BP 35
       Düngemittel und
  Nährstoffdynamik im Boden
           3. Stunde
6. Phosphor
6.1 Phosphordynamik
6.2 Strategi...
6. Phosphor

Zurzeit ist P der Pflanzennährstoff dessen
weltweiten abbauwürdigen Vorräte am
stärksten limitiert sind !

Sp...
Weltweite Vorräte in
                         Phosphatlagerstätten
            120
                                   (Wer...
6.1 Phospordynamik
Phosphor liegt als Anion
(Orthophosphat) der Phosphorsäure
          im Boden vor:

 H2PO4- + H+   HPO42- 2 H+
Gleichgewichtsverhältnisse verschiedener
          Phosphatfraktionen




         gelöstes   labiles    stabiles
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Phosphatdynamik im Boden




                Bodenlösung
adsorbiertes                     organisches
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Phosphatdynamik im Boden




                Bodenlösung
adsorbiertes                     organisches
Phosphat            ...
Adsorption von Phosphaten an Al- und Fe-
Hydroxiden tritt besonders bei pH < 4 auf.

Strengit: FeIII(OH)2H2PO4   (FePO4 x ...
Adsorbiertes Phosphat
Alterung von Bodenphosphaten:

Verfügbare Phosphate gehen in weniger
 verfügbare Phosphate über, z.B. durch
       Adsorpt...
Mobilisierung von Phosphat unter
sauren Bedingungen:

1. Kalkung
(Ligandenaustausch mit OH-)
2. Düngung von Sulfat
(Ligand...
Phosphatdynamik im Boden




                Bodenlösung
adsorbiertes                     organisches
Phosphat            ...
Calciumphosphate:

Hydroxylapatit Ca5(PO4)3OH
Fluorapatit        Ca5(PO4)3F
Chlorapatit    Ca5(PO4)3Cl
Dynamik der Calciumphosphate:

         Ca (H2PO4)2 + Ca2+  2 CaHPO4 + 2 H+
Calciumdihydrogenphosphat Calciumhydrogenphos...
Die Wasserlöslichkeit nimmt in folgender
            Reihenfolge ab:

Ca(H2PO4)2 > CaHPO4 > Ca4H(PO4)3 > Ca5(PO4)3OH
Löslichkeit von Bodenphosphaten in
     Abhängigkeit vom pH-Wert
Phosphatdynamik im Boden




                Bodenlösung
adsorbiertes                    organisches
Phosphat             ...
Mineralisation von organisch gebundenem
                 Phosphat
Einfluss einer P-Düngung (100 mg P/kg Boden) in Form von Na-Phytate
und
Ca2(H2PO4)2 auf die P-Aufnahme verschiedener Pflan...
Einfluss einer P-Düngung (100 mg P/kg Boden) in Form von Na-Phytate und
Ca2(H2PO4)2 auf die mit verschiedenen Bodenuntersu...
Wird mit EUF
organisch gebundener Phosphor erfasst?




                      Phosphat



                Inositol 5 Phosp...
Material & Methoden

Phosphatarmer Unterboden
- Tongehalt, g kg-1: 207
- pH-Wert (CaCl2): 5,80
- CAL, mg P kg-1 : 9,03

Va...
Kinetik der EUF-Pan Freisetzung (400 V, 80oC) im Boden
nach Düngung von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden) bzw.
nach Zugabe in ...
Kinetik der EUF P Freisetzung (400 V, 80oC) im Boden
nach Düngung von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden)

                 8
  ...
Kinetik der EUF P Freisetzung (400 V, 80oC) im Boden
nach Applikation von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden) in
die EUF-Mittelz...
Gesamt P Konzentration des EUF Anodenfilterrückstandes
nach Untersuchung von der Kinetik der EUF P Freisetzung
nach Applik...
Einfluss einer direkten Na-Phytat Zugabe
(30 mg P/kg Boden) auf das CAL extrahierbare Phosphat

                   250

  ...
Einfluss einer direkten Na-Phytat Zugabe
(30 mg P/kg Boden) auf das CAL extrahierbare
anorganische- und Gesamt-Phosphat be...
Gleichgewichtsverhältnisse verschiedener
          Phosphatfraktionen




         gelöstes   labiles    stabiles
        ...
Teilfraktionen des stabilen
Phosphates:

1. Apatite
2. Okkludiertes Phosphat
3. Organisch gebundenes Phosphat
Richtwerte für die P-Gehaltsklassen A bis E
           nach der CAL-Methode
                   (VDLUFA 1997)

