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Agroscope

Wie viele Schwermetalle gelangen in landwirtschaftliche Böden?

Agroscope Science 123, 1-99, 2021

Düngergaben sowie Pflanzenschutzmittel können zu Überschüssen von Schwermetallen in landwirtschaftlichen Böden führen. Dies haben Berechnungen der Nationalen Bodenbeobachtung der Schweiz (NABO) über mehr als 30 Jahre ergeben.

Die NABO hat das Ziel, die langfristige Entwicklung der Bodengesundheit und -fruchtbarkeit zu beobachten. Dazu betreibt sie seit 1985 ein Monitoring, welches an derzeit 112 Standorten die Böden regelmässig untersucht. 78 Standorte werden landwirtschaftlich bewirtschaftet, 28 liegen im Wald, vier an Schutzstandorten und zwei in Stadtparks.

Ein- und Austräge auf Parzellen berechnet

An 46 landwirtschaftlichen Standorten (Ackerbau, Grasland und Spezialkulturen), die über die Schweiz verteilt sind, werden neben Bodeneigenschaften auch Daten zur Bewirtschaftung erhoben. Mit Hilfe der Bewirtschaftungsdaten wurden auf Parzellenebene Ein- und Austräge der Schwermetalle Kupfer, Zink, Cadmium und Uran sowie der Nährstoffe Stickstoff, Phosphor und Kalium von 1985 bis 2017 berechnet. Als Einträge wurden Dünger und Pflanzenschutzmittel berücksichtigt, für Kupfer, Zink und Cadmium auch die atmosphärische Deposition. Der Austrag wurde anhand der Erntemengen berechnet. Für Uran wurden nur Einträge über mineralische Phosphordünger quantifiziert. 

Viel Kupfer und Zink bei hoher Tierdichte

Kupfer- und Zink-Einträge waren, ausser im Rebbau, mehrheitlich auf die Anwendung von Hofdüngern zurückzuführen. Beide Schwermetalle sind essenzielle Mikronährstoffe und gelangen durch Futter und Futtermittelzusatzstoffe über das Verdauungssystem der Nutztiere in Gülle und Mist. Kupfer- und Zink-Einträge auf die Parzellen waren signifikant mit der Anzahl Nutztiere pro landwirtschaftliche Nutzfläche auf dem jeweiligen Betrieb korreliert, was mit grösseren Hofdüngergaben bei grösserer Nutztierbestockung erklärt werden kann.

Hohe Kupfereinträge im Rebbau

Am höchsten waren die Kupfer-Nettoflüsse (Einträge minus Austräge) auf Rebbauparzellen wegen der Anwendung kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel. Auf Rebbauparzellen bewegte sich der Median der Nettoflüsse von 1985 bis 2017 zwischen 1400 und 2400 g Kupfer pro Hektar und Jahr. Auf Ackerbau- und Graslandparzellen mit grosser Nutztierdichte pro landwirtschaftliche Nutzfläche erreichten die Mediane bis 400 g Kupfer pro Hektar und Jahr.   

Cadmium und Uran durch mineralischen Phosphordünger

Während die Kupfer- und Zink-Nettoflüsse über die Zeit im Allgemeinen nicht abnahmen und auf intensiv genutzten Graslandparzellen sogar eher zunahmen, sind sie beim Cadmium und Uran Ende der 1980er- bis Mitte der 1990er-Jahre gesunken und haben sich seither wenig verändert. Grund dafür sind rückläufige Phosphor-Mineraldüngereinsätze, mit denen Cadmium und Uran in den Boden gelangen; bei Cadmium zudem eine Abnahme der atmosphärischen Deposition. Mit welchen Düngern die Nährstoffversorgung einer Parzelle bzw. verschiedener Kulturen sichergestellt wird, ist folglich ein entscheidender Faktor dafür, welche Schwermetalle in welcher Menge eingetragen werden.

In einem nächsten Schritt werden die Oberflächenbilanzen mit der gemessenen zeitlichen Entwicklung seit 1985 verglichen, um den langfristigen Einfluss der Bewirtschaftung auf Schwermetallgehalte in Böden besser abschätzen und prognostizieren zu können.

Fazit

  • Die Berechnungen deuten darauf hin, dass in Böden von Betrieben mit grosser Tierdichte bzw. intensiver Hofdüngerausbringung Kupfer und Zink angereichert werden.
  • Auf Rebbauparzellen steigt gemäss den Berechnungen der Kupfergehalt durch die regelmässige Anwendung kupferhaltiger Pflanzenschutzmittel.
  • Die Cadmium- und Uran-Einträge sind Ende der 1980er- bis Mitte der 1990er-Jahre gesunken, v.a., weil weniger mineralische Phosphordünger eingesetzt wurden. Beim Cadmium sank auch die atmosphärische Deposition.
  • Die Ergebnisse unterstreichen die Relevanz langjähriger Zeitreihen zum Boden und zu dessen Bewirtschaftung. Damit lassen sich Gefährdungen der Bodengesundheit frühzeitig identifizieren, wo nötig mit betroffenen Akteuren Verbesserungsmassnahmen erarbeiten und deren Auswirkungen prognostizieren.    

Wissenschaftlicher Artikel

Wie viele Schwermetalle gelangen in landwirtschaftliche Böden?

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