Nachhaltiges Nährstoffmanagement: Einführung in Konzepte, Strategien und Grundregeln

Nachhaltiges Nährstoffmanagement

Torsten Mandal

Agraringenieur, spezialisiert auf internationale nachhaltige Agroforstwirtschaft, Land- und Bodenmanagement

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Nachhaltiges Nährstoffmanagement: Wichtig für Landwirte, Verbraucher, Umwelt und Klima

Die Verschwendung von Nährstoffen (Stickstoff und Phosphor) schädigt häufig die Umwelt, verursacht hohe wirtschaftliche Kosten und führt zu Ernährungsproblemen, die oft die Ernte (Erträge, Qualität und Widerstandsfähigkeit) beeinträchtigen. Geringere Erträge bedeuten, dass mehr Anbauflächen benötigt werden, um die gestiegene Nachfrage nach Produkten zu decken, und dass weniger Platz für Natur, Weiden, Forstwirtschaft und Menschen bleibt. Die Lebensmittelverschwendung und die Nährstoffverluste in der Viehzucht mögen bei den einen abnehmen und bei den anderen zunehmen, aber die Weltbevölkerung und ihre Kaufkraft nehmen weiter zu. Sowohl kommerzielle als auch traditionelle Methoden der Nährstoffbewirtschaftung können entweder zu hohen Treibhausgasemissionen führen oder einen Mehrwert für erneuerbare Energien, Bäume und andere Pflanzen schaffen, indem sie mehr Kohlenstoff (und manchmal Stickstoff) binden und speichern oder fossile Brennstoffe ersetzen. Aktuelles Wissen ist unverzichtbar – aber widersprüchliche, zu vereinfachte Ansichten sind weit verbreitet und spalten die Gemüter.

Ist nachhaltiges Pflanzennährstoffmanagement (SPNM) dasselbe wie integriertes Nährstoffmanagement?

Über die Nachhaltigkeit des Pflanzennährstoffmanagements und die damit verbundenen Begriffe wird viel debattiert, und viele geben sich mit zu vereinfachten gemeinsamen Annahmen, Ansichten und Mythen zufrieden. Der Begriff des nachhaltigen (Pflanzen-)Nährstoffmanagements wird hier als weit gefasstes Ziel und Thema verwendet, und es werden keine allgemeinen Annahmen darüber getroffen, ob kommerzielle, „chemische“ Düngemittel einbezogen werden sollten (wie beim integrierten Pflanzennährstoffmanagement erwartet) oder nicht (wie im ökologischen Landbau). Der Zugang zu kosteneffizientem Dünger und nährstoffreichem organischen Dünger ist mancherorts eine große Herausforderung. Bessere Erkenntnisse sind auf allen Ebenen erforderlich. Nachhaltige Nährstoffbewirtschaftung ist auch eine Priorität in der regenerativen Landwirtschaft und in der Agrarökologie, die auch andere Aspekte umfasst und deren Begriffe unterschiedlich definiert sind.

In dieser Reihe von Artikeln über SNM werden praxisrelevante Grundsätze in den Mittelpunkt gestellt, einschließlich Ratschlägen zur Beschaffung von mehr Daten und lokalen Beobachtungen. Die Artikel können auch als Einführung, Erinnerung oder Aktualisierung dienen, um mehr zu lernen, und mehr Lernen wird notwendig sein. Die Bodenfruchtbarkeit wurde auch in den Artikeln der Wikifarmer Library über Boden- und Wasserschutz von Mandal (2022) behandelt. Die Aufnahme von Nährstoffen und ihre effektive Nutzung sind ebenfalls entscheidend für die Ernährung von Pflanzen, Menschen und Vieh.

Nachhaltiges Nährstoffmanagement: Einführung in Konzepte, Strategien und Grundregeln

Abbildung 2. Durch Ernte und Erosion können viele Nährstoffe entzogen werden, und die Wiederverwertung des gesamten Ernteguts kann schwierig sein. Rote oder sandige Böden enthalten oft nur wenige Reserven, die es zu erschöpfen gilt, und lange Brachzeiten sind heute kaum möglich.

