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Forschungsberichte

des

Fachbereichs Agrarwirtschaft Soest

Universität - Gesamthochschule Paderborn

Nr. 13

"Umweltschonende Verwertung von Klärschlamm

in der Landwirtschaft

P-Wirkung des Klärschlammes in Abhängigkeit

von der P-Fällung und vom Substrat"

Forschungsschwerpunkt

"Umweltverträgliche und standortgerechte Landwirtschaft"

Universität-Gesamthochschule Paderborn, Abteilung Soest

Fachbereich Agrarwirtschaft

Lübecker Ring 2

59494 Soest

Tel.: 02921/378210

Fax.: 02921/378200

ISSN: 1435 - 3032

ISBN: 3 - 935807 - 06 - 6

Druck: Universität-Gesamthochschule Paderborn

Forschungsberichte

des

Fachbereichs Agrarwirtschaft Soest

Universität - Gesamthochschule Paderborn

Nr. 13

"Umweltschonende Verwertung von Klärschlamm

in der Landwirtschaft

P-Wirkung des Klärschlammes in Abhängigkeit

von der P-Fällung und vom Substrat"

Vom Fachbereich Philosophie, Geschichte, Geographie,

Religions- und Gesellschaftswissenschaften der

Universität-Gesamthochschule Paderborn

zur Erlangung des akademischen Grades eines

Doktors der Philosophie

- Dr. phil.-

angenommene Dissertation

von

Dipl.-Ing. agr. Ortrun Onnen

1. Gutachter: Prof. Dr. K. Barth, Fachbereich 1 Geographie

Universität-Gesamthochschule Paderborn

2. Gutachter: Prof. Dr. J. Oehmichen, Fachbereich 9 Agrarwirtschaft

Universität-Gesamthochschule Paderborn

Tag der Prüfung: 11.07.2001

0 Verzeichnisse

III

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Inhaltsverzeichnis

0 Verzeichnisse III

1 Einleitung und Zielsetzung 1

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm 3

2.1 Entstehung von Klärschlamm 3

2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen 8

2.2.1 Abfallgesetze 9

2.2.2 Wasserhaushaltsgesetz 10

2.2.3 Klärschlammverordnung 10

2.2.4 Klärschlamm-Entschädigungsfonds 13

2.2.5 Düngerecht 13

2.2.6 Bundesbodenschutzgesetz 14

2.3 Stoffliche Zusammensetzung von Klärschlamm 15

2.3.1 Stickstoff 17

2.3.2 Phosphor 18

2.3.3 Kalium, Calcium und Magnesium 22

2.3.4 Schwermetalle 23

2.3.5 Organische Schadstoffe 29

2.4 Initiativen zum umweltverträglichen Klärschlammeinsatz 34

3. Material und Methode 40

3.1 Versuchsfaktoren 40

3.1.1 Klärschlamm 40

3.1.2 Standort 43

3.1.2.1 Beschreibung der Böden 44

3.1.2.2 Bodenkundliche Kennzeichnung des Substrates 47

3.2 Anlage des Versuches 49

3.2.1 Das erste Untersuchungsjahr 49

3.2.2 Das zweite Untersuchungsjahr 50

3.2.3 Das dritte Untersuchungsjahr 51

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3.3 Durchführung des Versuches 51

3.4 Witterung 52

3.5 Analysen 55

3.5.1 Pflanzen: Entnahme - Behandlung - Untersuchung 55

3.5.2 Boden: Entnahme - Behandlung - Untersuchungen 56

3.6 Statistische Auswertung 57

4 Ergebnisse 57

4.1 Einfluß der Klärschlamm-Düngung auf das Pflanzenwachstum 57

4.1.1 Erträge und P-Entzüge im ersten Untersuchungsjahr 58

4.1.2 Erträge und P-Entzüge im zweiten Untersuchungsjahr 60

4.1.3 Erträge und P-Entzüge im dritten Untersuchungsjahr 67

4.1.4 Auswirkungen der Klärschlammdüngung auf die Anbaufolge 72

4.2 Einfluß der Klärschlamm-Düngung auf den Boden 78

4.2.1 Veränderungen des pflanzenverfügbaren Phosphates innerhalb

der Anbaufolge 78

4.2.2 Veränderungen des Gesamt-P-Gehaltes innerhalb der Anbaufolge 82

4.2.3 Veränderungen der P-Fraktionen innerhalb der Anbaufolge 85

5 Diskussion 91

5.1 Einfluß der Düngung auf die Erträge 91

5.2 Einfluß der Düngung auf die P-Entzüge 95

5.3 Einfluß der Düngung auf den pflanzenverfügbaren

Phosphat-Gehalt im Boden 105

5.4 Einfluß der Düngung auf die Gesamt-P-Gehalte 108

5.5 Einfluß der P-Fällung auf die P-Fraktionierung im Boden 112

6 Ausblick und abschließende Betrachtung 115

7 Zusammenfassung 122

8 Literaturverzeichnis 127

9 Anhang 135

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Abbildungsverzeichnis

Abb. 2-1: Klärschlammanfall in den Gemeinden Nordrhein-Westfalens (Karte 2) 6

Abb. 2-2: Mögliche Bindungsformen von Phosphat an Eisen- bzw. Aluminium-

Hydroxiden 19

Abb. 2-3: Schematische Darstellung von Phosphatzuständen und deren mögliche

Umwandlungsrichtungen im Boden 20

Abb. 2-4: Schwermetallgehalte im Klärschlamm in mg/kg Trockensubstanz 28

Abb. 2-5: Verteilung der Phosphatgehalte der vorliegenden Bodenuntersuchungs-

ergebnisse 37

Abb. 2-6: Phosphat-Versorgung der Ackerböden Nordrhein-Westfalens 38

Abb. 2-7: Verwertungspotential für Sekundärrohstoffdünger in Nordrhein-Westfalen 39

Abb. 4-1: Erträge des Einjährigen Weidelgrases in Abhängigkeit der Anlagen,

Substrate und Varianten 59

Abb. 4-2: P-Entzug Einjähriges Weidelgras in Abhängigkeit der Anlagen,

Substrate und Varianten. 59

Abb. 4-3-1: Erträge Weizen-Korn in Abhängigkeit der Anlagen und Varianten 61

Abb. 4-3-2: Erträge Weizen-Korn in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 61

Abb. 4-4-1: Erträge Weizen-Stroh in Abhängigkeit der Anlagen und Substrate 63

Abb. 4-4-2: Erträge Weizen-Stroh in Abhängigkeit der Anlagen und Varianten 63

Abb. 4-5: P-Entzug Weizen-Korn in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 64

Abb. 4-6: P-Entzug Weizen-Stroh in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 64

Abb. 4-7: Erträge Mais nach Weizen in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 66

Abb. 4-8: P-Entzug Mais in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 66

Abb. 4-9: Erträge Haferkorn in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 68

Abb. 4-10: Erträge Haferstroh in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 68

Abb. 4-11: P-Entzug von Haferkorn in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 70

Abb. 4-12: P-Entzug von Haferstroh in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten 70

Abb. 4-13: Erträge Mais in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 71

Abb. 4-14: P-Entzug von Mais in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 71

Abb. 4-15: Relativerträge (%) in Abhängigkeit der Ernten und Substrate 75

0 Verzeichnisse

Abb. 4-16: Relativerträge (%) in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 75

Abb.4-17: Jährlicher P-Entzug der Kulturen in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Substrate 77

Abb. 4-18: Jährlicher P-Entzug der Kulturen in Abhängigkeit der Jahre, Substrate und

Varianten 77

Abb. 4-19: P-CAL-Gehalt des Bodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und Substrate 79

Abb. 4-20: P-CAL-Gehalt des Sandbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Varianten 80

Abb. 4-21: P-CAL-Gehalt des Lößbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Varianten 80

Abb. 4-22: Gesamt P-Gehalt des Bodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Substrate 83

Abb. 4-23: Gesamt-Phosphat-Gehalt des Bodens in Abhängigkeit der Varianten für drei

Jahre 83

Abb. 4-24: P-Fraktionierung des Bodens in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und

Jahre 86

Abb. 4-25: Fe/AL-P-Fraktion des Bodens in Abhängigkeit der Jahre, Substrate und

Varianten 88

Abb. 4-26: Ca-P-Fraktion des Bodens in Abhängigkeit der Jahre und Varianten 88

Abb. 4-27: Org.-P-Fraktion des Sandbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Varianten 90

Abb. 4-28: Org.-P-Fraktion des Lößbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Varianten 90

Abb. 5-1: Prozentuale Düngerausnutzung in Abhängigkeit der Varianten 98

Abb. 5-2: Relative P-Verfügbarkeit des Sandbodens in Abhängigkeit der Jahre und

Varianten 110

Abb. 5-3: Relative P-Verfügbarkeit des Lößbodens in Abhängigkeit der Jahre und

Varianten 111

Abb. 6-1: Kreislaufführung von Nähr- und Schadstoffen, schematische Darstellung 120

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VII

Tabellenverzeichnis

Tabelle 2-1 Klärschlammmengen der Bundesrepublik Deutschland, sowie der Anteil

der landwirtschaftlichen Verwertung 4

Tabelle 2-2: Verbleib der Klärschlämme in Nordrhein-Westfalen (Daten des

Kläranlagenkatasters für 1993) 5

Tabelle 2-3: Ausgewählte EG-Richtlinien sowie nationale Umweltgesetze 8

Tabelle 2-4: Klärschlammwerte der Klärschlammverordnung und der -

EG-Klärschlammrichtlinie 11

Tabelle 2-5: Grenzwerte der organischen Schadstoffe der Klärschlammverordnung 11

Tabelle 2-6: Bodenwerte der Klärschlammverordnung und der EG-Klärschlammrichtlinie 12

Tabelle 2-7: Kenndaten von Klärschlämmen des Zeitraumes 1986 – 1990 (Spannbreite,

die von den Bundesländern (alt) angegeben wurden) 15

Tabelle 2-8: Bodenverbessernde und -schützende Wirkung der Rezyklierung von Sied-

lungsabfällen (Klärschlämmen und Komposte) in der Landwirtschaft 16

Tabelle 2-9: Durchschnittliche Nährstoffgehalte in kg/5t Trockensubstanz verschieden

aufbereiteter Klärschlämme 17

Tabelle 2-10: Schwermetalle in der Umwelt 24

Tabelle 2-11: Jährliche Zufuhr an Schwermetallen durch eine ordnungsgemäße NPK-

Mineraldüngung, sowie vom Gesetzgeber festgelegte oder nach

Richtwerten empfohlene Menge an Gülle, Kompost und Klärschlamm 24

Tabelle 2-12: Transferkoeffizient Boden-Pflanze und kritische Konzentrationen von

Schwermetallen im Pflanzenmaterial 26

Tabelle 2-13: Organische Schadstoffe in Klärschlämmen 29

Tabelle 2-14: Polychlorierte Biphenyl Gehalte verschiedener Böden 32

Tabelle 2-15: Benz[a]pyren in Böden unterschiedlicher Herkunft, Relativzahlen 33

Tabelle 2-16: Einstufung der bewerteten Stoffe, Stoffe der Gruppe I, Stoffe mit

vorrangiger Relevanz 34

Tabelle 2-17 Beispiele unterschiedlicher Regelungen in Schleswig-Holstein und

Sachsen 35

Tabelle 3-1: Ergebnisse der Klärschlammuntersuchungen nach Klärschlammverordnung 41

Tabelle 3-2: Übersicht der Varianten beider Anlagen 42

Tabelle 3-3: Fraktionierung der Klärschlämme [mg P/100 g Boden] und pH-Wert 43

Tabelle 3-4: Allgemeine bodenchemische und -physikalische Eigenschaften des

Standortes Versuchsgut Welver-Merklingsen 46

0 Verzeichnisse

VIII

Tabelle 3-5: Witterungsverlauf im Kreis Soest und Kreis Steinfurt 46

Tabelle 3-6: Allgemeine Bodenkenndaten 47

Tabelle 3-7: Phosphatgehalte der Substrate 48

Tabelle 3-8: P-Fraktionierung der Substrate 49

Tabelle 3-9: Versuchsanlagen 49

Tabelle 3-10: Einwaage Klärschlamm bzw. mineralischer Dünger beider Anlagen 50

Tabelle 3-11: Aussaattermine und -stärken der Kulturen beider Versuchsanlagen 51

Tabelle 3-12: Düngergaben (Angaben in g pro Gefäß) 52

Tabelle 3-13: Pflanzenschutzmaßnahmen in beiden Versuchsanlagen 52

Tabelle 3-14: Wetterdaten für 1995-1998

(Ermittelt auf dem Versuchsgut Merklingsen) 54

Tabelle 4-1: Erträge (%) in Abhängigkeit der Ernten, Substrate und Varianten 73

Tabelle 5-1: Erträge (%) in Abhängigkeit der Varianten (2. Spalte) und der Substrate und

Varianten (3. und 4. Spalte) 92

Tabelle 5-2: P-Entzüge (%) in Abhängigkeit der Ernten, Substrate und Varianten 96

Tabelle 5-3: P-Bilanz [mg P/100 g Boden] sowie Effizienz [%] von Phosphat in

Abhängigkeit der Substrate und Varianten 101

Tabelle 5-4: P-Bilanz [mg P/100 g Boden] in Abhängigkeit der Substrate und Varianten 109

Tabelle 6-1: Vergleich der Vorsorgewerte für Metalle in Böden, durchschnittliche

Schwermetallgehalte von Bioabfällen und Klärschlämmen, Grenzwerte

für Metalle im Klärschlamm und Boden und Schwermetallgehalte der

eingesetzten Klärschlämme aus dem Kreis Soest. 118

Tabelle 7-1: Versuchsserien zur Überprüfung der P-Wirkung in Klärschlämmen 123

0 Verzeichnisse

Abkürzungsverzeichnis

a Jahr

Abb. Abbildung

AbfKlärV Klärschlammverordnung

ÄD Äquivalentdurchmesser

AG Anfangsgehalt

Ah huminstoffakkumulierter Mineralhorizont im Oberboden

Al Aluminium

AlS lessivierter und sequioxidakkumulierter Mineralhorizont im Oberboden

AOX adsorbierbare organische Halogenverbindungen

Ap gepflügter Mineralhorizont im Oberboden

ATV Abwassertechnische Vereinigung

B[a]p Benz[a]pyren

BBodSchG Bundesbodenschutzgesetz

BBodSchV Bundesbodenschutzverordnung

BGBl Bundesgesetzblatt

BtSd tonakkumulierter und marmorierter Mineralboden im Unterboden

BtSw tonakkumulierter und nassgebleichter Mineralhorizont im Unterboden

C Kohlenstoff

Ca(H2PO4)2 Calciumdihydrogenphosphat

CAL Calcium-Acetat-Lactat-Methode

CaO Calciumoxid, Branntkalk

Ca-P Calcium-Phosphat-Fraktion

Cd Cadmium

CO2 Kohlendioxid

Cr Chrom

Cu Kupfer

D mineralischer Dünger

DE Dunkeinheit

DS Durchschnitt

E Phosphat-Entzug der gedüngten Variante

Eo Phosphat-Entzug der ungedüngten Variante

EG Europäische Gemeinschaft

EW Einjähriges Weidelgras

Fe Eisen

Fe/Al-P Eisen-Aluminium-Phosphat-Fraktion

FeCl3 Eisen-III-Chlorid

g Gramm

GD Grenzdifferenz

GH Gesamthochschule

GW Grenzwert

ha Hektar

HCH Hexachlorcyclohexan

Hg Quecksilber

HK Haferkorn

HPO42- Orthophosphat, sekundäres Phosphat

H2PO4- Orthophosphat, primäres Phosphat, Monophosphat

HS Haferstroh

H2SO4 Schwefelsäure

Kf Keimfähigkeit

kg Kilogramm

K2O Kaliumoxid

KrW-/AbfG Kreislaufwirtschaft- und Abfallgesetz

KS Klärschlamm

0 Verzeichnisse

l Liter

LUFA Landwirtschaftliche Untersuchungs- und Forschungsanstalt

m3 Kubikmeter

mg Milligramm

MgO Magnesiumoxid

MKS Maul- und Klauenseuche

MW Mais nach Weizen

N Stickstoff

NaAlO2 Natriumaluminat

NaOH Natronlauge

ng Nanogramm

NH4-N Ammoniumstickstoff

NN Normalnull

O Sauerstoff

Org.-P Organische Phosphat-Fraktion

p Irrtumswahrscheinlichkeit

P Phosphor

PAK polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe

P(H2O) Wassermethode zur Bestimmung der Phosphat-Versorgung von Böden

P2O5 Phosphor(V)-oxid, Diphosphorpentoxid

Pb Blei

PCB Polychlorierte Biphenyle

PCDD/PCDF Polychlorierte Dibenzodioxine und -furane

R Reinheit

S Sand

SZ Szenario

t Tonne

TA Technische Anleitung

TE Toxizitätsäquivalent

TKG Tausendkorngewicht

TS Trockensubstanz

UL Umweltgerechte Landwirtschaft

Ut3 toniger Schluff

VDLUFA Verband Deutscher Landwirtschaftlicher Untersuchungs- und

Forschungseinrichtungen

Wdh. Wiederholung

WHG Wasserhaushaltsgesetz

WHK Wasserhaltekapazität

WK Weizenkorn

WS Weizenstroh

Zn Zink

1 Einleitung und Zielsetzung

Durch die veränderten gesetzlichen Bestimmungen und durch den quantitativen Zuwachs von

Klärschlamm gewinnt die ökologisch und ökonomisch sinnvolle Verwertung von

Klärschlamm zunehmend an Bedeutung. Die Deponierung in ihrer bisherigen Form ist durch

die Vorgaben der TA Siedlungsabfall vom 14. Mai 1993 nicht mehr zulässig. Im Jahre 2005

läuft die derzeitig noch geltende Übergangszeit aus, und jeder Klärschlamm muß die gültigen

Gehalte der TA Siedlungsabfall einhalten. Für Klärschlamm ist der Parameter des

Glühverlustes nur einzuhalten, wenn zuvor ein Behandlungsschritt dazwischen geschaltet

wird. Dies könnte u.a. die thermische Verwertung sein.

Neben dieser Entsorgungsalternative steht jedoch weiterhin die landwirtschaftliche

Verwertung zur Verfügung. Die Verwertung der organischen Substanz im Sinne der

Kreislaufführung Boden - Pflanze - Nahrungsmittel - Mensch - Klärschlamm - Boden ist

eindeutig zu bevorzugen, sofern die Sekundärrohstoffdünger aus landwirtschaftlicher Sicht

unbedenklich sind.

Ein Konzept, welches die verschiedenen pflanzenbaulichen Problemfelder verbindet, ist im

Sinne des integrierten Umweltschutzes und der Kreislaufwirtschaft erforderlich. Eine

Förderung des Klärschlammes als Sekundärrohstoffdünger kann jedoch nur sinnvoll erfolgen,

wenn es zu keinen Ertragsausfällen, erkenntlich an Überschuß- bzw. Mangelsymptomen in

Pflanzenbeständen, kommt. Gezielte Dünge- und Anwenderberatungen für die Landwirte, wie

sie vereinzelt erfolgen, sind daher zu begrüßen. Diese Beratungen können jedoch nur sinnvoll

sein, wenn Fragen der Anrechenbarkeit und Pflanzenverfügbarkeit der Nährstoffe des

Klärschlammes geklärt sind.

Der Anbau landwirtschaftlicher Kulturpflanzen muß sowohl ökologischen als auch ökonomi-

schen Kriterien folgen. Ausgeglichene Nährstoffbilanzen und die am Bedarf orientierte Nähr-

stoffversorgung erfordern aber die Beachtung grundsätzlicher Aspekte der umweltorientierten

Landbewirtschaftung (Integrierter Pflanzenbau) durch praxisbezogene Versuchsaktivitäten.

Der limitierende Faktor bei der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm ist das

Phosphat, da die Böden gut bis sehr gut damit versorgt sind. Ein Problem des Phosphates liegt

in der Pflanzenverfügbarkeit. In einen Boden eingebrachtes lösliches Phosphat läßt die

1 Einleitung und Zielsetzung

P-Konzentration zunächst stark ansteigen, um dann im Laufe der Zeit wieder stark

abzunehmen. Die Phosphationen werden zunehmend an der Bodenmatrix gebunden und

treten aus der labilen Phase in die stabile Phase über. Dieser Prozess wird als P-Alterung

bezeichnet. Diesem Prozess unterliegt auch Düngerphosphat, das im Jahr der Anwendung nur

selten zu mehr als 20 % ausgenutzt wird [WENDT et al., 1996]. Dies bewahrt Phosphate

weitgehend vor der Auswaschung.

Damit gewinnt die P-Verfügbarkeit und die Anrechenbarkeit bei Düngeempfehlungen mit

Klärschlamm an Bedeutung. Neben der P-Versorgung und dem pH-Wert des Bodens wird die

P-Verfügbarkeit maßgeblich durch die angewandte P-Fällungsmethode im Klärwerk

bestimmt. Bei einer Al- und Fe-Fällung entstehen schwerlösliche Al- bzw. Fe-Phosphate, die

begrenzt pflanzenverfügbar sind.

Ziel dieser Arbeit ist die Überprüfung der Wirksamkeit von Klärschlamm als

Sekundärrohstoffdünger im Vergleich zu mineralischen Phosphatdünger. Dabei soll die

Phosphat-Wirkung des Klärschlammes in Abhängigkeit von unterschiedlichen

Fällungsmethoden der Kläranlagen und unterschiedlicher Böden untersucht werden.

Mit Hilfe von spezifischen Untersuchungen, die im Fachbereich Agrarwirtschaft der

Universität-Gesamthochschule Paderborn in Soest erfolgten, sollten deshalb folgende

Arbeitshypothesen diskutiert werden:

• Die P-Wirkung im Klärschlamm auf den Ertrag ist der Mineraldüngung mit Superphosphat

ebenbürtig.

• Die P-Entzüge der unterschiedlich aufbereiteten Klärschlämme sind vergleichbar mit den

P-Entzügen der Mineraldüngung mit Superphosphat. Eine Anrechnung auf die Düngung

kann erfolgen.

• Die P-Fällung der Klärschlämme mit Eisen, Aluminium und Eisen mit Kalkung hat einen

Einfluß auf den Gehalt an pflanzenverfügbarem Phosphat im Boden.

• Die Entwicklung der P-Gesamt-Gehalte der Klärschlamm-Varianten ist mit der

Mineraldüngung vergleichbar.

• Die eisen- oder aluminiumgefällten Klärschlämme wirken sich im Boden nur auf die

Eisen/Aluminium Fraktion aus, dagegen haben die gekalkten und eisengefällten

Klärschlämme noch zusätzlich einen Einfluß auf die Calcium-Fraktion im Boden.

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Die landwirtschaftliche Nutzung von Klärschlamm wird bereits seit Jahrhunderten praktiziert.

Seit den 70er Jahren mit steigendem Umweltbewußtsein begann die Diskussion der

umweltverträglichen Verwertung von Klärschlamm in der Landwirtschaft. Seitdem sind zum

einen die Anforderungen an die landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm gestiegen,

zum anderen änderte sich die Zusammensetzung des Klärschlammes selber. Mit gestiegenem

Klärschlammaufkommen der vergangenen Jahre stellt sich die Frage, ob geeignete

landwirtschaftliche Flächen für eine umweltverträgliche Verwertung zur Verfügung stehen,

die auch die gesetzlichen Anforderungen erfüllen.

2.1 Entstehung von Klärschlamm

Klärschlamm fällt beim Reinigungsprozess von Abwasser in der Kläranlage an. Nach den

verschiedenen Reinigungsstufen, die das Abwasser in der Kläranlage durchläuft, entstehen

drei verschiedene Arten von Rohschlamm. Mit Hilfe der Schwerkraft fällt der Primärschlamm

bei der mechanischen Reinigungsstufe an, nachdem das Abwasser Rechen und Sandfang

durchlaufen hat. Der Sekundärschlamm stammt aus der biologischen Stufe und wird auch als

Überschußschlamm bezeichnet. Durch Stoffwechselprozesse der Mikroorganismen werden

die organischen Stoffe aus dem Abwasser in gelöster oder kolloider Form aufgenommen, von

den Mikroorganismen veratmet und in feste Substanz umgewandelt. [ATV, 1996] Im Nach-

klärbecken setzen sich diese Teile ab und werden als Sekundärschlamm, mit einem hohen

Anteil an organischer Substanz entfernt. Der Tertiärschlamm entsteht vor allem durch chemi-

sche Fällungs- oder Flockungsmaßnahmen, bei denen auch u.a. Phosphate gefällt werden.

Die Rohschlämme werden aufgrund ihres Wassergehaltes in Naß-, Dick- und Preßschlamm

eingeteilt. Der Naßschlamm weist einen Feststoffgehalt von weniger als 5 % auf. Durch

Eindicken erhält man einen Dickschlamm, der mit einem Feststoffgehalt von 5 - 15 % noch

pumpfähig und flüssig ist. Mit Hilfe von Zentrifugen und Pressen kann der Feststoffanteil auf

15 - 40 % angehoben werden, dieser Preßschlamm erhält dadurch eine stichfeste bis krümme-

lige Konsistenz. Er ist ein teils ausgefaulter bzw. stabilisierter Klärschlamm, der mit Kalk

oder Polymeren versetzt worden sein kann. Ein streufähiger bis staubförmiger Klärschlamm

mit einem Feststoffanteil von 40 - 100 % kann nur durch verschiedene Trocknungsverfahren

erreicht werden. [TABARASAN, 1977; AICHBERGER UND TAUBER, 1996]

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Die Art und Menge von Klärschlamm ist abhängig von der Abwasserbelastung, von den

unterschiedlichen Prozessen, die entsprechend dem Reinigungsziel gewählt werden. Dies hat

zur Folge, daß Klärschlamm einer großen Vielfalt bezüglich der Schlammmenge und

-beschaffenheit unterliegen. [ATV, 1996] Im Laufe der Jahre stieg daher das

Klärschlammaufkommen stetig an, in den neunziger Jahren blieb es konstant bei ca. 2,7 Mill.

t Trockensubstanz. Anfang der neunziger Jahre wurde für das Jahr 2000 ein Aufkommen von

fast 4 Mill. t Trockensubstanz Klärschlamm geschätzt, die jedoch nach den Werten von 1998

eher unwahrscheinlich sind (vgl. dazu Tabelle 2-1). Die Raten für die landwirtschaftliche

Verwertung haben seit 1957 zunächst langsam, ab Mitte der Achtziger Jahre stärker

abgenommen und pendelten sich auf einem Niveau zwischen 25 - 30 % ein. Das Jahr 1998

liegt mit einer Verwertungsrate von 45 % weit über dem jährlichen Durchschnitt und könnte

der Beginn der Steigerung der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm darstellen.

In Nordrhein-Westfalen fielen im Jahr 1993 582.000 t Klärschlamm an, davon wurden

innerhalb von Nordrhein-Westfalen ca. 98.000 t TS und außerhalb ca. 33.000 t TS land-

wirtschaftlich verwertet (Tabelle 2-2). Fast im gleichen Umfang wie in der Landwirtschaft

Tabelle 2-1 Klärschlammmengen der Bundesrepublik Deutschland, sowie der Anteil der

landwirtschaftlichen Verwertung [ATV, 1996; BMU, 1992; LINDNER, 1995;

N.N., 1998b; BMU in: KLUGE UND EMBERT, 1996; BIRER, ET AL. 1994

in: HENNING 1995]

Jahr Klärschlamm-

menge Landwirtschaftliche

Verwertung

[Mill. t TS] [Mill. t TS] [Prozent]

1957 1 0,6 0,3 50

1963 1 1,17 0,5 43

1969 1 1,56 0,75 48

1975 1 1,9 0,8 42

1983 1 2,2 0,75 34

1986 2 2,00 0,48 24

1987 2 2,10 0,59 28

1988 2 2,09 0,54 26

1989 2 2,21 0,55 25

1990 2 2,45 0,71 29

1991 6 3,0 0,82 27

1992 3 2,7 0,73 27

1998 4 2,7 1,21 45

2000 5 3,8 1,3 34

1 ATV, 1996 4 N,N, 1998b:

2 BMU, 1992 5 BMU in: KLUGE UND EMBERT, 1996 geschätzt

3 LINDNER, 1995 6 BIRER, ET AL. 1994 in: HENNING, 1995

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Tabelle 2-2: Verbleib der Klärschlämme in Nordrhein-Westfalen (Daten des

Kläranlagenkatasters für 1993) [nach WERNER UND BRENK, 1997]

Landwirtschaftliche Verwertung [%] nicht landwirtschaftliche Verwertung

[%]

Landwirtschaft in Nordrhein-Westfalen 17 Deponie 25

Landwirtschaft außerhalb von

Nordrhein-Westfalen 6 Verbrennung 31

Landschaftsbau in Nordrhein-Westfalen 15 Zwischenlagerung 4

Landschaftsbau außerhalb von

Nordrhein-Westfalen 2

Summe 40 Summe 60

findet Klärschlamm auch im Landschaftsbau Verwendung. 31 % des anfallenden

Klärschlammes werden in Nordrhein-Westfalen thermisch verwertet und 25 % gelangten im

Jahre 1993 noch zur Deponie. Da der Entsorgungsweg Deponie durch die Vorgaben der

TA-Siedlungsabfall ohne Vorbehandlung des Klärschlammes ab dem Jahre 2005 nicht mehr

beschritten werden kann, besteht ein gewisser Handlungsbedarf für die Gemeinden.

Betrachtet man die Verteilung des Klärschlammanfalles innerhalb von Nordrhein-Westfalen

(Abbildung 2-1), so ist es nicht verwunderlich, daß in den Ballungsgebieten des Rhein- und

Ruhrgebietes das höchste Aufkommen zu finden ist. Dagegen sind in bevölkerungsärmeren

Gegenden, wie z.B. dem Sauerland, geringere Mengen an Klärschlamm zu entsorgen.

Eine Neukonzeption der Klärschlammentsorgung ist aufgrund der geänderten gesetzlichen

Voraussetzungen in vielen Gemeinden notwendig geworden. Alternative Entsorgungswege

wie z.B. die thermische Verwertung, die eine getrennte Verbrennung, Mitverbrennung bzw.

Mitvergasung sein kann, oder auch die industrielle Nutzung in Asphaltmischanlagen bzw. bei

der Zementherstellung wurden eingeschlagen. Aber auch die umweltverträgliche Verwertung

von Klärschlamm in der Landwirtschaft wird neu diskutiert, auch weil sie eine preiswerte

Alternative zu den anderen Entsorgungswegen darstellt.

Die Qualität des Klärschlammes steht in direktem Zusammenhang mit der Qualität des

eingeleiteten Abwassers. Es wird unterschieden in Direkt- und Indirekteinleiter. Die

Direkteinleiter leiten ihr Abwasser nicht in das öffentliche Kanalnetz ein, sondern das

gereinigte Wasser fließt direkt in den Vorfluter. Dagegen wird von den Indirekteinleitern das

Abwasser in das öffentliche Kanalnetz eingeleitet. Der Klärschlamm der öffentlichen

Kläranlagen wird daher maßgeblich durch die Qualität des Abwassers und des Kanalnetzes

beeinflußt. Es gibt zwei Arten von Indirekteinleitungen. Dies ist zum einen die

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Abbildung 2-1:Klärschlammanfall in den Gemeinden Nordrhein-Westfalens

[nach WERNER UND BRENK, 1997]

Hörstel

Merklingsen

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Punkteinleitung der gewerblichen oder industriellen Betriebe, die ihr Abwasser in das

öffentliche Kanalnetz einleiten. Durch die Indirekteinleitervorschrift, die Grenzwerte für das

einleitende Abwasser festlegt, hat sich die Qualität des Abwassers und damit des

Klärschlammes in den vergangenen Jahren verbessert. Zum anderen gelangt das Abwasser

aus privaten Haushaltungen und Oberflächenwasser in das Abwassersystem. Diese diffusen

Einleitungen können für die Kläranlagen problematisch sein, da Art und Menge an möglichen

Schadstoffen nicht bekannt sind, nicht zurückverfolgt und verhindert werden können.

Dies soll an einigen Beispielen verdeutlicht werden. 1985 betrugen die Bleigehalte der

Kläranlage Düsseldorf - Nord 500 mg Pb/kg TS Klärschamm. Das Blei kam zu ca. 70 %

durch die Entwässerung der Oberflächen in das Abwasser. 1985 fuhren noch 99 % der

Personenkraftwagen mit verbleitem Kraftstoff. Nach Einführung des unverbleiten Kraftstoffes

benötigten 1991 nur noch 30 % der Kraftfahrzeuge verbleiten Kraftstoff. Daraufhin sanken

auch im Abwasser und somit im Klärschlamm der Bleigehalt auf 130 mg Pb/kg TS

Klärschlamm. Die Bleigehalte konnten durch diese gesetzlichen Maßnahme stark reduziert

werden. Eine Reduzierung der Bleigehalte wurde auch durch das Verbot von Bleirohren bei

der Wasserinstallation herbeigeführt. Inzwischen werden überwiegend verkupferte und

verzinkte Wasserleitungen und Dachrinnen eingesetzt. Damit sind jedoch die Kupfer- und

Zinkgehalte im Klärschlamm auf konstanten Niveau geblieben bzw. angestiegen. Eine

Alternative stellt nach heutigem Wissenstand Chromnickelstahl dar, der jedoch aufgrund der

höheren Kosten abgelehnt wird. Eine Änderung könnte nur durch den Gesetzgeber

herbeigeführt werden. [FRIEGE, 1993; WITTE, 1994a] Aufgrund des 1981 in der

Bundesrepublik Deutschland erlassenen Gebrauchsverbotes von Polychlorierten Biphenylen

(PCB) haben sich die PCB-Gehalte im Abwasser reduziert, sind aber weiterhin im

Klärschlamm nachweisbar. [WITTE, 1994a]

Diese Beispiele machen deutlich, das alle Stoffe, die nicht in geschlossenen Systemen ge-

handhabt werden, in die Umwelt und von dort auch in den Klärschlamm gelangen. Einige die-

ser Inhaltsstoffe sorgen bei der späteren Reinigung des Abwassers für Probleme bzw. bei der

Entsorgung der Klärschlämme. Auch nach einem Verbot gefährlicher Stoffe sind diese noch

lange Zeit später im Klärschlamm nachweisbar. Politische Entscheidungen sind daher nötig,

um eine Entlastung des Klärschlammes sowie der Umwelt zu erreichen. [FRIEGE, 1993]

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

2.2 Rechtliche Rahmenbedingungen

Für die Verwertung von Klärschlamm insbesondere auch die landwirtschaftliche Verwertung

sind in den vergangenen Jahren eine Vielzahl von Umweltgesetzen erlassen worden. In

Tabelle 2-3, die keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt, sind Umweltgesetze

chronologisch geordnet, bevor anschließend auf einige nationale Gesetze, die bei der

landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm zu beachten sind, eingegangen wird.

Neben den nationalen Umweltgesetzen, sind sowohl die diversen Verwaltungsvorschriften als

auch internationale Gesetze und Vereinbarungen zu beachten.

Tabelle 2-3: Ausgewählte EG-Richtlinien sowie nationale Umweltgesetze

Jahr EG-Richtlinien 1

Gesetz/Verordnung

Bundesrepublik Deutschland

1972 Abfallbeseitigungsgesetz 2

1977 Düngemittelgesetz2

1982 Klärschlammverordnung2

1984 EG-Abfallverbringungs-

Richtlinien (84/631/EWG)

1986 EG-Klärschlamm-Richtlinie

(86/278/EWG) Abfallgesetz2

Wasserhaushaltsgesetz2

1989 Basler Übereinkommen Düngemittelgesetz (Novellierung) 2

1990 Wasserhaushaltsgesetz (Novellierung) 2

1991 EG-Abwasser-Richtlinie

(91/271/EWG)

EG-Nitrat-Richtlinie

(91/676/EWG)

Düngemittelverordnung2

1992 Klärschlammverordnung (Novellierung) 2

1993 EG Abfallverbringungs-

verordnung TA Siedlungsabfall1

1994 Ausführungsgesetz zum Basler

Übereinkommen Kreislaufwirtschaft- und Abfallgesetz1

1995 Düngemittelverordnung3

1996 Düngeverordnung3

1997 Düngeverordnung (Novellierung) 3

Düngemittelverordnung (Novellierung) 3

1999 Klärschlamm-Entschädigungsgesetz4

Bundesbodenschutzgesetz5

1 ATV-HANDBUCH, 1996; 4 N.N., 1998c

2 UMWELT-RECHT, 1992 5 OTTO, 1999

3 KLUGE UND EMBERT, 1996

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

2.2.1 Abfallgesetze

Mit dem Abfallbeseitigungsgesetz von 1977 begab sich die Bundesrepublik Deutschland in

eine Vorreiterrolle in Europa. Klärschlamm wurde als "industrielles Nebenprodukt"

klassifiziert und erhielt eine Sonderstellung, wodurch nach § 15 AbfbesG. eine eigene

Verordnung für das Produkt Klärschlamm erfolgen konnte. Die Umsetzung erfolgte durch die

Klärschlamm-Verordnung im Jahre 1982. [GOSSOW, 1992]

Neun Jahre später hatte sich das Umweltbewußtsein soweit verschärft, daß ein neues Gesetz

über die Vermeidung und Entsorgung von Abfällen (Abfallgesetz) erlassen wurde. Die neue

Sichtweise wird im Namen des Gesetzes erkennbar, es ging nicht mehr um eine Beseitigung

der Abfälle, sondern die Abfälle sollten gezielt vermieden, vermindert oder verwertet werden.

Erst wenn dies nicht mehr möglich war, konnte eine umweltschonende Beseitigung der

Abfälle erfolgen.

1994 wurde u.a. durch die EG-Richtlinie über Abfälle vom 21. Mai 1991, die EG einheitliche

Abfallbegriffe vorgibt, eine weitere Novellierung des Abfallgesetzes notwendig. Das Gesetz

zur Förderung der Kreislaufwirtschaft und Sicherung der umweltverträglichen Beseitigung

von Abfällen (KrW-/AbfG BGBl. I S. 2705) greift die Definition der EG-Richtlinie auf, da-

nach erfolgt eine Differenzierung in Abfälle zur Verwertung und in Abfälle zur Beseitigung.

Im Bezug auf Klärschlamm bedeutet dies, daß Klärschlamm, soweit dies möglich ist, ver-

mieden werden soll. Da aber stets Klärschlamm anfallen wird, ist er möglichst vollständig in

Form einer Rückführung in den Stoffkreislauf der Natur zu verwerten. Klärschlamm ist dann

ein Sekundärrohstoffdünger und unterliegt neben dem Abfallrecht auch dem Düngerecht. Als

weitere Möglichkeit ist eine energetische Verwertung von Klärschlamm zulässig, jedoch nur

dann, wenn der Klärschlamm einen höheren Heizwert als 11.000 kJ pro kg TS Klärschlamm

aufweist. Dies wird jedoch von getrocknetem Klärschlamm nicht immer erreicht.

Von dem Gebot der Verwertung darf nur dann abgewichen werden, wenn die Verwertung

nicht wirtschaftlich zumutbar ist oder wenn die Beseitigung die umweltverträglichste

Handhabung darstellt. Das heißt, erst wenn Klärschlamm weder vermieden noch verwertet

werden kann, ist nach dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz eine Beseitigung erlaubt.

