Überdüngte Gewässer, ausgelaugte Böden: Der Einsatz von Phosphor in der Landwirtschaft stellt ein Dilemma dar, und alles begann vor Tausenden von Jahren. Dies wurde von einem bestätigt Analyse veröffentlicht in Globaler und planetarischer Wandel.
Es ist bekannt, dass Phosphor aus landwirtschaftlicher Düngung und Abwässern schädlich für Seen ist. Aber auch der Eintrag von Phosphor ins Wasser trägt zur Verknappung dieses für die Landwirtschaft lebenswichtigen Stoffes bei.
Ein internationales Team unter Beteiligung der Universität Bern hat nun rekonstruiert, wie viel Phosphor in den letzten tausend Jahren weltweit aus Böden in Seen gespült und dort gespeichert wurde. Die Forscher stellten einen deutlichen Anstieg des Phosphoreintrags fest, was ein Beweis für ein sehr frühes menschliches Eingreifen in den globalen Phosphorkreislauf ist. Dazu nutzten sie die Sedimente, die sich auf dem Grund von Seen ansammeln. Die Zusammensetzung der Schichten ermöglichte es ihnen, wie in einem Archiv zu lesen, was in der Vergangenheit geschehen war.
Jahrtausende menschlicher Einfluss
Für ihre Studie haben die Forscher gemeinsam mit einem Team aus Großbritannien und China Sedimentanalysen aus 108 Seen weltweit zusammengeführt. Die Schichten der untersuchten Kernproben waren bis zu 12.000 Jahre alt. „Diese Daten ermöglichten es uns erstmals, eine globale Prognose des Phosphoreintrags in Seen zu erstellen“, sagt der leitende Autor Martin Grosjean, Direktor des Oeschger-Zentrums für Klimaforschung an der Universität Bern.
Die Analyse ergab, dass der Phosphoreintrag in mitteleuropäische Seen bereits zu Beginn der Bronzezeit, vor rund 4.000 Jahren, deutlich zunahm. Zu dieser Zeit kam es in dieser Region – auch in der Schweiz – zu starker Abholzung und Intensivierung der Landnutzung. Dies führte zu einer verstärkten Bodenerosion und einem Phosphorabfluss in Seen.
„Erkennbare menschliche Eingriffe in großräumige biogeochemische Kreisläufe reichen also bis in die Bronzezeit zurück und begannen nicht erst mit der Industrialisierung“, sagt Grosjean. Einen ähnlichen Anstieg fanden die Forscher auch in anderen Regionen der nördlichen Hemisphäre, allerdings erst später – vor etwa 2.000 Jahren in China und vor etwa 400 Jahren in Nordamerika. Dies korreliert mit dem später einsetzenden Bevölkerungswachstum und der Intensivierung der Landnutzung in diesen Regionen.
Allerdings waren diese früheren Veränderungen nichts im Vergleich zu denen, die später kamen: Ab dem 19. Jahrhundert verzeichneten die Forscher einen enormen Anstieg des Phosphoreintrags in Sedimente – verursacht durch die Industrialisierung und den Einsatz von Phosphordüngern in der Landwirtschaft.
Der jährliche globale Phosphoreintrag in Seesedimente hat sich im Vergleich zur vorindustriellen Zeit versechsfacht, von rund 240.000 Tonnen pro Jahr auf heute rund 1,5 Millionen Tonnen pro Jahr. In den letzten 12.000 Jahren haben sich weltweit riesige Phosphorreservoirs in Seesedimenten gebildet. Das Forscherteam schätzt, dass es sich dabei insgesamt um 2,7 Milliarden Tonnen handelt.
Phosphor kann recycelt werden
Der enorme Verlust von Phosphor aus Böden stellt laut Grosjean auf lange Sicht eine Gefahr für die Ernährungssicherheit dar, da dieses Element als landwirtschaftlicher Pflanzennährstoff fehlt: Es kommt in Gesteinen nur in begrenzten Mengen vor oder muss vorhanden sein aus häuslichem Abwasser und landwirtschaftlichen Abfällen gewonnen.
„Der hohe Phosphoreintrag ist auch für aquatische Ökosysteme äußerst gefährlich“, sagt Grosjean, der sich in seiner Forschung auf den Kreislauf des Nährstoffs in Seen konzentriert. „Die Folgen sind bekannt: Eutrophierung, Fischsterben, giftige Algen, Verlust der Artenvielfalt.“
Er sieht aber auch eine positive Seite der Phosphorablagerungen: „Es scheint, dass die Sedimente am Grund von Seen unter bestimmten Bedingungen sehr wirksame Fallen sein können. Wenn Phosphor fest in Sedimenten gebunden ist, anstatt sich aus ihnen zu lösen, dann zumindest.“ kann nicht zur weiteren Eutrophierung der Seen beitragen.“ Derzeit wird erforscht, welche chemischen Bedingungen in einem See herrschen müssen, damit Phosphor langfristig im Sediment verbleibt.
Mehr Informationen:
Luyao Tu et al., Anthropogene Modifikation der Phosphorsequestrierung in Seesedimenten während des Holozäns: Eine globale Perspektive, Globaler und planetarischer Wandel (2023). DOI: 10.1016/j.gloplacha.2023.104222