Wichtige Strategien und Begriffe für ein nachhaltiges Pflanzennährstoffmanagement sind: 

  • Erzielen Sie eine hohe Nährstoffnutzungseffizienz (NUE, der Anteil der geernteten Vorräte). Das erfordert Einsicht und viele gute Praktiken und Grundsätze – nicht nur für die Bodenfruchtbarkeit, sondern auch für die Fähigkeit der Pflanzen, Nährstoffe aufzunehmen und sie in Symbiose mit Bakterien und Pilzen zu nutzen.
  • Reduzieren Sie die Verluste an die Umwelt durch Auswaschung unterhalb der Wurzelzone durch Wasser oder Luft (Verflüchtigung) aufgrund von Erosion. Dies kann mit dem Aufbau oder der Erhaltung von Oberflächenbedeckung und organischer Substanz kombiniert werden. Siehe neun Artikel zum Schwerpunkt Boden- und Wasserschutz in der Wikifarmer Library von Mandal (2022).
  • Ersetzen von Nährstoffen, die dem Feld entzogen werden (zumindest bei Bedarf). Einige Nährstoffe können von Anfang an mangelhaft sein, zumindest in biologisch verfügbaren Formen. Andere hingegen können über Jahrhunderte hinweg auf dem Feld vorhanden sein oder sogar im Überschuss (in toxischer Form) vorliegen. In armen tropischen Gebieten sind die Bodenfruchtbarkeit und sogar der Gesamtnährstoffgehalt oft zu gering, ebenso wie die Fähigkeit, häufig genügend Dung oder Dünger zu finden, zu kaufen oder zu transportieren. Biologische Aktivitäten können dazu beitragen, einige Pflanzennährstoffe verfügbar zu machen, aber manche Böden weisen sogar einen Mangel an Gesamtnährstoffen auf, einschließlich nicht verfügbarer Pflanzennährstoffe, die in kleinen, harten Steinen eingeschlossen sind. Einige in den feuchten Tropen wichtige Bodentypen haben die Mineralien verloren, die Nährstoffe freisetzen könnten (dunkle oder glänzende, verwitterbare Mineralien). Dies gilt insbesondere für sehr alte, ausgelaugte, rötliche Bodentypen, die vom USDA als Oxisols und von FAO/UNESCO als Ferralsols bezeichnet werden. Einige Nährstoffe müssen möglicherweise nicht ersetzt werden, wie z. B. der Mikronährstoff Eisen, bei dem die Aufnahme in nicht-saure Böden schwieriger ist als der Bodengehalt. Sie können jedoch z. B. etwas Phosphat in einer Form speichern (fixieren), die langsam in sehr geringen Konzentrationen freigesetzt werden kann. Einige Pflanzen und symbiotische („kooperierende“) Bakterien und Wurzelpilze profitieren von diesem Prozess. Siehe Abbildung 2.
  • Erkennen und liefern Sie begrenzende Nährstoffe. Diese Nährstoffe verhindern höhere Ernteerträge, aber wenn ein Nährstoff zugeführt wird (insbesondere in großen Mengen), kann ein anderer früher oder später eingeschränkt werden. Die Erträge können sinken, wenn bei vielen Pflanzen unserer Kultur ein Nährstoffmangel festzustellen ist. Auch Wasser kann ein limitierender Wachstumsfaktor sein. In Gewächshäusern, in denen ansonsten optimale Bedingungen herrschen, kann der CO2 -Gehalt manchmal das Wachstum einschränken. Auf freiem Feld mit anderen Einschränkungen als CO2 und mit Pflanzen, die während eines Großteils der Saison entweder klein oder reif sind, ist dies jedoch selten der Fall. Essenzielle Nährstoffe werden für Pflanzen, Stickstofffixierung und/oder Tiere benötigt, sind aber oft ausreichend vorhanden. Einige von ihnen sind selten limitierend. Andere nützliche Mikronährstoffe können einigen Pflanzen, stickstofffixierenden Bakterien oder Tieren zugute kommen. Ein Überschuss an Nährstoffen (über das angemessene und optimale Maß hinaus) kann schädlich sein; dies kann auf Toxizität oder Konkurrenz mit anderen Nährstoffionen mit ähnlicher Ladung zurückzuführen sein. 

