Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Lehrstuhl für Pflanzenernährung durchgeführt. Übergreifendes Ziel ist die Verbesserung der wissenschaftlichen Grundlagen zur Erhöhung der P Effizienz in landwirtschaftlichen Böden bei Erhalt ihrer P-Fruchtbarkeit und unter Einsatz neuer Technologien. WP1.3 beschäftigt sich mit der Identifizierung von Mikroorganismen, die die Mobilisierung von P katalysieren und deren Einfluss auf andere Nährstoffkreisläufe. Ferner soll die Rolle von Mikroorganismen als labiler (leicht verfügbarer P Speicher) untersucht werden. WP2.1 befasst sich mit einer langfristig nachhaltigen Nutzung der P-Reserven von Böden und damit der Einsparung mineralischer P-Quellen. Basis sind bis zu 40-jährige Langzeitfeldexperimente sowie Versuche in landwirtschaftlichen Betrieben, die die standortspezifische Wirkung einer P-Düngung prüfen und mit Hilfe von Standortdaten zur P-Dynamik bewerten und interpretieren. Die Erfassung von Pflanzen- und Bodenparametern geschieht mit Hilfe modernster Nah- und Fernerkundungssensoriken.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg, Institut für Boden, Wasser, Luft, Lehrstuhl Bodenschutz und Rekultivierung durchgeführt. Im Rahmen von InnoSoilPhos sollen innovative Lösungen für die Phosphor (P)-Kreisläufe im System Boden-Pflanze-Umwelt erarbeitet werden, um die Abhängigkeit von externen P-Quellen aus Gesteinsphosphaten radikal zu senken. Dazu sollen die wissenschaftlichen Grundlagen in zwei Richtungen erarbeitet werden: (1) Erhaltung und Erhöhung der P-Verfügbarkeit im Boden, und (2) Nutzensnachweis und Technologieentwicklung für alternative P-haltige Produkte zum Schließen des wirtschaftlichen P-Kreislaufes. Im WP 1-1 der BTU CS sollen die Mechanismen der P-Bindung an unterschiedlichen Hydroxid-Oberflächen und ihr Einfluss auf das P-Desorptionsverhalten untersucht werden. Von besonderem Interesse sind vor allem die Auswirkungen von organischen Komponenten, die Aggregatbildung im Boden sowie die Umbildung von Hydroxiden auf die P-Verfügbarkeit.
Wie für alle Pflanzen und Tiere gilt auch für uns Menschen: ohne Phosphor kein Leben. Er steckt in unseren Knochen, in unserer DNA und ist an lebenswichtigen Prozessen in unserem Körper beteiligt. Aufnehmen können wir Phosphor nur über unsere Nahrung, welche direkt als pflanzliche Lebensmittel oder indirekt als Futtermittel in der Fleischproduktion von den landwirtschaftlichen Anbauflächen stammt. Dort wird Phosphor als Düngemittel eingesetzt, um ein optimales Pflanzenwachstum sicherzustellen. In der konventionellen Düngemittelproduktion werden dazu Rohphosphate eingesetzt, welche eine endliche Ressource darstellen und weltweit nur von wenigen Exportländern angeboten werden. Neben den wirtschaftlichen Abhängigkeiten können die Rohphosphate Verunreinigungen enthalten, die schlussendlich die landwirtschaftlich genutzten Böden und das Grundwasser in Deutschland belasten. Ein Teil des Phosphors, den wir aufnehmen, scheiden wir wieder aus. Er wird während der Abwasseraufbereitung im Klärschlamm konzentriert und kann der Düngemittelproduktion, als auch der gesamten Wirtschaft als weitere Phosphorquelle dienen. Deshalb soll ab dem Jahr 2029 Phosphor aus Klärschlamm von größeren Abwasserbehandlungsanlagen in Deutschland zurückgewonnen werden. Später sollen auch kleinere Abwasserbehandlungsanlagen folgen. Auf dem Weg dahin sind einige Herausforderungen erkannt worden, die in den nächsten Monaten und Jahren angegangen werden. Dazu hat das Land Berlin gemeinsam mit dem Bundesumweltministerium, dem Bundeslandwirtschaftsministerium, zwölf weiteren Bundesländern sowie Verbänden und Unternehmen eine Erklärung unterzeichnet. Das Land Berlin hat innerhalb des Unterzeichnerkreises eine besondere Stellung, denn es wird in der neu zu gründenden Länderarbeitsgruppe den Vorsitz einnehmen. In dieser Arbeitsgruppe werden die Herausforderungen diskutiert und Lösungen eingeleitet. Damit kommen wir dem Ziel, den Phosphorkreislauf zu schließen, einen großen Schritt näher.
Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Business Unit Metals, Energy and Water, BL Energy & Enironment, PL Thermal Processing durchgeführt. P-Recycler haben Verfahren und Produkte entwickelt, die mangels Nachfrage nicht in den Markt kommen oder weit unter Wert verkauft werden. Dabei stützen Glühphosphat aus Asche (AshDec) und Struvit die Hypothese, dass sie den Anforderungen des NextGen Konzepts bereits entsprechen: i) Nährstoffabgabe erst nach Freisetzung von Wurzelexudaten, gewissermaßen auf Wunsch der Pflanzen, ii) Silizium (AshDec), dem die Stärkung der Zellwände, die Verbesserung der Resilienz, sowie die Behinderung der Phosphatfixierung in sauren Böden zugeschrieben wird und iii) Magnesium (Struvit), das Enzyme aktiviert und essentiell für die Photosynthese ist. CLOOP wird Nährstoffspezies, Eigenschaften und Wirkung der Dünger durch chemische, mineralogische und ökologische Analysen, analytische Methodenentwicklung, sowie durch Gefäß- und Feldversuche in Deutschland, Brasilien und Australien dokumentieren. Die Ausrichtung auf subtropische und tropische Regionen mit hochproduktiver Landwirtschaft bringt Perspektiven, die in Europa noch wenig Beachtung finden: Nährstoffverluste durch Erosion, Leaching und P-Fixierung wobei letztere durch Starkregen und saure Böden mit hoher Fe- und Al-Konzentration wesentlich intensiver ausfallen. Unter diesen Bedingungen können die besonderen Eigenschaften der Recyclingdünger erforscht und festgestellt werden, unter welchen Voraussetzungen sie einen messbaren Vorteil für den Landwirt bringen und damit den Nutzwert erhöhen, so dass Recyclingdünger auch nachgefragt werden. CLOOP verfolgt das Ziel, Dünger aus den Sekundärrohstoffen Klärschlamm und Klärschlammasche, deren Nährstofffreisetzung mit dem Nährstoffbedarf der Nutzpflanzen korreliert, auf den Markt zu bringen.
Das Projekt "Teilprojekt: Der Phosphorkreislauf im Grünland und Wald unter verschiedener Diversität und Landnutzung (DYNPHOS)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Tübingen, Fachbereich Geowissenschaften, Lehrstuhl für Geoökologie durchgeführt. Mit steigender Diversität nehmen die Gehalte an pflanzenverfügbaren Nährstoffen im Boden aufgrund der effektiveren Ressourcennutzung ab. Dieser Zusammenhang wurde für N bereits mehrfach gezeigt. Zu anderen Nährstoffen, die möglicherweise ebenfalls das Pflanzenwachstum limitieren, wie z. B. P, fehlen solche Untersuchungen. In bewirtschafteten System hängen Diversität und Landnutzungsintensität bzw. -geschichte eng zusammen. Um die Kontrollgrößen für die Nährstoffgehalte im Boden zu bestimmen, müssen die Effekte der Diversität von denen der Landnutzung getrennt werden. Aus diesen Gründen möchten wir die Effekte von Diversität und Landnutzung auf den Phosphorkreislauf im Grünland und im Wald der Biodiversitätsexploratorien untersuchen. Unser Ziel ist die Trennung der Effekte von Diversität und Landnutzung auf 1) P im Boden (Gesamt-P, organisch und anorganischer P), 2) P-Freisetzung im Boden (Lösung von P-Mineralen und Mineralisierung der organischen Substanz im Boden) und 3) P in den Pflanzen auf allen intensiv untersuchten Plots der drei Exploratorien (Grünland und Wald). Außerdem planen wir, den Einfluss der früheren Landnutzung über innovative Isotopenmethoden (d 18O in PO4) zu bestimmen. Wir werden die P-Vorräte in Böden und Pflanzen, die P-Freisetzung durch Lösung, Desorption und Mineralisierung und d 18O in PO4 aus diesen drei Quellen bestimmen.
