Etwa 50 % des im Boden verfügbaren Phosphors stammt aus Mineraldünger in landwirtschaftlichen Systemen weltweit

Pflanzen brauchen Phosphor zum Wachsen. Die Verwendung von mineralischen Phosphordüngern durch die Landwirte hat die Phosphorfruchtbarkeit des Bodens und folglich die Ernteerträge stark erhöht. Diese Düngemittel werden jedoch aus Rohphosphat hergestellt, einer nicht erneuerbaren Ressource, die ungleichmäßig über die Erde verteilt ist.

Forscher von INRAE ​​und Bordeaux Sciences Agro haben für jedes Land den Anteil des im Boden verfügbaren Phosphors modelliert, der aus der Verwendung von mineralischem Phosphordünger stammt. Sie untersuchten auch die Veränderungen dieser Zahlen im Laufe der Zeit, beginnend Mitte des 20. Jahrhunderts. Veröffentlicht in Natur Geowissenschaftenzeigen ihre Ergebnisse, dass im Jahr 2017 rund 50 % des weltweit im Boden verfügbaren Phosphors in landwirtschaftlichen Systemen aus der Verwendung von mineralischen Phosphordüngern stammt.

Hinter diesen globalen Daten verbergen sich jedoch dramatische Unterschiede zwischen den Regionen. Während Westeuropa, Nordamerika und Asien alle über 60 % liegen, liegen Südamerika und Afrika bei etwa 40 % bzw. 30 %. Dieser Befund unterstreicht, dass landwirtschaftliche Systeme in hohem Maße von mineralischen Phosphordüngern abhängig sind.

Die Studie unterstreicht die Bedeutung der Beschleunigung des agrarökologischen Übergangs im globalen Norden, dessen Länder ihre erworbene Bodenfruchtbarkeit bewahren und den Abfluss landwirtschaftlicher und städtischer Abwässer in den Boden verbessern müssen. Verbleibende Phosphatgestein-Ressourcen sollten an den globalen Süden abgegeben werden, insbesondere an afrikanische Länder, deren Böden nach wie vor phosphorarm sind, eine Realität, die die landwirtschaftliche Produktion einschränkt.

Phosphor kommt natürlicherweise in Böden vor, aber sein Gehalt und seine relative Verfügbarkeit variieren je nach globaler Region und Bodentyp. Seit den 1950er Jahren hat der Einsatz von mineralischen Phosphordüngern den im Boden verfügbaren Phosphor und damit die landwirtschaftlichen Erträge gesteigert. Diese Düngemittel werden jedoch durch den Abbau und die chemische Verarbeitung von Rohphosphat hergestellt, einer nicht erneuerbaren natürlichen Ressource, die weltweit ungleichmäßig verteilt ist. Beispielsweise befinden sich 70 % des Rohphosphats in Marokko, während in Europa fast kein Rohphosphat zu finden ist. Darüber hinaus werden bei der Umwandlung von Rohphosphat große Mengen an Schadstoffen freigesetzt.

Forscher sind sich einig, dass wir bei den derzeitigen Abbauraten wahrscheinlich bis 2050 den Phosphor-Peak (den Punkt der maximalen Ressourcenproduktion) erreichen werden. Dies wird wahrscheinlich zu einem Anstieg der Düngemittelpreise und größeren geopolitischen Spannungen führen. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig zu klären, wie vergangene und gegenwärtige Muster der Verwendung von mineralischem Phosphordünger die Abhängigkeit der derzeitigen landwirtschaftlichen Systeme von dieser endlichen Ressource beeinflusst haben.

Wissenschaftler von INRAE ​​und Bordeaux Sciences Agro beschlossen daher, den Prozentsatz des im Boden verfügbaren Phosphors zu quantifizieren, der aus mineralischen Düngemitteln stammt, definiert als die anthropogene Phosphorsignatur des Bodens. Sie entwickelten ein Modell, um länderspezifische Muster von bodenverfügbarem Phosphor in landwirtschaftlichen Systemen weltweit für den Zeitraum von 1950 bis 2017 zu simulieren. Dieser Ansatz nutzte Daten zu Vorräten an bodenverfügbarem Phosphor, Ernteerträgen, Mineraldüngereinsatz, Viehbestand und mehr internationaler Handel. Die Berechnungen basierten auf dem durchschnittlichen landwirtschaftlichen Boden eines Landes, der durch die Nutzung von Grünland und Feldfrüchten in landwirtschaftlichen Systemen mit unterschiedlichen Intensitätsgraden definiert wurde.

Die Bodenfruchtbarkeit hängt stark von synthetischen Mineraldüngern ab

Weltweit liegt die anthropogene Signatur von Phosphor bei etwa 47 % (±8 %), was darauf hindeutet, dass derzeit etwa die Hälfte der Phosphorfruchtbarkeit des Bodens auf den Einsatz von Mineraldünger zurückzuführen ist. Dieses Ergebnis spiegelt die weltweit erfolgte Intensivierung der Agrarsysteme wider. Tatsächlich verlassen sich viele Länder seit den 1950er Jahren stark auf synthetische Düngemittel.