[N.N., 1998a] Die Beseitigung von Klärschlämmen erfolgte lange Zeit in Monodeponien oder

in Mülldeponien. Die Dritte Allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Abfallgesetz (TA Sied-

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

lungsabfall), die seit dem 01.06.1993 in Kraft ist, verlangt ab dem Jahre 2005, daß der Glüh-

verlust von Abfällen maximal 5 % nicht übersteigen darf. Um die Ablagerungsbedingungen

der TA Siedlungsabfall einhalten zu können, ist eine thermische Vorbehandlung nötig.

2.2.2 Wasserhaushaltsgesetz

Der Geltungsbereich des Gesetzes zur Ordnung des Wasserhaushaltes (BGBl. 1990, I S.205)

besteht für oberirdische Gewässer, Küstengewässer sowie das Grundwasser. Zwei

Paragraphen sind von besonderer Bedeutung. Dies ist zum einen § 7a WHG, der die

Anforderungen an das Einleiten von Abwasser regelt und dazu beitragen soll, daß überhöhte

Nährstoff- und Schadstoffbelastungen nicht in das Wasser gelangen. Zum anderen ist dies §

22 WHG, der die Haftungsfrage bei Änderung der physikalischen, chemischen oder

biologischen Beschaffenheit des Wassers klärt. Landwirte sind verschuldensunabhängig

haftbar für unvorhersehbare Schäden zu machen. Neben dem Wasserhaushaltsgesetz gibt es

weitere Verwaltungsvorschriften, die die Mindestanforderungen an die Reinhaltung des

Wassers regeln und berücksichtigt werden müssen.

2.2.3 Klärschlammverordnung

Die erste Klärschlammverordnung (BGBl. I , S. 734) trat 1982 in Kraft und regelte die

Aufbringung von Klärschlamm in die Landwirtschaft. Es galt u.a. gewisse Grenzwerte für

Schwermetalle im Sinne der Vorsorge einzuhalten. Im Gesetz war gleichzeitig eine

fünfjährige Begrenzung enthalten, damit die Schwermetallgrenzwerte überarbeitet und an die

neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse angepasst werden konnten. Die Novellierung

erfolgte 1992 und war u.a. auch notwendig geworden, um die EG-Richtlinie 86/278/EWG des

Rates vom 12. Juni 1986 über den Schutz der Umwelt und insbesondere der Böden bei der

Verwendung von Klärschlamm in der Landwirtschaft umzusetzen. Diese Richtlinie hatte zum

primären Ziel eine sichere Verwendung von Klärschlamm in der Landwirtschaft zu

garantieren. Zum anderen beinhaltet sie erste gemeinsame europäische Maßnahmen zum

Schutz des Bodens. Durch die Novellierung erfolgte eine Anpassung der Schwermetallwerte,

wie aus der Tabelle 2-4 zu entnehmen ist. Die Grenzwerte von Blei, Cadmium, Chrom,

Kupfer, Quecksilber und Zink sind in der Klärschlammverordnung von 1992 nach unten

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Tabelle 2-4: Klärschlammwerte der Klärschlammverordnung und der

EG-Klärschlammrichtlinie [ATV, 1996]

Metall AbfKlärV vom

25.06.1982 AbfKlärV vom

15.04.1992 EG-Richtlinie

86/278/EWG

Anhang I B Anhang I C2

[mg/kg mT] [mg/kg mT] [mg/kg mT] [kg/ha·a]

Blei 1200 900 750-1200 15

Cadmium 20 10/5 1 20-40 0,15

Chrom 1200 900 1000-1500 3 3

Kupfer 1200 800 1000-1750 12

Nickel 200 200 300-400 3

Quecksilber 25 8 16-25 0,1

Zink 3000 2500/2000 1 2500-4000 30

1 Wert gilt für Aufbringung auf leichte Böden mit einem Tongehalt von < 5% und auf Böden mit pH-Wert

zwischen 5-6 Leichte Böden: Sande, anlehmiger Sand, lehmiger Sand im Sinne des Schätzrahmens der Boden-

schätzung

2 Frachtgrenzwerte in kg/ha und Jahr (Zehnjahres-Mittelwerte)

3 geplant

korrigiert werden. Für organische Schadstoffe (Tabelle 2-5) wurden erstmalig Grenzwerte

eingeführt. Dabei stand der vorsorgliche Bodenschutz im Vordergrund und nicht die

Annahme, daß ein Transfer vom Boden in die Pflanze erfolgt. [ATV, 1996]

Im Gegensatz zur EG-Richtlinie, die keine Mengenbegrenzung vorgibt, enthält die Klär-

schlammverordnung eine Begrenzung der durch Klärschlamm zugeführten Nährstoff- und

Schadstofffracht pro Hektar und Jahr. Es darf maximal eine Ausbringung von 5 t TS/ha·3a

erfolgen, zudem wird durch die Düngemittelanwenderverordnung die Nährstoffmenge

begrenzt. Durch die Bodengrenzwerte wird sichergestellt, daß vorbelastete Böden von

weiteren Schadstoffzufuhren ausgeschlossen werden. Tabelle 2-6 stellt die nationalen und

EG-Gehalte für den Boden dar. Die Bandbreite der Grenzwerte der EG-Richtlinie ergibt sich

Tabelle 2-5: Grenzwerte der organischen Schadstoffe der Klärschlammverordnung

[UMWELT-RECHT, 1992]

Schadstoffe AbfKlärV vom

15.04.1992

PCB 1

Komponenten 28, 52, 101, 138, 153, 180 0,2 mg/kg mT

PCDD/PCDF 2 100 ng TCDD-T/kg mT 4

AOX 3, Summenparameter 500 mg/kg mT

1 polychlorierte Biphenyle

2 polychlorierte Dibenzodioxine/Dibenzofurane

3 Summe der halogenorganischen Verbindungen

4 T - Toxizitätsäquivalent

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Tabelle 2-6: Bodenwerte der Klärschlammverordnung und der EG-Klärschlammrichtlinie

[ATV, 1996]

Metall AbfKlärV vom

25.06.1982 AbfKlärV vom

15.04.1992 EG-Richtlinie

86/278/EWG

[mg/kg Boden] [mg/kg Boden]

[mg/kg Boden]

Blei 100 100 50-300

Cadmium 3 1,5/1 1 1-3

Chrom 100 100 100-150 2

Kupfer 100 60 50-140

Nickel 50 50 30-75

Quecksilber 2 1 1-1,5

Zink 300 200/150 1 150-300

1 Wert gilt für Aufbringung auf leichte Böden mit einem Tongehalt von < 5% und auf Böden

mit pH-Wert zwischen 5-6 Leichte Böden: Sande, anlehmiger Sand, lehmiger Sand im Sinne

des Schätzrahmens der Bodenschätzung

2 geplant

aus den unterschiedlichen klimatischen und auch geologischen Verhältnissen der

europäischen Böden. Für die Bundesrepublik Deutschland werden die Bodenwerte nur bei

Cadmium und Zink entsprechend dem Ton- und pH-Gehalt im Boden unterschieden.

Um besonders empfindliche landwirtschaftliche Nutzungen zu schonen, wurde in der

Klärschlammverordnung eine Reglementierung bzw. ein Verbot für die

Klärschlammausbringung auf Flächen des Obst- und Gemüsebaues, des Dauergrünlandes, der

Flächen in den Wasserschutzzonen I und II und Uferrandstreifen ausgesprochen.

Zur Einhaltung der Grenzwerte sind Bodenproben und Klärschlammuntersuchungen in

regelmäßigen Abständen vorgegeben (Bodenuntersuchungen im Abstand von 10 Jahren,

Klärschlammuntersuchungen im Abstand von längstens sechs Monaten, bzw. 2 Jahre für PCB

und PCDD/PCDF). Eine Düngeberatung wird vorgeschrieben, um die Nährstoffe des

Klärschlammes optimal in die Düngeplanung einzubeziehen. Ein Nachweis- und

Lieferscheinsystem soll ermöglichen, daß kein mit Schadstoffen belasteter Klärschlamm auf

landwirtschaftliche Flächen aufgebracht wird.

Kritik an der Klärschlammverordnung wird von Seiten des Verbandes Deutscher

landwirtschaftlicher Untersuchungs- und Forschungseinrichtungen (VDLUFA) geübt. Sie

halten die Grenzwerte bei Schwermetallen für nicht ausreichend an den Bodenarten und

-typen, sowie an den geogenen Ausgangsbedingungen orientiert. So liegen die Gehalte für

Cadmium und Nickel im Jura über denen der Bodengehalte der Klärschlammverordnung, und

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

eine Ausbringung von Klärschlamm wäre dadurch nicht möglich. Der Verband schlägt daher

vor, daß der Status Quo der Schadstoffgehalte des Bodens beibehalten werden soll, d.h. es

darf grundsätzlich zu keiner weiteren Überschreitung der regionalen und standorttypischen

Referenzwerte im Boden kommen. [VDLUFA, 1996]

2.2.4 Klärschlamm-Entschädigungsfonds

Der gesetzliche Klärschlamm-Entschädigungsfond (BGBl. I vom 28. Mai 1998) löst den

Klärschlammfonds auf freiwilliger Basis ab, der seit dem 01.01.1990 in Kraft war und eine

Vereinbarung zwischen den Klärschlammabgebern (Kommunen bzw. Kläranlagenbetreibern)

und den Klärschlammabnehmern (Landwirten) darstellte, um das Risiko, das über den

Rahmen der Klärschlammverordnung hinausging, abzudecken. Bei der Beschlußfassung zum

Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz hat der Gesetzgeber eine Ermächtigung zum Erlaß

einer Rechtsverordnung über einen Entschädigungsfonds in das Düngemittelgesetz (§ 9)

festgelegt [BERGS, 1998]. Dieser ist seit dem 01.01.1999 in Kraft und wird von der

Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung verwaltet. Die Kläranlagenbetreiber zahlen

einen Beitrag von 20 DM/Tonne Trockenmasse für landwirtschaftlich genutzten Klärschlamm

ein, bis die Grundausstattung des Fonds einen Beitrag von 125 Millionen DM erreicht hat. Bei

Bedarf kann dieses Fondvolumen verdoppelt werden. Geschädigte Landwirte können

maximal eine Entschädigung von 5 Millionen DM pro Schadensfall erhalten, wobei ein

Eigenanteil von 1125 DM je Schadensfall selbst zu tragen ist. [ESCH, 1999]

2.2.5 Düngerecht

Im Düngemittelgesetz wurde 1996 der Begriff des Sekundärrohstoffdüngers, zu dem auch

Klärschlamm zählt, eingeführt. Dadurch unterliegen alle Stoffe aus Siedlungsabfällen, die

landwirtschaftlich eingesetzt werden, dem Düngemittelrecht. Durch diese einheitliche Rege-

lung soll die Akzeptanz des Produktes Klärschlamm gefördert werden. Für alle Düngemittel

erfolgt eine Einsortierung als Düngemitteltyp. Im Anhang 1 der Düngemittelverordnung vom

24.07.1997 (BGBl. I S. 1835) finden sich die detaillierten Anforderungsprofile der einzelnen

Düngemitteltypen, die Mindestanforderungen an ihren Nährstoffgehalt aufweisen. Eine Ver-

zahnung zwischen dem Abfall- und Düngemittelrecht ist dadurch gegeben, daß das Abfall-

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

recht vor allem die Schadstoffseite bei der Verwertung der Sekundärrohstoffdünger definiert

und das Düngemittelrecht die Anforderungen an die Nährstoffe sowie die Zulassung regelt.

Die landwirtschaftliche Ausbringung von Klärschlamm wird weiter in der Verordnung über

die Grundsätze der guten fachlichen Praxis beim Düngen (Düngeverordnung) geregelt. Die

Verordnung, die seit Juli 1996 in Kraft ist, arbeitet bei der Anwendung von Düngemitteln

nach dem Prinzip der "Guten fachlichen Praxis". Das heißt u.a., daß sich die Düngung zeitlich

und mengenmäßig stets am Nährstoffbedarf der Pflanzen zu orientieren hat um

Nährstoffverluste zu vermeiden. Langfristig sollen die Nährstoffeinträge in die Gewässer und

andere Ökosysteme weitestgehend vermieden werden. Standort- und Anbaubedingungen sind

dabei genauso zu berücksichtigen wie das Nährstoffangebot des Bodens. Um diese Ziele

umzusetzen, sind einige Begrenzungen der Düngung erlassen worden, die ebenfalls für die

Ausbringung von Klärschlamm gelten. Seit dem 01.07.1997 darf auf Ackerland im

Betriebsdurchschnitt nur noch 170 kg N/ha ausgebracht werden. Ammoniakverluste bei der

Ausbringung sind zu minimieren durch u.a. eine unverzügliche Einarbeitung. Bei sehr hohen

Phosphat- und Kalium Gehalten im Boden in der Gehaltsstufe E darf nur noch in Höhe des

Entzuges gedüngt werden, jedoch nur, wenn keine Grundwassergefährdung vorliegt. Eine

Ausbringungssperrfrist besteht zwischen dem 15.11. - 15.01. und es darf erst dann wieder

Dünger ausgebracht werden, wenn die Vegetationsruhe abgeschlossen ist und bei den

Pflanzen ein Nährstoffbedarf besteht. [WERNER, 1996; WERNER UND BRENK, 1998]

Dies hat insbesondere für die Kläranlagen große Auswirkungen, da sie die Stapellager weiter

ausbauen und über eine höhere Schlagkraft verfügen müssen, da die Zeiträume, in denen

Klärschlamm ausgebracht werden kann, kürzer geworden sind.

2.2.6 Bundesbodenschutzgesetz

Das Bundesbodenschutzgesetz (BGBl. 1998 I S. 502) ist seit dem 01. März 1999 in Kraft und

damit das jüngste Umweltgesetz. Die Funktionen des Bodens sollen nachhaltig gesichert bzw.

wiederhergestellt werden. Die Landwirtschaft hat entsprechend der Düngeverordnung nach

der guten fachlichen Praxis die Ziele des Bodenschutzes zu berücksichtigen. Das bedeutet,

daß die Bodenfruchtbarkeit nachhaltig zu sichern ist, ebenso wie die Leistungsfähigkeit des

Bodens als natürliche Ressource. Um dies zu erreichen, ist eine standortgemäße Bodenbear-

beitung unter Berücksichtigung der Witterung durchzuführen, damit die Bodenstruktur erhal-

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

ten bzw. verbessert werden kann. Das Bundesbodenschutzgesetz ist den anderen Umweltge-

setzes nachgelagert, d.h. die Vorschriften des Düngemittel- und Pflanzenschutzrechtes haben

bei der Umsetzung Vorrang. In Bezug auf die Ausbringung von Klärschlamm haben die

Vorschriften der Klärschlammverordnung Vorrang gegenüber dem Bundesbodenschutzgesetz

(BBodSchG). [FRIELINGHAUS UND SCHÄFER; 1999; OTTO, 1999 ]

2.3 Stoffliche Zusammensetzung von Klärschlamm

Der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm liegt der Gedanke zugrunde,

Stoffkreisläufe zu schließen. Im Klärschlamm sind neben der organischen Substanz eine

Vielzahl von Makro- und Mikronährstoffe, die zum Teil essentiell für das Pflanzenwachstum

benötigt werden (Tabelle 2-7).

Der Boden dient dabei als natürliches Filter- und Puffersystem gegenüber verschiedensten

Umwelteinflüssen. In diesem offenen System finden ständige Wechselwirkungen statt, die für

die Stabilität des Gesamtsytems von großer Bedeutung sind. [JELENIC, 1986] Mögliche

Auswirkungen einer Klärschlammdüngung auf den Boden sind in Tabelle 2-8

zusammengefaßt.

Unbelastete Klärschlämme wirken sich überwiegend positiv auf bodenbiologische Eigen-

schaften aus. Mit steigendem schädlichen Einfluß z.B. infolge steigender Schwermetall-

gehalte sinkt die mikrobielle Leistung der Biomasse aufgrund der toxischen Wirkung der

Schwermetalle im Vergleich zur mineralisch gedüngten Kontrolle [BALZER UND AHRENS,

1990; FLIEßBACH, 1991; LÜBBEN, 1991; BARAKAH ET AL., 1996] Die gestiegene Mi-

kroorganismenaktivität führt durch den verstärkten Abbau der organischen Substanz zu einem

Tabelle 2-7: Kenndaten von Klärschlämmen des Zeitraumes 1986 - 1990

(Spannbreite, die von den Bundesländern (alt) angegeben wurden)

[BMU, 1992]

Trockensubstanz in % vom Gesamtanfall 5,7 - 22,9

Organische Substanz in % von der TS 32,9 - 58,1

pH-Wert 6,9 - 8,3

N in % von TS 1,87 - 6,0

P in % von TS 1,63 - 7,2

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Tabelle 2-8: Bodenverbessernde und -schützende Wirkung der Rezyklierung von

Siedlungsabfällen (Klärschlämmen und Komposte) in der Landwirtschaft

[SAUERBECK, 1994]

• Zufuhr organischer Substanz als Humusquelle

• Förderung der biologischen Aktivität

• Verbesserung des Luft- und Wasserhaushaltes

Durchlüftung Wasserleit- und haltefähigkeit

• Erhöhung der Austauschkapazität (Nährstoffbindevermögen)

• Steigerung der Gefügestabilität (Erosions- und Verschlämmungsschutz)

• Beitrag zur Nährstoffzufuhr

• Zufuhr von Hauptnährstoffen

• Zufuhr von Spurenelementen

• Anhebung des pH-Wertes

• Rückführung dem Boden entnommener Stoffe

• Einsparung von Deponiefläche

• Vermeidung bzw. Entlastung anderer Abfallbeseitigungsverfahren mit

potentiellen Bodenbelastungen

Anstieg der Nährstoffe. In Zeiten von hohem Pflanzenentzug ist dies sehr positiv zu

beurteilen. In Zeiten mit geringem oder keinem Nährstoffentzug durch die Pflanzen, kann es

zu Stickstoff-Verlusten durch Auswaschung kommen. STADELMANN [1982] schließt in

dem Zusammenhang nicht aus, daß es durch die Überdüngung der Böden zu einer

Verringerung des mikrobiellen Artenspektums und somit zu einer Reduktion des biologischen

Potentials für den Abbau von organischen Hilfs- und Fremdstoffen im Boden kommen kann.

TERRY ET AL. [1979, in: STICHLER, 1983] konnte durch 14C-markierten Schlamm zeigen,

daß ungefähr die Hälfte des eingesetzten Kohlenstoffes bereits während der ersten 28 Tage als

CO2 freigesetzt wurde. Der im Boden verbliebene markierte Kohlenstoff wurde als

Huminstoff extrahiert. Dies schließt nicht nur auf eine Mineralisierung, sondern auch auf eine

beträchtliche Humifizierung des Kohlenstoffes. Der Einfluß auf die Humusbilanz ist dann

durch den Anstieg der Umsetzung der organischen Substanz ("priming effect") gering.

[STICHLER, 1983; OLFS ET AL., 1994] In Feldversuchen konnte MEDIAVILLA [1995a] in

langjährig mit sehr hohen Klärschlammgaben (5 t organische Substanz pro ha und Jahr) auf

sandigen Lehm eine Erhöhung der organischen Kohlenstoffgehalte (Humus) des Bodens

feststellen. Die Folge waren positive Auswirkungen auf das Porenvolumen und die

Lagerungsdichte. Bei geringen Klärschlammgaben von nur 2 t organische Substanz pro ha

und Jahr konnte keine signifikante Beeinflussung auf die bodenphysikalischen Eigenschaften

festgestellt werden.

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Tabelle 2-9: Durchschnittliche Nährstoffgehalte in kg/5t Trockensubstanz verschieden

aufbereiteter Klärschlämme [POLTSCHNY UND RIESS, 1992 in:

POLTSCHNY 1994]

[kg/5t TS] NH4

[kg/5t TS] P2O5

[kg/5t TS] K2O

[kg/5t TS] MgO

[kg/5t TS] CaO

[kg/5t TS]

Flüssigschlamm 180 70 195 10 40 375

entwässerter Schlamm 140 55 180 10 30 375

kalkstabilisierter Schlamm 70 2,5 170 8 35 1125

Die Zusammensetzung der durchschnittlichen Nährstoffgehalte im Klärschlamm sind von

verschiedenen Variablen abhängig, u.a. vom Klärverfahren, vom eingeleiteten Abwasser und

von der Aufbereitung des Klärschlammes. Insbesondere der Stickstoffgehalt korreliert eng

mit dem Wassergehalt der Klärschlämme (Tabelle 2-9). Im folgenden wird insbesondere auf

die Wirksamkeit der Nährstoffe Stickstoff und Phosphat ausführlicher eingegangen.

2.3.1 Stickstoff

Die Stickstoffgehalte im Klärschlamm liegen zwischen 1,87 - 6,0 % der Trockensubstanz.

Über die Wirksamkeit des Stickstoffes für die Pflanzen sagt dies aber noch nichts aus. Diese

ist abhängig von der Bindungsform des Stickstoffes im Klärschlamm. Zum einen liegt der

Stickstoff in wasserlöslichen Formen vor, hauptsächlich als Ammonium. Diese können von

den Pflanzen leicht aufgenommen werden und haben daher einen vergleichbaren

Wirkungsgrad mit dem Stickstoff in Handelsdüngern. Zum anderen liegt der Stickstoff

organisch gebunden im Klärschlamm vor. Dieser muß, um pflanzenverfügbar zu werden,

zunächst mineralisiert werden, so dass auch in den Folgejahren eine Wirkung besteht. Die

Wirksamkeit schwankt je nach Ansicht der Autoren, KLUGE ET AL. [1997] empfiehlt

anzurechnende Anteile von 5 - 60 % im Anwendungsjahr je nach der Entwässerung des

Klärschlammes. DIEZ [1981] rechnet mit 50 % des Stickstoffgehaltes bei einer Ausbringung

im Frühjahr. Bis zu 25 % des Gesamtstickstoffes bei einer Klärschlammausbringung im

Sommer oder Herbst und bis zu 50 % bei einer Verteilung des Klärschlammes zu

Vegetationsbeginn bzw. in den wachsenden Bestand gibt FISCHER [1994] an. FURRER

[1980] hat die Wirksamkeit des Stickstoffes mit mineralischem Dünger (Ammoniumnitrat)

verglichen und daraus die folgende Formel für die Gegebenheiten der Schweiz abgeleitet:

NW = 0,9 NA + 0,25 NO NW = wirksame Stickstoff

NA = Ammonium-Stickstoff

NO = organisch gebundener Stickstoff

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Die Landwirtschaftliche Untersuchungs- und Forschungsanstalt Augustenberg, Karlsruhe

überprüfte die Wirksamkeit des Stickstoffes an Hand der Formel von FURRER in einem

Gefäßversuch mit Weidelgras. Im Durchschnitt der Versuche konnte die Bestimmung der

N-Verfügbarkeit an Hand der Formel von FURRER [1980] bestätigt werden. Ausnahmen

bestehen bei hohen Ammoniumgehalten, bei denen nur eine geringere N-Wirksamkeit

gefunden wurde. Dies kann durch Stickstoff-Verluste bei der Ausbringung (Verflüchtigung)

oder auch mit Ertragsdepressionen durch ein Stickstoffüberangebot zu Vegetationsbeginn zu

erklären sein. Die Wirksamkeit des Stickstoffes bei Klärschlämmen mit einem Trockengehalt

von ca. 25 % sind nach der Formel von FURRER [1980] unterbewertet. Der Stickstoff wies

eine gute Nachwirkung auf und eignet sich von daher besonders für Kulturen mit einer

längeren Vegetationszeit. [SCHWEIGER UND VÖLKEL, 1980]

Wie bereits aus Tabelle 2-9 hervorgeht, ist der Stickstoffgehalt stark vom Wassergehalt des

Klärschlammes abhängig, da bei der Entwässerung des Klärschlammes der Stickstoff in den

Vorfluter fließt. Es gilt daher, je höher der Wassergehalt im Klärschlamm ist, desto höher

auch der Stickstoffanteil. Der Wirkungsgrad des Stickstoffes ist weiterhin abhängig von den

Verlusten, die bei der Lagerung, beim Transport und Aufbringung des Klärschlammes

entstehen. Chemische Bodeneigenschaften wie der pH-Wert, das C/N-Verhältnis und das

Calciumangebot haben ebenfalls eine Auswirkung auf den Wirkungsgrad. [SAUERBECK,

1979; FURRER UND CANDINAS, 1984; JELENIC, 1986; CANDINAS UND

SIEGENTHALER, 1991] In Abhängigkeit der Mineralisationsrate kann dies eine Stickstoff-

Anreicherung im Boden begünstigen. Diese fördert einerseits die Ertragssicherheit und das

Bodengefüge, lässt andererseits die Gefahr der Nitratauswaschung ansteigen.

[TIMMERMANN ET AL., 1985; GUTSER, 1996]

2.3.2 Phosphor

Die mittleren Gehalte von Klärschlamm ohne eine Phosphat-Fällung liegen im Durchschnitt

bei 2 %, erfolgt eine Phosphat-Fällung, steigen sie auf durchschnittlich 3,9 % an. Obwohl

durch den Rückgang der Waschmittelphosphate die Abwasserkonzentration signifikant

zurückging, ist mit einer weiteren Steigerung der Phosphat-Gehalte im Klärschlamm zu

rechnen, da die Klärtechnik und Schlammbewirtschaftung einer steten Weiterentwicklung

unterliegen. Der Klärschlamm der Abwasserverbände Emschergenossenschaft/Lippeverband

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

\ 

(Al, Fe)  O  P = O

/ 

Fe  O O

/ \

O P

\ / \

Fe  O OH

a. Monofunktionelle Form b. Sechserring

Abb. 2-2: Mögliche Bindungsformen von Phosphat an Eisen- bzw. Aluminium-

Hydroxiden [WELP ET AL., 1981 in: STICHLER, 1983]

weist im Durchschnitt 54 kg P2O5/t Klärschlamm (24 kg P/t Klärschlamm) auf, davon können

rund 70 % des Phosphates von der Pflanze aufgenommen werden. [MALZ, 1987]

Im Klärschlamm ist das Phosphat nur zu einem geringen Teil an die organische Fraktion

gebunden. Der weitaus größte Teil ist adsorbiert an Eisenhydroxid, Aluminumhydroxid und

Calciumcarbonat. Im Bereich des pH-Wertes von 5 bis 6 liegen die Eisen- und Aluminium-

Hydroxide im stabilen Sechserring (siehe Abbildung 2-2) vor. Steigt der pH-Wert an,

verschiebt sich das Gleichgewicht unter Aufnahme von OH-Ionen zu Gunsten der

monofunktionellen Form. In dieser Form als H2PO4- (Monophosphat) nehmen die Pflanzen

hauptsächlich Phosphor auf, zu einem geringeren Teil als HPO42-. [STICHLER, 1983;

FROSSARD UND STADELMANN, 1987] Unter alkalischen Bedingungen im Boden

kommen dagegen überwiegend Ca-Phosphate vor. Im mittleren pH-Bereich liegen daher

beide Gruppen in wechselnden Verhältnissen vor [MUNK, 1971/1972].

In einen Boden eingebrachtes lösliches Phosphat läßt die P-Konzentration zunächst stark

ansteigen, im Laufe der Zeit nimmt sie jedoch wieder stark ab. Die Phosphationen werden

zunehmend an die Bodenmatrix gebunden und treten aus der labilen Phase in die stabile Phase

über. Dieser Prozess wird als P-Alterung bezeichnet (Abbildung 2-3). Diesem Prozess

unterliegt auch Düngerphosphat, das im Jahr der Anwendung nur selten zu mehr als 20 %

ausgenutzt wird [WENDT ET AL., 1996] und verhindert weitestgehend die Auswaschung

von Phosphaten.

Außer der P-Alterung kann auch zusätzlich eine Festlegung der im Boden vorhandenen

Phosphate erfolgen. Dies ist daran zu erkennen, daß nicht einmal diese Phosphate

ertragswirksam umgesetzt werden können. Diese Effekte treten in der Praxis bei

Klärschlämmen auf und erschweren eine fachgerechte Düngeberatung. [THERING, 1994a]

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

stabil

metastabil

sorbiert

gelöst

Abb. 2-3: Schematische Darstellung von Phosphatzuständen und deren mögliche Um-

wandlungsrichtungen im Boden [eigene Darstellung nach MUNK, 1971/72]

Wird das gelöste Phosphat von den Pflanzen nicht aufgenommen, wird es im Boden sorbiert

und gelangt in metastabile bzw. stabile Zustände. Der P-Pool im Boden wird dadurch

angereichert, eine Auswaschungsgefahr in den Untergrund bzw. in das Grundwasser ist

relativ unwahrscheinlich. [KIRKHAM, 1982] Die Gefahr der oberflächlichen Erosion des

Bodens in den Vorfluter und damit steigende P-Gehalte in Gewässern besteht jedoch.

Über die Frage in welchem Maße das im Klärschlamm vorliegende Phosphat pflanzenverfüg-

bar ist, gehen die Meinungen weit auseinander. Die Verfügbarkeit ist von einer Vielzahl von

Faktoren abhängig. Diese sind erstens die Bodeneigenschaften wie pH-Wert, Redoxpotential,

Bodenart, Humusgehalt, organische Substanz, P-Versorgungszustand, zweitens die Schlamm-

behandlung und angewandte P-Fällungsmethode in der Kläranlage und drittens das P-Aneig-

nungsvermögen des Pflanzenbestandes. [STICHLER, 1983; TIMMERMANN ET AL., 1980]

Nach SUNTHEIM UND DITTRICH [1996] stellt Klärschlamm keinen wertvollen P-Dünger

dar, da u.a. durch die P-Fällung mit Eisen/Aluminium die P-Verfügbarkeit eingeschränkt ist.

Klärschlämme sind nur langsam fließende Nährstoffquellen, bei denen zum Erreichen des

Höchstertrages stets eine mineralische Düngung zusätzlich erfolgen muß. Sie schlagen daher

vor, den P-Gehalt solcher Sekundärrohstoffdünger bei der Berechnung der

P-Düngeempfehlung nicht zu berücksichtigen [SUNTHEIM UND DITTRICH, 1998].

Im Vergleich zum Monocalciumphosphat werden bei STICHLER (1983) Werte über die

Phosphat-Wirksamkeit zwischen 20 - 100 % angegeben. Frische Klärschlämme sind in ihrer

Wirksamkeit mit Monocalciumphosphat oder basischen Schlacken vergleichbar. Dabei spielt

die Art der P-Elimination in der Kläranlage keine Bedeutung. Eine Trocknung der Schlämme

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

führt hingegen zu einer Reduzierung der Wirksamkeit bis 40 %, kommt es zur Veraschung

der Klärschlämme steigt die Abnahme auf 80 % an. [STICHLER, 1983]

TIMMERMANN ET AL. [1980] setzt in den Untersuchungen Klärschlämme aus der

mechanischen bzw. mechanisch-biologischen Reinigung und Fällungsschlämme der dritten

Reinigungsstufe ein. Während erstgenannte eine geringere P-Verfügbarkeit und -Wirksamkeit

im Vergleich zu den Mineraldüngern besitzen, konnte bei den letztgenannten eine

vergleichbare P-Löslichkeit und in Gefäßversuchen eine der Mineraldüngung entsprechende

Wirkung festgestellt werden.

KLUGE ET AL. [1997] und GUTSER [1996] sehen einen wesentlichen Faktor der

schlechteren Wirksamkeit von Klärschlamm-Phosphat im Vergleich zum Mineraldünger-

phosphat in der schlechteren räumlichen Verteilung im Wurzelbereich. Durch eine

gleichmäßigere räumliche Verteilung könnte in Zukunft die Wirksamkeit erhöht werden.

FRITSCH UND WERNER [1988] gehen von einer verminderten Wirksamkeit von

Klärschlamm-P im Vergleich zu Mineraldünger-P aus. Dies wird begründet mit einer

eingeschränkten Mobilität der Bodenphosphate. Durch die mehrjährige Anwendung von

Klärschlamm ist das P-Sorptionsvermögen des Bodens erhöht und dadurch die

P-Konzentration in der Bodenlösung relativ zur P-Anreicherung erniedrigt worden.

Nach WERNER [1976] zeigten alle Klärschlämme eine verzögerte Anfangswirkung im

Vergleich zu Dicalciumphosphat. In ihrer Gesamtwirkung konnten die Klärschlämme auf

sauren Boden befriedigen, während sie auf neutralem Boden eine deutlich schlechtere

Wirkung zeigten. DIEZ UND WEIGELT [1980] beurteilen die Verfügbarkeit des Phosphates

im Klärschlamm auf schwach sauren Böden etwas besser, auf neutralen Böden etwas

schlechter, im Mittel der Böden aber etwa mit dem Mineraldünger-Phosphat vergleichbar.

FISCHER [1994] geht langfristig von einer vollen Anrechenbarkeit der P2O5-Gehalte bei der

Düngeplanung aus.

Neben der Frage der P- Anrechenbarkeit sind in der Literatur unterschiedliche Angaben zu

finden, bei welchem Phosphat-Fällungsmittel die größte P-Verfügbarkeit vorhanden ist. Die

Angaben für die beste Verfügbarkeit reichen von biologischer P-Fällung [SUNTHEIM,

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

1996], Kalkhydrat bzw. Kalkhydrat plus Eisenchlorid [BARAN, 1985] bis Al-Fällung

[WERNER, 1976].

Die Verfügbarkeit mit Kalk gefälltem Phosphat ist in der Regel besser als jene mit Eisen bzw.

Aluminium gefälltem Phosphat. Mineraldünger wirkte jedoch im Vergleich zum gefällten

Klärschlamm-Phosphat schneller. Zur Anreicherung des Bodenpools und damit für die

langfristige Wirkung kann Klärschlamm entsprechend anderen pflanzlichen

Ernterückständen, Wirtschaftsdüngern oder Mineraldünger für die P-Bilanzierung zu 100 %

berücksichtigt werden. [GUTSER, 1996] Für spezielle Entwicklungsstadien der Pflanze z.B.

Jugendphase von P-bedürftigen Pflanzen wie Mais kann eine Startdüngung nötig sein.

2.3.3 Kalium, Calcium und Magnesium

Im Klärschlamm ist ein Kaliumgehalt von ca. 0,2 - 0,6 % vorhanden. Da Kalium

wasserlöslich ist, geht es mit dem Abwasser in den Vorfluter. Für die Klärschlamm-Düngung

heißt dies, daß die geringen Mengen an Kalium zwar pflanzenverfügbar sind, den Bedarf der

Pflanzen jedoch nicht decken und somit eine zusätzliche Kalium-Düngung erfolgen muß.

[JELENIC, 1986; ATV, 1996]

Der Kalkgehalt in nicht aufgekalkten Klärschlämmen beträgt ungefähr 8 %. Das Calcium ist

organisch gebunden und daher nicht sofort wirksam. Je nach eingesetzter Klärtechnik erfolgt

bei der Entwässerung eine Zugabe von Kalk in Form von Lösch- oder Branntkalk. Dadurch

steigt der Kalkgehalt auf ca. 40 % an. Eine Verschiebung des Boden-pH-Wertes hat einerseits

positive Auswirkungen auf die verminderte Löslichkeit von Schwermetallen, andererseits

kann es beim Überschreiten des optimalen pH-Wertes zu z.B. Manganmangelerscheinungen

in Sandböden kommen [KÖSTER, 1981].

In Abhängigkeit von der Bodenart werden aufgrund von Kalkauswaschung, Kalkentzug der

Pflanzen, sauren Niederschlägen, Anwendung physiologisch sauren Düngemittel etwa

300 - 500 kg/ha CaO pro Jahr verbraucht. Wird für die Entseuchung eine Kalkmenge von

ungefähr 20 % eingesetzt, gelangen bei einer maximalen Klärschlammmenge von

1,67 t/ha Trockensubstanz pro Jahr etwa 330 kg/ha Kalkhydrat auf die Fläche. Zufuhr und

Entzug stehen dadurch im Gleichgewicht und eine Überkalkung ist ausgeschlossen.

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Übersteigt die Kalkzugabe jedoch stark die 20 %, ist zu prüfen, ob dadurch nicht eine

Überkalkung des Bodens eintreten kann. Gegebenenfalls müssen die aufzubringenden

Klärschlammmengen reduziert werden. [PESCHEN, 1987]

Die Magnesiumgehalte im Klärschlamm sind davon abhängig, welcher Kalk eingesetzt wird.

Bei den Schlämmen, die mit Branntkalk konditioniert worden sind, steigt der Gehalt von

0,1 - 0,5 % MgO auf 5 - 7 % MgO an. Das Magnesium liegt in pflanzenverfügbarer Form vor.

Bei den gekalkten Klärschlämmen reicht das damit zugefügte Magnesium für den Bedarf aus.

Liegen jedoch die Magnesiumgehalte oberhalb von 15 %, wie es durch die Verwendung von

dolomitischem Branntkalk geschehen kann, so kann es zu einer Verschiebung des Ca/Mg-

Verhältnisses kommen. Das Gleichgewicht würde sich zu Gunsten des Magnesiums

verschieben und ein Calciummangel wäre die Folge. [JELENIC, 1986; ATV, 1996]

2.3.4 Schwermetalle

In jedem Boden sind von Natur aus Schwermetalle enthalten, diese werden durch Verwitte-

rung der Gesteine langsam freigesetzt. Durch Niederschläge und Staub-Depositionen gelan-

gen sie auf den Boden und die Pflanze. Ebenfalls können Erosion aber auch Überschwem-

mungen zu Anreicherungen von Schwermetallen in den Boden führen. Das heißt, je nach

Standort und Bodenbeschaffenheit sind die Gehalte im Boden sehr unterschiedlich. In Tabelle

2-10, in der Orientierungsdaten, die im einzelnen stark abweichen können, dargestellt sind, ist

der Normalbereich für Schwermetallgehalte des Bodens im Allgemeinen und für landwirt-

schaftlich genutzten Boden im Besonderen angegeben POLETSCHNY [1993]. Aber auch in

allen anderen Umweltmedien wie Luft und Wasser sind Schwermetalle in verschiedenen

Konzentrationen anzutreffen. Zwischen den Gehalten der städtischen und ländlichen Luft

bestehen zum Teil große Differenzen, insbesondere ist dies bei den Bleiwerten sichtbar, die in

Ballungsgebieten um den Faktor 100 höher liegen als im ländlichen Raum. Da Klärschlamm

einen Schwermetall-Pool darstellt, da dort die Reinigung der Abwasser der Haushalte,

Gewerbe und Oberflächenwasser erfolgt, ist es nicht verwunderlich, daß die Konzentrationen

höher liegen als in den anderen Umweltmedien, jedoch mit abnehmender Tendenz.

Auf landwirtschaftlich genutzten Böden gelangen Schwermetalle neben den bereits erwähnten

Eintragswegen auch über die Düngung von Wirtschafts- und Handelsdüngern (Tabelle 2-11).

