Definition: Was ist Phosphor?
Phosphor ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol P und gehört zu den lebensnotwendigen Nährstoffen. Er kommt in der Natur überwiegend in gebundener Form vor, insbesondere als Bestandteil verschiedener Phosphate. Phosphor ist für alle Lebewesen unverzichtbar und spielt unter anderem beim Aufbau von Erbmaterial, Zellmembranen, Knochen und energiereichen Molekülen eine wichtige Rolle.
In Landwirtschaft und Ernährung besitzt Phosphor eine besondere Bedeutung, weil Pflanzen ihn als essentiellen Nährstoff benötigen. Gleichzeitig ist Phosphor eine begrenzte mineralische Ressource. Zu hohe Einträge in Gewässer können außerdem zu einer Überdüngung führen und das Wachstum von Algen stark fördern.
Phosphor in der Natur
Phosphor kommt in natürlichen Systemen überwiegend in Gesteinen, Böden, Gewässern und Lebewesen vor. Anders als Stickstoff besitzt er keinen bedeutenden gasförmigen Anteil im natürlichen Stoffkreislauf. Der Phosphorkreislauf verläuft deshalb vor allem zwischen Gesteinen, Böden, Wasser und Organismen.
Durch Verwitterung phosphathaltiger Gesteine werden Phosphorverbindungen langsam freigesetzt. Pflanzen können bestimmte gelöste Phosphate über ihre Wurzeln aufnehmen. Tiere nehmen Phosphor wiederum über pflanzliche oder tierische Nahrung auf.
Phosphate im Boden
Im Boden liegt Phosphor in verschiedenen chemischen Formen vor. Ein Teil ist in organischer Substanz gebunden, ein anderer Teil liegt als anorganisches Phosphat vor. Nur ein vergleichsweise kleiner Anteil ist unmittelbar für Pflanzen verfügbar.
Phosphat kann sich stark an Bodenbestandteile binden oder schwer lösliche Verbindungen bilden. Dadurch wird es weniger mobil als beispielsweise Nitrat. Diese Eigenschaft verringert zwar die direkte Auswaschung, erschwert jedoch zugleich die Aufnahme durch Pflanzen.
Bedeutung für Pflanzen
Phosphor gehört neben Stickstoff und Kalium zu den wichtigsten Hauptnährstoffen von Pflanzen. Er ist unter anderem an Energieübertragung, Zellteilung, Wurzelentwicklung und Bildung von Samen beteiligt.
Ein Phosphormangel kann das Pflanzenwachstum deutlich beeinträchtigen. Betroffene Pflanzen entwickeln sich langsamer und können geringere Erträge liefern. In der Landwirtschaft wird Phosphor deshalb gezielt über Dünger zugeführt.
Phosphordüngung
Phosphordünger können mineralischen oder organischen Ursprungs sein. Mineralische Dünger werden häufig aus phosphathaltigem Gestein hergestellt. Organische Dünger wie Gülle, Mist oder Kompost enthalten ebenfalls relevante Mengen Phosphor.
Eine bedarfsgerechte Düngung soll sicherstellen, dass Pflanzen ausreichend versorgt werden, ohne langfristig große Überschüsse im Boden anzureichern. Besonders auf Flächen mit langjährig hoher Düngung können erhöhte Phosphorgehalte entstehen.
Phosphor als endliche Ressource
Die für mineralische Düngemittel benötigten Phosphaterze entstehen über geologische Zeiträume und erneuern sich nicht innerhalb menschlicher Zeitmaßstäbe. Phosphor gilt deshalb als nicht erneuerbare mineralische Ressource.
Wirtschaftlich nutzbare Lagerstätten sind zudem geografisch ungleich verteilt. Die Landwirtschaft ist dadurch von globalen Rohstoffmärkten und einer begrenzten Zahl wichtiger Förderregionen abhängig.
Rohphosphat
Rohphosphat wird im Bergbau gewonnen und anschließend verarbeitet. Je nach Lagerstätte können die Erze unterschiedliche Verunreinigungen enthalten. Die Aufbereitung und Herstellung von Düngemitteln benötigt Energie und verursacht Abfälle.
Ein effizienter Umgang mit Phosphor ist deshalb sowohl aus ökologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht wichtig. Verluste entlang der gesamten Nährstoffkette sollen möglichst gering gehalten werden.
Phosphorkreislauf
Der natürliche Phosphorkreislauf beginnt unter anderem mit der Verwitterung von Gesteinen. Freigesetztes Phosphat gelangt in Böden und Gewässer und kann von Pflanzen und Mikroorganismen aufgenommen werden.
Über Nahrungsketten wird Phosphor an Tiere weitergegeben. Ausscheidungen und abgestorbene Organismen führen ihn anschließend wieder dem Boden oder Gewässern zu. Mikroorganismen setzen dabei gebundene Phosphorverbindungen teilweise erneut frei.
Menschliche Veränderungen des Kreislaufs
Durch Bergbau und Düngung werden große Mengen Phosphor aus geologischen Lagerstätten in landwirtschaftliche Systeme überführt. Ein Teil gelangt mit Lebensmitteln und Futtermitteln in andere Regionen.
Über Abwasser, Bodenerosion und landwirtschaftlichen Oberflächenabfluss kann Phosphor schließlich in Flüsse, Seen und Meere gelangen. Dadurch wird der natürliche Stoffkreislauf erheblich beschleunigt und räumlich verändert.