Diese Arbeit zeigt die starken räumlichen und zeitlichen Unterschiede in der Abhängigkeit verschiedener Länder von mineralischen Phosphordüngern auf. Die anthropogenen Signaturen von Phosphor sind in Westeuropa und Nordamerika seit den 1950er Jahren stark angestiegen und überstiegen 2017 60 %. Seit den 1970er Jahren haben die Signaturen in westeuropäischen Ländern dank des geringeren Einsatzes von Mineraldünger ein Plateau erreicht. Viehdung hat dazu beigetragen, den Phosphorbedarf teilweise zu decken.

In Asien begannen die Unterschriften in den 1970er Jahren zuzunehmen, als Länder in dieser Region die Grüne Revolution erlebten, die durch riesige Mengen an Mineraldünger angeheizt wurde. Inzwischen haben die Unterschriften der asiatischen Länder die der westeuropäischen Länder eingeholt und übertroffen. Dieses Wachstum setzt sich fort, angetrieben durch eine gewichtige, fortwährende Abhängigkeit von mineralischen Phosphordüngern. 2017 waren die Unterschriften in Südamerika und Osteuropa mit etwa 40 % niedriger. Schließlich hatten Länder in Afrika und Ozeanien Unterschriften unter 30 %, was ihre historisch begrenztere Verwendung von Mineraldünger widerspiegelt.

Auf dem Weg zu einer gerechteren und nachhaltigeren Bewirtschaftung der globalen Rohphosphatressourcen

Diese Arbeit zeigt, dass viele Länder der Welt extrem auf mineralische Phosphordünger angewiesen sind, um das Niveau der landwirtschaftlichen Produktivität sicherzustellen. Die Ergebnisse lassen Bedenken aufkommen, dass landwirtschaftliche Systeme Schwierigkeiten haben könnten, ihre Abhängigkeit von dieser nicht erneuerbaren Ressource zu beenden. Sie unterstreichen auch tiefe Ungleichheiten in der derzeitigen Verteilung von Rohphosphat. Länder, die sehr früh intensive landwirtschaftliche Systeme eingeführt haben, wie die in Westeuropa und Nordamerika, haben ihren Gehalt an bodenverfügbarem Phosphor durch den großflächigen Einsatz von mineralischen Phosphordüngern stark erhöht.

Diese Länder müssen nun diese erworbene Fruchtbarkeit erhalten und steigern, indem sie verschiedene Strategien anwenden, einschließlich eines verbesserten Ressourcenrecyclings. Sie müssen auch ihren agrarökologischen Übergang beschleunigen, indem sie eine Reihe von gemischten Ackerbau-Viehhaltungssystemen implementieren, die Bodenerosion reduzieren und städtische Abwässer nutzen. Im Gegensatz dazu hatten afrikanische Länder in der Vergangenheit kaum Zugang zu mineralischen Phosphordüngern, obwohl ihre Böden oft einen hohen Phosphormangel aufweisen, was die Nahrungsmittel- und landwirtschaftliche Produktion einschränkt. Die verbleibenden Rohphosphatressourcen müssen gerecht verteilt werden, wobei den Ländern mit dem größten Bedarf Vorrang einzuräumen ist, um die globale Ernährungssicherheit zu fördern.

Alternativen zu mineralischen Phosphordüngern

Mineralische Phosphordünger haben in zahlreichen Ländern die landwirtschaftlichen Erträge gesteigert und die Ernährungssicherheit gefördert. Leider stammen sie aus nicht erneuerbaren Quellen von Rohphosphat. Darüber hinaus verursacht der Abbau und die Verarbeitung von Rohphosphat Umweltschäden. Bestimmte Länder wie Frankreich haben große Mengen an im Boden verfügbarem Phosphor angesammelt. Sie müssen sich jetzt bemühen, ihren Einsatz von mineralischen Phosphordüngern stark zu mäßigen. Die Realität ist, dass die Erträge nicht unbedingt unter dem Fehlen von Düngemitteln leiden werden, da die Pflanzen je nach Bodentyp auf Vorräte an im Boden verfügbarem Phosphor zurückgreifen können. Insbesondere Arten wie die weiße Lupine oder der Buchweizen können innerhalb der Fruchtfolge chemisch an den Boden gebundenen Phosphor freisetzen und so dessen Verfügbarkeit für andere Kulturen erhöhen.

Darüber hinaus müssen diese Länder dringend daran arbeiten, die erworbene Phosphorfruchtbarkeit der Böden zu erhalten. Insbesondere können sie die Bodenerosion durch die Verwendung von Deckfrüchten oder die Wiedereingliederung von Hecken in landwirtschaftliche Landschaften begrenzen und das Recycling organischer Stoffe, einschließlich tierischer Abwässer und Schlamm aus Kläranlagen, verbessern.