BonaRes (Modul A): InnoSoilPhos - Innovative Lösungen für ein nachhaltiges Management von Phosphor im Boden, Teilprojekt C

Abstract

Das Teilprojekt C des vom BMBF geförderten Verbundprojekts InnoSoilPhos – Innovative Lösungen für ein nachhaltiges Management von Phosphor im Boden untersuchte in der dritten Projektphase (2021–2024) die Dynamik und Mobilisierung von Phosphor (P) in langjährig bewirtschafteten Böden. Ziel war es, Prozesse der P-Desorption und -Transformation unter realistischen landwirtschaftlichen Bedingungen besser zu verstehen, um Strategien für eine nachhaltige Nutzung vorhandener P-Reserven zu entwickeln und den Einsatz mineralischer Düngemittel zu reduzieren. Untersucht wurden Bodenproben aus dem statischen Dauerdüngungsversuch in Bad Lauchstädt, der seit 1902 besteht. Analysiert wurden verschiedene P-Fraktionen, Sättigungsgrade (DPS) und Desorptionskinetiken unter Einfluss organischer Säuren (v. a. Zitronensäure). Die Ergebnisse zeigen, dass langfristige organisch-mineralische Düngung zu einer hohen P-Verfügbarkeit und gleichzeitig zu einem erhöhten Risiko von P-Verlusten führt. Während der Gesamtphosphorgehalt über 22 Jahre weitgehend stabil blieb, variierte die pflanzenverfügbare P-Fraktion stark zwischen den Düngungsvarianten (MIX > NPK > Kontrolle). Organische Substanz förderte die Mobilisierung von sorbiertem anorganischem und labilem organischem P, während übermäßige P-Zufuhr zur Sättigung der Sorptionsplätze und potenziellen Auswaschung führte. Kinetische Modellierungen bestätigten, dass die Freisetzung von anorganischem P überwiegend chemisch kontrolliert ist und stark mit Fe/Al-Komplexen korreliert, während organischer P multiphasig und zeitverzögert freigesetzt wird. Die Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit eines dynamischen P-Managements, das die P-Sättigung und den P-Entzug durch Pflanzen berücksichtigt. Sie liefern eine wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung nachhaltiger Düngeempfehlungen, die Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und die Reduzierung von Umweltbelastungen durch Phosphorverluste. The subproject C of the BMBF-funded joint project InnoSoilPhos – Innovative Solutions for Sustainable Soil Phosphorus Management focused during its third phase (2021–2024) on the dynamics and mobilization of phosphorus (P) in long-term cultivated soils. The aim was to improve understanding of P desorption and transformation processes under real agricultural conditions to develop strategies for sustainable use of existing soil P reserves and reduce dependence on mineral fertilizers. Soil samples were collected from the long-term fertilization experiment in Bad Lauchstädt, Germany, which has been maintained since 1902. Various P fractions, degrees of P saturation (DPS), and desorption kinetics under the influence of organic acids (mainly citric acid) were analyzed. Results revealed that long-term combined organic–mineral fertilization significantly increased plant-available P, but also raised the risk of P accumulation and potential leaching losses. While total soil phosphorus remained relatively stable over 22 years, the plant-available P fractions varied considerably among treatments (MIX > NPK > Control). Organic matter promoted the mobilization of sorbed inorganic and labile organic P, whereas excessive P inputs led to sorption site saturation and reduced buffering capacity. Kinetic modeling indicated that inorganic P release followed mainly chemically controlled pseudo-first- and pseudo-second-order reactions and correlated strongly with Fe/Al mineral dissolution, while organic P release occurred in multiple phases and was less predictable. These findings highlight the need for adaptive P management that considers both soil P saturation and crop P uptake to optimize nutrient use efficiency and minimize environmental risks. The results provide a solid scientific basis for developing sustainable fertilizer recommendations, maintaining soil fertility, and supporting resource-efficient and environmentally friendly phosphorus management in agriculture.