Ist die landwirtschaftliche Klärschlammnutzung wissenschaftlich weiter vertretbar?

Rolf Mönicke, LUFA Leipzig

1. Einführung:

Seit der Mediengestalteten BSE-Krise wird der landwirtschaftlichen Verwertung von Klärschlamm eine besonders geartete Aufmerksamkeit geschenkt.

In der öffentlichen Meinung ist das Wort "Klärschlamm" negativ belegt. Mit den Ängsten der Leute ließ sich schon immer eine schlagzeilenträchtige Medienarbeit gestalten [21]. Einzelne Politiker nutzen den Klärschlamm, um sich als rigorose Verbraucher- und Umweltschützer zu präsentieren. Letztlich ist der Klärschlamm als unendlich nachwachsender Rohstoff für Verwerter und Verbrenner ein heiß umkämpftes stetig fließendes Einnahmepotential.

Klärschlamm ist jedoch in erster Linie eine unerschöpfliche Quelle von Pflanzennährstoffen und organischer Substanz. Beide sind zur Sicherung der Nachhaltigkeit der Bodennutzung unerlässlich. Dazu kommt die dramatische Endlichkeit der Rohphosphatvorräte.

Das Für und Wider der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung kann sachgerecht nur nach wissenschaftlichen Kriterien beurteilt werden.

Dabei sind folgende Grundsätze zu beachten:

Eine wissenschaftliche Bewertung

- ist immer dem Wissen einer Epoche geschuldet.

- muss sich dabei auf die Gesamtheit der Erkenntnisse zur landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung stützen die in eine so genannten Begründungszusammenhang stehen.

- muss sich methodisch auf ein gesichertes nachprüfbares Wissen stützen das über Beobachtung, Hypothesenbildung, Experiment und Theoriebildung erarbeitet wird.

- sollte objektiv und wertfrei erfolgen und sich von Interessenbestimmtheiten soweit wie möglich lösen.

- muss stets das ursprüngliche Ziel der Wissenschaft, menschliches Leben auf Dauer zu erleichtern, beachten.

- sollte von einer vorurteilsfreien Diagnose des gegenwärtigen Zustandes ausgehen und die daraus ableitbare Entwicklung unter Beachtung der mutmaßlichen Bevölkerungsentwicklung abschätzen. Die dann notwendige Risikobewertung für Mensch und Natur darf sich nicht auf Einzelprobleme konzentrieren, sondern muss ökologische Gesamtzusammenhänge und zukünftige Lebensanforderungen der Menschen umfassen. Dem müssen auch mögliche Alternativen gerecht werden.

- zum Zwecke der Formulierung von Führungsentscheidungen (Regierungsvorlagen) sollte dem Wahrheitsgehalt einer Theorie entsprechen, d. h. auf einer experimentellen Bestätigung der aus Hypothesen und Modellen abgeleiteten Konsequenzen beruhen, mit anderen Worten einen eindeutigen Bezug zu messbaren Größen haben.

2. Bewertung der "Nützlichkeitskomponenten" des Klärschlamms

Klärschlamm besteht zu rund 50 Prozent aus organischer Substanz, ist ein bedeutender Lieferant der Makronährstoffe Phosphor und Stickstoff, enthält in z. T. erhebliche Mengen Kalk und ist Träger einer ganzen Reihe von Mikronährstoffen vornehmlich Schwefel, Kupfer und Zink.

Die Rückführung der Nährstoffe in den Stoffskreislauf betrifft in erster Linie den Nährstoff Phosphor. Ohne den Nährstoff Phosphor ist eine Nahrungsmittelproduktion nicht möglich! Weltweit muss sich die Nahrungsmittelproduktion bis 2025 verdoppeln, um die zu erwartende Zahl von fast 8 Milliarden Menschen auf der Erde ausreichend ernähren zu können [3]. Nach WERNER [23] reichen die Cd- Rohphosphatvorräte in der Welt bei bisheriger Inanspruchnahme nur noch 30 Jahre. Von den Gegnern der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung wird diese Tatsache heruntergespielt. So messen FEHRENBACH u. a. [7] der Schonung der Ressource Phosphat-Erz die geringste Bedeutung bei. Die Sicherung der Lebensgrundlage nachfolgender Generationen ist jedoch unsere Pflicht! Mit dem bundesweit im Klärschlamm anfallenden Phosphor (2,7 Mill. t TS Klärschlamm mit 2 % P) könnten rund 30 % des jährlichen P-Mineraldüngers ersetzt werden. Bei einer durchschnittlichen Verwertungsrate von Klärschlamm in der Landwirtschaft der BRD von 44 % sind es 13,1 % des jährlichen P-Mineraldüngereinsatzes.