Das Projekt "Teilprojekt F" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bergische Universität Wuppertal, Fachbereich D, Institut für Grundbau, Abfall- und Wasserwesen, Lehr- und Forschungsgebiet Boden- und Grundwassermanagement durchgeführt. InnoSoilPhos hat zum Ziel, die Bodenfruchtbarkeit bezüglich Phosphor zu optimieren und unabhängiger von Mineraldünger-P zu werden. Die P-Nutzungseffizienz soll durch neue Technologien und Produkte verbessert sowie sozioökonomische und politisch-rechtliche Rahmenbedingungen weiterentwickelt werden. Im geplanten Vorhaben (WP2-4, InnoSoilPhos 2) wird der Einfluss des Redoxpotentials (EH) auf die Verfügbarkeit, Speziierung, Bindungsformen, Auswaschungskinetik und Mobilisierungsdynamik von Phosphor in landwirtschaftlich genutzten Böden pleistozäner norddeutscher Landschaften systematisch untersucht. Dabei werden Überflutungen und verschiedene Trocken-Nass-Zyklen im Labormaßstab simuliert. Hierbei kommt eine moderne computergesteuerte Experimentalanlage zum Einsatz, die sog. biogeochemischen Mikrokosmen mit automatisierter Steuerung. Diese einzigartige Versuchsanlage ermöglicht es, das EH vordefiniert und kontrolliert einzustellen und gleichzeitig die steuernden Faktoren wie EH, pH und Temperatur in real time zu beobachten und zeitlich hochauflösend per Datenlogger aufzuzeichnen. Die einzustellenden Redoxpotentiale in den zu untersuchenden Böden orientieren sich an den im Freiland auftretenden realen Feldbedingungen. Das Projekt (WP2-4) ist sehr gut eingebettet in den Ansatz des Gesamtprojektes InnoSoilPhos 2 von der atom- und molekularen Skalenebene, über die Parzellen-, Feld- und Einzugsgebietsskala mit Auswirkungen auf die betriebliche und gesellschaftliche Ebene. Proben aus den im WP2-4 durchgeführten Experimenten werden zur weiteren Analyse anderen Projektpartnern zur Verfügung gestellt und gemeinsam bearbeitet. Die im WP2-4 erzielten Ergebnisse werden von anderen Teilprojektpartnern gemeinsam mitgenutzt, um eine optimale Zusammenarbeit zu gewährleisten.
Das Projekt "CSIRO-PIK Collaboration in assessments of sustainable pathways for feeding 9 billion people (CSIRO - RD1)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung e.V. durchgeführt. The objective of the collaborative agreement is to assess sustainable pathways for feeding 9 billion people. Key dimensions of sustainability to be explored include intensification pathways, water, nutrients, and greenhouse gas (GHG) emissions. The Collaborator (Jens Heinke) will spend 2 months per year at CSIRO to ensure the delivery of project outputs and to foster institutional collaboration. The Collaborator (Jens Heinke) will undertake to: 1. Assess the alteration of nitrogen and phosphorus cycles by livestock production from different animal types, in different world regions and in different production systems. The analysis will build on a detailed representation of the livestock sector from Herrero et al. and previous work by Bouwman et al. The assessment will highlight the different alteration of nutrient cycling by different forms of livestock production providing important insight for sustainable intensification. 2. Comprehensively assess trade-offs between consumptive water use, nutrients, and GHG emissions in global agriculture within a consistent framework. The analysis will build on the previous quantification of alterations of nutrient cycles that completes already existing quantifications of consumptive water use and GHG emissions based on the same detailed representation of the livestock sector, and provide insights on competing goals in the context of sustainable intensification. 3. Participate in the development of 'wedge-based' regional and global models of global food systems in collaboration with Princeton University and INRA. The previous trade-off analysis of water, nutrients, and GHGs will provide a basis for quantifying resources and emission related aspects of different strategies for sustainable intensification. 4. Assist in the development of scenarios of sustainable diets and their impacts on the world food and ecosystems. For this activity, the previous trade-off analysis of water, nutrients, and GHGs will provide the link to resources use and environmental consequences for given scenarios of food consumption.
Das Projekt "Teilprojekt C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) - Fachbereich 4.4 - Thermochemische Reststoffbehandlung und Wertstoffrückgewinnung durchgeführt. P-Recycler haben Verfahren und Produkte entwickelt, die teilweise mangels Nachfrage nicht in den Markt kommen oder weit unter Wert verkauft werden. Dabei stützen Glühphosphat aus Asche (AshDec) und Struvit die Hypothese, dass sie den Anforderungen des 'NextGen Fertilizer Konzepts' bereits entsprechen: i) keine Wasserlöslichkeit aber volle Verfügbarkeit für Pflanzen, ii) Silizium (AshDec), dem die Stärkung der Zellwände, die Verbesserung der Resilienz, sowie die Behinderung der Phosphatfixierung in sauren Böden zugeschrieben wird und iii) Magnesium (Struvit), das Enzyme aktiviert und essentiell für die Photosynthese ist. CLOOP wird Nährstoffspezies, Eigenschaften und Wirkung der Dünger durch chemische, mineralogische und ökologische Analysen, analytische Methodenentwicklung, sowie durch Gefäß- und Feldversuche in Deutschland, Brasilien und Australien dokumentieren. Die Ausrichtung auf subtropische und tropische Regionen mit hochproduktiver Landwirtschaft bringt Perspektiven, die in Europa noch wenig Beachtung finden: Nährstoffverluste durch Erosion, Leaching und P-Fixierung wobei letztere durch Starkregen und saure Böden mit hoher Fe- und Al-Konzentration wesentlich intensiver ausfallen. Unter diesen Bedingungen können die besonderen Eigenschaften der Recyclingdünger erforscht und festgestellt werden, unter welchen Voraussetzungen sie einen messbaren Vorteil für den Landwirt bringen und damit den Nutzwert erhöhen, so dass Recyclingdünger auch nachgefragt werden.