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Tabelle 2-10: Schwermetalle in der Umwelt [eigene Darstellung nach POLETSCHNY, 1993;

CRAMER ET AL. 1981 und HASSELBACH, 1992]

Boden

Normal-

bereich 1

[mg/kg TS]

Boden

landwirt-

schaftlich

genutzt 2

[mg/kg TS]

Meer-

wasser 3

[mg/l]

Fluß-

wasser 3

[mg/l]

Luft

Rein/

Stadt 3

[ng/m3]

Staub-

Deposition

(naß und

trocken) 3

[mg/m2 •• a]

Klärschlamm

1993 4 2001 5

[mg/kg TS]

Pb 0,1-20 35 0,000003 0,0003 6/590 14-62 159 63

Cd 0,01-1,0 0,4 0,0001 0,0004 1/10 0,4-2,6 3 1,4

Cr 2-50 24 0,0002 0,001 0,3/15 91 46

Cu 1-20 15 0,0003 0,002 10/27 0,4-11 330 274

Ni 2-50 15 0,0006 0,0003 2/42 0,04-2,6 38 23

Hg 0,01-1,0 0,1 0,00002 0,00007 3/6 2 1

Zn 3-50 67 0,0006 0,0007 100-300 1318 809

1 CRAMER ET AL., 1981

2 POLETSCHNY, 1993, Mittelwert aus 18100 untersuchten Böden

3 HASSELBACH, 1992

4 POLETSCHNY, 1993, Mittlerer Gehalt von 6800 untersuchten Schlämmen

5 BMU, 2001, Königswasseraufschluß

Im Mineraldünger liegen die Schwermetallgehalte überwiegend im unteren Bereich. Eine

Ausnahme stellt das Cadmium dar, das im Rohphosphat enthalten ist. Durch veränderte

Importstrukturen des Rohphosphates und einer geringeren Phosphatdüngungsintensität konnte

der Cadmiumeintrag im Durchschnitt auf 3 g Cd pro Hektar und Jahr reduziert werden.

[SAUERBECK, 1985b] Nach neueren Angaben von LAVES ET AL. [1999] gelangen in

Sachsen durch Mineraldüngung nur noch 1,34 g Cd pro Hektar und Jahr auf landwirtschaft-

lich genutzte Flächen. Die Schwermetalle Kupfer und Zink sind sowohl im Klärschlamm

kritisch zu beurteilen, als auch in der Gülle und dort insbesondere in der Schweinegülle.

Tabelle 2-11: Jährliche Zufuhr an Schwermetallen durch eine ordnungsgemäße NPK-

Mineraldüngung, sowie vom Gesetzgeber festgelegte oder nach Richtwerten

empfohlene Menge an Gülle, Kompost und Klärschlamm [SEVERIN, 1991

in: TRITT, 1994]

NPK-

Mineral-

dünger

[g/ha •• a]

Rinder-

gülle

1,5 DE/ha

[g/ha •• a]

Schweine-

gülle

1,5 DE/ha

[g/ha •• a]

Hühner-

gülle

1,2 DE/ha

[g/ha •• a]

Kompost

100 kg

N/ha

[g/ha •• a]

Klär-

schlamm

1,7 t

[g/ha •• a]

Pb 28 29 12 14 941 148

Cd 6 0,9 0,8 0,5 7 5

Cr 45 15 11 14 166 63

Cu 19 114 374 132 448 540

Ni 17 9 12 12 92 45

Hg 0,2 0,05 0,05 2 4

Zn 132 585 1009 767 2251 1878

DE Dunkeinheit = 80 kg N (Gülleverordnung Niedersachsen)

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Im Boden und auch im Klärschlamm sind Schwermetalle an den funktionellen Gruppen der

Huminstoffe gebunden. Jedes Element weist daher eine unterschiedliche Bindungsstärke auf,

aber auch die Art der funktionellen Gruppen und der pH-Wert üben Einfluß aus. Je mehr

Schwermetalle bereits am Substrat gebunden sind, um so kleiner ist die Bindungsstärke. Die

Metalle untereinander konkurrieren ebenfalls um die Bindungsplätze, so dass ihre

Verfügbarkeit und Aufnahme unterschiedlich ist. Liegt eine geringe Sättigung im Boden vor,

steigt die Konzentration in der Bodenlösung auch bei einer starken Zunahme von

Schwermetallen nur gering an. Ist jedoch die Sättigungsgrenze erreicht, steigt die

Konzentration in der Bodenlösung stark an, da das Substrat keine weiteren Metallionen

aufnehmen kann. [STICHLER ET AL., 1987] Die Metalle mit der höheren Affinität, wie z.B.

Blei, werden bevorzugt gebunden. Metalle wie Zink, Nickel oder Cadmium mit einer

geringen Affinität werden leichter verdrängt und gehen in Lösung. In Versuchen mit Spinat

konnte STICHLER ET AL. [1987] zeigen, dass bei gleichem Angebot von Blei und Cadmium

der Spinat um so mehr Cadmium aufnahm, je höher die Bleigehalte wurden. Da im Boden

und im Klärschlamm eine Vielzahl von Schwermetallen vorliegen, empfiehlt er, nicht nur

Grenzwerte für einzelne Schwermetalle, sondern auch die kompetiven Verhältnisse

ausgedrückt als Sättigungs- bzw. Löslichkeitsgrad anzugeben.

Nach langjähriger Ausbringung von Klärschlamm auf den Boden, ist nur eine sehr geringe

Verlagerung von Schwermetallen in den Untergrund festgestellt worden. LÜBBEN [1993]

fand geringfügig höhere Gehalte unterhalb der Ackerkrume, wobei zwischen den mobilen und

weniger mobilen Elementen kein Unterschied bestand. Es wird angenommen, daß diese Ver-

lagerungen wahrscheinlich von Wurzeleinflüssen und Bioturbationen hervorgerufen werden.

Die Schwermetalle können unterschieden werden in die für die Pflanze essentiellen und nicht

essentiellen. Es gilt wie für alle anderen Nährstoffe auch die Dosis-Wirkungs-Beziehung. Bei

der Zufuhr von den essentiellen Metallen (Eisen, Kupfer, Zinn, Bor und Molybdän) steigt im

Mangelbereich der Ertrag an, im Optimalbereich ist keine Wirkung festzustellen, bevor es bei

einem Überschuß zu Ertragsdepressionen kommt. Diese äußern sich in Form von

Welkeerscheinungen, Nekrosen oder Chlorosen. Bei den nicht essentiellen Metallen wie

Chrom, Cadmium und Blei können geringe Konzentrationen toleriert werden, bevor es zu

Schädigungen an der Pflanze kommt. Bei einigen Pflanzen ist die Schädigung noch nicht zu

erkennen, jedoch würden bereits für Menschen und Tiere Gefahren durch den Verzehr

eintreten (vgl. Tabelle 2-12) [JELENIC, 1986].

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Tabelle 2-12: Transferkoeffizient Boden-Pflanze und kritische Konzentrationen von

Schwermetallen im Pflanzenmaterial [SAUERBECK, 1985a; KLOKE ET AL.

1984 in: SAUERBECK, 1985b]

Transfer-

Koeffizient

Boden-Pflanze 1

Pflanzen

Normalbereich 2

[mg/kg TS]

Pflanzen

kritisch für

Pflanzenwuchs

3 [mg/kg TS]

Pflanzen

kritisch für

Tierfutter 4

[mg/kg TS]

Pb 0,01-0,1 1-5 10-20 10-30

Cd 1-10 < 0,1-1 5-10 0,5-1

Cr 0,01-0,1 < 0,1-1 1-2 50-3000

Cu 0,1-1 3-15 15-20 30-100

Ni 0,1-1 0,1-5 20-30 50-60

Hg 0,01-0,1 < 0,1-0,5 0,5-1 >1

Zn 1-10 15-150 150-200 300-1000

1 Nur Größenordnung; im Einzelfall sind die Werte abhängig von Bodeneigenschaften und Pflanzenart

2 Stark abhängig von Bodentyp, Ausgangsgestein, Pflanzenart, -alter und -organ

3 Schwellenwerte, bei denen die Wachstumshemmung von besonders sensitiven Pflanzenarten beginnt

[SAUERBECK, 1985a]

4 Verschiedene Haustiere

GRÜN UND PUSCH [1990] aber auch SAUERBECK UND LÜBBEN [1991] konnten in

diversen Untersuchungen keinen linearen Anstieg zwischen den Boden- und Pflanzengehalten

feststellen. Jedes Metall weist unterschiedliche Boden-Pflanzen-Verhältnisse auf (siehe

Tabelle 2-12 Transfer-Koeffizient Boden-Pflanze). Blei, Chrom und Quecksilber sind in

normalen Böden sehr fest gebunden und werden von den dort wachsenden Pflanzen nur in

sehr geringen Konzentrationen aufgenommen. Cadmium und Zink werden dagegen im großen

Umfang von den Pflanzen aufgenommen. Die Aufnahme in die Pflanzen ist vergleichbar der

Mobilität der Schwermetalle im Boden entsprechend Cadmium, Zink > Kupfer, Nickel >

Chrom, Blei Quecksilber [SAUERBECK, 1995b].

Innerhalb der Pflanze ist die Verteilung der Schwermetalle nicht homogen. In den Wurzeln

findet eine Akkumulation der Schwermetalle statt, während sie in den oberirdischen Sproßteil

geringer ist. Hier sind sie in physiologisch besonders aktiven Pflanzenteilen transloziert

GRÜN UND PUSCH [1990]. Es besteht daher ein Konzentrationsgradient Wurzel > Blätter >

Sproß > unterirdische Speicherorgane > Früchte. Im Einzelfall können jedoch große

Abweichungen davon bestehen. [DELSCHEN, 1989] Je nach Sorte und Pflanzenalter kommt

es zu einer unterschiedlichen Aufnahmerate der Schwermetalle [SCHENKEL, 1994]

Faustzahlen über den Gehalt der Schwermetalle in Pflanzen sind in Tabelle 2-12 zu finden.

Cadmium und Zink reichern sich stark in den Wurzeln an. Dies könnte wie GRÜN UND

PUSCH [1990] vermuten, auf eine Wurzel-Sproß-Barriere zurückzuführen sein. Cadmium

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

und Zink besitzen eine hohe Bioakkumulation, insbesondere Cadmium ist schon in geringen

Konzentrationen für den Menschen toxisch, auch wenn die entsprechenden Futter-, bzw.

Nahrungspflanzen noch keine Ertragsdepressionen zeigen (Tabelle 2-12). Es ist daher bei

vielen Untersuchungen in den Vordergrund gerückt worden, da es über den Weg Boden-

Pflanze-(Tier)-Mensch aufgenommen werden kann und bei dem Menschen zu

gesundheitlichen Schäden führt. Bei den Schwermetallen Zink, Kupfer und Nickel ist es

umgekehrt, hier treten zunächst Pflanzenschäden auf, bevor Konzentrationen erreicht werden,

die für Tiere schädlich sind. In Immissionsgebieten sind daher oftmals Zinküberschüsse für

Pflanzenschäden verantwortlich. [SAUERBECK, 1985b]

Wie bereits oben erwähnt, stellt Klärschlamm ein Spiegelbild der in der Umwelt vorhandenen

Schwermetalle dar. Eine Entwicklung der Schwermetallgehalte im Klärschlamm über 20

Jahre zeigt Abbildung 2-4. Zusammengefaßt sind drei Datenreihen dargestellt, erstens die

Durchschnittswerte unterschiedlicher Erhebungen von Lehr- und Versuchsanstalten in

Deutschland ab dem Jahr 1977, zweitens die Ergebnisse des Lippeverbandgebietes für die

Jahre 1980 bis 1988 und drittens die gewogenen Schadstoffgehalte landwirtschaftlich

verwerteter Klärschlämme in Deutschland für die Jahre 1995 bis 1997. Seit 1977 ist bei allen

Schadstoffen die Konzentration im Klärschlamm gesunken. Bei einigen Schwermetallen ist

eine sehr starke Reduzierung zu beobachten wie z.B. beim Cadmium und Chrom, deren

gewogene Mittel von 1995 - 1997 weniger als 1/10 der Gehalte von 1977 betragen. Bei

anderen Metallen, wie beim Kupfer, konnte hingegen nur eine sehr geringe Reduzierung

erreicht werden, so dass 34 % des Grenzwertes der AbfKlärV ausgeschöpft werden. Eine

Ursache besteht u.a. in der Zunahme von Kupfer in der Installation. Trotz der Reduzierung

der Zinkgehalte in den vergangenen Jahren werden ebenfalls 33 % bzw. 42 % des

Grenzwertes der AbfKlärV erreicht.

Mit dem Erlaß der Klärschlammverordnung 1982 wurden Grenzwerte für die

Schwermetallkonzentrationen für den Klärschlamm und den Boden festgelegt. Gleichzeitig

wurden Forschungsprojekte u.a. das Verbundprojekt des Umweltbundesamtes 'Auswirkungen

von Siedlungsabfällen auf Böden, Bodenorganismen und Pflanzen' ausgeschrieben, in denen

die Grenzwerte auf ihre Richtigkeit hin überprüft werden sollten. Dies führte 1992 zu einer

Neufassung der Klärschlammverordnung, in der die Grenzwerte mit Ausnahme des Nickels

nach unten korrigiert wurden.

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Schwermetallgehalt [mg/kg Trockensubstanz]

Blei

200

400

600

800

1000

1200

1400

1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997

LUFA

GW-82

GW-92

Schwermetallgehalt [mg/kg Trockensubstanz]

Cadmium

1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997

LUFA

GW-82

GW-92

Chrom

200

400

600

800

1000

1200

1400

1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997

LUFA

GW-82

GW-92

Kupfer

200

400

600

800

1000

1200

1400

1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997

LUFA

GW-82

GW-92

Nickel

100

150

200

250

1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997

LUFA

GW-82

GW-92

Quecksilber

1977

1979

1981

1983

1985

1987

1989

1991

1993

1995

1997

LUFA

GW-82

GW-92

Zink

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997

LUFA

GW-82

GW-92

LUFA - Schwermetallgehalte in Klärschlämmen Durchschnittswerte

aus verschiedenen Erhebungen der Lufa Bonn, Münster,

Speyer, Karlsruhe, Kassel [ATV, 1996]

L - Lippeverbandsgebiet Jahresmittelwerte landwirtschaftlich

genutzter

Klärschlämme [BORTLISZ ET AL., 1989a]

D - Landwirtschaftlich verwerteter Klärschlamm in Deutschland

gewogen 1995 - 1997 [LAVES ET AL., 1999]

GW - Grenzwerte der AbfKlärV von 1982 bzw. 1992

Abb. 2-4: Schwermetallgehalte im Klärschlamm in mg/kg Trockensubstanz

[eigene Darstellung nach ATV, 1996; BORTLISZ ET AL.,1989a und LAVES

ET AL., 1999]

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

2.3.6 Organische Schadstoffe

In den Achtziger Jahren begann die Diskussion über die organischen Schadstoffe im

Klärschlamm. Im Oktober 1984 wurde erstmalig bei einem WHO-Expertentreffen, das sich

schwerpunktmäßig mit der Schwermetallproblematik befaßte, über die Belastung von

Klärschlämmen mit organischen Stoffen und deren gesundheitlichen Folgen diskutiert. Es

erfolgte eine Auflistung der Stoffe, deren Vorkommen im Klärschlamm bekannt waren bzw.

Tabelle 2-13: Organische Schadstoffe in Klärschlämmen

PCDD/PCDF: polychlorierte Dibenzodioxide und -furane, PCB: polychlorierte

Biphenyle, AOX: Summe der adsorbierten organisch gebundenen Halogene,

PAK: polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, B[a]p: Benz[a]pyren,

PCDD/F

[ng TE/kg TS] PCB (6)

[mg /kg TS] AOX

[mg /kg TS] PAK/B[a]p

[mg /kg TS]

Einzugsgebiet Neckar,

bezogen auf techn.

Gemische (n=290)

HAGENMAIER

1981/82 in:

OFFENBÄCHER,

1991

0,8-1,7

Ó6 PAK TrinkwV

Frisch- und Belebt-

schlamm: 2-20

Mittelwert: 9,7

Faulschlamm: 5-66

Mittelwert: 15,9

BRÜNE, 1985 Boden:

0,1 industriefern

100 industrienah

KS: B[a]p: 1,568

(n=30)

Acker: B[a]p: 0,016

(n=21)

Schlämme

verschiedener Herkunft

ALBERTI, 1987 in:

OFFENBÄCHER,

1981

Kommunal K1: 1,1

K2: 0,1

Gemischt IK: 0,7

Industriell I1: 1,2

I2: 4,8

Ó6 PAK TrinkwV

Kommunal K1: 4,3

K2: 4,1

Gemischt IK: 7,2

Industriell I1: 96

I2: 1,1

Untersuchung aus

Niedersachsen 1990-

1991

MERKEL, MATTER,

1994

Kalk > 120 kg

CaO/t (n=26)

Mittelwert: 30,

Median: 18

Kalk < 120 kg

CaO/t (n=103)

Mittelwert: 46

Median: 29

Kalk > 120 kg

CaO/t (n=201)

Mittelwert: 101,

Median: 79

Kalk < 120 kg

CaO/t (n=521)

Mittelwert: 200,

Median: 181

Untersuchungen aus

dem Rheinland

OFFENBÄCHER,

1991 und

POLETSCHNY, 1994

38,6 ± 9,7

(n=47) 0,16 ± 0,14

(n= 47) Mittelwert: 206

Median 192

(n=88)

Untersuchungen aus

Bremen

HÖPER, 1992 in:

POLETSCHNY, 1994

40,6

(n=9) 0,11

(n=22) 170

(n=4)

UBA, LESCHBER,

1993 < 50 (n= 65%)

<100 (n=80%)

> 200 (n=2%)

< 0,1 für die

Einzelkomponenten B[a]p

KS: 0,2-1,1

Boden: 0,03-0,3

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

mit deren Vorkommen zu rechnen war. [LESCHBER. 1993] Die erste größere Studie des

Umweltbundesamt über den Gehalt an Dioxinen und Furanen in Klärschlämmen wurde

1986/87 durchgeführt. [BUTZKAMM-ERKER UND MACH, 1990] Bei der Novellierung der

Klärschlammverordnung wurden 1992 erstmalig auch Grenzwerte für organische Schadstoffe

im Klärschlamm jedoch nicht für den Boden aufgenommen (vgl. Tabelle 2-5): Polychlorierte

Dibenzodioxide und -furane (PCDD/PCDF), Summe der adsorbierten organisch gebundenen

Halogene (AOX) und Polychlorierte Biphenyle (PCB). In Tabelle 2-13 sind

Klärschlammbelastungen mit organischen Schadstoffen unterschiedlicher Untersuchungen

dargestellt. Zum einen geben sie einen Eindruck, in welchen Größenordnungen die

verschiedenen organischen Schadstoffe im Klärschlamm anzutreffen sind, zum anderen

können die Ergebnisse unterschiedlicher Herkünfte verglichen werden.

PCDD/PCDF

PCDD und PCDF sind keine industriell hergestellten Chemikalien, sondern entstehen bei

thermischen Prozessen und bei chemischen Syntheseverfahren (Chlorphenole, PCB).

PCDD/PCDF sind ubiquitär in unserer Umwelt vorhanden, da sie weiträumig über den

Luftweg verteilt werden. Dies ist auch der Haupteintragspfad in den Boden, nur auf

Standorten, die mit sehr hohen Klärschlammgaben gedüngt worden sind, ist die Belastung auf

Klärschlamm zurückzuführen. [FÜHR ET AL., 1985; BUTZKAMM-ERKER, 1991] Bei

Untersuchungen des Lippeverbandes in Zusammenhang mit der Landesanstalt für Ökologie in

Nordrhein-Westfalen konnte eindeutig belegt werden, daß es bei einem

Konzentrationsvergleich zwischen beschlammten und unbeschlammten Böden zu keiner

Anreicherung mit PCDD/PCDF in Böden durch die landwirtschaftliche

Klärschlammverwertung gekommen ist. Zusammenfassend heißt es dort, daß die

immissionsbedingte "Grundlast Dioxin/Furan" im Boden ein geringeres Risiko birgt als in den

anderen Kompartimenten Luft und Wasser (Bioverfügbarkeit). [BORTLISZ ET AL., 1989a]

PCDD/PCDF sind im Boden weitgehend immobil. Es erfolgt eine Fixierung an Sedimente

aquatischer Systeme, die nur eine geringe vertikale Verlagerung im Boden aufweisen.

Horizontal wird PCDD/PCDF dagegen bei Erosionsvorgängen verfrachtet. Nur 0,1 % des

2,3,7,8- TCDD (Toxizitätsäquivalent Faktor 1,0), welches in einem kontaminierter Boden

vorlag, konnte in Landpflanzen bestimmt werden. [BORTLISZ ET AL., 1989a] Über den

Weg Klärschlamm - Boden - Pflanze - (Tier) - Mensch ist daher nicht mit einem Transfer von

PCDD/PCDF zu rechnen. [BUTZKAMM-ERKER, 1991]

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Erste Untersuchungen bezüglich des PCDD/PCDF-Gehaltes in Klärschlamm wurden von

HAGENMAIER und Mitarbeitern im Auftrag des Umweltbundesamtes durchgeführt. Es

wurden 26 Kläranlagen untersucht, dabei wurde eine Bannbreite von 28-1560 ng TE/kg

Trockensubstanz ermittelt. Aufgrund dieser Extremwerte veranlaßten mehrere Bundesländer

eigene Untersuchungen, und auch das Umweltbundesamt gab neue Untersuchungen in

Auftrag. Diese Ergebnisse fielen mit Konzentrationen zwischen 30-60 ng TE/kg TS

wesentlich positiver aus, wie aus Tabelle 2-13 hervorgeht. Nach einer Auswertung von ca.

300 Einzel- ergebnissen des Umweltbundesamtes lagen die Gehalte bei 65 % aller Proben

unter 50 ng TE/kg TS, 80 % unter 100 ng TE/kg TS und nur 2 % der Proben enthielten

Konzentrationen, die größer als 200 ng TE/kg TS waren. Dies führte dazu, daß das

Bundesumweltministerium den Grenzwert für PCDD/PCDF auf 100 ng TE/kg TS festlegte.

[LESCHBER, 1993]

PCB

Die Gruppe der polychlorierten Biphenyle sind unterschiedlich persistente niedermolekulare

organische Chemikalien, die ubiquitär im Boden nachweisbar sind. Da schon früh ihre

umweltschädigende Wirkung erkannt wurde, besteht ein Gebrauchsverbot der PCB's seit 1981

in der Bundesrepublik Deutschland und seit 1986 in der Europäischen Gemeinschaft.

Langfristig werden die PCB's an Bedeutung verlieren, trotzdem besteht der Grenzwert von 0,2

mg/kg Trockensubstanz für jede der sechs Verbindungen nach Ballschmiter [BORTLIZS, ET

AL., 1989a]. Der "Gesamt-PCB"-Gehalt ergibt sich aus der Summe der sechs Komponenten

Nr. 28, 52, 101, 138, 153, 180, multipliziert mit dem Faktor 5 [BUTZKAMM-ERKER, 1991].

Das Gebrauchsverbot führte zur Reduzierung der Gehalte im Boden und Nahrungsmitteln.

[FÜHR ET AL. 1985; BRÜNE, 1985] Es besteht jedoch weiter eine Grundbelastung von

weniger als 0,1 mg PCB/kg Boden bei Acker- und Grünland, der in industrienahen Böden auf

100 mg/kg Boden ansteigen kann. Äcker mit Klärschlammgaben können bis zu 1 mg PCB/kg

Boden enthalten, jedoch sind in der Regel die Konzentrationen geringer als 0,5 mg PCB/kg

Boden (vgl. Tabelle 2-14) [BUTZKAMM-ERKER, 1991]. Die Verdampfung aus Gewässern

ist ein Haupteintragsweg in die Umwelt. Die Belastung der kommunalen Klärschlämme liegt

dabei unterhalb derer industrieller Herkunft. Innerhalb einer längeren Periode sind die Gehalte

ziemlich konstant. [ALBERTI UND PLÖGER, 1986]. Für die Bodenbelastung spielt die Be-

lastung der Klärschlämme nur eine geringe Rolle. Die Pflanzenverfügbarkeit ist nach derzei-

tigem Kenntnisstand sehr gering. Nach SAUERBECK [1985a] und KAMPE UND SCHAAF

[1990] besteht keine Signifikanz zwischen den Bodenbelastungen und der Aufnahme der

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Tabelle 2-14: Polychlorierte Biphenyl (PCB) -Gehalte1 verschiedener Böden

[BORTLISZ ET AL., 1989b]

PCB

[µg/kg]

Acker/Grünland

Grundbelastung

(n=25)

[%]

Acker mit

Klärschlammgaben

(n=43)

[%]

Grünland in Über-

schwemmungsbereiche

n (n=25)

[%]

< 100 100 81,4 13,6

100 - 500 14,0 22,7

500 - 1000 4,6 22,7

> 1000 40,0

1 berechnet aus der Summe Nr. 28, 52, 101, 138, 153, 180 multipliziert mit 5

Pflanze an PCB. Innerhalb der Pflanze sind die Gehalte in der Blattmasse im Vergleich zu den

übrigen Pflanzenteilen höher. Dies kann zum einen durch den Lufteintrag verursacht werden,

aber auch durch eine erhöhte Ausgasung des Bodens. [BUTZKAMM-ERKER, 1991]

AOX

Der AOX-Wert dient als Indikator für die Summe der halogenierten, insbesondere chlorierten

Kohlenwasserstoffe. Tabelle 2-13 stellt die Ergebnisse einiger Untersuchungen dar. Im

Durchschnitt liegt der AOX-Wert bei 200 mg/kg TS und erreicht damit nur 40 % des

Grenzwertes von 500 mg/kg Klärschlamm-Trockenmasse. [LESCHBER, 1993]

In die Stoffgruppe der chlorierten Kohlenwasserstoffe gehören z.B. die Insektizide DDT,

seine Abbauprodukte DDE, Methoxychlor, Hexachlorcyclohexan (HCH), Endosulfan. Es sind

in erster Linie Kontakt- und Fraßgifte. Lindan, ein Isomer des HCH stellt aufgrund seines

hohen Dampfdruckes auch ein Atemgift dar. Die Insektizide haben eine große Dauerwirkung

aufgrund der geringen Flüchtigkeit und Wasserlöslichkeit. Da sie sich nur langsam abgebaut

werden, kommt es zu einer Anreicherung in der Nahrungskette. In der Bundesrepublik

Deutschland besteht seit 1972 ein Verbot für die Ein- und Ausfuhr, den Erwerb und die

Anwendung von DDT, aber weiterhin ist es im Boden und Klärschlamm nachweisbar, auch

wenn in den vergangenen Jahren die Konzentrationen weiter rückläufig sind. Da es weltweit

jedoch noch angewendet werden darf, können Lebens- und Futtermittel, die aus diesen

Gebieten importiert werden, weiterhin mit DDT belastet sein, wodurch eine fortlaufende

Belastung des hiesigen Klärschlammes nicht zu vermeiden ist. [HOFFMANN ET AL., 1985;

GELBERT ET AL., 1992]

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

PAK

Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) entstehen bei unvollständigen Ver-

brennungen von Kohlenwasserstoffen bei 500 bis 700 °C. Daher liegen die Winterkonzentra-

tionen in Städten höher als die Sommerkonzentrationen. PAK's sind ebenfalls ubiquitär vor-

handen, und einige Verbindungen haben sich in Tierversuchen als eindeutig krebserregend

erwiesen. [BRÜNE, 1985] PAK's werden im Boden insbesondere am Humus stark gebunden,

es findet jedoch im Gegensatz zu den PCB's ein Abbau im Boden statt. [BUTZKAMM-ER-

KER, 1991] In Tabelle 2-15 sind die Konzentrationen von Benz[a]pyren, das als Leitsubstanz

gilt für unterschiedliche Böden, zusammengestellt. Die Gehalte des Klärschlammes liegen

zwischen 0,2 bis 1,1 mg B[a]p/kg Trockensubstanz, wie auch aus der Tabelle 2-13 hervorgeht

[LESCHBER, 1993]. Für die Belastung des Bodens ist jedoch der atmosphärische Eintrag be-

deutender als der durch Klärschlamm. Die Pflanzenverfügbarkeit in Böden ist gering, Es be-

stehen keine signifikanten Zusammenhänge zwischen den Klärschlammgehalten, dem Boden

und der Aufnahme durch die Pflanzen. [BUTZKAMM-ERKER, 1991] Neben den hier vor-

gestellten Schadstoffen gibt es noch eine Vielzahl weiterer organischer Schadstoffe. Eine Ar-

beitsgruppe, die durch die Umwelt-Minister-Konferenz installiert wurde, beschäftigt sich mit

den "relevanten" Schadstoffen. Dazu wurden Datenblätter für einzelne Stoffe sowie für Stoff-

gruppen erstellt und beurteilt. Darin werden säuger- und humantoxische, sowie ökotoxische

Eigenschaften beurteilt. Neben dem allgemeinen chemisch-physikalischen Verhalten im

Boden spielt der Transfer Boden-Grundwasser bzw. Boden-Pflanze eine besondere

Bedeutung. Es werden die Gehalte von Klärschlämmen, die in die landwirtschaftliche

Verwertung gehen, zusammengestellt und die ermittelten Daten auf ihre Zuverlässigkeit

überprüft. Am Ende der Erhebung erfolgt eine Gesamtbewertung in drei Gruppen: vorrangig

relevant, nachrangig relevant und Stoffe mit Informationsbedarf. Die Stoffe, die der

Tabelle 2-15: Benz[a]pyren in Böden unterschiedlicher Herkunft, Relativzahlen

[BRÜNE, 1985]

Anzahl der Proben

Benz[a]pyren

Acker 21

• absolut [mg/kg Boden]

• relativ

0,016

Wiese 5 2

Kleingärten 26 4

Waldboden (Humusauflage) 9 7

Kompost 15 95

Klärschlamm 30 98

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Tabelle 2-16: Einstufung der bewerteten Stoffe, Stoffe der Gruppe I, Stoffe mit vorrangiger

Relevanz [LITZ, 1998]

PCDD/PCDF: polychlorierte Dibenzodioxide und -furane, PCB: polychlorierte

Biphenyle, AOX: Summe der adsorbierten organisch gebundenen Halogene,

PAK: polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe, B[a]p: Benz[a]pyren,

Stoff Säuger/Human-

Toxizität (akut) Ökotoxizität Wasserlöslich-

keit Persistenz Gehalte

PCDD/F

Einzelsubstanz/

Summenparameter

hoch kanzerogen aquatisch hoch

terrestrisch hoch

Bioakku. hoch

gering hoch gering

AOX

Summenparameter hoch,

Indikator

PCB

Einzelsubstanzen/

Summenparameter

mittel tumor-

promovierend,

immun-toxisch

aquatisch hoch

terrestrisch

mittel Bioakku.

hoch

gering hoch gering und

weiter

rückläufig

B[a]p

Einzelsubstanz

(PAK)

kanzerogen,

mutagen,

teratogen

hoch

Bioakku. hoch gering hoch hoch

LAS

(Lineares Alkyl-

benzolsulfonat)

mittel aquatisch hoch

terrestrisch

mittel Bioakku.

hoch

hoch, Erhöhung

der Mobilität

anderer

Schadstoffe

mittel hoch

Nonylphenol mittel, Verdacht

auf östrogene

Wirkung

aquatisch hoch

terrestrisch

mittel Bioakku.

hoch

hoch mittel hoch

Tributylzinnoxid hoch aquatisch hoch

terrestrisch hoch

endokrine

Wirkung

mittel hoch hoch

DEHP (Di-(2-

ethylhexyl)-

phthalat)

gering, Verdacht

auf östrogene

Wirkung

aquatisch mittel-

hoch

terrestrisch

gering Bioakku.

hoch

gering mittel hoch

Stoffgruppe I vorrangig relevant angehören sind in Tabelle 2-16 dargestellt. Inzwischen sind

bereits 44 verschiedene Stoffe und Stoffgruppen bewertet worden. [LESCHBER, 1998]

2.4 Initiativen zum umweltverträglichen Klärschlammeinsatz in der

Landwirtschaft

Die Umsetzung des umweltverträglichen Klärschlammeinsatzes in der Landwirtschaft kann

unterschiedlich gestaltet werden. Beispielhaft sollen zwei unterschiedliche Ansätze der

Bundesländer Schleswig-Holstein und Sachsen vorgestellt werden. Desweiteren sollen die

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Möglichkeiten des Klärschlammeinsatzes in Nordrhein-Westfalen aufgezeigt werden, die

aufgrund der Bodengehalte noch bestehen, Klärschlamm umweltverträglich auszubringen.

Die Ausgangslage in Schleswig-Holstein war, daß einige große Getreidemühlen in

Norddeutschland kein Getreide von mit Klärschlamm beschlammten Flächen abnahmen.

Ebenso erlaubten Ökoverbände auf den Feldern der Mitgliedsbetriebe sowie Kirchen und

Kommunen auf ihren eigenen Flächen keine Nutzung von Klärschlamm. Daraufhin haben

sich Vertreter des Umweltministeriums, des Landwirtschaftsministeriums, des Institutes für

Toxikologie der Christian-Albrecht-Universität Kiel, der Landwirtschaftskammer und ihrer

LUFA, eines Kreisumweltamtes sowie dem Vorsitzenden des Städtebundes zusammengesetzt

und über diesen Sachverhalt diskutiert. Als Ergebnis wurden einvernehmlich

vorsorgeorientierte Referenzwerte für Boden- und Klärschlammgehalte (Tabelle 2-17)

erarbeitet. Oberhalb dieser Referenzwerte für den Boden sollte keine Ausbringung von

Klärschlämmen und anderen belasteten Düngern erfolgen. Ebenso sollte kein Klärschlamm

landwirtschaftlich verwertet werden, der oberhalb des Referenzwertes für Klärschlamm liegt.

Tabelle 2-17 Beispiele unterschiedlicher Regelungen in Schleswig-Holstein und Sachsen

Grenzwerte

gem. AbfKlärV § 4

Referenzwerte

Schleswig-Holstein 2

Zulässige

Höchst-

konzentration

Sachsen 4

Boden

[mg/kg TS] Klärschlamm

[mg/kg TS] Boden

[mg/kg TS] Klärschlamm

[mg/kg TS]

As 4 3 30

Pb 100 900 30 300 200

Cd 1/1,5 1 10/5 1 0,6/0,8 1 3/4 1 1,5

Cr 100 900 30 300 200

Cu 60 800 30 400 200

Ni 50 200 20 50 50

Hg 1 8 0,4 3 2

Zn 150/200 1 2500/2000 1 100 1000 1000

AOX 500 200 250

PCB einzelne: 0,2

Summe: 1,2 einzelne: 0,01

Summe: 0,05 einzelne: 0,08

Summe: 0,4 Summe:0,6

PCCD/F 5 100 4 30 15

PAK/

B[a]p PAK: 1,0

B[a]p: 0,1 PAK: 8

B[a]p: 0,8

1 gem. § 4 Abs. 8, 11 und 12 AbfKlärV

2 HENNING ET AL., 1995

3 bodenartspezifisch abweichende Werte

4 Zulässige Höchstkonzentration des Förderprogrammes "Umweltgerechte Landwirtschaft" (UL) in Sachsen

[LAVES ET AL., 1999]

5 Einheit [ng TE/kg TS]

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Eine Verbesserung der Klärschlammqualität ist aus Gründen der Vorsorge zu veranlassen.

Die Einführung der Referenzwerte wird als erster Schritt dazu gesehen, eine Senkung der

Grenzwerte zu erreichen [HENNING ET AL., 1995].

Einen anderen Weg schlug das Land Sachsen ein, in dem seit 1993/94 das Förderprogramm

"Umweltgerechte Landwirtschaft" (UL) besteht. Eine Bestimmung des Förderprogrammes

besagt, daß kein Klärschlamm ausgebracht werden darf. [LÜTKE ENTRUP ET AL., 1998].

Um jedoch Klärschlämme und Bioabfälle mit verminderten Schadstofffrachten auch

landwirtschaftlich zu nutzen, wurde 1999 ein neues UL-Förderprogramm aufgelegt, in dem

neue Höchstkonzentrationen für Klärschlamm entsprechend Tabelle 2-17 gelten. Neben der

Verringerung der Konzentrationen ist auch die Ausbringungsmenge von 1,7 t TS/ha«a auf

1 t TS/ha«a reduziert worden. Durch diese Maßnahmen erreichen die Höchsteinträge nur noch

9 - 24 % der Höchstmenge der Klärschlammverordnung. Durch die verschärften Regelungen

sollen bei der Nutzung von Sekundärrohstoffdünger Anreize und Garantien für eine hohe

Qualität gegeben werden und eine nachhaltig ökologisch verträgliche Abfallverwertung

umgesetzt werden [LAVES ET AL., 1999].

Um den Grundsätzen der ordnungsgemäßen Düngung zu entsprechen, sind die vorhandenen

Nährstoffmengen des Bodens bei der Düngeplanung zu berücksichtigen. Für den Nährstoff

Phosphat liegen Untersuchungsergebnisse der Böden in Nordrhein-Westfalen vor. Auf der

Grundlage der Jahre 1991 bis 1994 sind die Ergebnisse der LUFA-Bodenuntersuchungsergeb-

nissen von WERNER UND BRENK [1997] ausgewertet worden. Die Berechnungen erlauben

Aussagen über die aktuelle P-Versorgung der Böden in Nordrhein-Westfalen zu treffen.

Abbildung 2-5 stellt die kumulierte Häufigkeitsverteilung der Phosphatgehalte aller

untersuchten Proben dar, sie sind getrennt für Acker- und Grünland. Beim Grünland liegt das

Maximum in der Gehaltsklasse C (10 - 18 mg P2O5/100 g Boden = 4,4 - 7,9 mg P/100 g

Boden), wogegen beim Ackerland über 80 % der Proben der Gehaltsklasse D (19 - 32 mg

P2O5/100 g Boden = 8,3 - 14,0 mg P/100 g Boden) zuzuordnen sind. Die niedrigen

Gehaltsstufen A und B sind insbesondere beim Ackerland kaum anzutreffen, dem steht eine

erheblich größere Anzahl von Proben der Gehaltsklasse E gegenüber.

Werden die Phosphatgehalte der Ackerflächen gemeindebezogen umgerechnet, erhält man für

Nordrhein-Westfalen die folgende Verteilung der Phosphat-Gehalte (Abbildung 2-6). Durch

die gemeindebezogene Berechnung sind die Gehaltsklassen A, B und E entfallen, alle

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Abb. 2-5: Verteilung der Phosphatgehalte der vorliegenden Bodenuntersuchungs-

ergebnisse [WERNER UND BRENK, 1997]

Ackerböden sind in den Gehaltsklassen C und D wiederzufinden. Die Gehalte zwischen

22 - 28 mg P2O5/100 g Boden (9,6 -12,2 mg P/100 g Boden) sind am häufigsten anzutreffen,

insbesondere in den viehhaltungsintensiven Regionen von Nordrhein-Westfalen wie z.B. im

Münsterland. Dagegen weisen Gemeinden des Rheinlandes, des Sauerlandes und Gemeinden

aus der Region Ostwestfalen/Lippe geringere Gehalte der Klasse C auf. Allgemein kann

jedoch festgestellt werden, daß die Böden gut bis sehr gut mit Phosphat versorgt sind. Daher

ist Phosphat inzwischen bei der Suche nach geeigneten Böden für die landwirtschaftliche

Verwertung von Klärschlamm zum limitierenden Faktor geworden.

