbau verwendeten Mineraldüngern enthalten einige Phosphatdünger einen geringen natürlichen Cadmiumgehalt. Die Cadmiumbelastung des Bodens durch Phosphatdünger ist jedoch bei üblicher Düngung so gering, dass die Anreicherung selbst nach 100-jähriger Mineraldüngung analytisch kaum nachweisbar ist. Zu einer unerwünschten Anreicherung mit Schwermetallen kann langjährige, intensive Düngung mit Sekundärrohstoffen (z.B. Klärschlamm) führen. Aus diesem Grunde müssen bei Klärschlammausbringung auf landwirtschaftliche Flächen sowohl der Klärschlamm als auch der Boden untersucht werden. Die Einflüsse der Düngung auf die chemischen und physikalischen Bodeneigenschaften sind durch bestimmte acker- und pflanzenbauliche Maßnahmen korrigierbar. Im Vergleich dazu ist eine Anreicherung mit Schwermetallen unveränderbar, da Schwermetalle kaum ausgewaschen werden und der Entzug durch die Pflanzen nur gering ist. Durch zu hohe Schwermetallgehalte im Boden wird die Bodenfruchtbarkeit langfristig geschädigt.Düngungseinfluss auf das Wasser Eine Verschlechterung der Wassergüte durch Düngung kann erfolgen bei Nitratanreicherung des Grundwassers durch N-Auswaschung, Nährstoffanreicherung, insbesondere Phosphatanreicherung, in Oberflächengewässern z.B. durch Abschwemmung von Boden (Bodenerosion, mit der Folge einer Eutrophierung des Gewässers)


Nährstoffaufnahme 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 Nährstoffen 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 Nährstoffaufnahme. Mehrjährige Pflanzen mit ausdauernden unterirdischen Organen, z.B. Gräser, Kleearten, Hopfen und Wein, speichern in den Wurzeln Nährstoffe und beschleunigen mit diesen Reservestoffen die Entwicklung im folgenden Frühjahr.


Nährstoffaufnahme aus der Bodenlösung

Die Pflanze nimmt die Nährsalze 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 Pflanzennährstoffe Eisen, Mangan, Kupfer und Zink mit organischen Stoffen wasserlösliche Chelatverbindungen eingehen und in dieser Form von den Pflanzen aufgenommen werden. Von den 16 unentbehrlichen Nährelementen deckt die Pflanze ihren Bedarf an Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff vorrangig als Kohlendioxid aus 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 Schwermetallionen in die Pflanzen eingelagert (z.B. Cadmiumgehalt in Pilzen). Ein Pflanzennährstoff 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 Nährstoffaufnahme 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 Nährstoffaufnahme.


Nährstoffaufnahme durch das Blatt

Die mineralische Nährstoffaufnahme 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 Nährstoffzufuhr (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 Nährstoffbelag auf die grünen Pflanzenteile aufgebracht. Seit Jahren bewährt sich im praktischen Anbau vorrangig die ergänzende Versorgung mit Stickstoff, Magnesium und Spurennährstoffen durch das Blatt. Der Vorteil dieses Verfahrens einer gezielten Nährstoffzufuhr besteht im hohen Ausnutzungsgrad, der Nachteil in der nur begrenzt möglichen Nährstoffmenge 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 Nährstoffsbedarfsdeckung 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 Nährstoffmangelerscheinungen z.B. durch Bor-Spritzung gegen Herz- und Trockenfäule bei Zuckerrüben). (siehe auch den Abschnitt Stoffaustausch über die Oberfläche im Artikel Blatt)

by C.P.