____________...
Verteilung der
 analysierten
Konzentration
   an CAL-
  löslichem
 Phosphat in
verschiedenen
Gehaltsklassen
nach VDLUFA
  ...
Anzustrebende EUF-P-Werte (1. Fraktion) zu
Zuckerrüben bei einem Ertragspotential von
100 dt Zucker/ha in Abhängigkeit von...
Mykorrhizierung spielt für die
Phosphatverfügbarkeit eine wichtige
               Rolle
Die endotrophe
 Mykorrhizza spielt
         für
landwirtschaftliche
Kulturpflanzen eine
  wichtige Rolle
   Ausnahmen:
 Ch...
Phosphat-
Aneignungsvermö
gen verschiedener
  Pflanzenarten
Proteoidwurzeln der Weißlupine
Absatz von Phosphatdüngemitteln in
Deutschland, bis 92/93 nur alte Bundesländer
               (Stat. Bundesamt)
  _______...
P-Flächenbilanz in
   Deutschland
Phosphatfixierende
 Böden in Afrika
Welteiter Einsatz von Phosphat-
          Düngemitteln
Abbau von Rohphosphaten
Globale Phosphatexporte und
  Cadmiumkonzentrationen
Herstellung von Thomaskali aus
      Konverterschlacke
Zuschlagstoffe für die Produktion von Thomaskali
vor und nach der Produktionsumstellung vom Mai
                       1998
Superphosphat (8% P):
Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4  Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4


Triplesuperphosphat (22%):
Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4  3 Ca(H...
Löslichkeit verschiedener
Phosphatdüngemittel und ihr P-Gehalt
________________________________________________
____
Dünge...
Verarmung des wasserlöslichen Phosphats in der
    Rhizosphäre von Raps nach Anwendung
          unterschiedlicher P-Dünge...
Wachstum von Weizen mit:
Superphosphat  Rohphosphat         ohne
                             Phosphatdüngung
6.3 Strategien zur P-Düngung
Wirkung verschiedener Reststoffe auf CAL-extrahierbares P im Boden.
                Es wurden 100 mg P/kg Boden in Form de...
Ertragswirksamkeit von Thomaskali (TK) auf dem Oberboden




      P0           TK1          TK2            TK2
Ertragswirksamkeit von Rohphosphat aus Hohenheim auf dem Oberboden




           P0           RP1           RP2          ...
Ergebnisse

Feldversuch
Einfluss von Jauche und Thomaskali auf den Kornertrag
                 von Dinkel 2006/07


               60


          ...
2007


                     Hafer Gladbacherhof
                          Korn dt/ha
                                     ...
Luzerne/Grasgemenge