Das Projekt "Teilprojekt 6: Modellierung des Einflusses von Nitrat auf die Phosphorrücklösung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Hydrobiologie, Professur für Limnologie (Gewässerökologie) durchgeführt. In NITROLIMIT II sollen fundierte wissenschaftliche Grundlagen zur Beurteilung des Einflusses von Stickstoff auf die Gewässergüte geschaffen, die Kosten und Nutzen von Maßnahmen zur Verringerung von Stickstoffeinträgen analysiert und darauf basierend Empfehlungen für eine nachhaltige Gewässerbewirtschaftung erarbeitet werden. Die TUD trägt im Verbundprojekt zur Aufklärung des Nitrateinflusses auf den Phosphorkreislauf bei. Mit Hilfe prozessbasierter Modelle (TUD) und Messungen (BTU, IGB) wird in Modul 2.5 untersucht, welche Relevanz das Oxidationsmittel Nitrat für Phosphorbindung und Rücklösung im Sediment hat. Als Ergebnis werden gewässerspezifische Entscheidungskriterien zum Einfluss von Nitrat, Sulfat und Eisen auf die P-Rücklösung entwickelt. (1) Ausgehend von vorhandenen Modellen wird ein 1D-Modell der Sediment-Wasser-Kontaktzone entwickelt, dass P-Bindungsformen, Eisen- und Schwefelumsatz berücksichtigt. Für die Parametrisierung dienen vorhandene Daten und neue Untersuchungen mit Mikrokosmen (IGB) und Benthoskammern (BTU). (2) Das Sedimentmodell wird in das Seenmodell aus Nitrolimit I integriert. (3) Zur Bewertung von Schwellenwerten und N-Eintragsszenarien wird eine Szenarioanalyse für den Langen See, den Müggelsee und ggf. weitere Gewässer durchgeführt. Dabei werden externe Einträge und gewässerinterne Retentionsmechanismen berücksichtigt. Die Erkenntnisse dienen zur Ableitung gewässerspezifischer Entscheidungskriterien zum Einfluss der P-Rücklösung in Flachseen.
Das Projekt "Hohe Phosphor-Ausnutzung aus Gärresten unter Berücksichtigung der Fest-Flüssig-Trennung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Rostock, Institut für Landnutzung, Professur für Pflanzenbau durchgeführt. Übergeordnete Zielstellung des Vorhabens ist die Optimierung der Nährstoff-und Humuswirkung von Gärresten als Beitrag zum Ressourcenschutz und zur Bodenfruchtbarkeit. Untersucht werden unbehandelte und separierte Gärreste und deren Wirkung auf die P-Pools im Boden bei besonderer Beachtung des organischen/mikrobiellen Teils des P-Kreislaufes. Folgende Teilziele werden verfolgt I) quantitative und qualitative Charakterisierung der P-Verbindungen in unbehandelten und separierter Gärresten, II) Bestimmung des mikrobiellen Anteils an der P-Umsetzung, III) Bewertung des P-Düngeeffektes von Gärresten in Kombination mit verschiedenen Fruchtarten, IV) Bewertung des Potentials der Gärrestseparierung zur Verringerung von P-Verlusten, V) Ableitung von Empfehlungen für die landwirtschaftliche Praxis bezüglich der Dünge- und Umweltwirkung von Gärresten. Das Arbeitsprogramm basiert neben einer umfangreichen Charakterisierung der Gärreste auf der Durchführung von Modell-, Gefäß- und Praxisversuchen. In dem Modell- und den beiden Gefäßversuchen wird der Einfluss von Gärresten auf wesentliche Parameter des P-Kreislaufes im Boden untersucht. Der im Jahre 2008 angelegte Praxisversuch dient der Bewertung von Langzeiteffekten der Gärresten bezüglich der räumlichen und chemischen P-Verfügbarkeit und der Humusbildung. Das aufwändige Untersuchungsprogramm umfasst nasschemische Verfahren, sensitive spektroskopische Anwendungen, sowie Verfahren der Bodenbiologie.