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E. Glenck, C. Lampert, H. Raeissi, P.H. Brunner:
"Phosphorbilanz des Kremstales";
1995.

Ziel des Projektes "Phosphorbilanz des Kremstales" ist die Erstellung einer Stoffbilanz, die Erkennung von bestehenden und zukünftigen Umweltbelastungen und Ressourcenverknappungen sowie die Diskussion von Steuerungsmaßnahmen in Hinblick auf Umweltverträglichkeit und Ressourcenschonung.

Als Methodik wurde die Stoffflußanalyse gewählt. Betrachtet wurden die folgenden 11 Prozesse {Industrie,Gewerbe, Handel}, Landwirtschaft (inklusive Boden), Forstwirtschaft, Sonstige Böden, Privathaushalt, Abfallwirtschaft, Abwasserwirtschaft, Untergrund, Oberflächengewässer, Grundwasser und Planetare Grenzschicht.

In den Prozessen wird jeweils Pgesamt bilanziert, wodurch Lagerveränderungen in den einzelnen Prozessen sowie das Potential der Fließgewässerbelastung abgeschätzt werden können. Aussagen über die Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors können aus dieser Arbeit nicht abgeleitet werden.

Die Bilanz der Region zeigt, daß rund doppelt soviel Phosphor in das Kremstal eingeführt wird, wie die Region verläßt, wobei zum überwiegenden Teil die Böden mit Phosphor angereichert werden.

In die Region gelangen jährlich 930 bis 1.500 tP. Der Großteil davon, 800 bis 1.300 tP/a, ist für die Landwirtschaft bestimmt (Futtermittel und Handelsdünger). Der Rest verteilt sich auf industrielle Rohstoffe (vor allem Holz für die Papierindustrie), Energieträger, Ver- und Gebrauchsgüter sowie auf importierte Abfälle. Die größten Flüsse in die Region sind der Import von Futtermitteln (520 bis 730 tP/a) und Handelsdünger (275 bis 550 tP/a); Holz (70 tP/a), Verbrauchsgüter (45 bis 60 tP/a) und Energieträger (5 bis 55 tP/a) folgen mit Abstand.

Der P-Fluß der Region wird durch die Landwirtschaft geprägt, was durch die Aufstellung der größenmäßig wichtigsten P-Flüsse dokumentiert wurde. Die größten P-Flüsse innerhalb der Region sind der Einsatz von Futtermitteln (950 bis 1.200 tP/a), Wirtschaftsdünger (750 bis 1.000 tP/a), Erntegut (550 bis 600 tP/a), Handelsdünger (275 bis 550 tP/a), die Produktion von tierischen Produkten (200 tP/a), die Zementproduktion (100 bis 200 tP/a), der Anfall von Ernterückständen (170 tP/a) sowie der Abbau von Rohstoffen aus dem Untergrund (90 bis 150 tP/a).

Die bedeutendsten P-Einträge in die Oberflächengewässer stammen aus den Abläufen der Abwasserreinigungsanlagen (15 tP/a) sowie aus der Erosion Landwirtschaftlich genutzter Böden (7 bis 45 tP/a). Über das Grundwasser gelangen 2 bis 9 tP/a in die Oberflächengewässer.

Aus der Region werden 500 bis 660 tP/ a exportiert. Wiederum verursacht die Landwirtschaft den Hauptteil des Exportflusses durch die Erzeugung tierischer und pflanzlicher Produkte (zusammen 300 tP/a). Durch den Export industrieller Produkte, wie Zement und Papier, verlassen 110 bis 200 tP/a die Region. Über die Oberflächengewässer werden 25 bis 70 tP/a aus der Region exportiert.

Das Gesamtlager der Region beträgt 9.000.000 bis 14.000.000 tP. Es wird vor allem bestimmt durch das Lager im Prozeß Untergrund (über 98 % des Gesamtlagers), welches aus den tieferen Bodenschichten und den Gesteinen besteht. Das Lager der Landwirtschaftlich genutzten Böden wiederum ist 10 mal größer (60.000 bis 120.000 tP) als das Lager in den Waldböden und den Sonstigen Böden.

Die gesamten Lager der Region wachsen signifikant mit 200 bis 1.000 tP/a. Die größte Lagerveränderung findet in den landwirtschaftlich genutzten Böden statt. Der P-Eintrag in diese Böden ist etwa doppelt so hoch wie der Entzug durch die angebauten Kulturen. Dieses Lager wächst im Bilanzierungsjahr 1993 um ca. 500 bis 1.100 tP (0,4 bis 1,8 % des Lagers), entsprechend einer Verdoppelungszeit des Lagers in der Größenordnung von einem Jahrhundert. Die größte signifikante negative Lagerveränderung (-110 bis -220 tP/a) findet im Lager Untergrund statt. Zwei Drittel des Abbaus sind durch die Rohstoffgewinnung für die Zementindustrie bedingt und ein Viertel ist durch den Nährstoffentzug der landwirtschaftlichen Kulturen aus dem Untergrund verursacht. Der letztere P-Fluß ist auf Grund der Mächtigkeit dieses Lagers (9 bis 14 Mio. tP) und der sehr geringen Löslichkeit von mineralisch gebundenem Phosphor weder mengen- noch umweltmäßig relevant.