                           Ertrag dt TM/ha
                         1. Schnitt, 09.06.08


40
       ...
Luzerne/Grasgemenge


                            Ertrag dt TM/ha
                          2. Schnitt, 18.08.08

        ...
Luzerne/Grasgemenge



                           Ertrag dt TM/ha
                         3. Schnitt, 17.09.08
          ...
6.3 Strategien zur P-Düngung
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  1. 1. BP 35 Düngemittel und Nährstoffdynamik im Boden 3. Stunde 6. Phosphor 6.1 Phosphordynamik 6.2 Strategien zur Phosphordüngung
  2. 2. 6. Phosphor Zurzeit ist P der Pflanzennährstoff dessen weltweiten abbauwürdigen Vorräte am stärksten limitiert sind ! Sparsames Haushalten ist erforderlich !
  3. 3. Weltweite Vorräte in Phosphatlagerstätten 120 (Werner 1999) voraussichtliche 100 Lebensdauer auf Basis einer Reserve von 3100 Mt Phosphor 80 P-Vorräte zusätzliche jährliche ( %) 60 Zuwachsrate von 3% 40 20 0 2000 2020 2040 2060 2100 2120 2135 Jahr
  4. 4. 6.1 Phospordynamik
  5. 5. Phosphor liegt als Anion (Orthophosphat) der Phosphorsäure im Boden vor: H2PO4- + H+   HPO42- 2 H+
  6. 6. Gleichgewichtsverhältnisse verschiedener Phosphatfraktionen gelöstes labiles stabiles Phosphat Phosphat Phosphat
  7. 7. Phosphatdynamik im Boden Bodenlösung adsorbiertes organisches Phosphat Phosphat Calciumphosphat
  8. 8. Phosphatdynamik im Boden Bodenlösung adsorbiertes organisches Phosphat Phosphat Calciumphosphat
  9. 9. Adsorption von Phosphaten an Al- und Fe- Hydroxiden tritt besonders bei pH < 4 auf. Strengit: FeIII(OH)2H2PO4 (FePO4 x 2 H2O) Variscit: Al(OH)2H2PO4 (AlPO4 x 2 H2O)
  10. 10. Adsorbiertes Phosphat
  11. 11. Alterung von Bodenphosphaten: Verfügbare Phosphate gehen in weniger verfügbare Phosphate über, z.B. durch Adsorption oder Okklusion. Begünstigung der Alterung durch: Goethit (FeOOH) Hämatit (Fe2O3) Gibbsit (Al(OH)3)
  12. 12. Mobilisierung von Phosphat unter sauren Bedingungen: 1. Kalkung (Ligandenaustausch mit OH-) 2. Düngung von Sulfat (Ligandenaustausch mit Sulfat) 3. Düngung von Silicaten (Ligandenaustausch mit Silicaten) 4. Organische Düngung (Humateffekt, Freisetzung von Alkalität und Sulfat)
  13. 13. Phosphatdynamik im Boden Bodenlösung adsorbiertes organisches Phosphat Phosphat Calciumphosphat
  14. 14. Calciumphosphate: Hydroxylapatit Ca5(PO4)3OH Fluorapatit Ca5(PO4)3F Chlorapatit Ca5(PO4)3Cl
  15. 15. Dynamik der Calciumphosphate: Ca (H2PO4)2 + Ca2+  2 CaHPO4 + 2 H+ Calciumdihydrogenphosphat Calciumhydrogenphosphat 3 CaHPO4 + Ca2+  Ca4H (PO4)3 + 2 H+ Calciumhydrogenphosphat Octocalciumphosphat Ca4H (PO4)3 + Ca2+ + H2O  Ca5 (PO4)3OH + 2 H+ Octocalciumphosphat Hydroxylapatit
  16. 16. Die Wasserlöslichkeit nimmt in folgender Reihenfolge ab: Ca(H2PO4)2 > CaHPO4 > Ca4H(PO4)3 > Ca5(PO4)3OH
  17. 17. Löslichkeit von Bodenphosphaten in Abhängigkeit vom pH-Wert
  18. 18. Phosphatdynamik im Boden Bodenlösung adsorbiertes organisches Phosphat Phosphat Calciumphospha t
  19. 19. Mineralisation von organisch gebundenem Phosphat
  20. 20. Einfluss einer P-Düngung (100 mg P/kg Boden) in Form von Na-Phytate und Ca2(H2PO4)2 auf die P-Aufnahme verschiedener Pflanzen (Leppin, 2007) P0 Phytate Ca(H2PO4)2 50 45 40 35 mg P kg-1 30 25 20 15 10 5 0 Sugar beet Rape Maize Pigeon Pea White Lupin Phacelia Wheat
  21. 21. Einfluss einer P-Düngung (100 mg P/kg Boden) in Form von Na-Phytate und Ca2(H2PO4)2 auf die mit verschiedenen Bodenuntersuchungsmethoden extrahierbare P- Konzentration (Leppin, 2007) ______________________________________________________________________ Methode P0 Phytat Ca2(H2PO4)2 mg P/kg Boden _______________________________________________________________ Mehlich 3 8,5 (±0,2) 10,0 (±0,2) 86,2 (±9,8) P-Wasser 1,2 (±0,1) 1,4 (±0,1) 31,5 (±2,7) Ohlsen 3,3 (±0,2) 2,7 (±0,2) 67,1 (±5,2) CAL 4,5 (±0,4) 5,1 (±0,4) 80,4 (±5,8) DL 8,5 (±0,2) 8,6 (±0,1) 79,3 (±5,7) EUF (1. + 2. Fr.) 4,2 (±0,1) 5,6 (±0,3) 47,3 (±3,8) ________________________________________________________________
