Phosphatfalle und Überdüngung

Stickstoff und Phosphat sind natürlicherweise in geringen Mengen vorhanden. Sie begrenzen durch die geringe Konzentration das Wachstum der Pflanzen. Stickstoff kann nicht direkt aus der Atmosphäre aufgenommen werden, sondern muss zuvor in Ammoniak, Nitrit oder Nitrat umgewandelt werden. Dies geschieht natürlicherweise durch Bakterien, die zum Teil symbiotisch mit Pflanzen (Wurzelknöllchenbakterien) leben.

Durch Einführung der modernen Düngemittel (Stickstoffdünger und Phosphatdünger) gelangen mehr Nährstoffe auf landwirtschaftlich genutzte Flächen. Die Verwendung von phosphathaltigen Waschmitteln und damit phosphathaltigen Abwässern hat dies noch unterstützt.

Durch Auswaschung von Agrarflächen und stickstoff- bzw. phosphathaltigen Abwässern die in stehenden Gewässer eingeleitet werden kommt es zu einem Überangebot an Nahrung.

Wie kommt es zur Überdüngung?

Eutrophierung steht für Überdüngung bzw. für einen zu hohen Nährstoffeintrag.

Der massive Nährstoffeintrag führt zur Überernährung der Primärproduzenten (z.B. Algen und Cyanobakterien). Besonders der Eintrag von Stickstoff (Nitrat aus Düngern) und Phosphat (früher Waschmittel, heute Dünger) durch die menschliche Nutzung von z.B. Agrarflächen führt zur Überdüngung der stehenden und fließenden Gewässer.

Die Erhöhung der Nährstoffmenge führt zu extremem Wachstum der Primärproduzenten (z.B. Pflanzen), dieser folgt in der Regel eine hohe Sauerstoffzehrung, durch den Abbau von organischem Material.

Entwicklungsstufen einer anthropogenen Eutrophierung:

• In der Regel ist die Überdüngung durch den Menschen verursacht. So wird die Nutzung von Düngern oder phosphathaltigen Reinigungsmitteln über Abwässer oder Auswaschungen landwirtschaftlich genutzter Flächen vermehrt Phosphat in das z.B. stehende Gewässer eingetragen.
• Der erhöhte Phosphateintrag führt primär zu einer erhöhten pflanzlichen Produktion.
• Im Zuge des besseren Nahrungsangebots durch Pflanzen steigt die Biomasse der Konsumenten und Destruenten ebenso an. Damit steigt die Gesamtmenge des vorhandenen organischen Materials. Totes Material sinkt zu Boden und wird dort von den Destruenten unter Sauerstoffverbrauch abgebaut.
• Dies ist ein sauerstoffzehrender Prozess, der Sauerstoffgehalt in den tiefen Schichten bzw. am Seeboden sinkt ab. Unter einer Sauerstoffkonzentration von 3 mg/l kommt es zu Fischsterben, unter 1mg/l Sauerstoff kommt es zu einer Freisetzung von sedimentiertem Phosphat (vergleichen Sie bitte das Stichwort Phosphatfalle oben in diesem Kapitel).
• Das Gewässer überdüngt sich immer weiter, es kommt zur vermehrter Ablagerung von Sediment, Faulvorgängen und schließlich zur Verlandung des Sees.

Bemerkung: bei stehenden Gewässern ist der Effekt der Überdüngung wesentlich stärker und auch schneller zu sehen. Die Fließgewässer haben durch den hohen Durchfluss bessere Chancen das Überangebot von Nahrungsstoffen auszuwaschen.

Wie funktioniert die Phosphatfalle?

Um der Überdüngung entgegenzuwirken kann man sich eines chemischen Tricks behelfen - der sogenannten Phosphatfalle. Eisen dient dabei als Phosphatfänger und löst es aus dem Wasser heraus.

Eisen kann in zwei Oxidationsstufen vorliegen. Es gibt Fe²⁺ oder Fe³⁺, das sogenannte zwei- oder dreiwertige Eisen. Ist in tiefen Wasserschichten ausreichend Sauerstoff vorhanden, so liegt Fe³⁺ vor.

Dreiwertiges Eisen bildet gemeinsam mit Phosphat unlösliches Eisen(III)phosphat (FePO₄).

Dieses FePO₄ wird am Boden des Sees gelagert. Das Phosphat ist "gefangen" und dem Nährstoffkreislauf im See entzogen! Der See wird dadurch nährstoffärmer.

Steigt der Nährstoffeintrag, steigt der Verbrauch an Sauerstoff durch Konsumenten und Destruenten. In den Tiefenregionen des Sees kommt es zu Sauerstoffmangel. Bei Sauerstoffkonzentrationen < 1mg/l kommt es zur Reduktion des Eisens zu Fe²⁺. Das bis dahin gespeicherte Phosphat wird freigesetzt und trägt nunmehr zur "Düngung" des Gewässers bei!