Die anfallenden Phosphatmengen der Sekundärrohstoffdünger wurden dem P-Restbedarf

unter Berücksichtigung der aktuelle Phosphat-Versorgung der Böden gegenüber gestellt, um

das Verwertungspotential (Abbildung 2-7) zu bestimmen. Dieses gibt einen Einblick, welche

Gemeinden in Nordrhein-Westfalen noch freie Kapazitäten besitzen um Klärschlamm auf den

landwirtschaftlichen Nutzflächen zu verwerten. Bei einer regionalen Verwertung weisen mehr

als die Hälfte aller Gemeinden in Nordrhein-Westfalen keine weiteren Verwertungsmöglich-

keiten für Sekundärrohstoffdünger auf. Dies gilt insbesondere für die viehstarke Region des

Münsterlandes, aber auch für gemischt landwirtschaftliche Strukturen oder auch für Regionen

mit intensiver Milchviehhaltung, wie das Bergische Land. Dagegen weisen Gemeinden der

Köln-Aachener Bucht und in Ostwestfalen zusätzliche Verwertungpotentiale von Sekundär

rohstoffdüngern auf. Das bedeutet für die umweltverträgliche Klärschlammverwertung, daß

eine Vielzahl von landwirtschaftlichen Flächen von vornherein ausgeschlossen sind.

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Abb. 2-6: Phosphat-Versorgung der Ackerböden Nordrhein-Westfalens

[WERNER UND BRENK, 1997]

Da die Berechnungen jedoch auf Gemeindeebene durchgeführt wurden, wird es möglich sein,

daß auch in Gemeinden, in denen laut Abbildung kein Verwertungspotential besteht,

landwirtschaftliche Flächen zur Verfügung stehen. Um hier eine umweltverträgliche

Verwertung von Klärschlamm durchzuführen, ist eine gute Planung notwendig. Die

Nährstoffgehalte der Böden sowie des Klärschlammes müssen dazu regelmäßig bestimmt

werden und in der Düngeplanung Berücksichtigung finden. Andererseits wird man auch in

den Regionen mit einem Verwertungspotential von größer als 100 % Flächen vorfinden, auf

2 Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm

Abb. 2-7: Verwertungspotential für Sekundärrohstoffdünger in Nordrhein-Westfalen

(Prozent der lokal anfallenden Mengen - SZ 1 b: bei Berücksichtigung der

Phosphat-Versorgung der Böden [WERNER UND BRENK, 1997]

denen keine umweltverträgliche Ausbringung erfolgen kann, da die Bodengehalte oder

Klärschlammgehalte den Anforderungen nicht genügen.

3 Material und Methode

Phosphat ist ein limitierender Faktor für eine umweltverträgliche Klärschlammausbringung in

der Landwirtschaft. Auf vielen Böden von Nordrhein-Westfalen ist daher eine Nutzung nicht

mehr oder nur eingeschränkt möglich. Für die nutzbaren Böden stellt sich die Frage,

inwieweit die Phosphat-Wirkung des Klärschlammes vergleichbar der von mineralischen

Düngern ist.

3.1 Versuchsfaktoren

In einem Gefäßversuch soll die P-Wirkung von Klärschlamm in Abhängigkeit von der

P-Fällung und vom Substrat untersucht werden. Es wird ein Gefäßversuch gewählt, da hier

unter kontrollierten Bedingungen erste Untersuchungen modellhaft durchgeführt werden

können. Im Vergleich zum Freiland steht den Pflanzen in den Gefäßen weniger Boden zur

Verfügung, dies hat zur Folge, daß der Boden eine wesentlich höhere Durchwurzelungsdichte

aufweist und der P-Vorrat stärker ausgeschöpft werden kann. Da alle anderen Nährstoffe

optimal angeboten werden können und mehrere Ernten pro Jahr durchführbar sind, ist in einer

relativ kurzen Zeitspanne eine Bewertung des Konzeptes möglich. BOGUSLAWSKI UND

LACH [1973, in: WENDT, 1991] sind der Meinung, daß vier Ernten im Gefäßversuch zu

einem annähernd gleichen P-Entzug pro Einheit Boden führen wie 16jährige Feldversuche.

3.1.1 Klärschlamm

Für den Gefäßversuch haben drei Klärwerke im Kreis Soest jeweils einen flüssigen und einen

stichfesten Klärschlamm zur Verfügung gestellt. Laut Klärschlammverordnung müssen die

Klärschlämme im regelmäßigen Abständen untersucht werden. Für die Zeiträume Frühjahr

1995 und 1996, in welchen der Klärschlamm bei den Kläranlagen abgeholt worden ist, liegen

die Auszüge aus den Untersuchungsprotokollen von fünf der sechs eingesetzten

Klärschlämme in der Tabelle 3-1 vor. Von der flüssigen Klärschlamm-Variante 3 ist kein

Untersuchungsergebnis beigefügt worden. Die stichfeste Klärschlamm-Variante 5 ist vor der

Kalkung auf dem Schlammstapelplatz für den Gefäßversuch von der Kläranlage abgeholt

3 Material und Methode

Tabelle 3-1: Ergebnisse der Klärschlammuntersuchungen nach Klärschlammverordnung

(LIPPEVERBAND, 1995 und 1996; RUHRVERBAND, 1995 und 1996;

INGENIEURBÜRO SOWA, 1995 und 1996)

Varianten Einheit Grenz-

wert 2 4 5 1 6 2 7

Trockensubstanz % 3,0-3,2 2,5-3,4 32,4 18,2-20,1 31,5

pH-Wert 7,5 7,6-7,9 12,0 7,2-7,6 7,4

Basisch wirksame Stoffe

(als CaO) % 8,4-9,3 8,8-12,9 19,4 4,8-6,5 14,0

Nährstoffgehalt in der Frischsubstanz

Organische Substanz % 1,5-1,6 1,0 13 10,4-10,9

Gesamtstickstoff (N) % 0,22 0,10-0,14 0,80 0,72-0,79 0,76

Ammoniumstickstoff

(NH4-N) % 0,12-0,14

(als N) 0,05-0,08 0,10

(als N) 0,13 0,16

Phosphat (P2O5) % 0,15-0,18 0,17-0,20 1,34 1,4-1,5 1,7

Kaliumoxid (K2O) % 0,02 0,01 0,08 0,022-

0,053 0,04

Calciumoxid (CaO) % 0,20-0,26 0,26-0,34 6,00 0,96-1,2 4,3

Magnesiumoxid (MgO) % 0,02 0,03-0,04 0,20 0,048-

0,058 0,32

Nährstoffgehalt in der Trockensubstanz

Organische Substanz % 49,5-50,4 40,5-40,5 40,7 54,2-56,9 34,7

Gesamtstickstoff (N) % 6,99-7,36 4,2 2,47 3,9-4,0 2,5

Ammoniumstickstoff

(NH4-N) % 4,16-4,33

(als N) 1,9-2,3 0,31

(als N) 0,64-0,71 0,54

Phosphat (P2O5) % 4,59-6,00 5,9-6,4 4,14 6,9-8,0 5,4

Kaliumoxid (K2O) % 0,76-0,78 0,39-0,40 0,25 0,11-0,29 0,14

Calciumoxid (CaO) % 6,72-8,16 9,9-10,0 18,5 4,8-6,5 14

Magnesiumoxid (MgO) % 0,69-0,78 1,2 0,62 0,26-0,29 1,0

Schwermetalle

Blei (Pb) mg/kg 900 167-269 <5 209 94-100 <5

Cadmium (Cd) mg/kg 10/5 3 1,4-1,6 1,0 1,6 2,3-4,4 <1

Chrom (Cr) mg/kg 900 47-53 63-70 32 39-66 61

Kupfer (Cu) mg/kg 800 257-272 77-81 244 720 77

Nickel (Ni) mg/kg 200 24-27 27-31 29 30-31 30

Quecksilber (Hg) mg/kg 8 1,0-1,8 0,5-0,6 1,1 0,74-1,3 <0,5

Zink (Zn) mg/kg 2500/

2000 3 818-924 490-500 861 710-740 440

Organische Schadstoffe

AOX 4 mg/kg 500 174-233 95-96 199 190-210 90

PCB Nr. 28 mg/kg 0,2 0,01 0,01-0,02 0,01 <0,01

PCB Nr. 52 mg/kg 0,2 0,01-0,02 <0,01-0,02 0,01 <0,01

PCB Nr. 101 mg/kg 0,2 0,02 <0,01-0,01 0,02 <0,01

PCB Nr. 138 mg/kg 0,2 0,03-0,06 <0,01-0,01 0,03 <0,01

PCB Nr. 153 mg/kg 0,2 0,03-0,06 <0,01-0,01 0,03 <0,01

PCB Nr. 180 mg/kg 0,2 0,02-0,04 <0,01-0,01 0,02 <0,01

PCDD, PCDF ng TE/kg 100 18-30 <0,01-0,01 30 <0,01

1 Untersuchung ist von Faulschlamm, der auf dem Schlammstapelplatz nachgekalkt wurde. Für den Versuch

wurde jedoch ungekalkter Klärschlamm eingesetzt.

2 vom Klärschlamm flüssig P-Fällung mit Natriumaluminat (Variante 3) liegen eine Untersuchungsergebnisse

vor.

3 Hoher Wert gemäß § 4 Abs. 11 und 12 AbfKlärV, niederer Wert gemäß § 4 Abs. 12 Satz 2 AbfKlärV.

4 AOX = Ads. org. geb. Halogene

3 Material und Methode

worden. Dies wird an Hand des pH-Wert deutlich, der im eingesetzten Klärschlamm bei

pH = 6,8 und im Untersuchungsprotokoll einen pH-Wert = 12 aufweist.

Die Nährstoffgehalte der drei Kläranlagen liegen überwiegend in der Spannbreite, die auch im

Durchschnitt die Klärschlämme im Zeitraum 1986 - 1990 aufweisen. Die Gesamtstickstoff-

gehalte des flüssigen Klärschlammes (Variante 2) liegen mit ca. 7 % N in der TS verhältnis-

mäßig hoch, bei der stichfesten Variante 5 (ca. 2,5 % N in der TS) ist dann der Stickstoff im

abgepreßten Wasser und nicht mehr im Klärschlamm zu finden. Bei den Ammoniumgehalten

ist der Unterschied zwischen flüssigen und stichfesten Klärschlämmen noch ausgeprägter.

Bei den Schwermetallgehalten sind die größten Unterschiede zwischen den Klärschlämmen

festzustellen. Während bei den Gehalten des Klärwerkes III (Variante 4 und 7) sehr geringe

Konzentrationen vorliegen, die zum Teil unterhalb der Bodengrenzwerte liegen, sind sie bei

den Klärschlämmen der anderen beiden Kläranlagen wesentlich höher. Insbesondere bei der

Klärschlamm-Variante 6 liegt der Kupfer-Gehalt mit 720 mg/kg nahe des Grenzwertes von

Tabelle 3-2: Übersicht der Varianten beider Anlagen

Var. P- P-Fällung in der 1995: Anlage 1 1996: Anlage 2

Angebot Kläranlage TS

[%[

P2O5-

Gehalt

in TS

[%]

P-Ge-

halt

in TS

[%]

P2O5-

Gehalt

in TS

[%]

P-

Gehalt

in TS

[%]

1 Kontrolle - - - - - -

2 KS I

flüssig P-Fällung mit Eisen

(Fe3+) 3,03

5,02 2,19 3,50

5,20 2,27

3 KS II

flüssig P-Fällung mit

Natriumaluminat 4,46 7,69 3,36 3,65 8,86 3,87

4 KS III

flüssig P-Fällung mit Eisen

(Fe3+), Zugabe von

CaO

3,30 6,27 2,74 3,50 5,13 2,24

5 KS I

stichfest P-Fällung mit Eisen

(Fe3+) 33,80 3,89 1,70 31,30 5,13 2,24

6 KS II

stichfest P-Fällung mit

Natriumaluminat 20,20 7,76 3,39 17,70 9,07 3,96

7 KS III

stichfest P-Fällung mit Eisen

(Fe3+), Zugabe von

CaO

26,00 5,86 2,56 29,20 4,56 1,99

8 D: Super-

phosphat 18,00 7,86 18,00 7,86

9 D: Hyper-

phos 31,00 13,54 31,00 13,54

KS - Klärschlamm, D - Dünger, mineralisch

3 Material und Methode

Tabelle 3-3: Fraktionierung der Klärschlämme [mg P/100 g Boden] und pH-Wert

Darstellung der Fraktionen, die pro 100 g Boden den Varianten zu Beginn des

Versuches zugefügt wurde, Mittelwert der 2 Anlagen

Varianten Gesamt-P Fe/AL-P Ca-P Org. P Rest-P pH-Wert

2 4,85 1,6 2,7 0,3 0,25 6,8

3 4,85 1,7 2,3 0,2 0,65 7,0

4 4,85 1,6 1,9 0,3 1,05 8,7

5 4,85 1,6 2,5 0,4 0,35 6,8

6 4,85 1,6 2,0 0,2 1,05 6,8

7 4,85 1,5 2,5 0,2 0,65 8,4

800 mg/kg. Auch bei den Organischen Schadstoffen weist die Kläranlage III die geringsten

Gehalte auf, die für die sechs Einzelsubstanzen der Polychlorierten Biphenyle und der

Dioxine/Furane bei 0,01 mg/kg liegen. Bei der Kläranlage I (Varianten 2 und 5) liegen die

Einzelkomponenten der Polychlorierten Biphenyle im Vergleich leicht erhöht, jedoch sind die

Dioxin/Furan-Gehalte von 18 - 30 ng TE/kg sehr viel höher. Somit entsprechen die

Klärschlämme alle den Vorgaben der Klärschlammverordnung § 4, Abs. 10, 11 und 12

AbfKlärV. Es sind keine Überschreitungen der zulässigen Schadstoffgehalte ermittelt worden,

so dass sie alle für die landwirtschaftliche Verwertung zur Verfügung stehen können.

In den Klärwerken sind verschiedene P-Fällungs-Methoden in den Reinigungsprozess

integriert. Im Klärwerk I erfolgt die P-Fällung mit Eisen-III-Chlorid-Lösung (FeCl3). Im

Klärwerk II war die Phosphorelimination als Simultanfällung installiert. Das Fällmittel

Natriumaluminat (NaAlO2) wurde für die Schwachlastbelebung im Zulauf zur B-Stufe

(AB-Verfahren) zugegeben. In der Kläranlage III erfolgt die Phosphatelimination simultan im

Belebungsbecken unter Zugabe von 40 % Eisen- III-Chlorid-Lösung (FeCl3). Nach der

P-Fällung wird zur Stabilisierung eine Kalkung des Klärschlammes mit Branntkalk (CaO)

durchgeführt (Tabelle 3-2). Da im Boden festgestellt werden sollte, in welchen Fraktionen das

Phosphat im Boden vorliegt, wurde die Fraktionierung nach KURMIES [1971] (vgl. 3.5

Analyse) sowohl für den Boden als auch für den Klärschlamm durchgeführt (Tabelle 3-3).

3.1.2 Standort

Für die Untersuchungen sind zwei Böden unterschiedlicher Bodenarten aus Nordrhein-

Westfalen ausgewählt worden, deren Phosphat-Gehalte im Durchschnitt der Gemeinden von

Nordrhein-Westfalen liegen (vgl. Abbildung 2-6). Der erste Standort liegt in Hörstel, Kreis

3 Material und Methode

Steinfurt und wird als Grünland genutzt. Der zweite ackerbaulich genutzte Standort ist

Merklingsen im Kreis Soest. Beide Standorte liegen am nördlichen bzw. südlichen Rand der

Westfälischen Bucht, die mit ca. 9000 km2 der zweitgrößte natürliche Großraum Westfalens

ist (vgl. Abbildung 2-1).

3.1.2.1 Beschreibung der Böden

Die Stadt Hörstel liegt 40 bis 145 m über NN am 52° 16' Breiten- und 7° 36' Längengrad.

Verkehrsgeographisch liegt Hörstel an dem Abzweig des Mittellandkanales vom Dortmund-

Ems-Kanal, der im Süden der Stadt verläuft, im Norden fließt die Hörsteler Aa an der Stadt

vorbei. Für den Kraftfahrzeugverkehr ist Hörstel im Süden an die Bundesautobahn A 30

angeschlossen, die Bundesstraße B 65 kreuzt in Ost-West-Richtung die Stadt.

Der Dortmund-Ems-Kanal verläuft südlich des Höhenrückens des Osning. In Bevergern, ein

Stadtteil von Hörstel, schneidet der Mittellandkanal den Osning und fließt weiter in Richtung

Nordosten. [MUSS UND SCHÜTTLER, 1969] Der Osning-Sandstein entstand in der

Unterkreide als ein marines Küstensediment. Er ist ein heller, gelblich oder braungefärbter

Stein, der oftmals kreuzgeschichtet ist und sowohl tierische als auch pflanzliche Fossilien

enthält. Er erreicht eine Mächtigkeit von 10 m an der südlichen Egge und bis zu 1500 m am

Teutoburger Wald. Bei Bevergern besteht der Osning aus einer schmalen niedrigen, aber

markant ansteigenden Schichtrippe aus steilgestellten, intensiv rotbraunen verwitterten

Sandsteinen (Dörenther Sand) [MUSS UND SCHÜTTLER, 1969, HESEMANN, 1975]

Nach dem Rückzug des Meeres entstand in der Münsterländer Oberkreidebucht ein Tiefland,

das von einem nach Westen entwässernden Flußsystem überzogen war. Es entstand ein

flaches Relief mit breiten Tälern und tiefen Rinnen, die als Ergebnis eiszeitlicher Flüsse

angesehen werden können. Im Nordosten wird die im wesentlichen altpleistozäne

Erosionslandschaft durch den Teutoburger Wald beschränkt. Es bildeten sich jedoch in der

Hügellandschaft verschiedene Durchlässe. Im allgemeinen sind sie 100 - 300 m breit, das

"Tor" von Bevergern erreicht jedoch eine Breite von 2 km [HESEMANN, 1975].

Merklingsen liegt in der Gemeinde Welver im Kreis Soest. Es liegt ca. 2 km nördlich der

Bundesstraße B1, dem Hellweg. Der Kreis Soest liegt zwischen dem 52° 25' und 51° 44'

3 Material und Methode

nördlicher Breite und zwischen der 7° 50' und 8° 15' östlichen Länge des Regierungsbezirkes

Arnsberg, wobei Merklingsen im westlichen Teil des Kreises liegt [LUCAS, 1974 in

ADRIAN, 1996] Ein Seitenarm der Ahse, der in die Lippe mündet, fließt durch Merklingsen.

Zu Beginn der Oberkreide erweiterte sich das Großbecken zu einem ausgedehnten

kontinentalen Flachmeer, das Münsterland lag nun unter dem Meeresspiegel, wodurch

Grünsande (Soester Grünsand), Kalke, Plankalke und Mergel entstanden [SCHMIDT, 1990]

Das Leitmineral des Grünsandsteines ist das Glaukonit, ein Kalium-Aluminium-Eisenmineral

(chemisch) bzw. ein Hydroglimmer (mineralogisch). Wahrscheinlich wegen der annähernd

gleichen Atomradien von Aluminium, Silicium und Eisen aus Sedimenten kam es zur

Herauslösung und Ausfällung der Kationen. Der Soester Grünsand ist ein frisch giftgrüner

und kalkiger Sandstein. [HESEMANN, 1975]

Die heutige Morphologie der Münsterschen Bucht entstand aus einer altpleistozänen

Erosionslandschaft mit Schichtstufenentwicklungen sowohl entlang ihres Süd- und Ostrandes

(Haarstrang und Egge-Gebirge) als auch in ihrem Zentrum (Baumberge und Beckumer

Berge). Die Münsterländer Oberkreidemulde ist weitestgehend gekennzeichnet durch

verschieden mächtige Lockerablagerungen des Mittel- und Jungpleistozän.

Den südlichen Rand der Westfälischen Bucht stellt der Haarstrang oder Hellweggebiet dar.

Dieser wird untergliedert in mehrere Klein-Naturräume: südliche Haar, Haarhöhe,

Oberhellweg und Niederhellweg [TIMMERMANN, 1955 in: HOHNVEHLMANN, 1963].

Merklingsen liegt im Niederhellweg oder auch Niederbörde bezeichneten Gebiet, das eben bis

flachwellig mit einer Höhenlage zwischen 80 und 100 m NN liegt. Die Böden der

Niederbörde stehen im Gegensatz zu den Böden der Oberbörde unter Grundwassereinfluß. In

der Niederbörde sind die Schichten der Oberkreide Cenoman, ein fester grauer Kalkmergel,

Turon, braungelben und dunkelgrünen Kalk- und Sandsteinen und Coniac (früher Emscher),

ein wasserundurchlässiger, hellgrauer Tonmergel zu finden. Die Lößauflage im Hellwegtal

erreicht eine Mächtigkeit von 5 - 8 m.

Im Versuchsgut Merklingsen ist die verbreitetste Bodenart eine Pseudogley Parabraunerde

aus Löß. Als Folge der Tondurchschlämmung stehen die Böden unter Einfluß des

Stauwassers. Durch die Einwaschung von Calcium- und Magnesiumcarbonaten tritt eine

Versauerung ein. Die obersten 30 cm des Ap-Horizontes sind geprägt von einem braunen bis

3 Material und Methode

Tabelle 3-4: Allgemeine bodenchemische und -physikalische Eigenschaften des

Standortes Versuchsgut Welver-Merklingsen [ADRIAN, 1996]

C/N-Verhältnis

Gesamt N (0-30 cm) 13/1 - 15/1

0,98 - 1,61 %

Luft-und Wasserdurchlässigkeit

Gesamtporenvolumen

"Luftporen" Grobporen

Rohdichte

mittel - gering

43 - 46 Vol. %

9 - 12 Vol. %

1,4 - 1,6 Vol. %

nutzbare Feldkapazität (0 - 100 cm)

Totwasser pf > 4,2 (0 - 100 cm)

Feldkapazität (0 - 100 cm)

220 mm

95 mm

315 mm

grauen, schwach humosen und mittel tonigen Schluff und einem Subpolyedergefüge der zur

Verschlämmung neigt. Die folgenden 15 cm - ein AlS-Horizont - sind gekennzeichnet von

mittel bis stark tonigem Schluff und bereits leichten Staunässeerscheinungen. Ab ca. 45 cm

schließt sich der BtSd und ab ca. 80 cm der BtSw -Horizont an. Die Bodenhorizonte besitzen

ein Polyedergefüge und bestehen aus stark tonigem Schluff, der obere Horizont weist Rost-

und Bleichflecken auf, der untere ist dicht gelagert und staunaß. Der Boden ist durch die

wechselnden Wassergehalte geprägt und gewährleistet in trockenen Jahren eine sichere

Wasserversorgung. Die Böden weisen eine gute Nährstoffversorgung auf und besitzen eine

gute Fruchtbarkeit mit Bodenzahlen um 70. Die Schwermetalluntersuchungen ergaben, daß

alle Schwermetallgehalte unterhalb der Grenzwerte für Böden der Klärschlammverordnung

Tabelle 3-5: Witterungsverlauf im Kreis Soest und Kreis Steinfurt

langjähriges Mittel

Monat Lufttemperatur

[°C] 1 Niederschläge

[mm] 2

Kreis

Steinfurt Kreis

Soest Kreis

Steinfurt Kreis

Soest

Januar 1,2 1,6 58 60

Februar 1,4 1,8 45 46

März 4,2 4,8 51 56

April 8,2 8,2 52 55

Mai 12,4 12,7 50 66

Juni 15,4 15,5 63 80

Juli 17,1 17,4 77 81

August 16,7 16,9 77 73

September 13,4 14,1 81 68

Oktober 9,9 10,1 63 54

November 5,3 5,5 55 63

Dezember 2,4 2,7 54 64

langj. Mittel 9,0 9,1 681 722

1 Erdbodentemperatur, es wird die Temperatur 5 cm über dem Boden gemessen, Durchschnittswert des Monats

2 Summe der Niederschläge eines Monats

3 Material und Methode

AbfKlärV 1992 liegen. [ADRIAN, 1996] Weitere Kenndaten bodenchemischer und

-physikalischer Eigenschaften des Standortes Merklingsen sind der Tabelle 3-4 zu entnehmen.

Das Grünland in Hörstel steht aufgrund der gesetzlichen Bestimmungen der Abfallverordnung

nach AbfKlärV § 4 (4) nicht als Standort für eine Klärschlammverwertung zur Verfügung,

weitere Daten sind daher nicht erhoben worden.

Die langjährigen Mittel sowohl der Niederschläge als auch der Lufttemperaturen sind bei

beiden Standorten mit ca. 9 °C bzw. ca. 700 mm gleich. Auch sind keine großen

Abweichungen bei den Mittelwerten bzw. Summenwerten innerhalb der Monate festzustellen,

wie aus Tabelle 3-5 hervorgeht.

3.1.2.2 Bodenkundliche Kennzeichnung der Substrate

Als Substrat (Tabelle 3-6) wurde Ah-Material des Hörsteler Sandbodens und Material aus dem

Ap-Al-Horizonten einer Pseudogley Parabraunerde aus Löß vom Versuchsgut Merklingsen

eingesetzt. Der Boden aus Hörstel ist ein reiner Sandboden (S), der leicht bearbeitbar ist und

aufgrund seines hohen Sandanteils eine hohe Durchlässigkeit aufweist. Die Korngrößenfrak-

tion Mittelsand (0,2-0,63 mm Äquivalentdurchmesser ÄD), die einen Anteil von größer 50 %

aufweist, ist am stärksten vertreten, gefolgt von der Feinsandfraktion (0,063-0,2 mm ÄD) mit

Tabelle 3-6: Allgemeine Bodenkenndaten

Prüfparameter Einheit Sand, 1995/96 Löß, 1995 Löß, 1996

pH-Wert 5,7 6,4 6,7

Kalium 1 mg K2O/100 g Boden

Gehaltsklasse 3

B 16

C 26

Magnesium 2 mg Mg/100 g Boden

Gehaltsklasse 4

C 5

C 7

Humus im

Mineralboden 3 % 1,4 2,6 2,6

Ton 4 % 4,3 13,8 12,5

Schluff 4 % 3,8 83,7 84,8

Sand 4 % 91,9 2,5 2,7

Bodenart 5 Sand (S) toniger Schluff

(Ut3) toniger Schluff

(Ut3)

1 Prüfmethode HOFFMANN, 1991 VDLUFA Methodenbuch Band I, A6.2.1.1

2 Prüfmethode HOFFMANN, 1991 VDLUFA Methodenbuch Band I, A6.2.4.1

3 Prüfmethode DIN ISO 10694

4 Prüfmethode DIN 19683-2

5 SCHEFFER und SCHACHTSCHABEL, 1984

3 Material und Methode

Tabelle 3-7: Phosphatgehalte der Substrate

Substrat Herkunft Gesamt-P CAL-P rel. P-

[mg P2O5/

100 g

Boden]

[mg P/

100 g

Boden]

[mg P2O5/

100 g

Boden]

[mg P/

100 g

Boden]

P-

Gehalts-

Klasse

Verfüg-

barkeit 1

[%]

Sand,

1995/96 Hörstel, Kreis

Steinfurt 87,97 38,41 13,2 5,8 C 15,0

Löß,

1995 Versuchsgut

Merklingsen 132,32 57,78 14,8 6,5 C 11,3

Löß,

1996 Versuchsgut

Merklingsen 140,46 61,34 22,4 9,8 D 15,9

1 relative P-Verfügbarkeit = CAL-P/Gesamt-P

fast 40 %. Alle anderen Fraktionen weisen Anteile, die geringer als 5 % sind, auf. Die

Kalium- bzw. Magnesiumgehalte liegen in der Gehaltsklassen B bzw. C. Bei dem Boden aus

Merklingsen handelt es um einen tonigen Schluff (Ut3). Die Hauptfraktion stellt der grobe

Schluff (0,02-0,063 mm ÄD) mit einem Anteil von 60 % dar. Daneben ist der Mittelschluff

(0,0063-0,02 mm ÄD) mit 20 % und der Ton (< 0,002 mm ÄD) mit ca. 13 % an den

Korngrößen vertreten. Kalium- und Magnesiumgehalte gehören den Gehaltsgruppen C und D

an. Für den Versuch ist daher maximal eine Erhaltungsdüngung, die die Höhe des Nährstoff-

entzuges durch die einzelnen Kulturen ausgleicht, notwendig [SCHEFFER UND SCHACHT-

SCHABEL, 1984, LANDWIRTSCHAFTSKAMMER WESTFALEN-LIPPE, 2000].

Eine Zusammenstellung der Phosphat-Gehalte für die drei Böden kann der Tabelle 3-7

entnommen werden. Die Gesamt-Phosphat-Gehalte liegen zwischen ca. 40 mg P/100 g Boden

(Sand) und ca. 60 mg P/100 g Boden bei den beiden Lößböden. Einen entsprechenden

Unterschied weisen auch die CAL-P-Gehalte auf, die zwischen 6 - 10 mg P/100 g Boden

liegen und damit den Gehaltsklassen C bzw. D angehören. Die relative P-Verfügbarkeit, die

sich aus dem Verhältnis CAL-P-Gehalt zum Gesamt-P-Gehalt ergibt, reicht von 11 - 16 %.

Die relative Verfügbarkeit des Sandboden ist mit der des Lößbodens, 1996 vergleichbar. Die

relative Verfügbarkeit des Lößbodens, 1995 liegt um ca. ein Viertel darunter.

Um die Veränderungen der Phosphat-Fraktionen des Bodens zu bestimmen, wurde die

P-Fraktionierung nach KURMIES [1971] (vgl. 3.5 Analyse) durchgeführt (Tabelle 3-8). Die

größte Fraktion stellt für alle Böden die Fe/Al-P-Fraktion dar. Die Ca-P und Org. P-Fraktion

sind annähernd gleich groß. Die Rest-P-Fraktion ergibt sich aus der Differenz der drei

P-Fraktionen zur Gesamt-P-Fraktion.

3 Material und Methode

Tabelle 3-8: P-Fraktionierung der Substrate [mg P/100 g Boden]

Substrat Gesamt-P Fe/Al-P Ca-P Org. P Rest P

Sand, 1995/96 38,41 25,30 2,73 4,78 5,60

Lößlehm, 1995 57,78 29,86 9,89 6,16 11,87

Lößlehm, 1996 61,34 26,98 12,20 11,95 10,24

3.2 Anlage des Versuchs

Zur Untersuchung der Fragestellung der P-Wirkung des Klärschlammes in Abhängigkeit von

der P-Fällung in der Kläranlage und vom Substrat wurden zwei Versuchsanlagen (Tabelle

3-9) angelegt, die um ein Jahr versetzt durchgeführt wurden. Jeder Gefäßversuch begann mit

126 Gefäßen. Als Gefäße wurden einheitlich Kick-Brauckmann-Gefäße mit einem

Innendurchmesser von 21,3 cm und einer Oberfläche von 356 cm2 verwendet. Es wurde 9 kg

trockener Boden eingewogen. Um Verlusten durch Vogelfraß bei Sommerweizen und Hafer

vorzubeugen, wurden die Gefäße 1996 zur Abreifungsphase des Sommerweizens in ein

unbeheiztes Gewächshaus gestellt. In den Jahren 1997 und 1998 wurden hingegen vor der

Abreife des Getreides Vogelnetze gespannt.

Tabelle 3-9: Versuchsanlagen

Anlage 1 Anlage 2

1995 Einjähriges Weidelgras

1996 Sommerweizen

Mais Einjähriges Weidelgras

1997 Hafer

Mais Sommerweizen

Mais

1998 Hafer

3.2.1 Das erste Untersuchungsjahr

Im ersten Jahr der Versuchsanlagen wurde der Klärschlamm (Tabelle 3-10) mit 7 kg Boden

vermischt und in das Gefäß gegeben. Die restlichen 2 kg Boden wurden locker aufgeschich-

tet, um erhöhte Salzgehalte im Saathorizont zu vermeiden. Es wurden sieben Wiederholungen

angelegt, um bei dem geringen Bodenvolumen aussagefähige Ergebnisse zu erhalten. Über

die Gefäßoberfläche wurden gleichmäßig neun Löcher ca. 10 mm tief gedrückt und Einjähri-

ges Weidelgras 'LIMELLA' in Horstsaat ausgesät. Die Wahl dieser Grasart gewährleistet eine

3 Material und Methode

Tabelle 3-10: Einwaage Klärschlamm bzw. mineralischer Dünger beider Anlagen

Variante P-Angebot P-Fällung in der

Kläranlage Anlage 1

Einwaage

KS bzw D

je Gefäß*

[ml bzw. g]

Anlage 2

Einwaage

KS bzw D

je Gefäß*

[ml bzw. g]

1 Kontrolle - -

2 KS I

flüssig P-Fällung mit Eisen (Fe3+) 657,0 549,6

3 KS II

flüssig P-Fällung mit

Natriumaluminat 292,0 309,1

4 KS III

flüssig P-Fällung mit Eisen (Fe3+),

Zugabe von CaO 482,0 557,0

5 KS I

stichfest P-Fällung mit Eisen (Fe3+) 74,3 62,3

6 KS II

stichfest P-Fällung mit

Natriumaluminat 63,7 62,3

7 KS III

stichfest P-Fällung mit Eisen (Fe3+),

Zugabe von CaO 65,6 75,1

8 D: Super-

phosphat 5,6 5,6

9 D: Hyper-

phos 3,2 3,2

*um eine Konz. von 1000 mg P2O5 bzw. 436,7 mg P je Gefäß zu erreichen

intensive Durchwurzelung des Substrates und durch die mehrfache Schnittnutzung hohe

Entzüge. Nach der Saatgutablage wurden die Löcher wieder verschlossen.

3.2.2 Das zweite Untersuchungsjahr

Im zweiten Jahr der Versuchsanlage wurde der Boden der sieben Wiederholungen gemischt,

9 kg trockener Boden abgewogen und in die Gefäße gefüllt. Da aufgrund der Entnahme für

die Bodenproben Boden fehlte, konnten nur noch sechs Wiederholungen angelegt werden. Es

wurden in 25 Saatstellen jeweils zwei Saatkörner des Sommerweizens 'TINOS' abgelegt, nach

dessen Aufgang wurde auf 25 Pflanzen vereinzelt. In der ersten Versuchsanlage 95 kam es

aufgrund extremer Witterungsbedingungen zu einem schlechten Auflauf des Sommerweizens.

Anfang Mai wurde der Boden nochmals gelockert und eine erneute Aussaat durchgeführt.

Nach der Ernte des Sommerweizens wurde der Boden gelockert, bevor in 4 Saatstellen je ein

vorgekeimtes Korn der Maissorte 'HELIX' ausgesät wurde.

3 Material und Methode

3.2.3 Das dritte Untersuchungsjahr

Im dritten Jahr der Versuchsanlage wurde der Boden jeder Variante nochmals gemischt und

jeweils 9 kg Boden in die Gefäße der fünf Wiederholungen gefüllt. In 25 Saatstellen wurden

zwei Körner der Hafersorte 'FUCHS' ausgesät, die später auf 25 Pflanzen pro Gefäß vereinzelt

wurden. Bei der Versuchsanlage 95 wurde nach der Ernte des Hafers Mais der Sorte 'HELIX'

ausgesät und nach dem Auflaufen auf vier Pflanzen je Gefäß vereinzelt. Die Aussaattermine

und -stärke der einzelnen Kulturen können der Tabelle 3-11 entnommen werden.

Tabelle 3-11: Aussaattermine und -stärken der Kulturen beider Versuchsanlagen

Kultur Anlage 1 Anlage 2

Termin Aussaatstärke 1 Termin Aussaatstärke 1

Einjähriges Weidelgras

'LIMELLA'

(R 99%, Kf 85%, TKG 2,8 g)

19.05.95 9 Saatstellen/

Gefäß, Horstsaat 22.05.96 9 Saatstellen/

Gefäß, Horstsaat

Sommerweizen

'TINOS'

(Kf 98%, TKG 41 g)

03.05.962 40 Pfl./Gefäß 11.03.97 25 Pfl./Gefäß

Mais 'HELIX' 09.09.96 4 Pfl./Gefäß 28.07.97 4 Pfl./Gefäß

Hafer 'FUCHS'

(Kf 98%, TKG 36,3 g) 10.03.97

25 Pfl./Gefäß 17.03.98 25 Pfl./Gefäß

Mais 'HELIX' 28.07.97 4 Pfl./Gefäß

1 Pflanzenzahl nach Vereinzeln

2 Auflaufprobleme in Folge extremer Witterung, 2. Aussaat

3.3 Durchführung des Versuches

Für die Grunddüngung (Tabelle 3-12) wurde reines Ammoniumnitrat und reines

Kaliumchlorid eingesetzt, wobei der Dünger in den Boden eingearbeitet wurde. Nach jedem

Schnitt des Einjährigen Weidelgrases erfolgte eine Flüssigdüngung mit Ammoniumnitrat. Der

Sommerweizen und der Hafer erhielten eine zweite Stickstoffdüngung, der Sommerweizen

zusätzlich noch eine Magnesiumdüngung in Form von Magnesiumoxid.

Pflanzenschutzmaßnahmen (Tabelle 3-13) wurden an Hand des Schadschwellenprinzips

durchgeführt. In den Jahren 1995, 1996 und 1998 erfolgten die Spritzungen mit Pirimor

Granulat 0,05 %. 1997 erfolgte im Juli jeweils eine Behandlung im Sommerweizen- und

Haferbestand mit Juwel.

3 Material und Methode

Tabelle 3-12: Düngergaben (Angaben in g pro Gefäß)

Kultur Termin Dünger

Anlage 1 Anlage 2 N als NH4NO3 K als KCl Mg als MgO

Einjähriges

Weidelgras

'LIMELLA'

15.05.95

11.07.95

28.07.95

25.08.95

13.05.96

06.07.96

30.07.96

21.08.96

3,4

1,2

3,4

Sommerweizen

'TINOS' 21.03.96

25.06.96 03.03.97

28.05.97 2,9

1,0 2,9

0,35

Mais 'HELIX' 27.09.96 28.07.97 1,0

Hafer

'FUCHS' 03.03.97

28.05.97 10.03.98

27.05.98 3,4

1,0 1,9

Mais 'HELIX' 28.07.97 1,0

Der Wassergehalt wurde zunächst auf 40% der maximalen Wasserhaltekapazität (WHK),

später auf 50 % WHK eingestellt. Bei sehr hohem Wasserverbrauch wurde der Wassergehalt

kurzfristig bis zu 100 % der maximalen WHK erhöht. Alle Gefäße wurden regelmäßig mit

Wasser auf ihr Sollgewicht eingestellt, wobei das Wasser in den Gefäßmantel gegeben wurde.

Wenn die Wasserhaltekapazität nach sehr starken Niederschlägen überschritten wurde, wurde

das überschüssige Wasser aufgefangen und beim nächsten Gießen verwendet.

