Biogeochemiker aus aller Welt veröffentlichen Positionspapier zur Bekämpfung von „verstecktem“ Phosphor

Während die Welt versucht, die Auswirkungen der Landwirtschaft auf die Umwelt zu mildern, kann ein Großteil der Geschichte im Boden gesucht werden, der die Nährstoffe Kohlenstoff, Stickstoff und Phosphor speichert und zirkulieren lässt.

Biogeochemiker wie Andrew Margenot, stellvertretender Direktor des Agroecosystem Sustainability Center an der University of Illinois in Urbana-Champaign, wollen nun Antworten finden. Für Margenot und andere Biogeochemie-Experten, die sich auf die Erforschung des Phosphorkreislaufs spezialisiert haben, besteht die Herausforderung jedoch zunächst darin, genau zu messen, wo sich Phosphor in den weniger als 100 Jahren angesammelt hat, seit der Mensch begann, die Menge dieses Nährstoffelements in der Biosphäre zu erhöhen.

Margenot, außerordentlicher Professor für Bodenkunde im Department für Pflanzenwissenschaften, und andere Phosphorexperten aus der ganzen Welt veröffentlichten kürzlich eine Position oder Synthesestück (im Gegensatz zu einer Forschungsstudie) in Biologie des globalen Wandelsum einen Fahrplan zum Verständnis des Phosphorkreislaufs im Anthropozän zu erstellen: der neuen geologischen Ära, die durch menschliche Aktivitäten eingeleitet wurde.

Zu den weiteren Forschern des Projekts gehören Leo Condron, Professor für Biochemie an der Lincoln University in Neuseeland; Genevieve Metson, außerordentliche Professorin im Fachbereich Geographie und Umwelt an der University of West Ontario; Philip Haygarth, Professor am Lancaster University Environment Centre im Vereinigten Königreich; und Jordan Wade, Leiter der Bodengesundheitsbewertung bei der Syngenta Group mit Hauptsitz in Basel, Schweiz; sowie der Doktorand Prince Agyeman aus der Tschechischen Republik, der Forschungswissenschaftler Shengnan Zhou und die Postdoktorandin Suwei Xu von der Margenot-Forschungsgruppe in Illinois.

„Das Ziel ist, alle möglichen Wege zu prüfen, um den Phosphor-Altbestand zu messen. Dies ist ein umfassender Überblick aus einer Hand darüber, wo Messungen sinnvoll sind und wo man sich keine Sorgen machen muss. Dabei identifizieren wir die Prioritäten und Nicht-Prioritäten und bieten eine einheitliche Vision dessen, was wir in Zukunft tun sollten“, sagte Margenot.

Der Schwerpunkt des Positionspapiers liegt auf Phosphor im „terrestrischen aquatischen Kontinuum“, also dem Zusammenspiel von Wasser und Boden, die auf unterschiedlichen räumlichen und zeitlichen Skalen interagieren.

„Ein großer Teil unseres Papiers konzentrierte sich auf die Unsicherheit“, sagte Margenot. „Das kann für politische Entscheidungsträger unangenehm sein, denn sie müssen schon gestern Politik für die Probleme von morgen machen.“

Es kann ein Jahrhundert dauern, bis der Phosphor, der bereits in Flussbetten eingelagert und im Boden angesammelt ist, vollständig in die Gewässer gelangt ist. Daher ist es wichtig, die Menge und den Standort dieses Phosphorrückstands zu ermitteln.

„Wenn es um Altphosphor geht, der die Wasserversorgung in den nächsten 100 Jahren oder länger beeinträchtigen wird, wissen wir noch nicht einmal im Ansatz, wo wir anfangen sollen. Es muss jedoch einen Weg geben, mit dieser Unsicherheit umzugehen. Wir wollen nicht zu voreilig sein, aber wir können auch nicht 50 Jahre warten, um zu entscheiden, was zu tun ist“, stellte Margenot klar.

Um Empfehlungen für die zukünftige Verwendung von Phosphor abgeben zu können, können Forscher messen, wie viel dem Boden zugeführt und wie viel durch Biomasseentnahme (z. B. Ernte) oder Verlust (z. B. Auswaschung oder Erosion) exportiert wurde. Durch die Berechnung der Bilanz (was in ein „System“ wie ein Feld, ein Einzugsgebiet oder ein Land gelangte, abzüglich dessen, was daraus herauskam) lässt sich die Menge des verbleibenden Phosphors abschätzen – eine positive Massenbilanz.