Die Rückführung des Phosphors in den Nährstoffkreislauf gewinnt durch die Verbrennung von Tierkörpermehl in Folge der BSE-Krise einen zusätzlichen Stellenwert. Mit dem Tierkörpermehl werden jährlich in der BRD etwa 28 465 t P [8] aus dem landwirtschaftlichen Stoffkreislauf ausgeschleust. Das entspricht noch einmal 15,8 % des P-Mineraldüngeraufwandes. Nehmen wir an, dass die BRD aus der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung aussteigt, so sind unter Beachtung der Tierkörpermehlverbrennung 52 225 t P jährlich als Mineraldünger zusätzlich aufzubringen und durch die Landwirtschaft zu bezahlen! Nach derzeitiger Preisstruktur sind das 53,4 Mill. EUR. Angesichts der dann schneller abnehmenden Weltvorräte, der völligen Importabhängigkeit Deutschlands bei Phosphor und einer drastisch zunehmenden Weltbevölkerung wird es jedoch bei den derzeitigen Preisen nicht bleiben. Somit besteht nachdrücklich die gesellschaftliche Pflicht, von dem im Klärschlamm enthaltenen Phosphor so viel wie möglich in den Stoffkreislauf zurück zu führen.

Auch der einzelne Landwirt hat ein großes Interesse am P-Gehalt des Klärschlamms. Einmal werden mit einer Klärschlammgabe von 1,67 t TM/ha/a durchschnittlich 33,4 kg P/ha bei einer Spannweite von 1,5 bis 67,1 kg P/ ha/a ausgebracht. Etwa 20 bis 25 kg P/ha werden jährlich für die Ertragsbildung benötigt. Auch ist der Phosphor der teuerste Makronährstoff. Wer die Finanzlage vieler Landwirt­schaftsbetriebe kennt, wundert sich nicht, dass beispielsweise in Sachsen rd. 35 % der landwirtschaftlich genutzten Flächen die P-Versorgungsstufen A und B (sehr schlecht bzw. schlecht versorgt) [19] aufweisen. Die Ernährungsstörungen von Kulturpflanzen auf landwirtschaftlichen Nutzflächen, meist durch ungenügenden pH-Wert und P-Versorgung bedingt, nehmen zu. Auch kann die Ertragsbildung und die Qualität landwirtschaftlicher Produkte erheblich beeinträchtigt werden. Dazu kommt noch, dass die alten Bundesländer durchschnittlich 1,70 Großvieheinheiten (GV) je ha landwirtschaftlicher Nutzfläche haben, in den neuen Bundesländern sind es nur noch 0,38 GV/ha, d. h. die Rückführung des Phosphors in den Boden über Wirtschaftsdünger beträgt in den neuen Bundesländern nur noch 22 % des Bedarfs. Das rechtfertigt teilweise Transporte von Klärschlamm in die neuen Bundesländer.

Was die oft angesprochene Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors besonders im Anwenderjahr betrifft, so kommt der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung sehr entgegen, dass die chemische P-Fällung, die durch die Bildung von Fe- oder Al -Phosphat und freien Fe- und Al-Ionen die Pflanzenverfügbarkeit des Phosphors beeinträchtigen kann [20], sich auf dem Rückzug befindet. Nach unseren Recherchen wird die chemische P-Fällung in Sachsen nur noch in ca. 20 % der Kläranlagen ausschließlich angewendet. Hohe Betriebsmittel- und Entsorgungskosten, Versalzung der Vorfluter und Schwermetalleintrag führen im Zuge von Neubau und Rekonstruktion von Kläranlagen zur verstärkten Anwendung der biologischen P-Eliminierung.

Moderne Steuerungs- und Dokumentationstechnik in den Kläranlagen macht es möglich, Chargen bezogen aufgrund des Anteils biologischer P-Fällung die Pflanzenverfügbarkeit des P im Klärschlamm für das Anwenderjahr abzuschätzen. Das sollte sich im Kennzeichnungsbogen des Sekundärrohstoffdüngers "Klärschlamm" unter Anwenderhinweisen wieder finden. Für den Landwirt, der den Nährstoff P nach Anwenderzeit und -menge in das Düngungssystem einordnen muss, sind diese Angaben besonders dann von großer Bedeutung, wenn Versorgungsstufe A oder B im Boden vorliegt. Andererseits könnte Klärschlamm mit geringer P-Verfügbarkeit aus fachlicher Sicht auch auf Flächen ausgebracht werden, die einen höheren Versorgungsstatus aufweisen.

Wissenschaftlich betrachtet gibt es zur Rückführung des Phosphors in den Stoffkreislauf keine Alternativen. Phosphor ist der Mangelnährstoff der Zukunft. Nur in dem Maße, wie es gelingt, den Phosphor direkt aus dem Klärschlamm in pflanzenverfügbarer Form mit hohem Wirkungsgrad und bezahlbar zu eliminieren, kann anteilig auf die direkte Ausbringung von Klärschlamm aus der Sicht des P-Kreislaufes verzichtet werden. Ein vorheriger Ausstieg aus der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung ist wissenschaftlich nicht zu verantworten!