  22. 22. Wird mit EUF organisch gebundener Phosphor erfasst? Phosphat Inositol 5 Phosphat
  23. 23. Material & Methoden Phosphatarmer Unterboden - Tongehalt, g kg-1: 207 - pH-Wert (CaCl2): 5,80 - CAL, mg P kg-1 : 9,03 Varianten: - Kontrolle, keine P-Düngung - Porg-Boden, 100 mg P kg-1, Na-Phytat - Porg-Mittelzelle, 100 mg P kg-1, Na-Phytat (Zugabe von Na-Phytat zu 5 g Boden direkt in die Mittelzelle, dann Extraktion)
  24. 24. Kinetik der EUF-Pan Freisetzung (400 V, 80oC) im Boden nach Düngung von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden) bzw. nach Zugabe in die Mittelzelle 9 8 7 mg P/kg Boden 6 5 P0 Porg 4 Porg EUF-Zelle 3 2 1 0 0 10 20 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 MInuten
  25. 25. Kinetik der EUF P Freisetzung (400 V, 80oC) im Boden nach Düngung von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden) 8 7 6 5 Pan mg P/kg Boden 4 3 P-Gesamt 2 1 0 0 10 20 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Minuten
  26. 26. Kinetik der EUF P Freisetzung (400 V, 80oC) im Boden nach Applikation von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden) in die EUF-Mittelzelle direkt vor der Extraktion 14 12 10 mg P/kg Boden 8 Pan 6 P-Gesamt 4 2 0 0 10 20 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Minuten
  27. 27. Gesamt P Konzentration des EUF Anodenfilterrückstandes nach Untersuchung von der Kinetik der EUF P Freisetzung nach Applikation von Na-Phytat (100 mg P/kg Boden) 70 62 60 50 50 mg P/kg Boden 40 34,5 30 20 10 0 P0 Porg Boden Porg-Mittelzelle
  28. 28. Einfluss einer direkten Na-Phytat Zugabe (30 mg P/kg Boden) auf das CAL extrahierbare Phosphat 250 200 mg P/kg Boden 150 ohne Na-Phytat 100 50 0 . en w m er viu od nv llu db ei A an t ds S an ts un B
  29. 29. Einfluss einer direkten Na-Phytat Zugabe (30 mg P/kg Boden) auf das CAL extrahierbare anorganische- und Gesamt-Phosphat bei einem Sandboden, pH 6,4. 100 90 80 70 60 ohne mg P/kg Boden 50 40 plus Na-Phytat 30 20 10 0 anorg.-P Gesamt-P
  30. 30. Gleichgewichtsverhältnisse verschiedener Phosphatfraktionen gelöstes labiles stabiles Phosphat Phosphat Phosphat
  31. 31. Teilfraktionen des stabilen Phosphates: 1. Apatite 2. Okkludiertes Phosphat 3. Organisch gebundenes Phosphat
  32. 32. Richtwerte für die P-Gehaltsklassen A bis E nach der CAL-Methode (VDLUFA 1997) __________________________________________________ P-Gehaltsklasse mg P/100g Boden mg P2O5/100g Boden __________________________________________________ A < 2,0 <5 B 2,1-4,4 6-9 C 4,5-9,0 10-20 D 9,1-15,0 21-34 E >15,1 >35 ___________________________________________________
  33. 33. Verteilung der analysierten Konzentration an CAL- löslichem Phosphat in verschiedenen Gehaltsklassen nach VDLUFA (n = 118)
  34. 34. Anzustrebende EUF-P-Werte (1. Fraktion) zu Zuckerrüben bei einem Ertragspotential von 100 dt Zucker/ha in Abhängigkeit von den P- Vorräten im Boden (EUF-Quotient) (Wiklicky und Nemeth 1982) _________________________________________________ EUF-Quotient EUF-P (1. Faktion) (= 2. Fraktion/1.Fraktion) _________________________________________________ 0,4 2,25 0,5 2,00 0,6 1,75 0,7 1,50 0,8 1,25 ________________________________________________
  35. 35. Mykorrhizierung spielt für die Phosphatverfügbarkeit eine wichtige Rolle
  36. 36. Die endotrophe Mykorrhizza spielt für landwirtschaftliche Kulturpflanzen eine wichtige Rolle Ausnahmen: Chenopodiaceen (Zuckerrübe, Spinat), Cruciferen (Raps, Senf)
