Begrenzung von Schadstoffeinträgen bei Bewirtschaftungsmaßnahmen in der Landwirtschaft bei Düngung und Abfallverwertung

In der Landwirtschaft werden in Deutschland große Mengen Düngemittel verwendet, um die Erträge zu verbessern. Auch Abfälle wie Klärschlamm werden für die Düngung verwendet. Die Düngemittel enthalten nicht nur für die Pflanzen wertvolle Nährstoffe und organische Substanzen, sondern auch verschiedene organische Schadstoffe und Schwermetalle. Aus Vorsorgegründen, um Umweltschäden und gesundheitliche Schäden bei Menschen zu vermeiden, müssen die Schadstoffeinträge begrenzt werden. Es darf zu keiner Anreicherung im Boden kommen. Abfälle können für die Erhöhung der Erträge und die Bodenverbesserung verwendet werden. Sie enthalten wertvolle Nährstoffe, doch sind auch in ihnen Schadstoffe enthalten. Die positiven Effekte können nur dann eintreten, wenn für die Schadstoffeinträge strenge Grenzwerte festgelegt werden.
Das Umweltbundesamt hat bereits 2007 das Fraunhofer Institut Molekularbiologie und Angewandte Ökologie in Schmallenberg mit der Forschung zu Schadstoffeinträgen bei Bewirtschaftungsmaßnahmen in der Landwirtschaft bei Düngung und Abfallverwertung beauftragt und den Forschungsbericht veröffentlicht.

Gehalt von organischen und anorganischen Schadstoffen in Düngemitteln

Die Düngemittelverordnung sieht für organische und anorganische Schadstoffe in Düngemitteln Grenzwerte vor. Bei den gegenwärtig am Markt verfügbaren phosphatfreien Mineraldüngern werden diese Grenzwerte eingehalten. Allerdings gibt es in der Gruppe der Kalkdünger einzelne Sondertypen, die einen hohen Gehalt an Schwermetallen aufweisen. Bei phosphathaltigen Mineraldüngern können die Kennzeichnungswerte überschritten werden.

Das Fraunhofer Institut Molekularbiologie und angewandte Ökologie stellte bei seinem Vergleich der Daten von konventionellen und ökologischen Wirtschaftsdüngern fest, dass konventionelle Dünger lediglich höhere Gehalte von Kupfer und mit Einschränkungen von Zink aufweisen als ökologische Wirtschaftsdüngern. Die vom Umweltbundesamt vorgeschlagenen Belastungswerte für Arsen, Cadmium, Chrom, Nickel und Blei werden im Schnitt von allen Tierarten unterschritten.

Bei Zink und Kupfer werden die Belastungswerte von Geflügel und Schweinen im Mittel überschritten.

Die Abfallklärverordnung legt Grenzwerte für Schwermetalle in Klärschlamm fest. Von den deutschen Klärschlämmen werden diese Grenzwerte unterschritten. Es kann jedoch in Einzelfällen bei Extremwerten zu Grenzwertüberschreitungen kommen. Auch die Vorschläge des Umweltbundesamtes hinsichtlich Cadmium, Chrom, Nickel und Blei werden eingehalten. Die Vorschläge der Gehalte von Zink, Kupfer und Quecksilber werden jedoch bei allen untersuchten Schlammtypen im Mittel überschritten.

Die Abfallklärverordnung legt für Klärschlämme auch Grenzwerte für PCB und PCDD/F fest, die von den deutschen Schlämmen zumeist unterschritten werden. Für andere organische Schadstoffe, die in Klärschlamm enthalten sind, wurden in Deutschland bislang keine Grenzwerte definiert.

Die Düngemittelverordnung sieht für organische und anorganische Schadstoffe in Düngemitteln Grenzwerte vor | Foto: ©Dusan Kostic #109982455 – stock.adobe.com

Gehalte von Schadstoffen in landwirtschaftlichen Böden

Das Fraunhofer Institut Molekularbiologie und angewandte Ökologie hat 32 verschiedene Flächen untersucht, die mit Klärschlamm gedüngt wurden und auf denen unterschiedliche Nutzpflanzen angebaut wurden. Darüber hinaus wurden Kontrollflächen ohne Klärschlammdüngung, allerdings mit Wirtschaftsdüngern untersucht. Die Kontrollflächen befanden sich in der Nähe der mit Klärschlamm gedüngten Flächen und wiesen vergleichbare Bodeneigenschaften auf.

Die mit Klärschlamm behandelten Böden wiesen in einigen Fällen eine geringfügige Erhöhung der Mittelwerte im Vergleich mit den nicht mit Klärschlamm, aber mit Wirtschaftsdüngern behandelten Böden auf. Wirtschaftsdünger können Schwermetalle in hoher Konzentration enthalten, vor allem Kupfer und Zink. Nur in Einzelfällen führen die Düngungen mit Klärschlamm zu einer Erhöhung der Stoffgehalte oberhalb der Vorsorgewerte.

Nach der Aufbringung von Klärschlamm wurden als organische Stoffe Benzopyren, PAK nach EPA, Organozinnverbindungen und Moschusverbindungen nachgewiesen. Für Benzopyren und PAK nach EPA liegen die gefundenen Maximalwerte oberhalb der Vorsorgewerte. Solche organischen Stoffgruppen sind im Boden persistent. In den mit Klärschlamm gedüngten Böden wurden gegenüber den Kontrollflächen keine signifikanten Anreicherungen mit den leicht abbaubaren Chemikalien Phthalate und LAS nachgewiesen. Bei Nonylphenol und Nonylethoxylaten lagen die Messungen unterhalb der Bestimmungsgrenze.