Tabelle 3-13: Pflanzenschutzmaßnahmen in beiden Versuchsanlagen

Kultur Anlage 1 Anlage 2

Termin Pflanzenschutzmittel Termin Pflanzenschutzmittel

Einj. Weidelgras

'LIMELLA' 04.08.95 Pirimor Granulat 1 31.07.96 Pirimor Granulat 1

Sommerweizen

'TINOS' 11.06.96

31.07.96 Pirimor Granulat 1

Pirimor Granulat 1 18.06.97 Juwel

Hafer

'FUCHS' 18.06.97 Juwel 05.06.98 Pirimor Granulat 1

1 Pirimor Granulat 0,05%

3.4 Witterung

Die Gefäße der beiden Versuchsanlagen standen während des gesamten Versuchszeitraumes

im Freien und waren primär den natürlichen Witterungsverhältnissen ausgesetzt. Über den

Winter standen sie im ersten Jahr in einer ungeheizten Halle und in den folgenden Jahren im

frostfrei gehaltenen Gewächshaus. Aus der Tabelle 3-14 gehen die Wetterdaten

3 Material und Methode

Lufttemperatur und Niederschläge für die Vegetationsperiode März - November der Jahre

1995 bis 1998 hervor.

Die durchschnittliche Jahrestemperatur des Jahres 1995 lag bei 9,8 °C und damit 0,8 °C über

dem langjährigen Mittel. Im Frühjahr fielen die Temperaturabweichungen vom langjährigen

Mittel nur gering aus. Die Monate Juli, August und Oktober waren hingegen deutlich wärmer

als das langjährige Mittel. Erhebliche Niederschläge fielen im März und September des Jahres

1995. Dagegen kam es in den Sommermonaten Juli und August sowie im Oktober zu

Niederschlagsdefiziten.

Die Vegetationsperiode des Jahres 1996 begann kalt und trocken. Noch im Mai kam es zu

Nachtfrösten. Im Juni stieg die durchschnittliche Monatstemperatur auf 15,2 °C, stieg aber in

den folgenden Sommermonaten nur noch geringfügig an, bevor im September die

Temperaturen wieder unter das durchschnittliche Jahresmittel fielen. Zu größeren

Niederschlagsereignissen kam es erst ab dem Monat Mai. Die Monate März, April, Juni und

September lagen unterhalb der zu erwartenden Niederschlagsmengen.

Auch im Jahre 1997 gab es im Mai Nachtfröste. Der August lag mit 20,3 °C über dem

langjährigen Jahresdurchschnitt. Im September traten bereits wieder Temperaturen um den

Gefrierpunkt auf, bevor es im Oktober zu Temperaturen von -6,1 °C kam. In den Monaten

März und April fielen unterdurchschnittliche Niederschläge. Dieses wurde ausgeglichen

durch einen sehr feuchten Juni und Juli, in denen bis zu 38,3 mm Niederschlag an einem

einzelnen Tag fiel. Die folgenden Monate waren durch unterdurchschnittliche

Niederschlagsmengen geprägt.

Im Jahre 1998 kam es zu einem warmen Frühjahr, die Tagestemperaturen kletterten im März

bereits auf 23,9 °C. Die Sommertemperaturen lagen im langjährigen Durchschnitt. Die

Niederschläge fielen hingegen im Frühjahr größer als erwartet aus. Der Mai war ein recht

trockener Monat, bevor es im Juni wieder zu erheblichen Niederschlägen kam. Juli und

August liegen geringfügig unterhalb des Jahresdurchschnittes, jedoch im September kam es

wiederum zu großen Niederschlagsereignissen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß 1995 etwas wärmer war, aber mit

durchschnittlichen Niederschlägen. 1996 war hingegen zu kalt. 1997 und 1998 lagen

3 Material und Methode

hinsichtlich ihrer Temperaturverläufe im Durchschnitt. In den Vegetationsperioden (März bis

Oktober) der Jahre 1995 bis 1997 kam es zu Niederschlägen von ca. 410 mm. Das Jahr 1998

war hingegen feuchter, dort fielen in dem gleichen Zeitraum 760 mm Niederschlag.

Tabelle 3-14: Wetterdaten für 1995-1998

(Ermittelt auf dem Versuchsgut Merklingsen)

Jahr

Monat Lufttemperatur

[°C] 1 Niederschläge

[mm]

Min. Max. DS 2 Max. Tag3 Summe4

1995 März -3,4 16,1 4,1 3,1 57,7

April 0,6 25,0 9,4 11,9 45,5

Mai 2,9 31,5 14,3 16,7 51,8

Juni 7,1 37,0 15,7 14,2 49,0

Juli 10,7 38,0 21,8 12,7 47,9

August 9,6 38,3 20,1 10,8 41,8

September 6,8 22,2 14,2 32,9 101,5

Oktober 1,7 28,8 13,4 5,8 14,3

1996 März -5,9 11,0 2,4 8,1 8,3

April -5,4 26,2 8,8 4,7 7,1

Mai -0,3 27,0 10,9 12,0 58,8

Juni 2,6 33,0 15,2 12,0 32,9

Juli 4,7 27,8 15,7 8,6 81,8

August 6,7 29,0 16,9 19,0 98,7

September 2,5 20,0 11,3 17,0 46,3

Oktober 0,1 20,8 10,0 28,0 71,0

1997 März5 -1,6 14,8 6,3 7,8 27,9

April -2,8 16,7 7,4 9,0 38,9

Mai 1,7 28,3 13,0 13,5 50,0

Juni 2,5 28,7 15,9 38,3 102,6

Juli 8,7 29,7 17,4 22,2 98,0

August 9,7 33,9 20,3 10,2 23,7

September 0,0 28,3 14,2 3,4 8,4

Oktober -6,1 24,3 9,1 24,9 63,2

November -3,9 13,7 6,0 6,6 25,7

1998 März 1,1 23,9 6,9 18,4 77,8

April -0,5 23,9 9,5 12,5 72,7

Mai 2,1 30,1 14,4 6,8 30,1

Juni 3,8 32,5 16,3 24,3 135,9

Juli 7,2 33,0 16,2 10,1 74,3

August 8,6 33,7 17,1 27,0 74,5

September 5,3 23,8 14,5 38,2 130,8

1 Erdbodentemperatur, es wird die Temperatur 5 cm über dem Boden gemessen

2 Durchschnittswert des Monats

3 Maximale Niederschlagsmenge eines einzelnen Tages

4 Summe der Niederschläge eines Monats

5 gemessen ab dem 15.03.97

3 Material und Methode

Für einen Gefäßversuch ist es wünschenswert, wenn die Niederschlagsereignisse das

Wachstum der Kulturen begünstigen. Größere Niederschlagsereignisse sind für einen

Gefäßversuch ungünstig, da es sehr schnell zu einer Sättigung des Bodens kommt und das

Wasser in dem Gefäß stehen bleibt. Um dies zu vermeiden, wurde überschüssiges

Regenwasser, welches sich nach mehrtägigen Niederschlägen im Außentopf der Kick-

Brauckmann Gefäße sammelt, in spezielle Gefäße abgefüllt.

Im Jahre 1995 trat ein solches Ereignis auch kurz nach der Aussaat auf. Damit sich dies in den

Jahren 1996 - 1998 nicht wiederholte, wurde eine UV-durchlässige Folie über die Gefäße

gelegt. Diese wurde entfernt, sobald der Pflanzenbewuchs soweit entwickelt war, daß die

Wassermengen einzelner Niederschlagsereignisse verwertet werden konnten.

3.5 Analysen

Sowohl die Pflanzen- als auch die Bodenergebnisse werden als Durchschnittswerte der

sieben, sechs bzw. fünf Wiederholungen angegeben.

3.5.1 Pflanzen: Entnahme - Behandlung - Untersuchung

Die Schnitte des Einjährigen Weidelgrases erfolgten bei Silierreife (kurz vor der Blüte). Um

einen zügigen weiteren Aufwuchs zu ermöglichen, wurde das Einjährige Weidelgras 5 cm

über dem Boden abgeschnitten. Beim Sommerweizen und Hafer wurden die Ähren und die

Halme getrennt geerntet. In einem Einzelährendrescher wurden die Ähren ausgedroschen, die

Spindeln und Spelzen wurden der Strohfraktion zugeschlagen. Der Mais wurde als

Gesamtpflanze direkt über dem Boden abgeschnitten.

Die Proben wurden getrocknet, der Ertrag ermittelt und anschließend auf 1 mm gemahlen.

Mit dem gemahlenen Material wurde der Gesamtphosphor-Gehalt der Pflanzen nach der amt-

lichen LUFA-Methode (Methodenbuch III, 10.6.1) [NAUMANN et al., 1976] bestimmt. Die

naß mit Säure aufgeschlossenen Proben wurden mit Hilfe der Vanadatmolybdat-Methode bei

430 nm im Spektralphotometer bestimmt. Der Gesamtphosphor-Gehalt, ausgedrückt in Pro-

zent wurde in Milligramm Phosphor pro Gefäß (mg P/Gefäß) umgerechnet und angegeben.

3 Material und Methode

3.5.2 Boden: Entnahme - Behandlung - Untersuchungen

Nach der letzten Ernte jeden Jahres wurden Bodenproben mit jeweils 10 Einstichen pro Gefäß

entnommen. Der luftgetrocknete Boden wurde auf 2 mm gesiebt.

Das pflanzenverfügbare Phosphat wurde als CAL-P nach LUFA-Methodenbuch I A 6.2.1.1

[HOFFMANN, 1991] bestimmt. Dazu wird eine Extraktionslösung mit einer sauren auf

pH 4,1 gepufferten Lösung aus Acetat, Lactat und Essigsäure hergestellt, mit der der Boden

für neunzig Minuten geschüttelt wird. Im Filtrat wird das Phosphat mit Molybdatreagenz

angefärbt und bei 580 nm photometrisch bestimmt.

Die Bestimmung des Gesamt-Phosphat-Gehaltes erfolgte nach der LUFA-Methode A 2.4.2.1

[HOFFMANN, 1991] im Aufschluß mit Schwefelsäure und Perchlorsäure unter Zusatz von

Salpetersäure nach Beendigung der Hauptreaktion. Die photometrische Bestimmung des

Phosphors wurde bei 578 nm als Molybdänblau durchgeführt.

Um festzustellen, in welchen Fraktionen die Phosphate im Boden vor bzw. nach der Düngung

mit Klärschlamm vorliegen, wurde eine P-Fraktionierung nach KURMIES [KURMIES,

1971] durchgeführt. Die Eisen- und Aluminiumphosphate werden nach der Eliminierung des

Calciums (Ca2+) als Summe durch Lösen mit 1 n Natronlauge (NaOH) in einer zweistündigen

Behandlung im Wasserbad erfaßt. Daran schließt sich zur Bestimmung der Calciumphosphate

eine zweistündige Behandlung im Wasserbad mit 1 n Schwefelsäure (H2SO4) an. Die Fraktion

des organisch gebundenen Phosphates, welche mit dem Eisen- und Aluminium-Phosphaten

gelöst wurde, wird mit Hilfe des Säureaufschlusses bestimmt. Diese Methode soll

ermöglichen, Aussagen über die Alterung der Phosphate zu geben. Desweiteren soll gezeigt

werden, in welchen Fraktionen die Phosphate im Boden vorliegen und in welche Fraktion die

zugefügten Phosphate innerhalb des Versuchszeitraumes gelangen.

Die elektrometrische Messung des pH-Wertes erfolgte nach LUFA-Methode A 5.1.1

[HOFFMANN, 1991] in einer Suspension aus Boden und Calciumchlorid im Verhältnis

1+2,5.

Über die drei Jahre werden Phosphat-Bilanzen berechnet, bei denen die Phosphat-Zugänge

(Bodengehalt zu Beginn der Untersuchung, Klärschlamm bzw. Mineraldünger) den Phosphat-

4 Ergebnisse

Abgängen (durch die Pflanzenmasse und Bodengehalt am Ende der Untersuchung)

gegenübergestellt werden. Der Saldo einer Bilanz läßt Aussagen über die Effizienz des

Phosphateinsatzes zu.

3.6 Statistische Auswertung

Die statistische Verrechnung der Daten (mehrfaktorielle Varianzanalyse) erfolgte mit SPSS

für Windows 6.0.1. mit der Procedur 'Anova'. Die Auswertung erfolgte zunächst über die drei

Jahre der beiden Versuchsanlagen. Anschließend wurde auch eine Verrechnung über die Jahre

der einzelnen Versuchsanlagen bzw. beider Versuchsanlagen zusammen durchgeführt. Eine

Überprüfung der Varianzen und der Differenzen der Mittelwerte auf ihre Signifikanzen wurde

mit dem F-Test durchgeführt, wobei eine Irrtumswahrscheinlichkeit von 5 % angenommen

wurde.

4 Ergebnisse

Zur Erfassung der Pflanzenerträge und der Phosphatdynamik im Boden nach einer Klär-

schlamm- bzw. Mineraldüngung wurde im Fachbereich Agrarwirtschaft der Universität-GH

Paderborn in Soest Untersuchungen in dem Zeitraum von 1995 - 1998 durchgeführt. Im ersten

Ergebnisteil wird der Einfluß der Klärschlammdüngung auf das Pflanzenwachstum betrachtet,

bevor im zweiten Teil näher auf die Auswirkungen auf den Boden eingegangen wird.

4.1 Einfluß der Klärschlamm-Düngung auf das Pflanzenwachstum

Im folgenden werden die Erträge und die P-Entzüge der drei Versuchsjahre zunächst einzeln

dargestellt. Im ersten Versuchsjahr wurde Einjähriges Weidelgras angebaut, im zweiten Jahr

Sommerweizen und Mais als Nachfrucht, im dritten Jahr Hafer und in der ersten Anlage

zusätzlich Mais. Daran schließen sich die Auswirkungen über die gesamte Fruchtfolge an.

4 Ergebnisse

4.1.1 Erträge und P-Entzüge im ersten Untersuchungsjahr

Abbildung 4-1 stellt die Erträge des Einjährigen Weidelgrases der beiden Untersuchungsjahre

dar. Für beide Jahre gilt, daß die Erträge der Sand-Varianten mit ca. 20 g/Gefäß und Schnitt

nur ca. 2/3 der Löß-Varianten (30 g/Gefäß) betragen. Innerhalb der Sand-Variante der ersten

Anlage sind bei den mit Klärschlamm und Mineraldünger gedüngten Varianten im Vergleich

zur Kontrolle keine statistisch gesicherten Mehrerträge erzielt worden. In der zweiten Anlage

sind hingegen höhere Erträge bei den flüssigen und stichfesten Klärschlamm-Varianten mit

dem Fällungsmittel Eisen (2 und 5) und Aluminat (3 und 6) sowie bei der Dünger-Variante

Superphosphat (8) erreicht worden.

Bei den Löß-Varianten der ersten Anlage sind bei den drei flüssigen Klärschlamm-Varianten

(2, 3 und 4) signifikant höhere Erträge im Vergleich zur Kontrolle ermittelt worden. Die

Erträge der zweiten Anlage liegen insgesamt auf einem höheren Niveau. Dort erreichten nur

die beiden Klärschlamm-Varianten mit dem Fällungsmittel Aluminat (3 und 6) noch

statistisch gesicherte Mehrerträge gegenüber der ungedüngten Kontrolle (1).

Das Ergebnis zeigt, daß in der ersten Anlage nur bei den Löß-Varianten der flüssige

Klärschlamm ertragssteigernd wirkte. In der zweiten Anlage kommt es hingegen bei der

Klärschlamm-Variante mit dem Fällungsmittel Aluminat sowohl bei den Sand- als auch bei

den Löß-Varianten zu einer Steigerung des Ertrages.

Abbildung 4-2 stellt den P-Entzug der beiden Jahre für das Einjährige Weidelgras dar. In der

ersten Anlage erzielte bei den Sand-Varianten die mit Eisen gefällte, flüssige Klärschlamm-

Variante (2) und die Dünger-Variante Superphosphat (8) signifikant höhere P-Entzüge als die

Kontrolle. In der 2. Anlage stieg der P-Entzug bei allen signifikant an. Nur bei den beiden

eisengefällten aufgekalkten Klärschlämmen (4 und 7) konnten keine signifikant höheren

P-Entzüge erreicht werden. Der P-Entzug der mit Eisen gefällten Klärschlamm-Variante (2)

und der Dünger-Variante Superphosphat (8) liegen auf einem gleichen Niveau. Bei den Löß-

Varianten lagen die P-Entzüge um ca. 1/3 höher als bei den Sand-Varianten. Bei den zwei

stichfesten mit Eisen gefällten Klärschlamm-Varianten (ungekalkt 5, gekalkt 7) lag der

P-Entzug nicht signifikant höher als die ungedüngte Kontrolle. Im ersten Jahr der 2. Anlage

waren alle P-Entzüge größer als bei der Kontrolle.

4 Ergebnisse

123456789 123456789

Varianten

TS [g/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Sand Löß

Abb. 4-1: Erträge des Einjährigen Weidelgrases in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate

und Varianten, Mittelwert der 4 Schnitte und 7 Wdh.

Anlage 1 = 1995, Anlage 2 = 1996

GD(5%) Ertrag Anlage/Substrat/Variante = 1,4

100

120

140

160

180

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

P-Entzug [mg P/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Sand Löß

Abb. 4-2: P-Entzug Einjähriges Weidelgras in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und

Varianten, Mittelwerte der 4 Schnitte und 7 Wdh.

Anlage 1 = 1995, Anlage 2 = 1996

GD(5%) P-Entzug Anlage/Substrat/Variante = 8,1

4 Ergebnisse

Aus beiden Versuchsjahren und beiden Substraten läßt sich der gleiche Trend herauslesen.

Bei den flüssigen Klärschlamm-Varianten kommt es zu Abstufungen in der Reihenfolge der

Fällungsmittel Eisensalz (2), Aluminat (3) und Eisensalz mit anschließender Kalkung (4). Bei

den Löß-Varianten bestehen diese Unterschiede für das erste Jahr der 2. Anlage nicht.

4.1.2 Erträge und P-Entzüge im zweiten Untersuchungsjahr

Im zweiten Jahr erfolgte vor der Aussaat des Sommerweizens 'TINOS' zunächst innerhalb

einer Variante eine Durchmischung des Bodens. Bei der Ernte wurden die beiden Fraktionen

Korn und Stroh voneinander getrennt und separat untersucht.

Abbildung 4-3 stellt die erzielten Erträge vom Weizen-Korn dar. Die Wechselwirkungen der

Faktoren Jahr-Substrat-Variante sind nicht signifikant, daher werden die beiden Wechselwirk-

ungen Jahr-Variante (Abbildung 4-3-1) und Substrat-Variante (Abbildung 4-3-2) dargestellt.

Letztere liegt mit p = 5,8 % sehr knapp außerhalb der Irrtumswahrscheinlichkeit von 5%.

Die Korn-Erträge der ersten Anlage variieren von 26 g/Gefäß bis 43 g/Gefäß, dagegen sind

die Erträge der zweiten Anlage wesentlich ausgeglichener mit Unterschieden von nur

5 g/Gefäß zwischen der Kontrolle (1) und der flüssigen Klärschlamm-Variante mit dem

Fällungsmittel Eisen (2). Innerhalb der ersten Anlage bestehen signifikante Unterschiede von

allen Varianten zur Kontrolle (1), außer der flüssigen Klärschlamm-Variante mit dem

Fällungsmittel Eisen (2). Bei den stichfesten Klärschlamm-Varianten mit dem Fällungsmitteln

Eisen (5) und Aluminat (6) konnten zudem höhere Erträge ermittelt werden als bei den

entsprechend flüssigen Klärschlamm-Varianten (2 bzw. 3).

Betrachtet man nun die Korn-Erträge in Abhängigkeit der Substrate und Varianten wird

deutlich, daß die Erträge der Sand-Varianten stets niedriger sind als die der Löß-Varianten.

Am Extremsten ist dies bei den Kontrollen sichtbar, wo ein Unterschied des

Trockensubstanzgehaltes von 14 g/Gefäß erzielt wurde. Bei den Sand-Varianten kommt es

innerhalb der Klärschlamm-Varianten nur bei der stichfesten Variante mit Aluminat (6) als

Fällungsmittel zu einem größeren Anstieg der Korn-Erträge. Bei den Löß-Varianten liegen

die meisten Varianten um die 40 g/Gefäß. Zwischen den flüssigen und stichfesten

4 Ergebnisse

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

TS [g/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Abb. 4-3-1: Erträge Weizen-Korn in Abhängigkeit der Anlagen und Varianten

Mittelwert der 6 Wdh.

Anlage 1 = 1996, Anlage 2 = 1997

GD(5%) Ertrag Anlage/Variante = 5,7

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

TS [g/Gefäß]

Sand Löß

Abb. 4-3-2: Erträge Weizen-Korn in Abhängigkeit der Substrate und Varianten

Mittelwert der 2 Anlagen und 6 Wdh.

p Substrat/Variante = 6 %, GD(5%) P-Entzug Substrat/Variante = 5,7

4 Ergebnisse

Klärschlamm-Varianten bestehen nur bei der Variante mit Eisen (2 und 5) als eingesetztem

Fällungsmittel größere Unterschiede.

Auch bei den Erträgen des Weizen-Strohes bestehen keine signifikanten Wechselwirkungen

zwischen den Faktoren Jahr-Substrat-Variante. Es werden signifikante Wechselwirkungen

geringerer Ordnung der Faktoren Jahr und Substrat (Abbildung 4-4-1) und der Faktoren Jahr

und Variante (Abbildung 4-4-2 ) dargestellt.

Werden die Stroh-Erträge in Abhängigkeit der Jahre und Substrate (Abbildung 4-4-1)

dargestellt, so ist zu erkennen, daß zwischen allen vier Varianten signifikante Unterschiede

bestehen. Diese sind zwischen den Sand-Varianten der beiden Anlagen nur sehr gering,

dagegen bei den Löß-Varianten mit 22 g/Gefäß sehr erheblich, dies kann auf die

verschiedenen Ausgangssubstrate zurückgeführt werden.

Bei der Berücksichtigung der Varianten statt der Substrate erhält man folgendes Bild

(Abbildung 4-4-2). In der ersten Anlage kommt es zu signifikanten Mehrerträgen aller

Varianten, außer der flüssigen Klärschlamm-Variante mit Aluminat als Fällungsmittel (3). Es

bestehen ebenso signifikante Unterschiede zwischen den flüssigen und stichfesten

Klärschlamm-Varianten mit dem Fällungsmittel Eisen (2 und 5) und dem Fällungsmittel

Aluminat (3 und 6). Bei der zweiten Anlage sind hingegen keine signifikanten Mehrerträge

des Weizen-Strohes erzielt worden, sondern die Erträge liegen auf einem einheitlichen Niveau

von 58 g/Gefäß.

Entsprechend den Erträgen weisen die Sand-Varianten geringere P-Entzüge des Weizen-

Korns auf als bei den Löß-Varianten (Abbildung 4-5). Bei den Sand-Varianten liegen sie zwi-

schen 50 - 142 mg P/Gefäß. Besonders geringe P-Entzüge sind bei den Kontrollen (1) mit 50

in der ersten bzw. 87 mg P/Gefäß in der zweiten Anlage festgestellt worden. Die P-Entzüge

der stichfesten Klärschlamm-Varianten (5-7) variieren zwischen den beiden Anlagen am

meisten. Im Durchschnitt der beiden Anlagen können zwischen den behandelten Varianten

keine signifikant höheren Entzüge festgestellt werden. Bei den Löß-Varianten, die in der

Streubreite von 134 und 219 mg P/Gefäß liegen, erreichen in der ersten Anlage die beiden

flüssigen Klärschlämme mit Eisen (2) bzw. Aluminat (3) als Fällungsmittel das gleiche

Niveau wie die Kontrolle (1). Bei den drei festen Klärschlämmen (5, 6 und7) kommt es zu

4 Ergebnisse

vergleichbaren P-Entzügen wie bei den beiden Dünger-Varianten (8 und 9). In der zweiten

Anlage liegen hingegen alle Varianten mit der Kontrolle (1) auf einem einheitlichen Niveau.

1 2

Anlage

TS [g/Gefäß]

Sand

Löß

Abb. 4-4-1: Erträge Weizen-Stroh in Abhängigkeit der Anlagen und Substrate

Mittelwert der 9 Varianten und 6 Wdh.

GD(5%) Ertrag Anlage/Substrat = 3,7

123456789

Varianten

TS [g/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Abb. 4-4-2: Erträge Weizen-Stroh in Abhängigkeit der Anlagen und Varianten

Mittelwert der 2 Substrate und 6 Wdh.

Anlage 1 = 1996, Anlage 2 = 1997

GD(5%) Ertrag Anlage/Variante = 6,5

4 Ergebnisse

100

125

150

175

200

225

123456789 123456789

Varianten

P-Entzug [mg P/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Sand Löß

Abb. 4-5: P-Entzug Weizen-Korn in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und

Varianten, Mittelwert der 6 Wdh.

Anlage 1 = 1996, Anlage 2 = 1997

GD(5%) P-Entzug Anlage/Substrat/Variante = 33

100

125

150

175

200

225

123456789 123456789

Varianten

P-Entzug [mg P/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Sand Löß

Abb. 4-6: P-Entzug Weizen-Stroh in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und

Varianten, Mittelwert der 6 Wdh.

Anlage 1 = 1996, Anlage 2 = 1997

GD(5%) P-Entzug Anlagen/Substrate/Variante = 6,2

4 Ergebnisse

Der Anteil des Weizen-Strohes am Gesamt-P-Entzug (Abbildung 4-6) ist gering. Bei den

Sand-Varianten werden nur maximal 23 mg P/Gefäß entzogen und bei den Löß-Varianten

sind es 40 mg P/Gefäß. Dies entspricht ungefähr einem Anteil zwischen 10 - 16 %. Bei den

Sand-Varianten sind keine Unterschiede zwischen den P-Entzügen beider Anlagen festzu-

stellen. Bei den Löß-Varianten sind in der ersten Anlage bis 10 mg P/Gefäß mehr als bei der

Kontrolle entzogen worden und in der zweiten Anlage liegen alle Varianten außer der Dün-

ger-Variante Hyperphos (9) auf dem gleichen Niveau wie die Kontrolle mit 38 mg P/Gefäß.

Nach der Ernte des Weizens wurde der Oberboden gelockert, um Mais auszusäen. Der Mais

wurde als Ganzpflanze geerntet und erzielte die Trockensubstanzerträge, die in der Abbildung

4-7 dargestellt sind. Die Mais-Erträge sind innerhalb der Varianten uneinheitlich, so dass

dieses zu einer relativ großen Grenzdifferenz von 7 g/Gefäß führt.

Bei den Sand-Varianten erzielt nur der stichfeste Klärschlamm mit Eisen als Fällungsmittel

(5) signifikant höhere Mehrerträge. Bei den beiden Dünger-Varianten Superphosphat (8) und

Hyperphos (9) fallen die Erträge noch geringer als bei der Kontrolle (1) aus. Bei den Löß-

Varianten kommt es im Vergleich zu den Sand-Varianten zu einem Anstieg der Erträge, der

jedoch nur bei der flüssigen Klärschlamm-Variante mit Eisen als Fällungsmittel (2) und den

beiden Dünger-Varianten (8 und 9) statistisch gesichert ist. Innerhalb der Löß-Varianten

erzielen nur zwei Varianten (2 und 8) statistisch abgesicherte Mehrerträge.

Die P-Entzüge des nach Weizen angebauten Maises (Abbildung 4-8) liegen zwischen 25 und

92 mg P/Gefäß, wobei die meisten Varianten einen P-Entzug um die 50 mg P/Gefäß

aufweisen. Bedeutende Unterschiede zwischen den Dünger-Varianten (Superphosphat 8,

Hyperphos 9) liegen zwischen den beiden Substraten vor. In den Sand-Varianten konnte der

Mais nur noch 30 mg P/Gefäß dem Boden entziehen, hingegen liegen die P-Entzüge der Löß-

Varianten oberhalb aller anderen Varianten bei 73 mg P/Gefäß Superphosphat und

58 mg P/Gefäß Hyperphos.

Zusammenfassend läßt sich für die Erträge der Weizen- und Maisernte sagen, daß in der

ersten Anlage größere Unterschiede zwischen den Varianten vorhanden sind, die sich in der

zweiten Anlage nivellieren. Die Erträge der Löß-Varianten fallen zudem höher aus als die der

Sand-Varianten. Ein einheitliches Bild innerhalb der Erträge aller Varianten ist nicht

festzustellen.

4 Ergebnisse

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

TS [g/Gefäß]

Sand Löß

Abb. 4-7: Erträge Mais nach Weizen in Abhängigkeit der Substrate und Varianten

Mittelwert der 2 Anlagen und 6 Wdh.

GD(5%) Ertrag Substrat/Variante = 7,0

1 2 3 4 5

Sand 6 7 8 9 1 2 3 4 5

Löß 6 7 8 9

Varianten

P-Entzug [mg P/Gefäß]

Abb. 4-8: P-Entzug Mais in Abhängigkeit der Substrate und Varianten

Mittelwert der 2 Anlagen und 6 Wdh.

GD(5%) P-Entzug Variante/Substrat = 11,8

4 Ergebnisse

4.1.3 Erträge und P-Entzüge im dritten Untersuchungsjahr

Im dritten Versuchsjahr wurden zunächst die Böden der einzelnen Varianten erneut

miteinander vermischt und 5 Wiederholungen je Variante hergestellt. Danach erfolgte die

Aussaat des Hafers. Bei der Ernte erfolgte die Trennung der beiden Fraktionen Korn und

Stroh, die im weiteren gesondert untersucht wurden. Nur in der ersten Anlage wurde nach der

Ernte des Hafers der Boden gelockert und Mais ausgesät. Dieser wurde als Ganzpflanze

geerntet und analysiert. Abbildung 4-9 stellt die Erträge des Haferkornes der beiden Anlagen

dar und Abbildung 4-10 die Erträge des Haferstrohes. Es zeigt sich, daß das Verhältnis

Haferkorn zu Haferstroh (5:4) wesentlich enger ist als beim Weizen.

Es fällt auf, daß die Kornerträge der Sand-Varianten höher ausgefallen sind als die der

Löß-Varianten. Auch die beiden Anlagen unterscheiden sich relativ stark voneinander. In der

ersten Anlage liegen die Erträge sowohl bei den Sand- als auch bei den Löß-Varianten auf

einem einheitlichen Niveau von ca. 57 g/Gefäß bzw. 50 g/Gefäß. In der zweiten Anlage

kommt es hingegen bei einigen Varianten zu geringeren Erträgen. Innerhalb der drei

KlärschlammVarianten mit den Fällungsmitteln Eisen (2 und 5), Aluminat (3 und 6) und

Eisen mit zusätzlicher Kalkung (4 und 7) erreichen die Varianten mit der Fällung durch

Aluminat die höchsten Erträge, daran schließen sich die Varianten mit einer Eisenfällung an

und die geringsten Erträge liefern die Varianten mit Eisenfällung und zusätzlicher Kalkung.

Die Erträge der flüssigen Klärschlamm-Varianten (2, 3 und 4) liegen bei beiden

Substrat-Varianten oberhalb der Erträge der entsprechenden stichfesten Varianten (5, 6 und

7). Eine Ausnahme stellt lediglich bei den Sand-Varianten die flüssige Klärschlamm-Variante

(4) dar, die geringere Erträge liefert als die entsprechende stichfeste Klärschlamm-Variante

(7). Die Erträge der Dünger-Varianten liegen bei den Sand-Varianten bei ca. 44 g/Gefäß. Bei

den Löß-Varianten erreicht die Dünger-Variante Superphosphat (8) der zweiten Anlage

vergleichbar hohe Erträge wie in der ersten Anlage mit über 50 g/Gefäß, die Variante

Hyperphos (9) kann in der zweiten Anlage jedoch nur noch 20 g/Gefäß erzielen. Für das

Haferstroh gelten weitestgehend die gleichen Aussagen, wobei die Erträge insgesamt

niedriger sind und zwischen 14 und 50 g/Gefäß liegen.

Bei den P-Entzügen (Abbildung 4-11) des Hafer-Kornes ist der Unterschied zwischen den

beiden Anlagen noch deutlicher als bei den Erträgen. Belaufen sich die P-Entzüge in der

ersten Anlage zwischen 130 - 170 mg P/Gefäß, sind es in der zweiten Anlage nur noch

4 Ergebnisse

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

TS [g/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Sand Löß

Abb. 4-9: Erträge Haferkorn in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten,

Mittelwerte der 5 Wdh.,

Anlage 1 = 1997, Anlage 2 = 1998

GD(5%) Ertrag Anlage/Substrat/Variante = 7,1

123456789 123456789

Varianten

TS [g/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Sand Löß

Abb. 4-10: Erträge Haferstroh in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Varianten,

Mittelwerte der 5 Wdh.,

Anlage 1 = 1997, Anlage 2 = 1998

GD(5%) Ertrag Anlage/Substrat/Variante = 5,8

4 Ergebnisse

24 - 82 mg P/Gefäß. Dieser extreme Unterschied kann damit zusammenhängen, daß in der

zweiten Anlage der Hafer vierzehn Tage früher geerntet wurde. Dies mußte erfolgen, um

einem Verlust durch Vogelfraß vorzubeugen. Dadurch konnte Phosphat eventuell nicht in

ausreichendem Maße in das Haferkorn eingelagert werden.

Betrachtet man die Sand-Varianten, so zeigt sich, daß in beiden Anlagen nur die flüssige

Klärschlamm-Variante mit dem Fällungsmittel Aluminat (3) signifikant höhere P-Entzüge als

die Kontrolle aufweist. In der ersten Anlage sind auch bei den drei stichfesten Klärschlamm-

Varianten (5, 6 und 7) statistisch höhere P-Entzüge als bei der Kontrolle ermittelt worden. In

der zweiten Anlage konnten hingegen bei der flüssigen Klärschlamm-Variante mit Eisen als

Fällungsmittel (2) und bei der Dünger-Variante Superphosphat (8) höhere P-Entzüge erzielt

werden. Bei den Löß-Varianten weisen in der ersten Anlage alle Klärschlamm-Varianten

höhere P-Entzüge als die Kontrolle auf. In der zweiten Anlage konnten sowohl bei den Sand-

als auch bei den Löß-Varianten im Vergleich zur Kontrolle höhere P-Entzüge ermittelt

werden. Sowohl bei der Sand-Variante der ersten Anlage als auch bei beiden Löß-Varianten

bestehen statistische Unterschiede zwischen den flüssigen und stichfesten Klärschlamm-

Varianten mit dem Fällungsmittel Eisen (2 und 5). Dies führt in der ersten Anlage zu einer

P-Gehalte von der flüssigen zur stichfesten Klärschlamm-Variante und in der zweiten Anlage

zu einer Verringerung der P-Gehalte.

Für die P-Entzüge des Haferstrohes gelten tendenziell die gleichen Aussagen wie für die

P-Entzüge des Haferkorns nur auf niedrigerem Niveau. Die P-Entzüge liegen zwischen 2 und

31 mg P/Gefäß und erreichen damit max. 1/6 der P-Entzüge des Haferkornes.

Der Mais der ersten Anlage liefert nach dem Anbau von Hafer in seinen Erträgen kein

einheitliches Bild mehr (Abbildung 4-13). Die Unterschiede der Wiederholungen innerhalb

der Varianten waren so groß, daß die Grenzdifferenz mit 11 g/Gefäß recht hoch ausfällt.

Statistisch abgesicherte Ergebnisse liegen daher nicht vor. Auch lassen sich die Ergebnisse

des Hafers nicht auf den Mais übertragen. Die Erträge der Kontrollen liegen sowohl bei den

Sand- als auch bei den Löß-Varianten mit fast 45 g/Gefäß bzw. fast 40 g/Gefäß recht hoch.

Bei der Dünger-Variante Superphosphat (8) konnten nur gering höhere Erträge erzielt werden

und die Variante Hyperphos (9) liegt sogar unterhalb der Kontrolle.

4 Ergebnisse

100

125

150

175

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

P-Entzug [mg P/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Sand Löß

Abb. 4-11: P-Entzug von Haferkorn in Abhängigkeit der Anlagen, der Substrate und

Varianten, Mittelwerte der 5 Wdh.

Anlage 1 = 1997, Anlage 2 = 1998

GD(5%) P-Entzug Anlage/Substrat/Variante = 13,5

100

125

150

175

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

P-Entzug [mg P/Gefäß]

Anlage 1

Anlage 2

Sand Löß

Abb. 4-12: P-Entzug von Haferstroh in Abhängigkeit der Anlagen, der Substrate und

Varianten, Mittelwerte der 5 Wdh.

Anlage 1 = 1997, Anlage 2 = 1998

GD(5%) P-Entzug Anlage/Substrat/Variante = 3,7

4 Ergebnisse

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

TS [g/Gefäß]

Sand Löß

Abb. 4-13: Erträge Mais in Abhängigkeit der Substrate und Varianten

Anlage 1 = 1997, Mittelwerte der 5 Wdh.,

GD(5%) Ertrag Substrat/Variante = 10,8

100

123456789 123456789

Varianten

P-Entzug [mg P/Gefäß]

Sand Löß

Abb. 4-14: P-Entzug von Mais in Abhängigkeit der Substrate und Varianten

Anlage 1 = 1997, Mittelwerte der 5 Wdh.

GD(5%) P-Entzug Substrat/Variante = 19,0

4 Ergebnisse

Beim Mais, der nur in der ersten Anlage nach Hafer angebaut wurde, ist auffällig, daß die

P-Entzüge der Sand-Varianten mit 62 - 90 mg P/Gefäß größer ausfallen als die der Löß-

Varianten, deren Entzüge zwischen 44 - 57 mg P/Gefäß liegen. Auch wenn dies statistisch

nicht abgesichert ist, besteht dennoch der Trend, daß die Klärschlamm-Varianten (3 und 6),

bei denen Aluminat als Fällungsmitteln eingesetzt wurde, höhere Entzüge aufweisen als die

mit Eisensalzen gefällten Klärschlamm-Varianten (2 und 4, 5 und 7). Die Dünger-Variante

Superphosphat (8) erzielte bei der Sand-Variante mit 90 mg P/Gefäß die höchsten P-Entzüge.

Bei den Löß-Varianten war der P-Entzug der Superphosphat-Variante (8) ebenbürtig mit den

Varianten flüssiger und stichfester Klärschlamm mit Aluminat als Fällungsmittel (3 und 6).

Die P-Entzüge der Dünger-Variante Hyperphos (9) sind bei beiden Substraten gleich denen

der Kontrolle.

Werden beide Anlagen zusammengefaßt, wird deutlich, daß die Haferkornerträge bei den

Sand-Varianten größer als bei den Löß-Varianten ausgefallen sind. Dagegen liegen die

P-Entzüge der Löß-Varianten über denen der Sand-Varianten. Die Varianten mit flüssigem

Klärschlamm weisen höhere Erträge, jedoch keine höheren P-Entzüge als die stichfesten

Klärschlamm-Varianten auf. Eine Kalkung der mit Eisen gefällten Klärschlamm-Varianten

hat keinen positiven Einfluß auf den Ertrag und P-Entzug. Beim Mais bestehen zwischen den

Sand- und Löß-Varianten hinsichtlich der Erträge keine Unterschiede, jedoch bei den

P-Entzügen, die bei den Sand-Varianten höher ausfallen.