  37. 37. Phosphat- Aneignungsvermö gen verschiedener Pflanzenarten
  38. 38. Proteoidwurzeln der Weißlupine
  39. 39. Absatz von Phosphatdüngemitteln in Deutschland, bis 92/93 nur alte Bundesländer (Stat. Bundesamt) __________________________________________ ____ Düngejahr Menge (1000 t P) kg/ha __________________________________________ ____ 1960/61 292 22 1970/71 402 32 1980/81 368 30 1990/91 224 19 2000/01 154 9 2002/03 144 8
  40. 40. P-Flächenbilanz in Deutschland
  41. 41. Phosphatfixierende Böden in Afrika
  42. 42. Welteiter Einsatz von Phosphat- Düngemitteln
  43. 43. Abbau von Rohphosphaten
  44. 44. Globale Phosphatexporte und Cadmiumkonzentrationen
  45. 45. Herstellung von Thomaskali aus Konverterschlacke
  46. 46. Zuschlagstoffe für die Produktion von Thomaskali vor und nach der Produktionsumstellung vom Mai 1998
  47. 47. Superphosphat (8% P): Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4  Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4 Triplesuperphosphat (22%): Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4  3 Ca(H2PO4)2
  48. 48. Löslichkeit verschiedener Phosphatdüngemittel und ihr P-Gehalt ________________________________________________ ____ Düngemittel Löslichkeit P (%) ________________________________________________ ____ Hyperphos 80% Ameisensäure 13 20% Mineralsäure Novaphos 40% Wasser 10 30% Zitronensäure 30%Mineralsäure Thomasphosphat 100% Zitronensäure 7 Superphosphat >93% Wasser
  49. 49. Verarmung des wasserlöslichen Phosphats in der Rhizosphäre von Raps nach Anwendung unterschiedlicher P-Dünger (Steffens 1987) 40 Thomasphosphat mg P/100g Boden 30 Teilaufgeschlossenes Rohphosphat 20 Rohphosphat ohne P-Düngung 10 0 1 2 3 4 Abstand von der Wurzeloberfläche
  50. 50. Wachstum von Weizen mit: Superphosphat Rohphosphat ohne Phosphatdüngung
  51. 51. 6.3 Strategien zur P-Düngung
  52. 52. Wirkung verschiedener Reststoffe auf CAL-extrahierbares P im Boden. Es wurden 100 mg P/kg Boden in Form der Reststoffe gedüngt. 80 70 60 mg P/kg Boden 50 40 Biokompost Biogasgülle 30 Ca(H2PO4)2 Holzasche Schlempe Stallmist 20 10 PO 0
  53. 53. Ertragswirksamkeit von Thomaskali (TK) auf dem Oberboden P0 TK1 TK2 TK2
  54. 54. Ertragswirksamkeit von Rohphosphat aus Hohenheim auf dem Oberboden P0 RP1 RP2 RP3
  55. 55. Ergebnisse Feldversuch
  56. 56. Einfluss von Jauche und Thomaskali auf den Kornertrag von Dinkel 2006/07 60 50 dt Korn/ha 40 30 20 10 0 P0 P0+Jauche 5 kg P/ha 10 kg P/ha 15 kg P/ha Varianten
  57. 57. 2007 Hafer Gladbacherhof Korn dt/ha 1 10 kg P/ha RP 2 20 25 3 30 5 10 kg P/ha BSP 20 6 20 7 30 9 10 kg P/ha FKM 15 10 20 11 30 10 13 10 kg P/ha TK 14 20 15 30 5 17 0 + Jauche 2006 18 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
  58. 58. Luzerne/Grasgemenge Ertrag dt TM/ha 1. Schnitt, 09.06.08 40 1 10 kg P/ha RP 2 20 35 3 30 30 5 10 kg P/ha BSP 6 20 25 7 30 9 10 kg P/ha FKM 20 10 20 11 30 15 13 10 kg P/ha TK 10 14 20 15 30 5 17 0 + Jauche 2006 18 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
  59. 59. Luzerne/Grasgemenge Ertrag dt TM/ha 2. Schnitt, 18.08.08 1 10 kg P/ha RP 40 2 20 3 30 35 5 10 kg P/ha BSP 30 6 20 7 30 25 9 10 kg P/ha FKM 10 20 20 11 30 15 13 10 kg P/ha TK 14 20 15 30 10 17 0 + Jauche 2006 5 18 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
  60. 60. Luzerne/Grasgemenge Ertrag dt TM/ha 3. Schnitt, 17.09.08 1 10 kg P/ha RP 2 20 40 3 30 35 5 10 kg P/ha BSP 6 20 30 7 30 9 10 kg P/ha FKM 25 10 20 11 30 20 13 10 kg P/ha TK 14 20 15 15 30 10 17 0 + Jauche 2006 18 0 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
  61. 61. 6.3 Strategien zur P-Düngung

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