Das Kriterium der Persistenz ist eine entscheidende Größe für die Bestimmung der Belastung der Böden mit Schadstoffen.

Organische Kontaminanten bei der Düngung von Böden mit Klärschlamm

In mit Klärschlamm behandelten Böden wurden Mono- und Dibutylzinn-Kation und polyzyklische Moschusverbindungen nachgewiesen. Bei den anderen untersuchten Schadstoffen spielt die Herkunft des Klärschlamms eine Rolle. Viele der eingebrachten Schadstoffe sind im Boden gut abbaubar.

Bei Klärschlamm liegen die Gehalte an Kontaminanten wie PCBs nicht wesentlich über den Vorsorgewerten, die für die Böden abgeleitet wurden. Für PAKs ist der Mittelwert doppelt so hoch wie die Vorsorgewerte. Bei den mit Klärschlamm gedüngten Flächen wurden keine erhöhten Gehalte für PCB nachgewiesen. Die Werte für PAK sind teilweise höher als bei den Kontrollflächen.

Bei den mit Klärschlamm gedüngten Böden unterscheiden sich die Gehalte an leicht abbaubaren Stoffen nicht signifikant von den Kontrollflächen. Die Detergentien LAS, NP/NPEO und Phthalate wurden leicht abgebaut. Die mit Klärschlamm gedüngten Böden wiesen einen hohen Gehalt an Moschusverbindungen und Zinnorganika auf.

Organische Kontaminanten bei der Düngung von Böden mit Klärschlamm | Foto: ©elmar gubisch #415753046 – stock.adobe.com

Positive Effekte bei der Abfallverwertung auf Böden

Die Hauptgefahren für die Bodenqualität bestehen in Bodenkontamination durch Bodenbelastung durch Düngemittel, Nährstoffungleichgewichte im Boden und der Verwertung von Abfällen, zu denen Klärschlamm gehört. Auch der Rückgang der organischen Substanz durch intensive Bewirtschaftungsformen und der Rückgang der biologischen Vielfalt im Boden aufgrund von Schadstoffeinträgen und Bewirtschaftung stellen Gefahren dar.

Eine Abfallverwertung auf Böden kann positive Effekte haben, da in den Materialien Nährstoffe für Pflanzen enthalten sein können.

Die positiven Effekte können nur eintreten, wenn für die Schadstofffrachten strenge Grenzwerte festgelegt werden.

Begrenzungen für einzelne Schwermetalle und organische Stoffe

Der Grenzwert für Cadmium in phosphathaltigen Düngemitteln liegt bei 50 Milligramm pro Kilogramm. Bei den untersuchten Wirtschaftsdüngern wurde er unterschritten und lag zwischen 1 und 16 Milligramm pro Kilogramm. Bei Klärschlamm lag der Cadmium-Gehalt zumeist bei 2 Milligramm pro Kilogramm.

• Bei Kupfer liegt der Grenzwert bei 70 Milligramm pro Kilogramm. Bei den Mineraldüngern ergibt sich eine hohe Schwankungsbreite, doch mit 1 bis 15 Milligramm pro Kilogramm wird der Grenzwert unterschritten. Bei NPK- und Kalkdüngern wird der Grenzwert jedoch überschritten. Der Gehalt lag teilweise bei 98 Milligramm pro Kilogramm. Klärschlamm weist abhängig von der Herkunft unterschiedliche Kupfergehalte auf. Die Kupfergehalte von Klärschlamm können deutlich über den Grenzwerten liegen.
• Der Grenzwert für Blei liegt bei 125 bis 150 Milligramm pro Kilogramm. Der Gehalt an Blei lag bei den Mineraldüngern bei 1 bis 13 Milligramm pro Kilogramm. Auch bei Kalkdünger wurde der Grenzwert mit 112 Milligramm pro Kilogramm unterschritten. Einige Kalkdünger wiesen jedoch einen signifikant höheren Gehalt von 2.100 Milligramm pro Kilogramm auf.
  Die Abfallklärverordnung legt für Klärschlamm einen Grenzwert für Blei von 900 Milligramm pro Kilogramm fest. Klärschlamm wies zumeist einen Bleigehalt von weniger als zehn Prozent des Grenzwertes auf.
• Bei Cadmium liegt der Grenzwert bei 25 Milligramm pro Kilogramm. Phosphathaltige Dünger wiesen jedoch einen Gehalt von 50 Milligramm pro Kilogramm auf.
• Für PCB als organische Schadstoffe sieht die Abfallklärverordnung einen Grenzwert von 1.200 Mikrogramm pro Kilogramm auf. Die Klärschlämme wiesen zumeist eine Konzentration von weniger als zehn Prozent des Grenzwertes auf.
• Der Grenzwert für PCDDF liegt bei 300 Nanogramm pro Kilogramm und wurde bei Klärschlamm zumeist deutlich überschritten. Der Grenzwert für PAK von 6.000 Mikrogramm pro Kilogramm wurde hingegen zumeist unterschritten.
• Der empfohlene Grenzwert für Nonylphenol (NP) und Nonylphenolethoxylate (NPEO) von 46.000 Mikrogramm wurde bei Klärschlamm zumeist nicht überschritten. Anders sieht es bei LAS mit einem Grenzwert von 2.600 Milligramm pro Kilogramm aus, der zumeist deutlich überschritten wurde.
• Für Phthalate wurde ein Grenzwert von 100.000 Mikrogramm pro Kilogramm diskutiert, der bei Klärschlamm deutlich überschritten wurde.