Das Hauptproblem bezüglich Phosphor besteht in der langfristigen Anreicherung im Boden. Durch die heutige landwirtschaftliche Praxis nimmt der P-Gehalt der Böden generell zu. Dadurch steigt auch die durch Erosion in die Gewässer gelangende P-Fracht. Dieser Prozeß läßt sich, im Unterschied zur P-Abscheidung in der Kläranlage, die kurzfristig verbessert werden kann, nicht wesentlich beeinflussen. Es ist deshalb wichtig, die langfristige Anreicherung von Phosphor im Boden zu kontrollieren, damit nicht trotz getroffener Maßnahmen in der Abwasserreinigung der P-Gehalt der Gewässer wegen der Zunahme der Erosion in Zukunft ansteigt.

Der Anteil des kommunalen Abwassers an der P-Belastung der Oberflächengewässer liegt zwischen 20 und 60 %. Durch eine Ausstattung aller Kläranlagen in der Region mit einer P-Fällung sinkt der Eintrag durch die Abwässer von 15 auf 6 tP/a. Die Gesamtbelastung der Krems reduziert sich damit um 10 bis maximal 30 %.

Der Anteil der Erosion an der Oberflächengewässerbelastung durch P-Einträge liegt zwischen 30 und 65 %. Durch die Anreicherung von Phosphor in der Pflugschicht wird der Anteil der Erosion an den P-Einträgen in die Fließgewässer zunehmend größer. Durch folgende Maßnahmen könnte die Zunahme gebremst oder verhindert werden:

Durch eine Reduktion des Nutztierbestandes und der Handelsdünger um 50 % kann der jährliche P-Überschuß im Boden zumindest um 70 % reduziert werden. Dadurch reichert sich das P-Lager im Boden entsprechend langsamer an und damit vermindert sich auch der Anstieg des P-Austrags durch Erosion.

Wird der Nutztierbestand an die Produktion von betriebseigenen Futtermitteln angepaßt, kann die Zunahme der erosionsbedingten P-Einträge in die Oberflächengewässer um die Hälfte bis zwei Drittel reduziert werden.

Würden 50 % weniger tierische Nahrungsmittel verzehrt, würde die P-Erosionsfracht um 40 % langsamer ansteigen. Trotz der 50 %-igen Reduktion ist die Region immer noch auf den Import von Futtermitteln angewiesen.

Der P-Entzug der landwirtschaftlichen Kulturen kann ohne den Zukauf von Handelsdüngern bei entsprechender Verteilung der Wirtschaftsdünger abgedeckt werden. Damit würde der P-Eintrag in die Oberflächengewässer zwar immer noch ansteigen, aber nur noch halb so schnell.

Diese Maßnahmen dürfen nicht als politisch umsetzbare Handlungsanleitungen betrachtet werden. Sie sollen lediglich aufzeigen, welche Auswirkungen die getroffenen Annahmen bewirken.

Den genannten Maßnahmen ist gemeinsam, daß trotz der massiven Steuerungseingriffe die Bodenbilanz der Region noch nicht ausgeglichen werden kann, sondern lediglich die Verdoppelungszeit des Bodenlagers verlängert wird. Festzuhalten bleibt, daß in einem intensiv landwirtschaftlich genutzten Gebiet, wie dem Kremstal, große Anstrengungen notwendig sein werden, um in den Bereich ausgeglichener Bodenbilanzen zu gelangen.

Durch die Anreicherung der Böden mit Phosphor und damit dem Anstieg der P-Einträge durch die Erosion können kurzfristige Senkungen der P-Einträge in die Oberflächengewässer durch getroffene Maßnahmen in der Abwasserreinigung längerfristig zunichte gemacht werden.

The present study "Phosphorus Accounting in the Krems Valley" provides a material accounting, identifies present and future loads into the environment and scarcity of resources, and finally present a discussion about controlling measures for topics such as environmental compatibility and resource management.

The technique of materials accounting was applied in this study, and following 11 processes were considered: {Industry & Trade}, Agriculture (inclusive agricultural soils), Forestry (inclusive forest soils), Other Soils, Private Households, Waste Management, Waste Water Management, Underground, Groundwater, Surface Waters and Troposphere.

The material "phosphorus" is accounted as P total. Accumulation and depletion in each process, as well as potential water pollution are estimated. Statements about phosphorus availability (plant uptake) can not be derived from this work.