Es gibt ähnliche Strategien.

  • Die konservierende Landwirtschaft konzentriert sich auf eine reduzierte oder gar keine Bodenbearbeitung und legt den Schwerpunkt darauf, verdichtete Unterböden zuerst zu lockern, auf eine reduzierte oder gar keine Bodenbearbeitung, auf Deckfrüchte und manchmal auf Agroforstwirtschaft usw. Der Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden variiert, aber Herbizide werden häufig eingesetzt. Im südlichen Afrika wurden in den letzten Jahren nach dem Anstieg der Düngemittelpreise stickstoffbindende Bäume als wichtiger Bestandteil der konservierenden Landwirtschaft aufgenommen.
  • Die regenerative Landwirtschaft hat einen ähnlichen Schwerpunkt, ist aber breiter definiert, ähnlich wie die Agrarökologie, aber mit weniger Fokus auf die Sozioökonomie.
  • Der ökologische Landbau umfasst mehrere ähnliche Ziele und Methoden. Aufgrund der Beschränkung auf wasserlösliche Düngemittel ist jedoch umstritten, in welchen Fällen und in welchem Umfang dies für die Pflanzenernährung nachhaltig ist oder nicht.

Agrarökologie und andere sich überschneidende Konzepte sind ebenfalls wichtig und werden in einem weiteren Überblicksartikel von Mandal (2023) in der Wikifarmer Bibliothek über Pflanzenernährung diskutiert. Von zentraler Bedeutung für die Agrarökologie sind Effizienz und Widerstandsfähigkeit durch Recycling, Synergie und Vielfalt (z. B. durch Agroforstwirtschaft, Fruchtfolge und Zwischenfruchtanbau) in Verbindung mit sozioökonomischen Faktoren zur Unterstützung von Kleinbauern und der traditionellen Lebensmittelversorgung.

Kurz gesagt, nachhaltiges Nährstoffmanagement erfordert einen effizienten Einsatz von Nährstoffen, der darauf beruht, dass das ausgebracht wird, was verfügbar ist, gebraucht wird und von den Pflanzen aufgenommen werden kann, und dass Verluste minimiert werden. Je nach Situation kann dies mit oder ohne den Einsatz so genannter „chemischer“ Düngemittel geschehen, doch sollte die Kombination vieler Bodenfruchtbarkeitsmethoden in Betracht gezogen werden. Einige Nährstoffgehalte müssen möglicherweise erhöht werden, während andere für eine gewisse Zeit sinken können. Auch die organische Substanz, der pH-Wert, die Salze, die Bodenbiologie und die Konservierung sollten nachhaltig gehandhabt werden. Es gibt verschiedene Strategien und Grundsätze, die zum Erreichen dieser Ziele beitragen.

Referenzen:

FAO (2018):  The 10 Elements of Agroecology. 10 elements | Agroecology Knowledge Hub | Food and Agriculture Organization of the United Nations (fao.org)

Fertilizer Industry Handbook 2022 (yara.com)

Mucheru-Muna M, Mugende D, Pypers P, Mugwe J, Kung’u J, Vanlauwe B, Merckx R.  (2014): Enhancing maize productivity and profitability using organic inputs and mineral fertilizer in central Kenya small-holder farms.  Experimental Agriculture, 50(2), 250-269. Doi:10.1017/S0014479713000525

Mudombi-Rusinamhodzi G and Rusinamhodzi L (2022): Food sovereignty in sub-Saharan Africa: Reality, relevance, and practicality. Front. Agron. 4:957011. doi: 10.3389/fagro.2022.957011.

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