Das Positionspapier enthält außerdem mehrere Fallstudien zu Phosphorvorkommen anhand der beiden ältesten kontinuierlichen landwirtschaftlichen Versuchsfelder der Welt, dem Rothamsted Experiment in Harpenden, England, das 1843 gegründet wurde, und den Morrow Plots der University of Illinois, die 1876 gegründet wurden. Zu den Entdeckungen gehörte, dass sich der angesammelte Phosphor im Allgemeinen in den oberen 30 cm des Bodens befindet und oft in einer anderen Form vorliegt als zum Zeitpunkt seiner Zugabe. Dieser letzte Aspekt war ein zentrales Ergebnis des Papiers.

„Wir fügen Phosphor normalerweise in anorganischer Form als Phosphat hinzu, das gut wasserlöslich ist und daher ein hohes Verlustrisiko birgt“, erklärt Margenot.

„Wir haben festgestellt, dass, obwohl wir viel Phosphor als Phosphat haben, die angesammelte Menge nicht in löslicher Phosphatform im Boden verbleibt. Sie wandelt sich in Formen um, die mit organischen Stoffen, Eisen und Kalzium verbunden sind. Wir können also nicht davon ausgehen, dass die Menge an Phosphor, die ausgebracht und nicht verwendet wurde (d. h. Restphosphor), für die Ernte oder den potenziellen Verlust durch Wasser vorhanden ist.“

Neben einer umfassenden Bewertung des Problems gab das Konsortium mehrere Empfehlungen ab.

1) Forscher müssen Schätzungen besser validieren. „Oftmals messen wir die geringen Phosphor-Eingabe- oder Ausgabemengen nicht. Mit der Zeit vergrößern diese Messlücken die Unsicherheit“, sagte Margenot.

2) Wissenschaftler verfügen oft nicht über genügend Informationen, um vernünftige Schätzungen vorzunehmen. Die Gruppe schlägt eine Initiative vor, bei der der private Sektor (z. B. Bodenuntersuchungslabore) mit Forschern zusammenarbeiten könnte, um vorhandene Datensätze zu nutzen.

3) Es muss eine einheitliche Methode zur Messung der Daten geben. „In vielen Fällen wurden im Grunde keine grundlegenden Messungen durchgeführt“, sagte Margenot. „Wir müssen ergänzende Methoden kombinieren, die einzeln nicht so toll sind, in Kombination aber recht stark. Obwohl es überwältigend sein kann, herauszufinden, wo sich der Phosphor in den letzten 70 Jahren angesammelt hat, denke ich, dass es wichtig ist, herauszufinden, wo er aus verschiedenen Gründen der landwirtschaftlichen Nutzung und der Beeinträchtigung der Wasserqualität von Bedeutung ist.“

4) Es muss versucht werden, die Hotspots des Phosphorvorkommens zu ermitteln, damit die Ressourcen priorisiert werden können, um die negativen Auswirkungen auf die Wasserqualität zu verringern. Margenots Gruppe tut dies bereits in Illinois. „Wir müssen nicht den gesamten Staat kartieren“, sagte Margenot. „Wir wissen, wo es ein vorrangiges Wassereinzugsgebiet gibt, weil der USGS dies misst.“

Die Herausforderung besteht laut dem Papier darin, Forscher und Geldgeber davon zu überzeugen, Ressourcen für die Bereitstellung von Daten bereitzustellen, die einen Unterschied machen. „Die Beschaffung dieser letzten 5 Prozent der Daten kostet die Hälfte dessen, was für die anderen 95 Prozent der Daten erforderlich ist“, bemerkte Margenot.

Die Herausforderung für die politischen Entscheidungsträger wird laut Margenot darin bestehen, zu erklären, dass die Messungen des Altphosphors derzeit nur Schätzungen sind und sie die Daten daher als lebendiges Dokument betrachten sollten. „Die Politik muss flexibel sein“, sagte er.

„Der globale Phosphorgehalt wurde durch menschliche Aktivitäten stärker gestört als der Stickstoffgehalt“, bemerkte Margenot. „Wir haben die Menge an Stickstoff, die in der Biosphäre im Umlauf ist, etwa verdoppelt, aber die Menge an Phosphor hat sich vervierfacht.“