Phosphor in Gewässern
In vielen Süßgewässern ist Phosphor ein begrenzender Nährstoff. Das bedeutet, dass das Pflanzen- und Algenwachstum stark davon abhängt, wie viel verfügbares Phosphat vorhanden ist.
Gelangen große Mengen Phosphor in ein Gewässer, kann das Wachstum von Algen und Wasserpflanzen deutlich zunehmen. Dieser Prozess ist Teil der Eutrophierung.
Eutrophierung
Bei einer starken Nährstoffanreicherung können sich Algen massenhaft vermehren. Das Wasser wird trüb, und weniger Licht erreicht tiefere Bereiche. Unterwasserpflanzen können dadurch beeinträchtigt werden.
Sterben große Mengen Biomasse ab, wird sie von Mikroorganismen zersetzt. Dieser Prozess verbraucht Sauerstoff. Besonders in tiefen oder schlecht durchmischten Gewässern können dadurch sauerstoffarme Zonen entstehen.
Einträge aus der Landwirtschaft
Phosphor gelangt vor allem dann von landwirtschaftlichen Flächen in Oberflächengewässer, wenn Bodenpartikel abgeschwemmt werden. Da Phosphat häufig an Bodenbestandteile gebunden ist, spielt Erosion eine besonders wichtige Rolle.
Auch gelöste Phosphorverbindungen können über Oberflächenabfluss und Drainagen transportiert werden. Das Risiko steigt, wenn Böden sehr hohe Phosphorgehalte besitzen oder Dünger unmittelbar vor starken Niederschlägen ausgebracht wird.
Erosionsschutz
Maßnahmen gegen Bodenerosion können gleichzeitig Phosphoreinträge in Gewässer verringern. Dazu gehören eine dauerhafte Bodenbedeckung, angepasste Bodenbearbeitung, Zwischenfrüchte und Gewässerrandstreifen.
Vegetationsstreifen entlang von Gewässern können abgeschwemmte Bodenpartikel teilweise zurückhalten. Dadurch gelangen weniger Sedimente und gebundene Nährstoffe direkt in Bäche und Flüsse.
Phosphor im Abwasser
Menschliche Ausscheidungen und bestimmte Haushalts- oder Gewerbeabwässer enthalten Phosphor. Ohne ausreichende Abwasserbehandlung können erhebliche Mengen in Gewässer gelangen.
Moderne Kläranlagen verfügen deshalb häufig über Verfahren zur Phosphorelimination. Dabei wird gelöstes Phosphat chemisch gefällt oder biologisch in Mikroorganismen gebunden und anschließend mit dem Klärschlamm entfernt.
Phosphorrückgewinnung
Da Phosphor eine begrenzte Ressource ist, gewinnt seine Rückgewinnung aus Abwasser und Klärschlamm an Bedeutung. Dabei soll der enthaltene Phosphor nicht lediglich entsorgt, sondern erneut als Rohstoff verfügbar gemacht werden.
Verschiedene technische Verfahren ermöglichen die Gewinnung phosphathaltiger Produkte. Diese können nach entsprechender Aufbereitung wieder in den Nährstoffkreislauf zurückgeführt werden.
Phosphor und Kreislaufwirtschaft
Eine stärker geschlossene Phosphorwirtschaft versucht, den Bedarf an neu abgebautem Rohphosphat zu reduzieren. Dazu gehört die Rückgewinnung aus Abwasser, Wirtschaftsdüngern, organischen Reststoffen und anderen phosphorhaltigen Materialien.
Auch eine effizientere Düngung spielt eine zentrale Rolle. Werden Nährstoffe genau entsprechend dem Pflanzenbedarf eingesetzt, können sowohl Rohstoffverbrauch als auch Umweltverluste reduziert werden.
Phosphor in Lebensmitteln
Phosphor ist natürlicher Bestandteil zahlreicher Lebensmittel. Besonders hohe Mengen finden sich unter anderem in Milchprodukten, Fleisch, Hülsenfrüchten, Nüssen und Getreide.
Darüber hinaus werden Phosphate in der Lebensmittelverarbeitung als Zusatzstoffe eingesetzt. Für den menschlichen Körper ist Phosphor unter anderem für Knochen, Zähne und den Energiestoffwechsel unverzichtbar.
Umweltpolitische Bedeutung
Der Umgang mit Phosphor verbindet mehrere Umweltfragen miteinander. Einerseits muss eine ausreichende Versorgung der Landwirtschaft gewährleistet werden. Andererseits sollen Überdüngung und Gewässerbelastungen vermieden werden.
Gleichzeitig steigt die Bedeutung der Ressourcenschonung. Eine langfristige Strategie umfasst deshalb effiziente Düngung, Verringerung von Verlusten, Gewässerschutz und Rückgewinnung aus Abfall- und Abwasserströmen.
Zusammenfassung
Phosphor ist ein lebensnotwendiges chemisches Element und ein wichtiger Pflanzennährstoff. Er kommt hauptsächlich in gebundener Form als Phosphat vor und bewegt sich in natürlichen Kreisläufen zwischen Gesteinen, Böden, Gewässern und Lebewesen.
In der Landwirtschaft wird Phosphor als Dünger eingesetzt, gleichzeitig können übermäßige Einträge zur Eutrophierung von Gewässern beitragen. Da mineralische Phosphatvorkommen begrenzt sind, gewinnen effiziente Nutzung und Rückgewinnung zunehmend an Bedeutung. Ein nachhaltiger Phosphorkreislauf verbindet daher Nährstoffversorgung, Ressourcenschutz und Gewässerreinhaltung.