4.1.4 Auswirkungen der Klärschlamm-Düngung auf die Anbaufolge

Im folgenden sollen die Auswirkungen der Klärschlammdüngung über die Anbaufolgen der

Früchte betrachtet werden. Da die absoluten Erträge nicht vergleichbar sind, erfolgte die

Umrechnung in Relativerträge. Dazu wurde jeweils der Ertrag der Dünger-Variante

Superphosphat (8) gleich 100 % gesetzt und alle anderen Varianten wurden entsprechend

berechnet. Um die zeitliche Wirkung darstellen zu können, wurden die einzelnen Ernten

unabhängig vom Jahr miteinander verrechnet. Die Maisernte nach Hafer der ersten

Versuchsanlage bleibt bei der Darstellung der Erträge unberücksichtigt.

In der Tabelle 4-1 sind die Relativerträge als Mittelwerte der beiden Versuchsanlagen zu-

sammengefaßt dargestellt. In den Abbildungen 4-15 und 4-16 sind zur besseren Veranschauli-

4 Ergebnisse

chung der Ergebnisse die Wechselwirkungen Ernten/Substrat und Substrat/Variante abge-

bildet. Aus Tabelle 4-1 ist zu erkennen, daß bei den Sand-Varianten beim Weidelgras keine

ertragswirksame P-Wirkung zu verzeichnen ist, da keine statistisch gesicherten Mehrerträge

gegenüber der ungedüngten Kontroll-Variante (1) aufgetreten sind. Eine Ausnahme stellt der

erste Schnitt des Einjährigen Weidelgrases der flüssigen Klärschlamm-Variante mit Eisen als

Fällungsmittel (2) dar, der signifikant höhere Erträge als die Kontrolle aufweist. Im zweiten

Jahr (WK, WS und MW) erreicht die Kontrolle nicht mehr die hohen Erträge im Vergleich zu

den gedüngten Varianten. Jedoch schon im dritten Jahr bestehen keine signifikanten Unter-

schiede zwischen den Varianten, auch wenn die Kontrolle die geringsten Erträge aufweist.

Bei den Löß-Varianten kommt es erst ab dem Mais nach Weizen im zweiten Jahr zu

gesicherten höheren Relativerträgen der Dünger-Variante Superphosphat (8) gegenüber den

Tabelle 4-1 Erträge (%) in Abhängigkeit der Ernten, Substrate und Varianten

Mittelwerte der 2 Anlagen, Dünger-Variante Superphosphat (8) = 100 %

GD (5%) Ertrag Ernte/Substrat/Variante = 17,8

GD (5%) Ertrag Ernte/Substrat = 5,9

GD (5%) Ertrag Substrat/Variante = 5,9

Varianten

1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr 1.-3.

Jahr

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS DS

1 89,92 93,12 85,86 101,66 62,20 75,81 115,23 90,02 88,05 89,10

2 113,07 108,77 96,12 104,00 90,56 91,89 142,47 103,47 103,57 105,99

3 101,59 99,93 96,84 78,62 90,78 88,64 118,57 111,94 99,98 98,54

4 86,71 88,63 91,12 89,93 83,47 85,49 156,18 89,49 79,90 94,55

Sand

5 92,75 91,72 89,37 114,39 88,77 90,15 169,62 98,92 86,13 102,42

6 92,34 99,44 91,19 105,70 104,16 100,95 145,29 104,53 100,80 104,93

7 88,47 94,61 86,83 90,71 87,00 81,16 139,99 92,43 91,38 94,73

8 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

9 89,23 97,00 84,88 95,08 95,56 95,01 105,74 104,75 90,17 95,27

DS Sand 94,90 97,02 91,36 97,79 89,17 89,90 132,57 99,50 93,33

1 95,24 101,29 94,99 115,06 85,94 85,55 67,94 63,52 59,82 85,48

2 108,80 107,95 104,50 112,64 83,69 86,90 87,70 88,24 91,22 96,85

3 103,41 105,85 107,52 112,85 89,05 91,81 77,51 98,35 95,69 98,00

4 107,26 101,68 98,48 121,77 93,78 94,13 71,30 87,53 92,92 96,54

Löß 5 98,02 101,41 103,43 110,53 98,32 95,94 74,43 80,52 82,50 93,90

6 99,19 100,91 100,22 112,76 93,56 94,07 76,26 83,91 84,45 93,93

7 99,22 102,23 95,49 114,74 96,63 96,80 76,35 78,78 74,55 92,75

8 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

9 98,06 95,18 97,48 111,00 95,47 96,25 99,58 72,39 68,89 92,70

DS Löß 101,02 101,83 100,23 112,37 92,94 93,49 81,23 83,69 83,34

EW - Einjähriges Weidelgras, WK - Weizenkorn, WS - Weizenstroh,

MW - Mais nach Weizen, HK - Haferkorn, HS - Haferstroh, DS Durchschnitt der neun Ernten

Erträge Mais nach Hafer der 1. Versuchsanlage sind unberücksichtigt

4 Ergebnisse

gleichen Ertrag wie die Superphosphat-Variante (8). Ebenfalls keine signifikanten

Unterschiede sind bei der flüssigen Klärschlamm-Variante mit Eisenfällung (2) festzustellen,

auch wenn diese nur 87,7 % der Superphosphat-Variante erreicht. Im dritten Jahr können die

Kontrolle (1) und die Hyperphos-Variante (9) das hohe Ertragspotential der Superphosphat-

Variante nicht mehr erreichen.

Betrachtet man die Sand-Varianten in der Abbildung 4-15 so erkennt man, daß die

Relativerträge des Einjährigen Weidelgrases und des Weizens im Durchschnitt der Anlagen

und Varianten unter 100 % liegen. Erst beim Mais nach Weizen kommt es zu einem starken

Anstieg der Relativerträge von ca. 130 % und damit zum höchsten Anstieg innerhalb der

Fruchtfolge. Die Relativerträge des Haferkorns erreichen ca. 100 %, die Relativerträge des

Haferstrohs sind mit 93 % geringfügig niedriger.

Auf dem Lößboden ist hingegen eine andere Entwicklung erkennbar. Die Relativerträge

liegen bei den vier Schnitten des Einjährigen Weidelgrases oberhalb von 100 %, besonders

bei dem vierten Schnitt kommt es zu einem Ertragsanstieg. Die Relativerträge vom

Weizenkorn und -stroh fallen im Durchschnitt der Varianten unter 100 %. Ab der Ernte Mais

nach Weizen sinkt das Ertragspotential auf 83 % ab.

Die Unterschiede der Varianten sind für beide Substrate in Abbildung 4-16 zusammengestellt.

Im Vergleich zur Superphosphat-Variante (8) weist die Kontrolle (1) einen signifikanten

Minderertrag und die flüssige Klärschlamm-Variante mit Eisen als Fällungsmittel (2) einen

signifikanten Mehrertrag auf. Zur Kontrolle sind hingegen alle Varianten, außer den beiden

Klärschlamm-Varianten mit Eisenfällung und zusätzlicher Kalkung (4 und 7), signifikant.

Läßt man bei der Berechnung des Mittelwertes die Maisernte nach Weizen unberücksichtigt,

erhält man ein entsprechendes Ergebnis, jedoch unterscheiden sich Variante 2 und die

Superphosphat-Variante (8) nur sehr geringfügig um 1,4 %.

Bei den Löß-Varianten ergibt sich ein verändertes Bild im Verhältnis der Varianten

zueinander. Die drei flüssigen Klärschlamm-Varianten (2, 3 und 4) erreichen das gleiche

Ertragsniveau wie die Superphosphat-Variante (8). Die drei stichfesten Klärschlamm-

Varianten (5, 6 und 7) liegen auf einem signifikant niedrigeren Niveau und bei der Kontrolle

(1) wurde ein noch geringerer Ertrag ermittelt.

4 Ergebnisse

100

120

140

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS

Ernten

Ertrag [%]

Sand

Löß

Abb. 4-15: Relativerträge (%) in Abhängigkeit der Ernten und Substrate

Mittelwert der 2 Anlagen und 9 Varianten

Dünger-Variante Superphosphat (8) = 100 %

EW - Einjähriges Weidelgras, WK - Weizenkorn, WS - Weizenstroh,

MW - Mais nach Weizen, HK - Haferkorn, HS - Haferstroh

Erträge Mais nach Hafer der 1. Versuchsanlage sind unberücksichtigt

GD (5%) Relativertrag Ernte/Substrat = 5,9

100

120

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

Ertrag [%]

Sand Löß

Abb. 4-16: Relativerträge (%) in Abhängigkeit der Substrate und Varianten

Mittelwert der 2 Anlagen und 9 Ernten

Dünger-Variante Superphosphat (8) = 100 %

Erträge Mais nach Hafer der 1. Versuchsanlage sind unberücksichtigt

GD (5%) Relativertrag Ernte/Substrat = 5,9

4 Ergebnisse

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die Relativerträge der Klärschlamm-Varianten

z.T. nur geringfügig unterhalb der Dünger-Variante Superphosphat liegen. Zwischen den

Substraten werden größere Differenzen erst ab der Kultur Mais nach Weizen erkennbar. Von

da an liegen die Relativerträge der Sand-Varianten oberhalb der Löß-Varianten.

Die P-Entzüge der Anbaufolge können als Absolutwerte dargestellt werden, dabei ist jeweils

der Summenwert für das Jahr berechnet worden. Die Darstellung der Werte als Vierfach-

Wechselwirkung wird so unübersichtlich, daß in diesem Falle in den Abbildungen 4-17 und

4-18 die Dreifach-Wechselwirkungen dargestellt sind, um die Einflüsse der Düngung besser

verdeutlichen zu können.

Abbildung 4-17 stellt die jährlichen P-Entzüge der Kulturen in Abhängigkeit der Anlagen,

Jahre und Substrate dar. Für beide Anlagen und Substrate gilt, daß im ersten Jahr durch das

Einjährige Weidelgras die höchsten P-Entzüge eingetreten sind, dabei sind jeweils in der

zweiten Anlage die Entzüge des Einjährigen Weidelgrases höher ausgefallen als die der ersten

Anlage. Die P-Entzüge des zweiten Jahres durch die Weizen- und Maisernten liegen bei

beiden Anlagen sowohl bei den Sand- als auch bei den Löß-Varianten auf einem gleichen Ni-

veau, jedoch bei den Löß-Varianten um das 1,5-fache höher. Im dritten Jahr liegen die P-Ent-

züge der beiden ersten Anlagen auf einem Niveau von 230 mg P/Gefäß. In der zweiten An-

lage ist eine starke Reduzierung festzustellen, da hier auf den Nachbau von Mais nach Hafer

verzichtet wurde. Trotz dieses "Maiseffektes" liegt die Summe der P-Entzüge beider Anlagen

der Sand-Varianten bei ca. 650 mg P/Gefäß und bei den Löß-Varianten bei 950 mg P/Gefäß.

Da jedoch die Verhältnisse der Varianten zueinander von Interesse sind, sind diese in

Abbildung 4-18 abgebildet. Für beide Substrate gilt, daß die Unterschiede zwischen den

Varianten im ersten Jahr größer sind und es in den folgenden Jahren zu einer Angleichung der

P-Entzüge gekommen ist. Betrachtet man zunächst nur die Sand-Varianten, erreichen im

ersten Jahr alle Varianten, mit Ausnahme der flüssigen Klärschlamm-Variante mit Eisen als

Fällungsmittel und Kalkung (4), sowie die stichfesten Varianten mit dem Fällungsmittel Eisen

(5) und Eisen und Kalkung (7) statistisch höhere P-Entzüge als die Kontrolle. Im zweiten Jahr

haben alle Varianten signifikant höhere P-Entzüge. Im dritten Jahr liegen alle Varianten außer

den beiden Varianten flüssiger Klärschlamm mit Aluminatfällung (3) und der Dünger-

Variante Superphosphat (8) auf einem gleichen Niveau.

4 Ergebnisse

100

200

300

400

500

600

700

Anlage 1 Anlage 2 Anlage 1 Anlage 2

P-Entzug [mg P/Gefäß]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Sand Löß

Abb.4-17: Jährlicher P-Entzug der Kulturen in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Substrate, Mittelwert der 9 Varianten und Wiederholungen,

Erträge Mais nach Hafer der 1. Versuchsanlage sind berücksichtigt

GD (5%) P-Entzug Anlage/Jahr/Substrat = 12,1

GD (5%) P-Entzug Anlage/Jahr/Substrat/Variante = 36,3

100

200

300

400

500

600

700

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

P-Entzug [mg P/Gefäß]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Sand Löß

Abb. 4-18: Jährlicher P-Entzug der Kulturen in Abhängigkeit der Jahre, Substrate und

Varianten, Mittelwert der 2 Anlagen und Wiederholungen,

Erträge Mais nach Hafer der 1. Versuchsanlage sind unberücksichtigt

GD (5%) P-Entzug Jahr/Substrat/Variante = 25,7

GD (5%) P-Entzug Anlage/Jahr/Substrat/Variante = 36,3

4 Ergebnisse

Bei den Löß-Varianten ergibt sich ein verändertes Bild. Im ersten Jahr erreichen alle Varian-

ten außer der stichfesten Klärschlamm-Variante mit Eisen als Fällungsmittel und Kalkung (7)

sowie die Dünger-Variante Hyperphos (9) signifikant höhere P-Entzüge. Im zweiten Jahr

konnten hingegen bei allen Varianten außer den beiden flüssigen Klärschlamm-Varianten mit

Eisen- bzw. Aluminatfällung (2 und 3) erhöhte P-Entzüge jeweils zur Kontrolle festgestellt

werden. Im dritten Jahr weisen im Unterschied zu den Sand-Varianten alle Löß-Varianten

außer der Dünger-Variante Hyperphos (9) höhere P-Entzüge im Vergleich zur Kontrolle auf.

Innerhalb der drei Jahre kommt es zu abnehmenden P-Entzüge. Im ersten Jahr in dem auch

die Unterschiede zwischen den Sand- und Löß-Varianten am ausgeprägtesten sind, liegen die

höchsten P-Entzüge vor. In den beiden folgenden Jahren fallen sowohl zwischen den

Substraten als auch zwischen den Varianten die Unterschiede geringer aus.

4.2 Einfluß der Klärschlamm-Düngung auf den Boden

Bei den Auswirkungen der Klärschlammdüngung im Vergleich zur Mineraldüngung sollen

drei Bodenparameter besprochen werden. Zunächst werden die Veränderungen der

pflanzenverfügbaren Phosphat-Gehalte betrachtet. Im Anschluß erfolgt die Darstellung der

Gesamt-P-Gehalte und zum Schluß wird der Einfluß der Düngung auf die Fraktionen (Fe/Al-

P, Ca-P, Org.-P und Rest-P) vorgestellt. Die Probennahme erfolgte stets am Ende der

Vegetationsperiode, d.h. 6, 18 bzw. 30 Monate nach der Klärschlammausbringung. Zur

Vereinfachung wird im folgenden Text die Bezeichnung 1., 2. bzw. 3. Jahr benutzt.

4.2.1 Veränderungen des pflanzenverfügbaren Phosphates innerhalb der Anbaufolge

Die Bestimmung der P-Versorgung der Böden wird in den meisten Landwirtschaftskammern

mit Hilfe der Lactatmethode (P-CAL) durchgeführt. Das pflanzenlösliche Phosphat stellt

dabei die Phosphatmenge dar, die von den Pflanzen aufgenommen werden kann. In

Abbildung 4-19 ist der P-CAL-Gehalt in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Jahre

dargestellt, zusätzlich wurde der Anfangsgehalt der Substrate mit aufgenommen, um die

zeitliche Entwicklung besser beurteilen zu können.

4 Ergebnisse

Anlage 1 Anlage 2 Anlage 1 Anlage 2

P-CAL-Gehalt [mg P/100 g Boden]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Sand Löß

Abb. 4-19: P-CAL-Gehalt des Bodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und Substrate

Mittelwert der 9 Varianten und Wiederholungen, AG - Anfangsgehalt

GD (5%) P-CAL Anlage/Jahr/Substrat = 0,16

Bei den Sand-Varianten lag der Anfangsgehalt in beiden Anlagen bei 5,8 mg P/100 g Boden

(13,2 mg P2O5/100 g Boden). Am Vegetationsende des ersten Jahres kommt es in beiden

Anlagen zu einer Reduzierung der Gehalte um ca. 1 mg P/100 g Boden. Nach dem

Vegetationsende des zweiten Jahres entwickeln sich die beiden Anlagen unterschiedlich.

Während sich in der ersten Anlage der P-CAL-Gehalt nicht ändert, steigt in der zweiten

Anlage der P-CAL-Gehalt um 0,7 mg P/100 g Boden an. Im dritten Jahr kommt es dann in

der ersten Anlage zu einer geringen Reduzierung der P-CAL-Gehalte um 0,24 mg P/100 g

Boden, während die P-CAL-Gehalte in der zweiten Anlage unverändert blieben.

Bei den Löß-Varianten findet im ersten Jahr durch den Anbau von Einjährigem Weidelgras

ein starker P-Entzug statt, der wiederum zu einer erheblichen Reduzierung des

P-CAL-Gehaltes führt. Im zweiten Jahr ist die Reduzierung durch die P-Entzüge von Weizen

und Mais nicht so groß, so dass auch der Rückgang des pflanzenverträglichen P-Gehaltes

gering ausfällt. Im dritten Jahr entwickeln sich die beiden Anlagen unterschiedlich. Der

Anbau von Mais nach Hafer der ersten Anlage bedingt eine weitere Reduzierung des

pflanzenverfügbaren P-Gehaltes im Boden. Dagegen steigt der P-Gehalt in der zweiten

Anlage an, dort wurde auf den Anbau von Mais nach Hafer verzichtet.

4 Ergebnisse

123456789 123456789

Varianten

P-CAL-Gehalt [mg P/100 g Boden]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Anlage 1 Anlage 2

Abb. 4-20: P-CAL-Gehalt des Sandbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Varianten, Mittelwert der Wiederholungen,

Anfangsgehalt P-CAL-Gehalt Sand = 5,8 mg P/100 g Boden

GD (5%) P-CAL Anlage/Jahr/Substrat/Variante = 0,45

123456789 123456789

Varianten

P-CAL-Gehalt [mg P/100 g Boden]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Anlage 1 Anlage 2

Abb. 4-21: P-CAL-Gehalt des Lößbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Varianten, Mittelwert der Wiederholungen,

Anfangsgehalt P-CAL-Gehalt Anlage 1 = 6,46 mg P/100 g Boden

Anfangsgehalt P-CAL-Gehalt Anlage 2 = 9,78 mg P/100 g Boden

GD (5%) P-CAL Anlage/Jahr/Substrat/Variante = 0,45

4 Ergebnisse

In den Abbildungen 4-20 und 4-21 sind die P-CAL-Gehalte für Sand- und Lößboden getrennt

dargestellt. Im ersten Jahr sinken bei der Kontrolle (1) der ersten Anlage der Sand-Varianten

die P-CAL-Gehalte (Abbildung 4-20). Die P-Gehalte bleiben in den folgenden zwei Jahren

konstant. Die gleiche Entwicklung ist auch bei den Varianten stichfester Klärschlamm (6) und

den Dünger-Varianten (8 und 9) festzustellen, wobei dort die Abnahme im ersten Jahr

geringer ausfiel als bei der Kontrolle. Bei den anderen Varianten (2, 3, 4, 5, 7) kommt es

innerhalb des ersten Jahres zu einer stärkeren Verringerung und im zweiten bzw. dritten Jahr

überwiegend zu einer geringen Reduzierung der P-Gehalte.

In der zweiten Anlage der Sand-Varianten ist die Entwicklung der Kontrolle weitestgehend

identisch mit der Kontrolle der ersten Anlage, auch wenn es im zweiten Jahr zu einer geringen

Anhebung des P-CAL-Gehaltes kam. Ebenfalls bei den drei flüssigen Klärschlamm-Varianten

(2, 3 und 4) und der Dünger-Variante Superphosphat (8) fällt die Reduzierung der

P-CAL-Gehalte geringer als bei den stichfesten Klärschlamm-Varianten (5, 6 und 7) und der

Hyperphos-Variante (9) aus. Im zweiten Jahr erfolgt eine Zunahme der P-CAL-Gehalte, die

besonders hoch bei den Klärschlamm-Varianten (2, 5 und 6) ausfallen. Im dritten Jahr liegen

dagegen die P-CAL-Gehalte überwiegend auf dem Vorjahresniveau.

Für die Löß-Varianten sind beide Anlagen in Abbildung 4-21 dargestellt. Bei allen Varianten

der Anlage 1 erfolgt eine Reduzierung des Anfangsgehaltes, der bei 6,5 mg P/100 g Boden

gelegen hat. Diese Abnahme fällt im ersten Jahr am stärksten bei der Kontrolle (1) und der

Dünger-Variante Hyperphos (9) aus. Im zweiten Jahr findet ebenfalls durch den Anbau von

Weizen und Mais eine Verminderung des pflanzenverfügbaren P-Gehaltes im Boden statt, der

im dritten Jahr nur noch bei einigen Varianten statistisch nachweisbar ist.

Der Anfangsgehalt der zweiten Anlage lag mit 9,8 mg P/100 g Boden wesentlich höher als in

der Anlage 1. Wie auch in Anlage 1 ist der Rückgang der P-Gehalte im ersten Jahr bei den

beiden Varianten Kontrolle (1) und Hyperphos (9) am größten (ca. 5 mg P/100 g Boden) und

bei der Variante Superphosphat (8) am geringsten (ca. 3 mg P/100 g Boden) ausgefallen. Im

zweiten Jahr kommt es zu einer weiteren Abnahme der P-Gehalte im Boden außer bei der

flüssigen Klärschlamm-Variante mit dem Fällungsmittel Eisen (2), bei der eine Steigerung der

Bodengehalte festzustellen ist. Im dritten Jahr steigen die Gehalte wieder an. Dieser

Unterschied zur Anlage 1 kann durch den in der zweiten Anlage nicht durchgeführten Anbau

4 Ergebnisse

von Mais nach Weizen erklärt werden. Die Kontrolle (1) und die Dünger-Variante Hyperphos

(9) weisen nach den drei Jahren die geringsten P-Gehalte auf.

Ungeachtet einiger Ausnahmen kommt es innerhalb des dreijährigen Versuchszeitraumes

sowohl bei der Sand- als auch bei den Löß-Varianten der ersten Anlage zu einer Abnahme des

pflanzenverfügbaren Phosphates. Bei den Varianten der zweiten Anlage kommt es hingegen

zu einem uneinheitlichen Verlauf.

4.2.2 Veränderungen des Gesamt-P-Gehaltes innerhalb einer Anbaufolge

Neben dem pflanzenverfügbaren Phosphat soll im Kapitel 4.2.2.1 auch der Gesamt-P-Gehalt

des Bodens betrachtet werden. Dazu ist in Abbildung 4-22 der Gesamt-P-Gehalt des Bodens

in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und Substrate dargestellt, da sowohl die

Wechselwirkungen Anlage/Jahr/Substrat/Variante als auch Jahr/Substrat/Variante nicht

signifikant sind. Ebenso ist die Wechselwirkung Jahr/Substrat nicht signifikant, so dass auf

die Darstellung der jährlichen Ergebnisse zurückgegriffen und die Hauptwirkung Variante für

alle drei Jahre gewählt wird (Abbildung 4-23).

Der Sandboden (Abbildung 4-22) weist einen Anfangsgehalt von 38,4 mg P/100 g Boden auf,

hinzu kommt die Düngung der Varianten 2-9 mit 4,9 mg P/100 g Boden, so dass sich ein

rechnerischer Gesamt-P-Gehalt für alle 9 Varianten von 42,7 mg P/100 g Boden ergibt. Nach

dem ersten Jahr ist die Reduzierung der Gesamt-P-Gehalte im Boden durch den Anbau von

Einjährigem Weidelgras am größten, in den beiden folgenden Jahren fallen durch den Anbau

von Getreide die Abnahme des Gesamt-P-Gehaltes geringer aus. Der Gesamt-P-Gehalt nach

drei Jahren liegt für beide Anlagen bei 36 mg P/100 g Boden.

Beim Lößboden liegen die Ausgangsgehalte beider Anlagen geringfügig auseinander. In der

ersten Anlage beträgt der Gehalt 57,8 mg P/100 g Boden und in der zweiten Anlage

61,3 mg P/100 g Boden, addiert man nun für die Varianten 2-9 die Düngung von

4,9 mg P/100 g Boden, erhält man einen durchschnittlichen Anfangsgehalt von 62,1 bzw.

65,7 mg P/100 g Boden. Entsprechend dem Sandboden ist auch beim Lößboden die

Verringerung der Gesamt-P-Gehalte nach dem ersten Jahr am größten. Nach dem dritten Jahr

liegen beide Anlagen bei ca. 52 mg P/100 g Boden.

4 Ergebnisse

Anlage 1 Anlage 2 Anlage 1 Anlage 2

P-Gehalt [mg P/100 g Boden]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Sand Löß

Abb. 4-22: Gesamt P-Gehalt des Bodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und Sub-

strate Mittelwert der 9 Varianten und Wiederholungen,

AG - Anfangsgehalt und Düngung, GD (5%) Gesamt-P Anlage/Jahr/Substrat = 1,1

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

P-Gehalt [mg P/100 g Boden]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Abb. 4-23: Gesamt-Phosphat-Gehalt des Bodens in Abhängigkeit der Varianten für drei Jahre

Mittelwerte der Anlagen, Substrate und Wiederholungen des jeweiligen Jahres,

AG: 49,0 mg P/100 g Boden, Düngung der Varianten 2-9: 4,9 mg P/100 g Boden,

1. Jahr, GD (5%) Gesamt-P Variante = 2,1

2. Jahr, GD (5%) Gesamt-P Variante = 1,1

3. Jahr, GD (5%) Gesamt-P Variante = 1,0

4 Ergebnisse

In der Abbildung 4-23 sind für jedes Jahr die Gesamt-Phosphat-Gehalte des Bodens in

Abhängigkeit der Varianten dargestellt. Der Anfangsgehalt des Bodens hat für beide Substrate

und Anlagen bei 49 mg P/100 g Boden gelegen. Die Düngung von 4,9 mg P/100 g Boden

erfolgte bei den Varianten 2-9, so dass der dreijährigen Fruchtfolge ein Gesamt-P-Angebot

von 53,9 mg P/100 g Boden zur Verfügung stand. Am Ende der ersten Vegetationsperiode

verringert sich der Gesamt-P-Gehalt der Kontrolle um 5,5 mg P/100 g Boden. Bei den

Dünger-Varianten (8 und 9) erfolgt eine Reduzierung um 6 mg P/100 g Boden und bei den

Klärschlamm-Varianten sinkt der Gehalt in der Spanne von 6,5 mg P/100 g Boden (Variante

6) bis 8,2 mg P/100 g Boden (Variante7).

Im zweiten Jahr sind die Gesamt-P-Gehalte der Kontrolle (1), der drei flüssigen

Klärschlämme (2, 3 und 4) sowie der Dünger-Varianten (8 und 9) konstant geblieben. Bei den

drei stichfesten Klärschlämmen kam es zu einer Abnahme der Gehalte, die signifikant

niedriger im Vergleich zu den entsprechenden flüssigen Klärschlamm-Varianten sind.

Im dritten Jahr kommt es bei allen Varianten zu einer Reduzierung der Gesamt-P-Gehalte.

Alle Varianten haben im Vergleich zur Kontrolle höhere Gesamt-P-Gehalte. Zwischen den

flüssigen und stichfesten Klärschlamm-Varianten besteht nur noch bei den mit Eisen gefällten

und gekalkten Klärschlämmen (4 und 7) ein signifikanter Unterschied. Bei der Hyperphos-

Variante (9) ist der Gesamt-P-Gehalt nicht so stark gesunken, so dass ein signifikanter

Unterschied zur Superphosphat-Variante (8) besteht.

Bei einem Vergleich der Substrate innerhalb der Fruchtfolge sind den Sand-Varianten ca.

7 mg P/100 g Boden und den Löß-Varianten 11 bzw. 13 mg P/100 g Boden entzogen worden.

Betrachtet man nun die Varianten untereinander zeigt sich, daß die geringsten Entzüge

der Gesamt-P-Gehalte mit 7,5 mg P/100 g Boden bei der Kontrolle (1) bzw.

8,0 mg P/100 g Boden bei der Dünger-Variante Hyperphos (9) vorliegen. Die höchsten

Entzüge konnten mit 10,9 mg P/100 g Boden bei der festen Klärschlamm-Variante mit Eisen-

Fällung und Kalkung (7) festgestellt werden. Alle anderen Klärschlamm-Varianten und die

Dünger-Variante Superphosphat (8) weisen einen Entzug von ca. 9 mg P/100 g Boden auf.

4 Ergebnisse

4.2.3 Veränderungen der P-Fraktionen innerhalb einer Anbaufolge

Nachdem nun die Entwicklung des Gesamtphosphates im Boden betrachtet wurde, sollen im

folgenden Kapitel die Veränderungen der einzelnen Fraktionen innerhalb der dreijährigen

Fruchtfolge erfolgen. Dazu werden in den Abbildungen 4-24 bis 4-28 die einzelnen

Fraktionen (Fe/Al-P, Ca-P, Org. P und Rest P) zunächst zusammen und dann einzeln

dargestellt. Abbildung 4-24 stellt die Summe der Fraktionen in Abhängigkeit der Anlagen,

Substrate und Jahre dar, die Anfangsgehalte der Substrate (AG) sind ebenfalls aufgenommen

worden. Im Vergleich zur Abbildung 4-22 ist bei den Anfangsgehalten die Düngung nicht

berücksichtigt worden.

Die größte Fraktion bei den Sand-Varianten ist die des Fe/AL-Phosphates mit einem Anteil

am Gesamt-P von 60-70 %. Diese bleibt in der ersten Anlage über die drei Jahre unverändert.

In der zweiten Anlage steigt hingegen der Fe/Al-P-Gehalt im ersten Jahr geringfügig um

0,8 mg Fe/Al-P/100 g Boden an, er bleibt im zweiten Jahr unverändert und sinkt im dritten

Jahr wieder auf 25,1 mg Fe/AL-P/100 g Boden. Die Ca-P-Fraktion mit ca. 10 % am Gesamt-P

beteiligt, steigt im ersten Jahr sehr leicht an (0,6 mg Ca-P/100 g Boden) bleibt in den

folgenden Jahren jedoch auf gleichem Niveau. Die Fraktion, die größeren Veränderungen

unterliegt, ist die Org. P-Fraktion mit einen Anfangsgehalt von 4,8 mg P/100 g Boden. Dies

entspricht einem Anteil am Gesamt-P von 12 %. In der ersten Anlage ist eine geringfügige

Reduzierung der Org. P-Gehalte feststellbar, dann steigt im zweiten Jahr der Gehalt stärker

an. Im dritten Jahr kommt es dann wieder zu einer Reduzierung um 5,2 mg Org.-P/100 g

Boden. Die Org. P-Gehalte der zweiten Anlage steigen bereits im ersten Jahr an, im zweiten

Jahr halbieren sie sich und im dritten Jahr steigen sie erneut an. Der Rest-P-Gehalt, der sich

aus der Differenz des Gesamt-P-Gehaltes minus der drei bereits besprochenen Fraktionen

ergibt, ist die Fraktion mit der größten Fehlerwahrscheinlichkeit. Dadurch ist auch die hohe

Grenzdifferenz von 3,7 zu erklären. Der Anfangsgehalt bei den Sand-Varianten beträgt 5,6

mg Rest-P/100 g Boden, dieser fällt in beiden Anlagen ab, jedoch in der zweiten Anlage

stärker. Es kommt zu keinen statistischen Unterschieden zwischen den Anlagen und Jahren.

Bei den Löß-Varianten bestehen aufgrund unterschiedlicher Ausgangssubstrate auch

Unterschiede in dem Umfang der Fraktionen. Der Anfangsgehalt an Fe/Al-P am Gesamt-P-

Gehalt in den Anlagen 1 und 2 beträgt 29,9 bzw. 27,0 mg Fe/Al-P/100 g Boden und erreicht

damit einen prozentualen Anteil von 52 bzw. 44 % am Gesamt-P-Gehalt. In beiden Anlagen

4 Ergebnisse

AG 1. 2. 3. AG 1. 2. 3. AG 1. 2. 3. AG 1. 2. 3.

P-Gehalt [mg P/100 g Boden]

Rest P

Org. P

Ca-P

Fe/Al-P

Anlage 1 Anlage 2 Anlage 1 Anlage 2

Sand Löß

Jahr

Abb. 4-24: P-Fraktionierung des Bodens in Abhängigkeit der Anlagen, Substrate und Jahre

Mittelwert der 9 Varianten und Wiederholungen,

Anfangsgehalt (AG) der Kontrollen (ohne P-Düngung)

GD (5%) Gesamt-P Anlage/Jahr/Substrat = 1,1

GD (5%) Fe/Al-P-Fraktion Anlage/Jahr/Substrat = 0,5

GD (5%) Ca-P-Fraktion Anlage/Jahr/Substrat = 0,2

GD (5%) Org.-P-Fraktion Anlage/Jahr/Substrat = 0,5

GD (5%) Rest-P-Fraktion Anlage/Jahr/Substrat = 3,7

kommt es zu einer Reduzierung der Fe/Al-P-Gehalte. Während in der ersten Anlage eine

stetige Reduzierung innerhalb der drei Jahre erfolgt, kann sie in der zweiten Anlage nur im

ersten Jahr statistisch nachgewiesen werden. Im dritten Jahr besitzt die Fe/AL-P-Fraktion

einen Anteil von 39 bzw. 41 % am Gesamt-P-Gehalt. Der Gehalt der Ca-P-Fraktion der ersten

Anlage beträgt 9,9 mg Ca-P/100 g Boden, dieser verringert sich in den ersten beiden Jahren

und bleibt im dritten Jahr unverändert. In der zweiten Anlage liegt er bei 12,2 mg Ca-P/100 g

Boden und steigt im Laufe der drei Jahre auf 14,2 mg Ca-P/100 g Boden an. Bei der Org. P-

Fraktion ist der Anfangsgehalt der ersten Anlage bei 6,2 mg Org.-P/100 g Boden und

verdreifacht sich fast innerhalb der Fruchtfolge. Bei dem Boden der zweiten Anlage ist die

Org. P-Fraktion bereits zu Beginn auf einem höheren Niveau von

12,0 mg Org.-P/100 g Boden, in den drei Jahren kommt es zu einer uneinheitlichen

Entwicklung. Der Rest-P-Gehalt der ersten Anlage beträgt 11,9 mg Rest-P/100 g Boden. Er

bleibt über die ersten zwei Jahre unverändert, fällt im dritten Jahr stärker ab und erreicht den

Wert 3,8 mg Rest-P/100 g Boden. In der zweiten Anlage ist der Ausgangsgehalt mit 10,2 mg

4 Ergebnisse

Rest-P/100 g Boden etwas geringer. Im zweiten Jahr kommt es hier bereits zu einer größeren

Reduzierung auf 3,8 mg Rest-P/100 g Boden, die statistisch im dritten Jahr unverändert bleibt.

Da jedoch der Einfluß der Klärschlamm-Düngung auf die Fraktionen von Interesse ist,

werden diese im folgenden vorgestellt. In Abbildung 4-25 ist die Fe/Al-P-Fraktion in

Abhängigkeit der Jahre, Substrate und Varianten dargestellt. Der Anfangsgehalt der Sand-

Varianten beträgt 25,3 mg Fe/AL-P/100 g Boden. Bei den drei flüssigen Klärschlamm-

Varianten (2, 3 und 4) kommt es innerhalb des ersten Jahres zu einem Anstieg auf

27,2 - 28,3 mg Fe/AL-P/100 g Boden. Auch bei der Dünger-Variante Superphosphat kommt

es zu einem sehr geringen Anstieg des Fe/Al-P-Anteiles. Die anderen Varianten bleiben auf

dem gleichen Niveau oder sinken ab. In den folgenden Jahren sinken die Gehalte bei der

Kontrolle (1) und den drei flüssigen Klärschlamm-Varianten (2, 3 und 4) entweder im zweiten

bzw. dritten Jahr oder in beiden Jahren. Bei den stichfesten Klärschlamm-Varianten und den

Dünger-Varianten bleiben die Fe/Al-P-Gehalte konstant.

Bei den Löß-Varianten kommt es innerhalb des ersten Jahres zu einer großen Reduzierung der

Fe/Al-P-Gehalte von 28,4 mg Fe/AL-P/100 g Boden auf bis zu 20,6 mg Fe/AL-P/100 g Bo-

den (Kontrolle 1) bzw. 25,9 mg Fe/Al-P/100 g Boden (stichfester Klärschlamm mit dem Fäl-

lungsmittel Aluminat 6). Im zweiten Jahr sinken bei den stichfesten Klärschlämmen (4, 5 und

6) und bei der Dünger-Variante Superphosphat (8) die Fe/Al-P-Gehalte am stärksten ab. Aber

auch bei der flüssigen Klärschlamm-Variante mit dem Fällungsmittel Eisen und anschließen-

der Kalkung (4) und der Dünger-Variante Hyperphos (9) kommt es zu einer Reduzierung der

Fe/Al-P-Gehalte. Im dritten Jahr erreichen alle Varianten außer der Kontrolle (1) und der

Hyperphos-Variante (9) ein Niveau von ca. 22 mg Fe/Al-P/100 g Boden.

Da die Wechselwirkung Jahr-Substrat-Variante der Ca-P-Fraktion nicht signifikant ist, ist in

der Abbildung 4-26 die Darstellung Jahr-Variante gewählt worden. Der Anfangsgehalt beider

Substrate hat im Durchschnitt bei 6,9 mg Ca-P/100 g Boden gelegen. Dieser ist im ersten Jahr

aufgrund der Düngereigenschaften - wie zu erwarten war - bei der Dünger-Variante Hyper-

phos (9) stark erhöht und bei der Superphosphat-Variante (8) leicht erhöht. Im zweiten Jahr

tritt eine Steigerung bei den Klärschlamm-Varianten mit Aluminatfällung (3 und 6), bei der

stichfesten Klärschlamm-Variante Eisenfällung und Kalkung (7) und bei den beiden Dünger-

Varianten (8 und 9) ein. Im dritten Jahr erfolgt kein weiterer Anstieg der Ca-P-Gehalte.

4 Ergebnisse

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Varianten

Fe/Al-P-Gehalt [mg P/100 g Boden]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Sand Löß

Abb. 4-25: Fe/AL-P-Fraktion des Bodens in Abhängigkeit der Jahre, Substrate und

Varianten, Mittelwert der 2 Anlagen, Wiederholungen,

Anfangsgehalt Fe/AL-P-Fraktion Sand = 25,3 mg P/100 g Boden

Anfangsgehalt Fe/AL-P-Fraktion Löß= 28,4 mg P/100 g Boden

GD (5%) Fe/Al-P-Fraktion Jahr/Substrat/Variante = 1,0

123456789

Varianten

Ca-P-Fraktion [mg P/100 g Boden ]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Abb. 4-26: Ca-P-Fraktion des Bodens in Abhängigkeit der Jahre und Varianten,

Mittelwert der 2 Anlagen, 2 Substrate und Wiederholungen,

Anfangsgehalt Ca-P-Fraktion = 6,9 mg P/100 g Boden

GD (5%) Ca-P-Fraktion Jahr/Variante = 0,3

4 Ergebnisse

Die Org. P-Fraktion ist für die beiden Substrate getrennt dargestellt. In der ersten Abbildung

4-27 sind die Gehalte der Sand-Varianten aufgeführt. Der Anfangsgehalt für beide Anlagen

beträgt 4,7 mg Org.-P/100 g Boden. In Anlage 1 kommt es bei den stichfesten Klärschlamm-

Varianten (5, 6 und 7) und der Dünger-Variante Superphosphat (8) zu einem schnellen

Anstieg der Gehalte, bei den fünf übrigen Varianten fällt der Org. P-Gehalt im ersten Jahr ab.

