InnoSoilPhos hat zum Ziel, die Bodenfruchtbarkeit im Hinblick auf das Hauptnährelement P zu optimieren und damit die Abhängigkeit von Mineraldünger-P zu verringern. Die P Nutzungseffizienz soll durch Entwicklung neuer Technologien und Produkte verbessert werden. Dafür sollen auch sozioökonomische und politisch-rechtliche Rahmen­bedingun­gen definiert und entwickelt werden.

Phosphor ist ein essentielles Element für alle lebenden Organismen, wobei Böden das zentrale Reservoir für die P-Aufnahme durch Mikroorganismen und landwirtschaftliche Nutzpflanzen sind. Während die moderne Landwirtschaft gegenwärtig noch auf Inputs nicht erneuerbarer P-Dünger basiert, muss eine nachhaltige Bioökonomie-Strategie die Abhängigkeit von den endlichen P-Lagerstätten deutlich verringern. Eine höhere P-Nutzungseffizienz trägt auch zur Gewässerreinhaltung bei. Die Forschung ist auf ein besseres Verständnis und die Optimierung der P-Umsetzungen auf allen Skalenebenen von atomar/molekular über Parzelle/Feld/Einzugsgebiet bis hin zur gesellschaftlichen Ebene gerichtet. Dazu wird insbesondere das große Potential neuer physikalischer (z.B. quantenchemische Modellierung, synchrotron-basierte Spektroskopie), chemischer und mikro- & molekularbiologi­scher Methoden genutzt.

Die neuen Erkenntnisse zu allen Aspekten der P-Speziierung und des P–Kreislaufs im System Boden-Pflanzen-Umwelt sollen in verbesserten Düngeempfehlungen, Mobilisierung der P-Vorräte im Unterboden, Einsatzempfehlungen für innovative P-Recyclingdünger, neue Konzepte für „smarte“ P-Dünger mit Zusatzfunktionen sowie Empfehlungen für die politische Handlungsebene münden. InnoSoilPhos stellt dem BonaRes-Zentrum alle P-spezifischen Bodendaten, Pedotransferfunktionen und Modellierungskonzepte für ein web-basiertes Boden-Funktions-Modell zur Verfügung.

Zwischenergebnisse aus Phase 1

Quantenchemische Modellierungen ergaben die Bindungsenergien für Phosphat und organischen P-Verbindungen (z.B. Glyphosat) an reaktiven Bodenoberflächen. Enzymatische und molekularbiologische Untersuchungen zeigten P-Mobilisierungs-Mechanismen in der Rhizosphäre unter dem Einfluss verschiedener Bewirtschaftungssysteme auf. Die Auswertung von Dauerversuchsdaten ergab eine fruchtartenspezifische Sensitivität der P-Versorgung und P-Düngestrategien. Verbesserte und reduzierte P-Gehaltsklassen wurden aus großen Datensätzen abgeleitet, die zur Einsparung von P-Düngern führen können. Eine Reduzierung von P-Austrägen in Gewässer erfordert eine Kontrolle der Spitzenabflüsse in drainierten Einzugsgebieten. Dem Ziel der Schonung geogener P-Ressourcen durch Recycling dient der Rückführung von P aus Schlachtknochen mittels Pyrolyse und Zwischennutzung der Knochenkohle als Absorbermaterial. Im Projekt hergeleitete ordnungsrechtliche und ökonomische Steuerungsinstrumente können zu einem verbesserten P-Management führen.

Ergebnisausblick Phase 2

In Phase 2 vervollständigen wir die quantenchemischen Modellierungen der wichtigsten P-Bindungs­mechanis­men im Boden, einschließlich der Ober­flächenmodifikationen durch organische Bodensubstanz. Bodenbiologische und –mikrobiologische Untersuchungen werden zu einem besseren Verständnis der von Zwischenfrüchten verursachten P-Mobilisierung in der Rhizosphäre beitragen. Durch neu angelegte Feldversuche sollen diagnostische Kriterien für P-Mangel in Kulturpflanzen entwickelt und die Effekte von P-Recycling-Düngern untersucht werden. Weiterhin untersuchen wir den Einfluss variierender Redoxpotentiale auf die Mobilisierung unterschiedlicher P-Verbindungen. Metaanalysen sollen zur Entwicklung einer App mit verbesserten P-Düngeempfehlungen beitragen. P-Düngungs­muster norddeutscher Land­wirtschaftsbetriebe sollen analysiert werden und als Grundlage für ökonomi­sche Bewertungen und politische Steuerungsinstrumente dienen.