The regional P balance shows that approximately twice as much P is introduced in the Krems Valley as P leaves this region. The difference accumulates in agricultural soils.

Between 930 and 1.500 t P enter the region each year. The main part - between 800 and 1.300 t P/a - is used in the agriculture (feed and fertilisers). The rest is apportioned in industrial raw materials (above all in wood for pulp industry), in energy carriers, in consumer goods as well as in imported waste. The most important fluxes into the region are the imported feeds (520-730 t P/a), fertilisers (275-550 t P/a); P-fluxes such wood (70 t P/a), consumer goods (45-60 t P/a) and energy carriers (5-55 t P/a) play here a subordinate role.

The flux of P in the region is determined by the agriculture, which could be described by its most relevant P-fluxes. The most relevant fluxes within the region are here the application of feeds (950-1.200 t P/a), fertilisers (750-1.000 t P/a), manure (550-600 t P/a), animal products (200 t P/a), production of concrete (100-200 t P/a), amount of crop residues (170 t P/a) as well as the mining of raw materials from the underground (90-150 t P/a).

The most relevant P-inputs into the surface waters originate from the waste water treatment plant (15 t P/a) and from the soil erosion within the agriculture (7-45 t P/a). Between 2 and 9 t P/a come indirectly through the groundwater.

Between 500 and 660 t P leave the region each year. The agriculture produces again the main part of the export with animal and vegetable products (together 300 t P/a). The region exports 110-200 t P/a in products from the cement and paper industries. The surface waters take out between 25 and 70 t P/a from the region.

The total reservoir in the region amounts to 9.000.000-14.000.000 t P. The main part is located in the underground (about 98% of the stock) which consists in rocks and sub-soil layers. The reservoir in agricultural soils (60.000-120.000 t P) is about 10 times bigger than the reservoir in forest and other soils.

The total reservoir of P in the region builds up significantly with 200-1.000 t P/a. The largest accumulation takes place in agricultural soils. The P-inflow in these soils is approx. twice as high as the crop production. This stock grew in 1993 of about 500-1.100 t P (0,4-1,8 %), which means for the P-reservoir a doubling time in the order of magnitude of one century. A negative and significant stock variation takes place in the underground (-100 to -220 t P/a). Two thirds of the depletion are conditional on mining products for the cement industry and one quarter is caused by the plant-intake in the agriculture. The latter flux is, due to the relative high density of the medium (9-14.106 t P) and to the low solubility of mineral bounded phosphorus, neither relevant high nor harmful for the environment.

The main problem about phosphorus consists in the long term accumulation in soils. With actual and constant practices in the agriculture, the P-concentration in the soil would globally increase. Thereby, the P-load would increase also in surface waters due to soil erosion. This process can not be significantly controlled, as opposed to P-precipitation in waste water treatment plants. It is consequently important to control the accumulation of phosphorus in the soil on a long term. If it can not be the case, an increasing erosion could lead in the future to an increasing load in surface waters in spite of "filtering" measures taken in the waste water management.

The contribution of municipal waste water to the total P-load in surface waters lies between 20 and 60%. With further equipments for phosphorus precipitation in every waste water treatment plant of the region, the emission would decrease from 15 down to 6 t P/a. The total P-load in the river Krems could be reduced between 10 and 30 % at maximum.

The soil erosion contributes between 30 and 65 % to P-emissions into the surface waters. An increasing of phosphorus in the top-soil layer could enhance the contribution of the erosion in surface waters. This increase could be slowed or prevented with the following measures:

A reduction of 50 % for feeds and fertilisers would reduce the annual P-overload in soils down to 30 % at least. The accumulation of phosphorus in soils and the corresponding erosion would consequently increase slower.
If the livestock would be adjusted to the own farm production of feeds, the increase of the load due to erosion in surface waters could be reduced to a half up to two thirds.
If the livestock would be reduced down to 50%, the P-load due to erosion would increase 40% slower. In spite of the 50% reduction, the feed supply in the region would still depend on the import.
The output of phosphorus due to gathering can be covered with an adequate repartition of manure, and this without application of fertilisers any more. This would lead to a 50% slower increase of the P-load in surface waters.
These measures should not be considered as politically feasible ways of acting. They should point out the consequences of some assumptions.
These measures have some aspects in common. The regional P-balance in the soil is not in a steady state, that despite extreme actions. The accumulation rate can be only slowed down, but not stopped. It should be point out that in intensive agricultural regions like the Krems Valley, important efforts would be required to reach a steady state in the soil for the nutrient phosphorus.


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Due to phosphorus accumulation in agricultural soils and to a correlated increase of erosion, a short term reduction of the P-load in surface waters through waste water measures can not be achieved on the long term.