Im zweiten Jahr stellt sich der Gehalt der fünf Varianten auf das höhere Niveau der bereits im

ersten Jahr erhöhten Varianten ein, so dass zwischen den Varianten keine statistischen

Unterschiede mehr vorhanden sind. Im dritten Jahr fallen die Gehalte stark ab. In der zweiten

Anlage kommt es im ersten Jahr wie bei den stichfesten Klärschlamm-Varianten der ersten

Anlage zu einem Anstieg der Org. P-Fraktion. Die Gehalte nach dem ersten Jahr liegen bei

durchschnittlich 6,1 mg Org.-P/100 g Boden und sinken im zweiten Jahr bei allen Varianten

signifikant ab. Im dritten Jahr steigen sie tendenziell an, statistisch abgesichert sind jedoch

nur die Erhöhungen der Varianten Kontrolle (1), flüssiger und stichfester Klärschlamm mit

Eisen als Fällungsmittel und anschließender Kalkung (4 und 7).

Bei den Löß-Varianten (Abbildung 4-28) wurde für beide Anlagen unterschiedlicher Boden

eingesetzt, der immer direkt vor Versuchsbeginn im Versuchsgut abgegraben worden ist. In

der Anlage 1 beträgt der Gehalt an der Org. P-Fraktion 6,2 mg Org.-P/100 g Boden, dieser

steigt im ersten Jahr bei der flüssigen Klärschlamm-Variante mit Eisen als Fällungsmittel (2)

an. Bei den Varianten 4-8 hingegen sinkt der Gehalt und bei den vier übrigen Varianten

(1-3 und 9) verändert er sich nicht signifikant. Im zweiten und dritten Jahr kommt es bei allen

Varianten zu einem Aufbau der Org. P-Fraktion. Die stichfeste Klärschlamm-Variante mit

dem Fällungsmittel Eisen (5) bleibt mit den Org. P-Gehalten in den drei Jahren immer

signifikant niedriger als die Kontrolle. Auch die beiden anderen stichfesten Klärschlamm-

Varianten (6 und 7) liegen im ersten und dritten Jahr signifikant unterhalb der Kontrolle.

In der zweiten Anlage liegt der Anfangsgehalt mit 12,0 mg Org.-P/100 g Boden fast doppelt

so hoch wie in der ersten Anlage. Außer bei der Kontrolle verringern sich die Org. P-Gehalte

bei allen Varianten im ersten Jahr. Im zweiten Jahr verändern sich die Org. P-Gehalte der

Varianten 1-3 und 7 nicht, bei allen anderen Varianten steigen die Org. P-Gehalte an. Im

dritten Jahr erfolgt bei den meisten Varianten wieder eine Verringerung der Org. P-Gehalte

außer bei der stichfesten Klärschlamm-Variante mit Eisenfällung und Kalkung (7) und den

beiden Dünger-Varianten (8 und 9).

4 Ergebnisse

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Sand-Varianten

Org. P-Fraktion [mg p/100 g Boden]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Anlage 1 Anlage 2

Abb. 4-27: Org.-P-Fraktion des Sandbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Varianten, Mittelwert der Wiederholungen,

Anfangsgehalt Org.-P-Fraktion Sand= 4,8 mg P/100 g Boden

GD (5%) Org.-P-Fraktion Anlage/Jahr/Substrat/Variante = 1,6

123456789 123456789

Löß-Varianten

Org. P-Fraktion [mg P/100 g Boden]

1. Jahr

2. Jahr

3. Jahr

Anlage 1 Anlage 2

Abb. 4-28: Org.-P-Fraktion des Lößbodens in Abhängigkeit der Anlagen, Jahre und

Varianten, Mittelwert der Wiederholungen,

Anfangsgehalt Org.-P-Fraktion Anlage 1 = 6,2 mg P/100 g Boden

Anfangsgehalt Org.-P-Fraktion Anlage 2 = 12,0 mg P/100 g Boden

GD (5%) Org.-P-Fraktion Anlage/Jahr/Substrat/Variante = 1,6

5 Diskussion

Für die P-Fraktionierung der Böden läßt sich zusammenfassend sagen, daß bei den

Sand-Varianten die Fe/Al-P-Fraktionen und die Ca-P-Fraktion weitestgehend konstant

bleiben. Bei der Organischen P-Fraktion sind innerhalb der drei Jahre die größten

Schwankungen zu verzeichnen. Bei dem Lößboden der ersten Anlage ist die hauptsächliche

Entwicklung die Reduzierung der Fe/Al-P-Gehalte und der Anstieg der Org. P-Fraktion. Bei

dem Lößboden der zweiten Anlage reduziert sich zunächst geringfügig der Fe/Al-Gehalt. Bei

der Org. P-Fraktion liegt für die dreijährige Fruchtfolge ein uneinheitlicher Verlauf vor.

5 Diskussion

Im Kapitel 4 ist mit Hilfe von Vegetationsversuchen die P-Düngewirkung verschiedener

Klärschlamm- und Düngemittel-Varianten für die Anbaufolge erfaßt und beschrieben worden.

In diesem Kapitel sollen insbesondere die Auswirkungen über die Zeit diskutiert werden.

5.1 Einfluß der Düngung auf die Erträge

1. Arbeitshypothese:

Die P-Wirkung im Klärschlamm auf den Ertrag ist der Mineraldüngung mit Superphosphat

ebenbürtig.

Die Düngewirkung eines Nährstoffes wird in aller Regel am Ertrag gemessen, da dies die

Größe ist, die zum einen den Landwirt interessiert und zum anderen am einfachsten zu

bestimmen ist. In diesem Kapitel soll betrachtet werden, ob es eine Düngewirkung aufgrund

der Klärschlamm-Düngung gegeben hat und ob diese sich in gleicher Weise wie die

mineralische Düngung mit Superphosphat verhält. Daneben ist zu diskutieren, ob zwischen

den beiden Substraten unterschiedliche P-Wirkungen aufgetreten sind und wie die Art der

P-Fällung sich auf den Ertrag auswirkt.

In Tabelle 5-1 sind die Ergebnisse der Relativerträge sowohl in Abhängigkeit der Varianten

als auch in Abhängigkeit der Substrate und Varianten dargestellt (siehe auch Tabelle 4-1). Bei

der Betrachtung der Relativerträge in Abhängigkeit der Varianten (Spalte 2) wird deutlich,

dass bei der Kontrolle (1), den Klärschlämmen mit dem Fällungsmittel Eisen und Kalkung (4

und 7), sowie die Dünger-Variante Hyperphos (9) geringere Erträge im Vergleich zur Dünger-

5 Diskussion

Tabelle 5-1: Erträge (%) in Abhängigkeit der Varianten (2. Spalte) und

der Substrate und Varianten (3. und 4. Spalte)

Mittelwert der 2 Anlagen, 9 Ernten und (2 Substrate)

Dünger-Variante Superphosphat (8) = 100 %

GD (5%) Ertrag Variante = 4,2

GD (5%) Ertrag Substrat/Variante = 5,9

Erträge in Abhängigkeit der

Varianten Varianten Substrate und Varianten

Sand Löß

1 87,29 89,10 85,48

2 101,42 105,99 96,85

3 98,27 98,54 98,00

4 95,54 94,55 96,54

5 98,16 102,42 93,90

6 99,43 104,93 93,93

7 93,74 94,73 92,75

8 100,00 100,00 100,00

9 93,98 95,27 92,70

DS 96,43 98,39 94,46

DS - Durchschnitt der 9 Varianten,

Erträge Mais nach Hafer der 1. Versuchsanlage sind unberücksichtigt

Variante Superphosphat (8) erzielt worden sind. Demnach sind die Relativerträge der

flüssigen und stichfesten Klärschlämme mit den Fällungsmitteln Eisen (2 und 5) und

Aluminat (3 und 6) mit der Mineraldüngung mit Superphosphat vergleichbar.

Bei einem Vergleich der Substrate (Spalte 3 und 4) ist jedoch zu erkennen, daß dieses gleiche

Ergebnis dort nicht vorliegt, außer bei den Kontrollen, die sowohl bei der Sand- als auch bei

der Löß-Variante geringere Erträge erzielt haben. Bei den anderen Sand-Varianten erreicht

die flüssige Klärschlamm-Variante mit dem Fällungsmittel Eisen (2) einen signifikant

höheren Mehrertrag im Vergleich zur Dünger-Variante Superphosphat. Bei allen anderen

Klärschlamm-Varianten ist die P-Wirkung vergleichbar der Dünger-Variante Superphosphat.

Bei den Löß-Varianten unterscheiden sich alle drei flüssigen Klärschlamm-Varianten (2, 3

und 4) nicht von der Superphosphat-Variante (8). Die stichfesten Klärschlamm-Varianten (5,

6 und 7) erreichen das gleiche Ertragspotential wie die Dünger-Variante Hyperphos (9). Die

größten Unterschiede zwischen den Sand- und Löß-Varianten bestehen bei der stichfesten

Klärschlamm-Variante mit Aluminatfällung (6). Während bei der Sand-Variante ab dem

vierten Schnitt des Einjährigen Weidelgrases die Erträge oberhalb von 100 % liegen,

erreichen sie bei der Löß-Variante nur bei drei der vier Schnitte des Einjährigen Weidelgrases

die 100 % - Marke.

5 Diskussion

Ebenfalls größere Unterschiede zwischen den Sand- und Löß-Varianten bestehen bei den

flüssigen und stichfesten Klärschlamm-Varianten mit dem Fällungsmittel Eisen (2 und 5).

Diese Unterschiede beruhen auf der Tatsache, daß die Relativerträge der Maisernte nach

Weizen bei den Sand-Varianten fast doppelt so hoch wie bei den Löß-Varianten ausgefallen

sind. Wie bereits in Abbildung 4-7 gezeigt, konnte bei der Superphosphat-Variante auf Sand

nur ca. 15 g/Gefäß geerntet werden (= 100 %), während bei der Löß-Variante ein Ertrag von

fast 35 g/Gefäß (= 100 %) erwirtschaftet worden ist.

Der Vergleich der Ergebnisse mit Angaben der Literatur macht deutlich, daß es sehr

verschiedene Angaben über die Ertragswirksamkeit von Klärschlamm im Vergleich zu

Mineraldüngern gibt. Diese reichen von unwirksam [SUNTHEIM, 1996] bis gleichwertig

[BARAN, 1985].

DIEZ UND WEIGELT [1980] weisen nach, daß auf Lößböden der Ertrag durch eine Klär-

schlammdüngung (Naßschlamm) mit einer NPK-Düngung vergleichbar ist. Insbesondere bei

Getreide sind gleiche Erträge erzielt worden. Größere Unterschiede sind bei den Erträgen der

Zuckerrübe aufgetreten, dort aber vorwiegend bei den Blatt- und nicht bei Rüben- und Zuc

kererträgen. Auf einem kiesigen, stark sandigen Lehm sind im Mittel der Früchte Kartoffeln,

W.-Weizen und So.-Gerste niedrigere Erträge im Vergleich zur NPK-Düngung erzielt

worden, wobei auch hier wieder die geringsten Unterschiede beim Getreide aufgetreten sind.

WERNER [1975] setzt in seinen Versuchen überwiegend mit Al-gefällten Klärschlämmen

ein. Die Gesamterträge aus Hafer und Raps der Klärschlamm-Varianten liegen um ca. 5-20 %

unter der Dünger-Variante Dicalciumphosphat. Auf neutralem bis leicht kalkhaltigen Böden

(pH 7,1) waren die Unterschiede, die in der Jugendphase bestanden, auch bei der Ernte

zwischen den Klärschlamm-Varianten und der Dünger-Variante noch sichtbar. Dagegen

konnten zwischen den Varianten auf einem sauren Boden (pH 5,1) diese Differenzierung

nicht mehr festgestellt werden. Es ist ebenfalls festgestellt worden, daß bei Getreide, als einer

weniger P-bedürftigen Kultur, geringere Unterschiede zwischen den Varianten sichtbar waren

als bei stark P-bedürftigen Kulturen.

KERSCHBERGER UND SCHRÖTER [1998] überprüften die Wirkung von 20

verschiedenen Klärschlämmen im Vergleich zu einer mineralischen 0,5 g P-Düngung/Gefäß.

Auf einem Boden aus Buntsandstein (pH 6,0 und P-CAL 4,3 mg/100 g Boden) lag der

5 Diskussion

Mehrertrag durch die mineralische Düngung bei 11 %. Von den 20 Klärschlämmen erreichten

nur 12 Klärschlämme einen Mehrertrag, der bei ca. 5 % lag. Dagegen fielen die Mehrerträge

auf einer Schwarzerde (pH 6,4 und P-CAL 3,0 mg/100 g Boden) bei der mineralischen

Düngung mit 78 % wesentlich höher aus. Auch bei den Klärschlämmen erreichten 18

Schlämme einen maximalen Mehrertrag von rund 30 %. Im Vergleich zu den vorliegenden

Versuchen sind die Ausgangsgehalte des P-CAL-Gehaltes und pH-Wertes niedriger und

konnten von daher im ersten Jahr ein differenzierteres Ergebnis liefern. Eine Langzeitwirkung

wird von den Autoren nicht ausgeschlossen.

SUNTHEIM [1996] setzte in seinen Versuchen Klärschlämme mit unterschiedlichen

P-Fällungsmethoden ein. Er vergleicht Fe-, Al- und Bioschlämme mit Superphosphat bei

verschiedenen Düngungsstufen von 0,1-1,0 g P/Gefäß. Bei den Fe-Schlämmen wurde z. T.

nicht einmal der Ertrag der Kontrolle erreicht, bei den Al-Schlämmen liegt der Ertrag ab

0,4 g/Gefäß gering über der Kontrolle. Die Bioschlämme weisen höhere Erträge auf, können

aber auch nicht das Ertragspotential der Superphosphat-Varianten erreichen. Auch hier wies

der sandige Lehm einen niedrigeren Gehalt an pflanzenverfügbaren Phosphat

(P-DL = 2,7 mg P/100 g Boden) auf.

BARAN [1985], der in einem zweijährigen Gefäßversuch unterschiedliche P-haltige

Fällungsprodukte zu Düngungszwecken untersuchte, gibt die Empfehlung, daß das Phosphat

im Klärschlamm mit Kalkhydrat bzw. Kalkhydrat plus Eisenchlorid gefällt werden soll, da sie

eine mit Super- und Thomasphosphat vergleichbare Wirkung zeigen.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß eine Klärschlammdüngung mit einer

mineralischen Düngung in der P-Wirkung prinzipiell vergleichbar ist. Im Durchschnitt der

dreijährigen Anbaufolge war die Ertragswirksamkeit der flüssigen und stichfesten

Klärschlämme auf dem Sandboden gleichwertig. Auf dem Lößboden hingegen waren die

flüssigen Klärschlämme den stichfesten Klärschlämmen hinsichtlich des Ertrages überlegen.

Die stichfesten Klärschlämme konnten das Ertragsniveau von Superphosphat nicht erreichen.

Sie sind in der Ertragswirksamkeit vergleichbar mit Hyperphos. Eine zusätzliche Kalkung der

mit Eisen gefällten Klärschlämme zeigte unabhängig von der Bodenart keine Wirksamkeit.

5 Diskussion

5.2 Einfluß der Düngung auf die P-Entzüge

2. Arbeitshypothese:

Die P-Entzüge der unterschiedlich aufbereiteten Klärschlämme sind vergleichbar mit den

P-Entzügen der Mineraldüngung mit Superphosphat. Eine Anrechnung auf die Düngung kann

erfolgen.

Neben dem Ertrag zeigt der P-Gehalt an, ob die Pflanzen während der Vegetationsperiode

ausreichend mit Phosphat versorgt waren. Unterhalb der Grenzkonzentration (Ertrag im

Maximum) kann eine weitere Zufuhr von Nährstoffen ertragswirksam umgesetzt werden.

Oberhalb der Grenzkonzentration ist die vermehrte Nährstoffaufnahme wirkungslos

(Luxuskonsum), falls diese zusätzlichen Nährstoffe nicht noch zu einem späteren Zeitpunkt in

Ertrag umgesetzt werden. [MENGEL, 1984] Um die Erträge mit den P-Entzügen besser

vergleichen zu können, sind neben den absoluten Summenwerten (Abb. 4-17 und 4-18) auch

die Relativentzüge jeweils zur Dünger-Variante Superphosphat (8) berechnet worden. Liegen

die Erträge und P-Entzüge der Varianten niedriger als die der Superphosphat-Variante,

könnten sich die Kulturen in einer P-Mangel-Situation vorgefunden haben. Bei gleichen

Erträgen und P-Entzügen wie die Superphosphat-Variante (8) kann davon ausgegangen

werden, daß die Klärschlamm-Düngung der Mineraldüngung gleichwertig ist. Übersteigen die

P-Entzüge der Varianten jedoch die der Superphosphat-Variante (8) bei gleichen Erträgen,

konnte die vermehrte P-Aufnahme nicht in Ertrag umgesetzt werden. In diesem Falle würde

ein Luxuskonsum der Varianten vorliegen.

Bei der Betrachtung der Relativentzüge (Tabelle 5-2) fällt auf, daß im ersten Jahr die Entzüge

der Sand-Varianten niedriger aber in den kommenden Jahren höher als die Entzüge der Löß-

Varianten sind. Bei den Sand-Varianten erreichen innerhalb der drei Jahre einige Varianten

höhere Relativentzüge als die Superphosphat-Variante (8). Bei den Löß-Varianten ist dies

besonders im ersten Jahr beim ersten Schnitt des Einjährigen Weidelgrases ausgeprägt.

Dagegen liegen im dritten Jahr alle Relativentzüge unterhalb der Superphosphat-Variante (8).

Bei den Sand-Varianten Kontrolle (1), flüssiger und stichfester Klärschlamm mit

Fällungsmittel Eisen und Kalkung (4 und 7) sind beim ersten Schnitt des Einjährigen

Weidelgrases niedrige P-Entzüge (67 - 74 %) ermittelt worden. Diese liegen signifikant

unterhalb der Entzüge der Dünger-Variante Superphosphat (8) bei jedoch statistisch gleichem

5 Diskussion

Tabelle 5-2: P-Entzüge (%) in Abhängigkeit der Ernten, Substrate und Varianten

Mittelwert der 2 Anlagen

Dünger-Variante Superphosphat (8) = 100 %

GD (5%) P-Entzug Ernte/Substrat/Variante = 21,5

GD (5%) P-Entzug Ernte/Substrat = 7,2

Varianten 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS

1 72,18 79,99 70,61 97,40 59,83 82,60 107,42 85,39 75,46

2 107,82 92,63 91,30 108,08 97,29 98,14 156,08 95,27 110,67

3 88,95 91,33 90,52 82,23 95,92 107,71 129,12 105,22 95,08

4 67,02 71,31 73,94 88,37 105,54 99,80 176,15 85,41 65,70

Sand

5 80,83 80,76 78,78 102,34 101,10 99,84 187,62 100,27 72,27

6 85,85 89,38 78,00 97,78 100,16 89,19 152,40 98,89 92,29

7 74,53 85,50 77,83 83,73 107,91 102,39 156,14 91,18 94,83

8 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

9 83,55 90,62 76,18 90,30 93,83 95,90 108,91 92,53 63,44

DS Sand 84,53 86,83 81,91 94,47 95,73 97,29 141,54 94,91 85,53

1 97,35 86,12 81,69 89,30 84,79 85,30 60,30 60,71 49,47

2 123,66 102,33 100,30 106,22 86,85 89,15 74,53 90,00 95,06

3 116,40 94,74 101,55 103,51 79,14 95,28 70,35 96,99 96,96

4 114,09 86,35 91,57 106,39 95,70 107,44 69,65 88,72 91,18

Löß 5 107,41 87,58 94,85 97,07 97,93 90,00 70,26 87,46 83,45

6 106,25 90,21 93,43 101,36 97,93 103,86 78,80 85,44 84,32

7 99,27 84,32 83,27 96,24 101,99 103,14 74,62 82,77 95,77

8 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

9 98,78 85,12 87,63 94,41 97,80 94,40 75,87 73,00 70,08

DS Löß 107,02 90,75 92,70 99,39 93,57 96,51 74,93 85,01 85,14

EW - Einjähriges Weidelgras, WK - Weizenkorn, WS - Weizenstroh,

MW - Mais nach Weizen, HK - Haferkorn, HS - Haferstroh

Erträge Mais nach Hafer der 1. Versuchsanlage sind unberücksichtigt

Erträge wie die Superphosphat-Variante. Auch wenn diese tendenziell am unteren Rand der

Signifikanz liegen, weist dies auf einen Luxuskonsum zu Beginn des Versuches bei der

Dünger-Variante Superphosphat hin. Dieses Phänomen ist ebenfalls beim dritten Schnitt des

Einjährigen Weidelgrases zu beobachten, wobei in diesem Falle die Kontrolle (1) und die

Dünger-Variante Hyperphos (9) mit 70 bzw. 76 % des P-Entzuges gegenüber der

Superphosphat-Variante das gleiche Ertragsniveau wie die Superphosphat-Variante erreicht.

Bei den Löß-Varianten sind bei den P-Entzügen statistische Unterschiede erst ab dem

Maisanbau nach Weizen zu beobachten. Ansonsten gibt es zwei Ausnahmen. Im ersten

Schnitt des Einjährigen Weidelgrases entzieht die flüssige Klärschlamm-Variante mit dem

Fällungsmittel Eisen (2) mit 124 % signifikant mehr als die Superphosphat-Variante (8),

erzielt dadurch jedoch keinen statistisch abgesicherten Mehrertrag. Bei dieser Variante kann

zu Beginn des Versuches ein P-Überangebot vorgelegen haben, das bereits nach dem ersten

5 Diskussion

Schnitt abgebaut worden ist. Bei der flüssigen Klärschlamm-Variante mit Fällungsmittel

Eisen und Kalkung (4) tritt dagegen der entgegengesetzte Fall ein. Für den signifikant

höheren Mehrertrag des vierten Schnittes von 122 % (Tabelle 4-1) gegenüber der

Superphosphat-Variante (8) ist kein höherer P-Entzug benötigt worden.

Bei der Kontrolle der Sand-Variante ist trotz z. T geringerer P-Entzüge im Vergleich zur

Superphosphat-Variante bei den vier Schnitten des Einjährigen Weidelgrases keine Ertrags-

einbuße (Tabelle 4-1) zu erkennen. Ebenso verhält es sich bei der Kontrolle der Löß-Variante,

auch hier ist ohne Düngung beim Einjährigen Weidelgras und beim Weizenkorn und -stroh

der gleiche Ertrag wie bei der Dünger-Variante Superphosphat erreicht worden. Dies weist

darauf hin, daß der P-Anfangsgehalt des Bodens ausreichend für die Kulturen war und die

zusätzliche P-Düngung nicht ertragswirksam umgesetzt werden konnte. Erst ab dem Weizen

beim Sandboden bzw. Mais nach Weizen beim Lößboden erreichen die Kontrollen signifikant

geringere Entzüge im Vergleich zur Superphosphat-Variante.

Bei allen Klärschlamm-Varianten kommt es erst ab dem Mais nach Weizen zu signifikanten

Unterschieden im Vergleich zur Superphosphat-Variante. Bei den Sandböden bei denen die

Superphosphat-Variante (8) nur sehr geringe Erträge und P-Entzüge ermitteln konnte, steigen

die Erträge und P-Entzüge bis auf max. 187 % (Variante 5) an. Bei den Löß-Varianten tritt

hingegen eine Reduzierung der P-Entzüge bis 70 % (Variante 5) ein, die den Ertrag auch auf

74 % reduziert. Bei den P-Entzügen vom Haferkorn und -stroh kommt es nicht zu diesen

Unterschieden zwischen Klärschlamm-Varianten und Superphosphat-Varianten.

Da die Erträge und P-Entzüge der Kontrolle im Vergleich zu den gedüngten Varianten z.T.

keine Signifikanzen aufweisen, ist festzustellen, inwieweit die Dünger von den Kulturen

ausgenutzt werden konnten. Die prozentuale P-Ausnutzung gibt die Wirkungsunterschiede

der entzogenen P-Mengen der einzelnen Varianten im Vegetationsablauf in Beziehung zu den

gedüngten Phosphatmengen an. Mit Hilfe der Differenzmethode wird die aus dem

Klärschlamm- und Dünger-Phosphat entzogene Phosphat-Menge bestimmt und diese relativ

zur gedüngten Phosphat-Menge ins Verhältnis gesetzt.

P-Ausnutzung [%] = ( E - E0) · 100 / D

E = P-Entzug der gedüngten Variante [mg P/Gefäß]

E0 = P-Entzug der ungedüngten Variante [mg P/Gefäß]

D = Düngungshöhe [mg P/Gefäß]

5 Diskussion

P-Ausnutzung [%]

Variante 2: flüssiger Klärschlamm Eisenfällung

-5

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr Summe

P-Ausnutzung [%]

Variante 5: stichfester Klärschlamm Eisenfällung

-5

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr Summe

Variante 3: flüssiger Klärschlamm Aluminatfällung

-5

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr Summe

Variante 6: stichfester Klärschlamm Aluminatfällung

-5

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr Summe

Variante 4: flüssiger Klärschlamm Eisenfällung und Kalkung

-5

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr Summe

Variante 7: stichfester Klärschlamm Eisenfällung und Kalkung

-5

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr Summe

Variante 8: Superphosphat

-5

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr Summe

Variante 9: Hyperphos

-5

EW1 EW2 EW3 EW4 WK WS MW HK HS 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr Summe

Abb. 5-1: Prozentuale Düngerausnutzung in Abh. der Varianten, Mittelwert der 2

Anlagen und 2 Substrate, P-Entzüge Mais nach Hafer der 1. Anlage sind

unberücksichtigt, GD (5%) P-Ausnutzung Ernte/Variante = 3,2

GD (5%) P-Ausnutzung Jahr/Variante = 7,8

5 Diskussion

Die Darstellung der Varianten hinsichtlich der P-Ausnutzung (%) erfolgt in der

Abbildung 5-1. Um eine bessere Übersicht zu erhalten, sind die Varianten mit dem gleichen

Fällungsmittel nebeneinander, links die flüssigen und rechts die stichfesten Varianten,

dargestellt. In der letzten Zeile sind die beiden Dünger-Varianten abgebildet. Der Mais nach

Hafer der ersten Anlage wurde in die Berechnungen nicht mit einbezogen, die P-Ausnutzung

fällt daher bei allen Varianten etwas geringer aus.

Die Summe der prozentualen Düngerausnutzung der Superphosphat-Variante (8) liegt bei

38 %, dagegen erreicht die Hyperphos-Variante (9) nur 17 %. Nur die Klärschlamm-Variante

mit Eisenfällung (2) erreicht das Niveau der Superphosphat-Variante. Bei den anderen fünf

Klärschlamm-Varianten liegt die Summe der P-Ausnutzung mit 21 - 29 % zwischen den

beiden Dünger-Varianten.

Die zeitliche Entwicklung der Dünger-Variante Superphosphat (8) zeigt, daß die

P-Ausnutzung der ersten drei Schnitte des Einjährigen Weidelgrases bei ca. 5 % liegt und es

beim vierten Schnitt zu einer Reduzierung der P-Ausnutzung kommt. Im zweiten Jahr erfolgt

eine fast 10 % ige Ausnutzung durch das Weizenkorn. Das Weizenstroh spielt bei der

P-Ausnutzung nur eine sehr geringe Rolle. Im dritten Jahr sinkt die P-Ausnutzung des

Haferkornes im Vergleich zu dem des Weizenkornes weiter ab.

Die Hyperphos-Variante (9) verhält sich abweichend dazu. Die Ausnutzung des

P-Düngers ist im ersten Jahr durch die vier Schnitte des Einjährigen Weidelgrases gering. Erst

im zweiten Jahr kommt es durch das Weizenkorn zu einer höheren P-Ausnutzung, die im

dritten Jahr durch den Hafer wieder geringer ist. Bei einem Vergleich der beiden Dünger-

Varianten miteinander wird deutlich, daß das wasserlösliche Superphosphat bereits im ersten

Jahr der Ausbringung eine hohe Ausnutzung erfährt, die im Laufe der Jahre geringer wird

(P-Alterung). Das schwer lösliche Hyperphos ist dagegen im ersten Jahr der Ausbringung nur

zu einem geringen Teil düngerwirksam und erreicht nach drei Jahren nur die Ausnutzung, die

das Superphosphat (8) bereits im ersten Jahr erzielen konnte.

Die flüssige Klärschlamm-Variante mit Eisen als Fällungsmittel (2) erreicht beim ersten

Schnitt des Einjährigen Weidelgrases bereits 10 % der Düngerausnutzung, danach fallen die

Ausnutzungsraten ab. Das Phosphat im Klärschlamm ist also direkt wirksam, besser noch als

das wasserlösliche Superphosphat. Die stichfeste Variante (5) wirkt hingegen verzögert. Dort

5 Diskussion

100

steigt die P-Ausnutzung erst im zweiten Jahr an. Insgesamt erreicht sie mit 27 % nicht das

Niveau der flüssigen Variante (2).

Bei der flüssigen Klärschlamm-Variante mit dem Fällungsmittel Aluminat (3) ist auch direkt

im ersten Schnitt eine höhere P-Ausnutzung festzustellen. Im zweiten Jahr ist diese geringer

und im dritten Jahr kann das Haferkorn nochmals zu einer über 5 % igen P-Ausnutzung

beitragen. Bei der entsprechenden stichfesten Variante (6) ist die Situation vergleichbar wie

bei der stichfesten Variante 5. Erst im zweiten Jahr kommt es insbesondere über das

Weizenkorn zu einem größeren Anstieg der Düngerausnutzung. Die jeweiligen Summen der

beiden Varianten 5 und 6 liegen jedoch auf einem gleichen Niveau von 28 %.

Bei der flüssigen Klärschlamm-Variante mit Eisen als Fällungsmittel und Kalkung erreicht

die Dünger-Ausnutzung im ersten Jahr nicht einmal 5 %. Die Düngerausnutzung ist negativ,

d.h. durch die Düngung ist es zu einer Festlegung von Boden-P gekommen. Erst im zweiten

Jahr wird das gedüngte Phosphat wirksam. Bei der stichfesten Variante zeichnet sich die glei-

che Entwicklung ab. Es wird im ersten Jahr eine geringe P-Menge ausgenutzt, z. T. kommt es

ebenfalls zu einer Festlegung von Boden-P durch die Düngung. Erst im zweiten Jahr erreicht

die P-Ausnutzung 10 %. Insgesamt kommt es bei beiden Varianten zu einer geringen P-Aus-

nutzung von 22 %, die jedoch noch größer ist als die der Dünger-Variante Hyperphos (9).

Die beiden flüssigen Klärschlamm-Varianten (2 und 3) verhalten sich in der P-Ausnutzung

vergleichbar der Superphosphat-Variante, das gedüngte Phosphat wird direkt umgesetzt. Im

Laufe der Zeit kommt es zur Verminderung der Ausnutzung. Dagegen kommt es bei allen

anderen Klärschlamm-Varianten (4, 5, 6 und 7) zu entsprechenden Reaktionen wie bei der

Hyperphos-Variante. Im Boden findet eine verzögerte Umsetzung des gedüngten Phosphates

statt. Daher steigt die P-Ausnutzung erst im zweiten Jahr stärker an.

Da die Verwertung von Sekundärrohstoffdüngern im Sinne der Kreislaufführung zu erfolgen

hat, sind ausgeglichene Nährstoffbilanzen für eine Fruchtfolge anzustreben. Dabei werden die

Nährstoffzugänge den Nährstoffabgängen gegenübergestellt. Der sich daraus ergebende Saldo

läßt Aussagen über die Effizienz des Nährstoffeinsatzes zu. Ein negativer Bilanzsaldo bzw.

eine Effizienz von größer 100 % bedeutet, daß die Summe der Entzüge größer ist als die

Summe der Zufuhren. Langfristig würde dieser Boden an diesem Nährstoff verarmen. Um

den Boden von einem Nährstoff, der im Überschuß vorliegt, abzureichern, kann dies

5 Diskussion

101

kurzzeitig sinnvoll sein, langfristig sollte im Sinne der Nachhaltigkeit jedoch eine

ausgeglichene Bilanz angestrebt werden. Übersteigt jedoch über einen längeren Zeitraum die

Zufuhr die Nährstoffabfuhr, reichert sich dieser Nährstoff im Boden an. Dies ist in der Bilanz

an einem positiven Bilanzsaldo zu erkennen.

In diesem Versuch sind die P-Düngung als einziger P-Zugang und die P-Entzüge der Pflanzen

als P-Abgänge zu betrachten. In Tabelle 5-3 sind die Ergebnisse zusammengefaßt. Wie daraus

entnommen werden kann, sind sowohl bei den Sand- als auch bei den Lößvarianten negative

Bilanzsalden eingetreten. Bei den Lößvarianten trat dies bereits nach dem ersten

Versuchsjahr, bei den Sand-Varianten erst nach dem zweiten Jahr ein. Das hat zur Folge, daß

die Effizienzen bei den Sand-Varianten über 100 % und bei den Löß-Varianten sogar über

200 % liegen. Trotz dieser hohen Effizienzen konnte nur bei der Löß-Variante Anlage 1 eine

Verringerung der P-CAL-Gehalte (Abb. 4-21) festgestellt werden. Die P-Entzüge sind im

dritten Jahr sehr gering, was auf eine Unterversorgung hindeuten würde.

Tabelle 5-3: P-Bilanz [mg P/100 g Boden] sowie Effizienz [%] von Phosphat in

Abhängigkeit der Substrate und Varianten

Mittelwert der 2 Anlagen

Substrat Variante

P-Zufluß P-Abfluß P-Saldo 1 P-Effizienz 2

Düngung 1 Entzug im

1. Jahr 1 Entzug im

2. Jahr 1 Entzug im

3. Jahr 1

Entzug im

1. - 3. Jahr

1 - 3,38 1,28 1,55 6,21 -6,21

2 4,85 4,38 1,96 1,72 8,06 -3,21 166,18

3 4,85 3,87 1,91 1,84 7,62 -2,77 157,10

4 4,85 3,15 2,15 1,61 6,90 -2,06 142,43

Sand 5 4,85 3,65 2,15 1,72 7,51 -2,66 154,96

6 4,85 3,79 2,01 1,74 7,54 -2,69 155,51

7 4,85 3,48 2,11 1,65 7,24 -2,39 149,34

8 4,85 4,34 1,84 1,89 8,07 -3,22 166,45

9 4,85 3,70 1,78 1,61 7,09 -2,24 146,22

2-9 4,85 3,79 1,99 1,72 7,50 -2,65 154,77

1 - 5,60 2,51 1,32 9,43 -9,43

2 4,85 6,79 2,67 1,71 11,17 -6,32 230,41

3 4,85 6,59 2,51 1,87 10,96 -6,12 226,21

4 4,85 6,31 2,90 1,72 10,92 -6,08 225,39

Löß 5 4,85 6,14 2,93 1,70 10,77 -5,93 222,25

6 4,85 6,17 3,03 1,71 10,91 -6,06 225,06

7 4,85 5,75 3,09 1,68 10,52 -5,67 217,05

8 4,85 6,28 3,27 1,86 11,42 -6,57 235,61

9 4,85 5,82 3,01 1,45 10,28 -5,43 211,99

2-9 4,85 6,23 2,93 1,71 10,87 -6,02 224,25

1 in mg P/100 g Boden

2 Effizienz [%] = Nährstoffabfluß *100 / Nährstoffzugang

5 Diskussion

102

Die höchste Effizienz ist bei beiden Böden durch die Dünger-Variante Superphosphat (8)

erzielt worden, dagegen weist die Variante Hyperphos (9) bei den Sand-Varianten die

zweitniedrigste und bei den Löß-Varianten die niedrigste Effizienz auf. Die flüssige

Klärschlamm-Variante mit Eisenfällung (2) erreicht auf dem Sandboden die gleiche und auf

dem Lößboden eine um 5 % verringerte Effizienz als die Superphosphat-Variante (8). Die

Varianten mit Eisenfällung und Kalkung erreichen innerhalb der Klärschlämme die

niedrigsten Effizienzen, eine Ausnahme stellt die flüssige Löß-Variante (4) dar. Die

Klärschlämme mit der Aluminatfällung (3 und 6) liegen stets im mittleren Bereich.

Keiner der drei flüssigen und drei stichfesten Klärschlämme weist höhere P-Ausnutzungsraten

und Effizienzen als die Dünger-Variante Superphosphat auf. Sie schnitten jedoch alle besser

als die Dünger-Variante Hyperphos ab.

Der flüssige Klärschlamm mit Eisen als Fällungsmittel (2) zeigte eine sehr gute Düngewir-

kung im ersten Jahr. Der stichfeste Klärschlamm weist hingegen erst im zweiten Versuchsjahr

deutliche Nachwirkungen der P-Düngung auf. Eine verzögerte Anfangswirkung von

stichfesten Klärschlamm mit Eisenfällung fand auch WERNER [1975] in seinen Versuchen;

ebenso eine bessere Wirkung von Klärschlamm auf sauren Böden als auf neutralen Böden.

WERNER [1975] setzte in seinen Untersuchungen feuchte Schlämme ein, die jedoch bei 120

°C im Labor getrocknet wurden. Eine sehr schlechte Wirksamkeit von mit Eisensulfat

ausgefällten Abwasserphosphaten wies BARAN [1985] nach, der mit fein vermahlenen

Fällungsprodukten gearbeitet hat. Auch SUNTHEIM [1996] stellte bei Eisen-Schlämmen

geringere P-Entzüge fest als durch die Kontrolle (ohne Düngung) entzogen wurden.

Bei den geprüften Klärschlämmen mit Aluminat als Fällungsmittel wirkte die flüssige

Variante schlechter als die flüssige Klärschlamm-Variante mit Eisen als Fällungsmittel. Die

stichfeste Variante erreichte in der Summe die gleiche P-Ausnutzung wie die entsprechende

Variante mit Eisenfällung. Die Nachwirkung ist im zweiten Jahr angestiegen und nahm im

dritten Jahr wieder ab. Auch hier sind in der Literatur unterschiedliche Angaben zur

Bewertung von mit Aluminat gefällten Abwasserphosphaten zu finden. Die Angaben reichen

von guter vergleichbarer Wirkung entsprechend den P-Handelsdüngern [WERNER, 1975] bis

zu einer Unwirksamkeit [SUNTHEIM, 1996].

5 Diskussion

103

Durch eine Kalkung der mit Eisen als Fällungsmittel eingesetzten Klärschlämme konnten

gegenüber den Varianten ohne Kalkung keine besseren Ergebnisse erzielt werden. Die

Aufnahme war im ersten Jahr gering und stieg erst im zweiten Jahr an. Die

P-Ausnutzungsraten der Varianten ohne Kalkung konnten jedoch nicht erreicht werden. Dies

fand auch WERNER [1975] in seinen Untersuchungen, dagegen war eine Kalkung bei

BARAN [1986] der ungekalkten Variante überlegen. In einem Gefäßversuch der Thüringer

Landesanstalt für Landwirtschaft fanden KRAUSE UND ZORN [2000], daß die relativen

P-Entzüge der gekalkten Varianten entsprechend groß wie die der ungekalkten Varianten

waren. Ein weiteres Ergebnis der bisherigen Untersuchungen ist, daß die "biologische"

Verfügbarkeit für die Pflanzenwurzeln alleine nicht durch die chemische Bestimmung der

Löslichkeit vorhergesagt werden kann.

Daher verwundert es nicht, daß unterschiedliche Aussagen über die Düngewirkung der

Phosphate in der Literatur vorliegen. Neben den Fällungsbedingungen in der Kläranlage ist

auch der Boden kein statisches System, sondern es bestehen eine Vielzahl von

Wechselwirkungen zwischen Boden-Dünger-Pflanze. Zudem wird mit dem Klärschlamm

auch immer eine Vielzahl anderer Stoffe in den Boden eingebracht, die ihrerseits einen

Einfluß auf die Bodenverhältnisse ausüben. Es wird z.B. durch kalkstabilisierte Schlämme der

pH-Wert angehoben und damit Einfluß auf die Nährstoffverfügbarkeit ausgeübt. Zudem

spielen Umwandlungsreaktionen der Phosphate im Boden eine erhebliche Rolle, wie durch

die steigende Aufnahmerate im Laufe der Zeit ersichtlich ist. Diese werden jedoch nicht

unabhängig von der gedüngten P-Form im Boden ablaufen.

Wenn die nachlassende Wirksamkeit der gedüngten Phosphate im Laufe der Zeit bei

Superphosphat (8) und der flüssigen Klärschlamm-Variante mit dem Fällungsmittel Eisen (2)

auf eine Alterung hinweist, ist ebenso der entgegengesetzte Effekt zu beobachten, dass es

auch zu einem Anstieg der Verfügbarkeit mit der Zeit kommt. Dies ist bei der flüssigen

Klärschlamm-Variante mit Eisenfällung und Kalkung (4), bei allen drei stichfesten Varianten

(5, 6 und 7) und bei der Dünger-Variante Hyperphos (9) zu beobachten. Es laufen

Umsetzungsprozesse im Boden ab, die die Phosphate in eine löslichere Form überführen. Das

Ausgangsprodukt ist mithin schlechter verfügbar als die während des dreijährigen

Vegetationsverlaufes im Boden entstandenen Umwandlungsprodukte. Neben der

Sofortwirkung, die z.B. bei P-bedürftigen Pflanzen wie beim Mais von Bedeutung ist, kann

dieser verzögerte Prozess für die mehrjährige Fruchtfolge interessant sein, da eine zu schnelle

5 Diskussion

104

Alterung der Phosphate keine ausreichende Wirkung im zweiten und dritten Jahr nach der

Düngung erzielen würde. So ist die Wirkung einer gleichmäßigen P-Ausnutzungsrate über die

drei Jahre vergleichbar mit einer Depotdüngung.

Im geringen Umfang spielt auch die P-Festlegung von bodeneigenem Phosphat eine Rolle.

Dies ist in der Abbildung 4-29 bei der Klärschlamm-Variante mit Eisenfällung und Kalkung

(4) festzustellen, bei der die P-Ausnutzungsrate negativ ist. Eine Festlegung von

bodeneigenem Phosphat bei dem Eisenfällungsprodukt hat BARAN [1985] ebenfalls

ermittelt. Eisenhydroxide und -oxidhydrate sind zur spezifischen Adsorption von Phosphat

fähig. So ist anzunehmen, daß die Festlegung durch eine spezifische Adsorption an der

Oberfläche der Sesquioxide erfolgt ist.

In der dreijährigen Anbaufolge waren die P-Entzüge der Klärschlämme in den Kulturen

Einjähriges Weidelgras und Getreide mit denen der Superphosphat-Variante ebenbürtig. Beim

Mais, der im zweiten Jahr als Nachfrucht angebaut wurde, konnten bei den Sand-Varianten

höhere P-Entzüge und bei den Löß-Varianten nur geringere P-Entzüge ermittelt werden.

Zwischen den Klärschlamm-Varianten bestanden statistisch keine Unterschiede. Bei der

P-Ausnutzung und Effizienz des eingesetzten Düngers ist festzustellen, daß der flüssige

Klärschlamm mit Eisenfällung gleichwertig der Superphosphat-Variante ist. Bei allen anderen

Klärschlamm-Varianten ist eine geringere P-Ausnutzung ermittelt worden. Bei den stichfesten

Klärschlamm-Varianten ist die Hauptwirkung erst im zweiten Jahr nach der

Klärschlammdüngung aufgetreten. Die mit Eisen gefällten und gekalkten Klärschlämme (4

und 7) erreichen eine geringe P-Ausnutzung und Effizienz, die jedoch stets über der

Hyperphos-Variante liegt.

Aufgrund des unterschiedlichen P-Ausnutzungraten der Pflanzen in den drei Jahren stellt sich

die Frage, ob sich dieses Verhalten auch im Boden widerspiegelt. Hier ist besonders von

Interesse, wie sich die Gehalte des pflanzenverfügbaren Phosphates aber auch des Gesamt-

Phosphates im Boden verändern.

5 Diskussion

105

5.3 Einfluß der Düngung auf den pflanzenverfügbaren Phosphat-Gehalt im Boden

3. Arbeitshypothese:

Die P-Fällung der Klärschlämme mit Eisen, Aluminium und Eisen mit Kalkung hat einen

Einfluß auf den Gehalt an pflanzenverfügbarem Phosphat im Boden.

Bodenuntersuchungen stellen eine Möglichkeit dar, die Nährstoffbedürftigkeit des

Pflanzenbestandes zu bestimmen. Dazu entwickelten sich im Laufe der Jahre unterschiedliche

Methoden. Die P-CAL-Methode ist eine von ihnen. In einer Vielzahl von Arbeiten wird die

Wirkung der P-Düngung auf den Einfluß des P-Gehaltes im Boden untersucht, die

Zusammenhänge sind jedoch umstritten. BAUMGÄRTEL [1989] konnte nachweisen, daß auf

niedersächsischen Lößböden im Bereich von 5-38 mg P(H2O)/kg Boden (entspricht 2,2 -

16,6 mg P-CAL/100 g Boden) nur eine geringe Wirksamkeit auf die Erträge von Zuckerrüben

und Getreide ausgeübt wird und keine Abhängigkeit zum Ertrag erkennbar ist. MUNK UND

REX [1990] geben einen Wert von 20 mg P2O5/100 g Boden (= 8,7 mg P-CAL/100 g Boden)

an, um das ökonomische Optimum zu erzielen. JUNGK et. al. [1993] weisen nach, daß der

Höchstertrag bereits bei 11 mg P(H2O)/kg Boden (= 4,8 mg P-CAL/100 g Boden) erzielt

werden kann. In den Untersuchungen konnte er zeigen, daß die P(H2O)-Werte bei den

ungedüngten Varianten erst nach etwa vier Jahren mit vorher unklarem Verlauf abnahmen. Es

kam zu konstanten Werten, wenn die P-Düngung etwa die P-Abfuhr ausglich und zu einer

Steigerung, wenn die Abfuhr geringer war als die P-Düngung. Dabei waren jedoch die

Entwicklungen über 15 Jahre nicht gleichmäßig, sondern es wechselten sich immer Phasen

mit einem Anstieg und einer Verringerung der P-Gehalte ab, trotz gleichbleibender

Versuchsdurchführung. Die Angabe "mg P(H2O)/kg Boden" kann im Durchschnitt der Proben

mit "mg P

2O5(CAL, DL)/100 g Boden" verglichen werden [BAUMGÄRTEL, 1988 und

MUNK UND REX, 1990].

In diesem Versuch liegen die P-Anfangsgehalte vom Sand und Löß (Tabelle 4-3) nicht unter-

halb des von JUNGK et. al. [1993] empfohlenen Grenzwertes von 11 mg P(H2O)/kg Boden

(4,8 mg P-CAL/100 g Boden), jedoch noch in dem von BAUMGÄRTEL [1989] angegebenen

Bereich von 5 - 38 mg P(H2O)/kg Boden (2,2 - 16,6 P-CAL/100 g Boden). Demnach kann

nicht mit einer großen Wirksamkeit der Düngung gerechnet werden. Jedoch kann davon

ausgegangen werden, daß diese Richtwerte, die für das Freiland bestimmt wurden, nur

eingeschränkt für Gefäßversuche gelten, da hier eine höhere Ausnutzung des P-Düngers durch

5 Diskussion

106

eine bessere Durchwurzelung des Bodens gegeben ist. Zudem sind im Gefäßversuch mehrere

Ernten pro Jahr möglich, so dass dort die P-Entzüge höher ausfallen können als im Freiland.

Die Ergebnisse der Abbildungen 4-20 und 4-21 zeigen, daß die Reduzierung der P-CAL-Ge-

halte im ersten Jahr unabhängig von der Anlage, den Substraten und der P-Fällung am

größten gewesen sind. In den folgenden Jahren kommt es dann überwiegend zu einer weiteren

Reduzierung der P-CAL-Gehalte, aber es sind auch Steigerungen festzustellen, so dass z. T.

wieder der Anfangsgehalt erreicht wird. Diese starke Reduzierung im ersten Jahr läßt sich auf

die hohen P-Entzüge des Einjährigen Weidelgrases von 3,2 - 6,8 mg P/100 g Boden

zurückführen.

Bei den Kontrollen der Sand-Varianten sind die P-CAL-Gehalte um den Gehalt des

P-Entzuges gesunken. Da kein Düngerphosphat dem Einjährigen Weidelgras zur Verfügung

stand, ist Bodenphosphat genutzt worden und dementsprechend ist der Gehalt an pflanzen-

verfügbarem Phosphat gesunken. Die Nachlieferung aus dem Gesamtvorrat ist gering. Bei der

Superphosphat-Variante liegt der P-CAL-Gehalt nach dem ersten Jahr nur sehr geringfügig

unterhalb des Ausgangsgehaltes. Es müßte durch die Düngung und den Boden genügend

pflanzenlösliches Phosphat vorhanden gewesen sein, so dass sich der Gehalt an

pflanzenverfügbarem Phosphat am Ende der ersten Vegetationszeit nicht geändert hat. Bei

den Klärschlamm-Varianten besteht im Durchschnitt der Anlagen ein Unterschied zwischen

den flüssigen und stichfesten Varianten. Während bei den flüssigen Varianten der gleiche

Effekt eintritt, d.h. nur eine geringe Reduzierung im ersten Jahr zum Ausgangsgehalt besteht,

kommt es bei den stichfesten Varianten sowie der Hyperphos-Variante zur Reduzierung der

P-CAL-Gehalte.

In der zweiten und dritten Vegetationsperiode sind die P-Entzüge bei den Sand-Varianten

gering gewesen und hatten nur einen geringen Einfluß auf den P-CAL-Gehalt. Im

Durchschnitt der Anlagen ist es nur bei den stichfesten Klärschlamm-Varianten zu einem

Anstieg der P-CAL-Gehalte gekommen, der bei der Variante mit dem Fällungsmittel Eisen

(2) am größten ausfiel. Betrachtet man die P-Ausnutzungsraten, so stiegen diese bei den

stichfesten Varianten erst im zweiten Jahr auf Werte zwischen 10 - 15 % an. Diese

Nachwirkung hat dazu geführt, daß erst im zweiten Jahr durch Umwandlungsprozesse im

Boden pflanzenverfügbares Phosphat vorhanden gewesen ist, wodurch der Gehalt an P-CAL

ansteigen konnte.

5 Diskussion

107

Bei den Löß-Varianten ist ebenfalls im ersten Jahr die größte Reduzierung der

P-CAL-Gehalte festzustellen. Diese fällt wie auch bei den Sand-Varianten bei den Kontrollen

beider Anlagen am größten aus. Eine vergleichbare Reduzierung ist nur bei den

schwerlöslichen Hyperphos-Varianten (9) festzustellen. Dort liegt der Dünger nicht in

pflanzenverfügbarer Form vor, so dass im gleichen Maße wie bei der Kontrolle leicht

verfügbares Bodenphosphat genutzt wurde. Da die Ausgangsgehalte der beiden Löß-Anlagen

unterschiedlich hoch waren, ergeben sich in der zweiten Anlage höhere P-CAL-Gehalte, die

aber im ersten Jahr mit der Abstufung der ersten Anlage übereinstimmen. Im zweiten Jahr

kommt es zu einer weiteren Reduzierung der P-CAL-Gehalte, erst im dritten Jahr erfolgt eine

unterschiedliche Entwicklung zwischen den beiden Anlagen. Während die P-Gehalte der

ersten Anlage weiter absinken (um 2 mg P-CAL/100 g Boden) bzw. konstant bleiben, steigen

sie in der zweiten Anlage auf 6 - 7,5 mg P-CAL/100 g Boden an. Dies kann zum einen durch

die Absenkung der pH-Werte von 7,9 im zweiten Jahr auf 7,4 im dritten Jahr verursacht

worden sein, da die P-Löslichkeit mit sinkendem pH-Wert ansteigt. Ein weiterer Grund

könnte der nicht erfolgte Maisanbau nach Hafer in der zweiten Anlage sein, so dass

pflanzenverfügbares Phosphat im Boden verblieb. Da jedoch die P-Entzüge vom Mais nach

Hafer bei den Sand-Varianten 0,7 - 0,8 mg P/100 g Boden und bei den Löß-Varianten ca.

0,6 mg P/100 g Boden betragen haben, kann dies nur einen Teil des Anstieges erklären.

Die Änderungen des pflanzenverfügbaren Phosphates sind bei den Löß-Varianten größer als

bei den Sand-Varianten. Bei den Sand-Varianten ist die Reduzierung der P-CAL-Gehalte der

flüssigen Klärschlamm-Varianten im Durchschnitt der drei Jahre nicht so ausgeprägt

(0,5 mg P/100 g Boden) wie bei den festen Klärschlamm-Varianten, deren Gehalt sich um

durchschnittlich 1,2 mg P/100 g Boden zum Anfangsgehalt verringerte. Eine parallele

Entwicklung zwischen den flüssigen Klärschlamm-Varianten und der Superphosphat-

Variante sowie den stichfesten Klärschlamm-Varianten und der Hyperphos-Variante zeichnet

sich bei den Sand-Varianten ab. Bei den Löß-Varianten bestehen zwischen den flüssigen und

stichfesten Klärschlamm-Varianten keine Unterschiede. Es ist nur im ersten Jahr ein

Unterschied zwischen den Klärschlamm-Varianten und der Superphosphat-Variante

erkennbar, in den beiden folgenden Jahren liegen die Gehalte auf einem Niveau.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß bei den Sand-Varianten zwischen den flüssigen

und stichfesten Klärschlamm-Varianten Unterschiede bestehen, jedoch nicht bei den

5 Diskussion

108

Löß-Varianten. Zwischen den flüssigen bzw. stichfesten Klärschlamm-Varianten konnte der

Einfluß des Fällungsmittels auf die P-CAL-Gehalte nicht nachgewiesen werden.

5.4 Einfluß der Düngung auf die Gesamt-P-Gehalte

4. Arbeitshypothese:

Die Entwicklung der P-Gesamt-Gehalte der Klärschlamm-Varianten ist mit der Mineraldün-

gung vergleichbar.

Durch den P-Entzug der Pflanzen ist der Gesamt-P-Gehalt innerhalb der dreijährigen

Fruchtfolge im Boden gesunken. Der Gesamt-P-Gehalt (siehe Abbildung 4-22) ist im ersten

Jahr aufgrund der hohen P-Entzüge des Einjährigen Weidelgrases am stärksten abgefallen. In

den beiden folgenden Jahren erreichen die P-Entzüge des Getreides wesentlich geringere

Werte, wodurch auch der Gesamt-P-Gehalt im Boden sich nur geringfügig ändert. In

Abbildung 4-23 sind die Gesamt-P-Gehalte der drei Jahre dargestellt. Das Ergebnis zeigt, daß

die Gesamt-P-Gehalte der Kontrolle aufgrund der fehlenden Düngung am niedrigsten liegen.

Bei der Variante stichfester Klärschlamm mit dem Fällungsmittel Eisen und Kalkung (7) ist

die Differenz zwischen dem Anfangsgehalt und dem Endgehalt nach drei Jahren

Versuchsdauer mit 6 mg P/100 g Boden am größten. Bei den anderen Klärschlamm-Varianten

liegen die Differenzen zwischen 4 - 4,7 mg P/100 g Boden. Die Kontrollen haben 16 % des

ihnen zur Verfügung stehenden Gesamt-P-Gehaltes entzogen. Auch bei den anderen

Varianten fällt der Wert mit 17 % nicht höher aus.

Im Hinblick auf die P-Bilanz und P-Gehaltsänderungen (Tabelle 5-4) innerhalb des

dreijährigen Versuches, die in Abhängigkeit der Substrate und Varianten zusammengestellt

wurden, interessiert die Frage, welche Gesamt-P-Gehalte im Boden zu erreichen gewesen

wären und inwieweit die Gehalte durch die Analysen bestätigt worden sind. Bei den beiden

Kontrollen liegen die Anfangsgehalte, die analytisch bestimmt wurden, bei 38,4 mg P/100 g

Boden (Sand) bzw. 59,6 mg P/100 g Boden (Löß). Die Varianten 2 - 9 erhielten eine

Düngung von 4,9 mg P/100 g Boden, so dass die Gehalte im Boden zu Beginn des Versuches

bei 43,3 mg P/100 g Boden bzw. 64,5 mg P/100 g Boden liegen. Damit beträgt der Anteil der

Düngung am Gesamt-P-Gehalt ca. 11 % beim Sandboden und ca. 7,5 % beim Lößboden. Die

P-Entzüge der drei Jahre werden von dem Bodengehalt substrahiert, so dass ein theoretisch

5 Diskussion

109

Tabelle 5-4: P-Bilanz [mg P/100 g Boden] und P-Gehaltsänderungen in Abhängigkeit der

Substrate und Varianten

Mittelwert der 2 Anlagen (alle Angaben in mg P/100 g Boden)

Substrat Varianten

P-Gehalt zu

Beginn der P-Entzug

Summe der 3

P-Gehalt am Ende der

Fruchtfolge P-Gehaltsänderung

Fruchtfolge Jahre berechnet gefunden berechnet gefunden

1 38,42 6,21 32,20 33,72 -6,21 -4,70

2 43,26 8,06 35,21 37,05 -3,21 -1,37

3 43,26 7,62 35,65 36,43 -2,77 -1,99

4 43,26 6,90 36,36 37,52 -2,06 -0,90

Sand 5 43,26 7,51 35,75 36,73 -2,66 -1,69

6 43,26 7,54 35,73 35,73 -2,69 -2,68

7 43,26 7,24 36,03 34,54 -2,39 -3,88

8 43,26 8,07 35,20 36,38 -3,22 -2,04

9 43,26 7,09 36,18 37,79 -2,24 -0,63

2.-9. 43,26 7,50 35,76 36,52 -2,65 -1,90

1 59,56 9,43 50,13 49,25 -9,43 -10,31

2 64,41 11,17 53,24 52,85 -6,32 -6,71

3 64,41 10,96 53,44 53,42 -6,12 -6,13

Löß 4 64,41 10,92 53,48 51,91 -6,08 -7,65

5 64,41 10,77 53,63 51,88 -5,93 -7,68

6 64,41 10,91 53,50 53,10 -6,06 -6,46

7 64,41 10,52 53,89 51,26 -5,67 -8,30

8 64,41 11,42 52,99 52,98 -6,57 -6,58

9 64,41 10,28 54,13 53,92 -5,43 -5,63

2.-9. 64,41 10,87 53,54 52,67 -6,02 -6,89

errechneter P-Gehalt entsteht. Diesem wird der am Ende der drei Versuchsjahre ermittelte

Gesamt-P-Gehalt gegenübergestellt. Die Differenzen zwischen den berechneten und

analysierten Nährstoffgehalten im Boden schwanken von -1,8 bis 2,6 mg P/100 g Boden. Im

Durchschnitt liegen die Unterschiede bei den Sand-Varianten bei -0,8 mg P/100 g Boden und

bei den Löß-Varianten bei 0,9 mg P/100 g Boden. Dabei sind bei den Sand-Varianten

überwiegend negative Salden, d.h. der analysierte Gesamt-P-Gehalt liegt oberhalb des

berechneten Gesamt-P-Gehaltes und bei den Löß-Varianten nur positive Salden aufgetreten.

Da die Anfangsgehalte ebenfalls analytisch bestimmt sind, muß eine gewisse

Schwankungsbreite der Werte berücksichtigt werden. Die Übereinstimmung ist damit sehr gut

(durchschnittliche Abweichung < 2,5 %).

Um Rückschlüsse auf die relative Verfügbarkeit des Phosphors zu erhalten, werden die

CAL-P-Gehalte zu den Gesamt-P-Gehalten in Beziehung gesetzt (Abb. 5-2 und 5-3) Bei

einem direkten Vergleich beider Böden wird deutlich, daß beim Lößboden der Anfangsgehalt

etwas niedriger ist, über die dreijährige Fruchtfolge jedoch eine stärkere Abnahme als bei den

Sandböden zu beobachten ist.

5 Diskussion

110

Zwischen den Varianten des Sandbodens verhalten sich die flüssigen Klärschlamme

entsprechend der Dünger-Variante Superphosphat. Die relative P-Verfügbarkeit nimmt im

ersten Jahr stärker ab und steigt dann leicht an, ohne jedoch das Ausgangsniveau von 15 % zu

erreichen. Innerhalb der drei flüssigen Klärschlamm-Varianten liegt die relative

P-Verfügbarkeit im ersten und dritten Jahr der Variante mit Eisenfällung und Kalkung (4)

signifikant oberhalb der Variante mit nur Eisenfällung (2). Die drei stichfesten Klärschlamm-

Varianten (5 - 7), die Dünger-Variante Hyperphos (9), sowie die Kontrolle verhalten sich

ebenfalls recht einheitlich. Die relative P-Verfügbarkeit ist im ersten Jahr um ca. 4 %

gesunken und ist in den beiden folgenden Jahren leicht angestiegen. Eine Ausnahme stellt die

Variante mit Eisenfällung (5) dar. Sie fällt zwar zunächst im ersten Jahr auch um 3 % ab,

anschließend kommt es jedoch zu einer Steigerung, so dass im dritten Jahr eine höhere

relative P-Verfügbarkeit vorliegt als zu Beginn der Untersuchungen.

Beim zweiten Substrat Löß ist der Verlauf der Varianten einheitlicher. Die Kontrolle und die

Dünger-Variante Hyperphos (9) liegen über den gesamten Versuchszeitraum im unteren

Bereich. Zwischen den flüssigen und stichfesten Klärschlamm-Varianten kann nicht eine

klare Abgrenzung wie bei den Sand-Varianten gezogen werden. Eine ähnliche

AG 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr

relative P-Verfügbarkeit [%]

Varianten

Abb. 5-2: Relative P-Verfügbarkeit des Sandbodens in Abhängigkeit der Jahre und

Varianten, Mittelwert der Anlagen und Wiederholungen

GD (5%) Relative Verfügbarkeit Substrat/Jahr/Variante = 0,8

5 Diskussion

111

AG 1. Jahr 2. Jahr 3. Jahr

relative P-Verfügbarkeit [%]

Varianten

Abb. 5-3: Relative P-Verfügbarkeit des Lößbodens in Abhängigkeit der Jahre und

Varianten, Mittelwert der Anlagen und Wiederholungen

GD (5%) Relative Verfügbarkeit Substrat/Jahr/Variante = 0,8

P-Sofortwirkung wie für Mineraldünger weisen auch DIEZ UND WEIGELT, 1980 in einer

neunjährigen Fruchtfolge nach. Auf sauren Böden fiel die Verfügbarkeit geringfügig höher

aus als auf neutralen bis alkalischen Böden.

Die Entwicklungen der Gesamt-P-Gehalte der flüssigen Klärschlamm-Varianten sind mit der

Mineraldüngung vergleichbar. Bei den stichfesten Klärschlämmen lag eine gleichmäßigere

Abnahme der Gesamt-P-Gehalte vor. Die Veränderungen der Gesamt-P-Bodengehalte konnte

mit Hilfe der P-Entzüge durch die Pflanzen sehr gut nachvollzogen werden. Für die

Klärschlämme ergibt sich eine vergleichbare P-Verfügbarkeit wie für Superphosphat, wobei

dies beim Sand nur für die flüssigen Klärschlamm-Varianten gilt.

5 Diskussion

112

5.5 Einfluß der P-Fällung auf die Fraktionierung des Bodens

5. Arbeitshypothese:

Die eisen- oder aluminiumgefällten Klärschlämme wirken sich im Boden nur auf die

Eisen/Aluminium-Phosphat-Fraktion aus, dagegen haben die gekalkten und eisengefällten

Klärschlämme noch zusätzlich einen Einfluß auf die Calcium-Phosphat-Fraktion im Boden.

Der Einfluß der bei der P-Fällung unterschiedlich eingesetzten Fällungsmittel auf die

Fraktionen im Boden soll in diesem Kapitel diskutiert werden. Alle Varianten außer der

Kontrolle sind zu Beginn mit 4,9 mg P/100 g Boden gedüngt worden. Trotz der P-Fällung mit

Eisen oder Aluminium besteht bei allen flüssigen und stichfesten Klärschlämmen der

Hauptanteil aus der Ca-P-Fraktion (siehe Tabelle 3-2). Superphosphat enthält hauptsächlich

Ca(H2PO4)2 und Hyperphos besteht aus Apatit und nur zu einem geringen Teil aus Al- und

Fe-Phosphaten [MENGEL, 1984].

Bei den Sand-Varianten hat sich die Fe/Al-P-Fraktion (Abbildung 4-25) durch die Zufuhr der

1,6 mg Fe/Al-P/100 g Boden bei den drei flüssigen Klärschlämmen erhöht. Der Anstieg

variiert von 0,3 mg Fe/Al-P/100 g Boden bei Variante (4) mit Aluminiumfällung bis

1,3 mg Fe/Al-P/100 g Boden bei der Variante mit Eisenfällung (2). Bei den zwei stichfesten

Klärschlamm-Varianten mit Aluminatfällung (6) und Eisenfällung und Kalkung (7) konnte in

der ersten Vegetationsperiode kein Anstieg beobachtet werden, sondern es kam zu einer

Reduzierung um 1,2 bzw. 1,9 mg Fe/Al-P/100 g Boden.

Bei den Löß-Varianten ist dieser gleiche Effekt jedoch nicht vorhanden. Zu dem

Anfangsgehalt von 28,4 mg Fe/Al-P/100 g Boden kommt bei den Klärschlamm-Varianten

1,6 mg Fe/Al-P/100 g Boden hinzu. Bei den Varianten Kontrolle (1), der flüssigen

Klärschlamm-Variante mit Eisenfällung (2) und der Dünger-Variante Hyperphos (9) kommt

es zu einer stärkeren Reduzierung der Fe/Al-P-Gehalte um ca. 8 mg Fe/Al-P/100 g Boden.

Bei den anderen Varianten liegt der Fe/Al-P-Gehalt am Ende der ersten Vegetationsperiode

bei 23,3 - 25,9 mg Fe/Al-P/100 g Boden. Bei den stichfesten Klärschlamm-Varianten war der

Fe/Al-P-Entzug nicht so groß wie bei den flüssigen Klärschlamm-Varianten.

MACHOLD, 1963 [in: MENGEL, 1984] zeigte wiederholt mit Hilfe von markiertem

Phosphat (32P), daß Düngerphosphat zunächst in der Al-Phosphatfraktion eintritt. Jedoch wird

5 Diskussion

113

es aus dieser Fraktion auch als erstes dem Boden durch die Pflanzen entzogen [HAGEMANN

UND MÜLLER, 1976 in: MENGEL, 1984]. Da keine Bodenanalysen nach der Ausbringung

des Düngers (Klärschlamm und Mineraldünger) durchgeführt wurden, kann nicht genau

geklärt werden, ob das Phosphat des Düngers zunächst in die Al-Fraktion übergetreten ist.

Durch die Zahlen läßt sich nur darlegen, wie die Verhältnisse nach dem ersten Versuchsjahr

ausgesehen haben.

Bei den flüssigen Klärschlamm-Varianten auf Sand ist es im ersten Jahr zu einem Anstieg von

durchschnittlich 2,6 mg Fe/Al-P/100 g Boden gekommen. Die Fe/Al-P-Fraktion des

Klärschlammes betrug 1,6 mg Fe/Al-P/100 g Boden, so dass es noch zu einer zusätzlichen

Verlagerung von 1 mg Fe/Al-P/100 g Boden aus anderen Fraktionen gekommen sein muß.

Diese müßte noch weiter zunehmen, wenn davon ausgegangen werden kann, daß nach

HAGEMANN UND MÜLLER [1976 in: MENGEL, 1984] zunächst nur Al-P von den

Pflanzen aufgenommen wurde. Bei den stichfesten Klärschlamm-Varianten verringerte sich

im ersten Jahr der Fe/Al-P-Gehalt um 2,6 - 3,5 mg Fe/Al-P/100 g Boden. Würde auch hier

ebenfalls angenommen, daß die Fe/Al-P-Gehalte in Ertrag umgesetzt worden sind, würde das

Fe/Al-P ca. 71 - 100 % der P-Entzüge betragen. Die Ergebnisse relativieren sich, da in den

Untersuchungen stets die Konzentrationen von Fe/Al-P gemessen wurden und nicht nur die

Gehalte von Al-P.

Bei den Löß-Varianten ist es im ersten Jahr bei allen Varianten zu einer Abnahme der

Fe/Al-P-Gehalte gekommen. Unter der Annahme von HAGEMANN UND MÜLLER [1976

in: MENGEL, 1984], daß zunächst von der Pflanze Fe/AL-P aufgenommen wird, sind

67 - 100 % der P-Entzüge als Fe/Al-P entzogen worden. Bei den beiden flüssigen

Klärschlämmen mit Eisen- (2) bzw. Aluminat- (3) fällung, bei denen im ersten Jahr die

Reduzierung des Fe/Al-P-Gehaltes größer als die der P-Entzüge war, erfolgte eine

Verlagerung in eine andere Fraktion. Diese könnte die Org. P-Fraktion sein, da deren Gehalte

insbesondere bei der ersten Anlage angestiegen sind.

Ein weiterer Grund für die unterschiedliche Entwicklung der Fe/Al-P-Fraktion könnte im

pH-Wert liegen. Der pH-Wert spielt im Boden eine wesentliche Rolle dafür, in welcher

Fraktion das Phosphat im Boden vorkommt. Fe/AL-Phosphate liegen fast ausschließlich in

stark sauren Böden vor, Ca-Phosphate in vorwiegend alkalischen Böden. Dazwischen sind

beide Formen in unterschiedlichen Abstufungen anzutreffen. Je höher der pH-Wert, desto

5 Diskussion

114

stärker verschiebt sich das Gleichgewicht zum Ca-Phosphat [BAREKZAI, 1984]. Von daher

ist es zu erklären, daß zu Beginn der Untersuchungen im Sandboden mit einem pH-Wert von

5,7 ein höherer Anteil an Fe/AL-P (65 %) vorgelegen hat als im Lößboden mit einem

pH-Wert > 6 (52 bzw. 44 %). Auch zwischen den beiden Lößböden besteht der Unterschied,

daß der Lößboden der ersten Anlage mit einem pH-Wert von 6,4 einen höheren Fe/Al-P-Ge-

halt aufweist als der Lößlehm der zweiten Anlage mit einem pH-Wert von 6,7. Entsprechend

verhalten sich die Ca-P-Gehalte (Abbildung 5-26), beim Sandboden liegt der geringste Gehalt

vor, beim Lößboden der zweiten Anlage der höchste Ca-P-Gehalt.

Die pH-Werte insbesondere der zweiten Anlage steigen innerhalb der drei Jahre an, wodurch

die Entwicklung der Fe/Al-P- und Ca-P-Gehalte erklärt werden kann. Die Fe/Al-P-Gehalte

sinken im Laufe der drei Vegetationsperioden und die Ca-P-Konzentrationen steigen

geringfügig an. Die Entwicklung ist bei den Löß-Varianten ausgeprägter, da der Anstieg des

pH-Wertes im Durchschnitt der beiden Anlagen größer ist (Änderung des pH-Wertes: Sand

Anlage 1: 0,4; Anlage 2: 0,1; Löß Anlage 1: 0,3 und Anlage 2: 1,0). Der Anstieg der

Ca-P-Fraktion bei der Hyperphos-Variante ist nicht weiter verwunderlich, da hier

feingemahlener Apatit d.h. mit einem Ca-Phosphat gedüngt wurde. Nur in der zweiten Anlage

bei der Löß-Variante wurde dadurch auch der pH-Wert signifikant zu allen anderen Varianten

im ersten Jahr angehoben.

Die Klärschlämme bestehen zu 30-70 % aus organischer Substanz (SCHEFFER UND

SCHACHTSCHABEL, 1984). Bei den hier eingesetzten Klärschlämmen liegt der Gehalt an

organischer Substanz in der Trockenmasse zwischen 30 - 50 %, dies entspricht ca.

10 g organischer Substanz/Gefäß und ca. 110 mg/100 g Boden. Der Gehalt an der

org. P-Fraktion (Tabelle 3-3) beträgt ca. 0,3 mg Org. P/100 g Boden. Dies erhöht bei den mit

Klärschlamm gedüngten Böden den Ausgangsgehalt des Sandbodens um ca. 6,3 %, den

Lößboden der Anlage 1 um 4,9 % und der Anlage 2 um 2,5 %. Nach MUNK [1971/72] bleibt

die Org. P-Fraktion auf gleichem Niveau, soweit nicht frische organische Substanz, die

schnell abbaubar ist, zugefügt wird. Durch die Düngung mit Klärschlamm wurde den Böden

jedoch leicht abbaubares organisches Material zugefügt. Bei den Sand-Varianten ist es im

Durchschnitt der Anlagen und Varianten zu einem Anstieg der Organischen P-Fraktion im

ersten Jahr gekommen. Dieser Anstieg ist jedoch auch bei der Kontrolle und den mineralisch

gedüngten Varianten zu verzeichnen, so dass es durch die Klärschlammdüngung nicht

zufriedenstellend erklärt werden kann. Bei dem Löß-Boden der ersten Anlage ist der Anstieg

6 Ausblick und abschließende Betrachtung

115

innerhalb der drei Jahre noch größer und nimmt um ca. das zweieinhalbfache zu. Hier kann es

zu einer starken Vermehrung der Bodenmikroorganismen gekommen sein, die innerhalb des

zweiten Jahres wieder abgestorben sind. Bei dem Löß-Boden der zweiten Anlage lag zu

Beginn bereits ein hoher Gehalt an Org. P im Boden vor, so dass keine weitere Mikroben-

Biomasse mehr aufgebaut und später umgesetzt wurde.

Zusammenfassend läßt sich die Arbeitshypothese nicht bestätigen. Nur bei den flüssigen

Klärschlämmen der Sand-Varianten kommt es zu einem Anstieg der Fe/Al-P-Gehalte aber ein

genereller Anstieg bei beiden Substraten und bei dem Einsatz von flüssigem oder stichfestem

Klärschlamm findet nicht statt. Ebenso konnte nicht nachgewiesen werden, daß die

Ca-P-Fraktion bei den gekalkten Varianten ansteigt, sondern alle Klärschlamm-Varianten

verhalten sich gleich. Die Klärschlamm-Fraktions-Anteile sind wahrscheinlich im Vergleich

zu den Fraktionen des Bodens zu gering gewesen, um die vermuteten Effekte sichtbar machen

zu können.

6 Ausblick und abschließende Betrachtung

Die landwirtschaftliche Nutzung von Klärschlamm wird bereits seit Jahrhunderten praktiziert.

Mit zunehmender Verstädterung wurde aus dem natürlichen Dünger ein Abfallstoff. Die

umweltverträgliche und gleichzeitig kostengünstige Entsorgung von Klärschlamm ist für viele

Kommunen zur großen Herausforderung geworden. Eine regelmäßige Anpassung der Entsor-

gungspraxis an die gesetzlichen Bestimmungen (Einführung der Klärschlammverordnung

1982, Novellierung 1992) führte zur steten Überarbeitung der Klärschlamm-Konzepte.

Eine Phase der Neubewertung der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung ist nicht

zuletzt durch die jüngsten Ereignisse in der Landwirtschaft (BSE, MKS) hervorgerufen

worden. Viele Bereiche der Landwirtschaft sind dabei in die Kritik geraten u.a. auch die

derzeitige Praxis der landwirtschaftlichen Verwertung von Abfallstoffen. Die jetzige

Neubewertung wird sich an den Anforderungen des Umwelt- und Verbraucherschutzes

orientieren, die aufgrund der Ereignisse in den Vordergrund gerückt worden sind. Neue

Positionen einzelner an der Diskussion Beteiligten sollen im folgenden kurz skizziert werden.

Umweltministerin von Nordrhein-Westfalen Bärbel Höhn spricht sich für einen

differenzierten Weg der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung aus. Gering belastete

6 Ausblick und abschließende Betrachtung

116

Klärschlämme aus ländlichen Regionen sollten wie bisher landwirtschaftlich verwertet

werden, jedoch sollte der Klärschlamm aus urbanen Gebieten, der meist auch stärker belastet

ist, in Kraftwerken mitverbrannt werden [VORHOLZ, 2001]. Wie unterschiedlich belastet

auch Klärschlamm aus ländlichen Raum sein können, wird an den in dieser Arbeit

untersuchten Klärschlämmen deutlich. Alle Klärschlämme stammen aus dem Kreis Soest,

aber die Bleiwerte weisen eine Streuung von < 5 bis 269 mg/kg TS auf. Während in der einen

Kläranlage ca. 1/10 des Grenzwertes für Kupfer erreicht wird, ist in der anderen Kläranlage

9/10 des Grenzwertes ausgeschöpft. Dies zeigt, dass nicht nur die Standortfrage der

Kläranlage eine Rolle bei der Bewertung von Klärschlämmen für die landwirtschaftliche

Verwertung spielt, sondern auch die Verunreinigung des eingeleiteten Abwassers in die

Kläranlage und deren Klärtechnik.

Die Europäische Union begrüßt die Transparenz in der Bundesrepublik Deutschland, die bei

der Verwertung von Klärschlämmen eine Minimierung der schädlichen Auswirkungen

vorsieht. Gleichzeitig forciert sie ein Qualitätssicherungssystem auf freiwilliger Basis, um die

Verwertung noch sicherer zu gestalten [ATV-DVWK, 2001]. Diese sieht u.a. eine

Verschärfung der Grenzwerte für organische Schadstoffe vor. Es wird auf europäischer Ebene

auch darüber diskutiert, ob eine Ausweitung der Einsatzgebiete von Klärschlamm erfolgen

soll, wie z.B. auf Weiden und in Forsten [ASMUSSEN, 2001]. Dies ist nach der deutschen

Klärschlammverordnung nicht erlaubt und kann aus hygienischen Gründen auch nicht