Nicht so dramatisch sieht es beim Nährstoff Stickstoff aus. Die mit einer 5 t TM/ha Klärschlammgabe verabreichte und im Anwenderjahr pflanzenverfügbare Menge von durchschnittlich 37 kg N/ha ist nicht allzu groß und kann durch energieintensiv hergestellten Mineraldünger ersetzt werden. Neben den Nährstoffgehalten wird jedoch bei Klärschlammanwendung oft eine gesonderte Düngungsmaßnahme gespart, denn die o. g. Menge Stickstoff reicht als Startgabe für die meisten landwirtschaftlichen Kulturen aus. Weiterhin trägt die in Abhängigkeit von der Mineralisierung der organischen Substanz erfolgende N-Nachlieferung während der Vegetationsperiode zur Bildung hoher Durchschnittserträge bei, die die Grundlage jeglicher landwirtschaftlichen Ökonomie sind.

Unter Beachtung der Tatsache, dass sich die Preise für N-Mineraldünger verdoppelt haben und Stickstoff eine große Umweltrelevanz hat, soll auf die Vermeidung von N-Verlusten aufmerksam gemacht werden. Das beginnt mit der bedarfsgerechten Bemessung der N-Gabe und umfasst die technologisch richtige Handhabung des Klärschlamms bei der Ausbringung auf dem Feld. Die geringsten N-Verluste entstehen, wenn der Klärschlamm im Zuge der Applikation auf dem Feld sofort eingearbeitet wird. Besondere Bedeutung hat das natürlich für Flüssigschlamm, da der N-Gehalt dort am höchsten ist. Auch zur Vermeidung von Geruchsbelästigungen sollte der Klärschlamm vorzugsweise im "geschlossenen System" transportiert und umgeschlagen werden. Zumindest sollte eine mit dem Streu- bzw. Verteilorgan gekoppelte Einarbeitungseinheit zur bevorzugten Technologie der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung gehören.

Klärschlamm trägt auch zur Mikronährstoffversorgung der Böden bei. Eine Klärschlammgabe von 5 t TM/ha bringt etwa 40...50 kg S/ha mit und leistet damit einen bedeutenden positiven Beitrag zur Schwefelbilanz. In Untersuchungen auf unseren Dauertestflächen zeigt sich eine deutliche Abhängigkeit der Cu- und Zn-Gehalte der Böden von der Höhe der organischen Düngung im entsprechenden Zeitraum.

Für den Landwirt ist es von großem Interesse, den Gehalt an basisch wirksamen Kalk zu kennen. Hier entsteht für den Landwirt die größte Kostenersparnis bei der Anwendung von Klärschlamm auf seiner Fläche. Der Kalk im Klärschlamm wirkt noch im Anwenderjahr. Die Sicherung des optimalen pH-Wertes im Boden hat nicht nur gravierende Auswirkungen auf die Pflanzenernährung und die physikalischen Bodenkennwerte, sondern beeinflusst auch die Mobilität und damit den Transfer besonders des Schwermetalls Cadmium. Die in gekalkten Klärschlämmen vorliegende Verbindung von Kalk und organischer Substanz drängt nach eigenen Gefäßversuchen den Cd-Transfer Boden/Pflanze stärker zurück, als wenn nur gekalkt würde.

Stickstoff, Mikronährstoffe und Kalk sind erwünschte "Koppelgaben" und außerordentlich wichtig für die Sicherung der Nachhaltigkeit der Bodennutzung und damit wissenschaftlich vertretbar, aber durch Alternativen zu ersetzen.

Die Hälfte der Klärschlammgaben besteht aus organischer Substanz. Damit leistet der Klärschlamm einen wesentlichen positiven Beitrag zur Humusbilanz.

"Der Humus ist eine der wichtigsten Grundlagen der Bodenfruchtbarkeit. Die organische Bodensubstanz übt komplexe Wirkungen auf nahezu alle veränderlichen physikalischen, chemischen und biologischen Bodeneigenschaften aus. Humus ist Speicher und Transformator von Stickstoff und stellt eine bedeutende Senke für CO2 dar.

Aufgrund der vielfältigen Wirkungen des Humus ist eine intakte Humusersatzwirtschaft in landwirtschaftlichen Betrieben eine wesentliche Grundlage für die Sicherung der Nachhaltigkeit der pflanzlichen Produktion. Mit der Stabilisierung des Bodens vor Wind- und Wassererosion sowie der Nährstoffspeicherung und –transformation erfüllt er eine maßgebliche Umweltschutzfunktion. Der Humus wird daher als wichtiger Agrar-Umweltindikator angesehen. Veränderungen im Humushaushalt werden erst nach Jahrzehnten sichtbar. Ein wesentliches Instrument zur Einschätzung des Humushaushaltes ackerbaulich genutzter Böden ist der indirekte Indikator Humusbilanz. Mit Hilfe der Humusbilanz werden unter Praxisbedingungen die Prozesse des Humusauf- und Humusabbaus näherungsweise quantitativ beschrieben." [13, Zitat S. 19].

Angesichts der Hochwasserereignisse im vergangenen Jahr muss darüber hinaus über Regenverdaulichkeit, Wasserhaltevermögen und Krümelstabilität besonders der Böden in den Einzugsgebieten der Flüsse nachgedacht werden. Krumenvertiefung, Erhöhung des Humusgehaltes und Verbesserung der Lebendverbauung der Bodenpartikel sind auf die Zufuhr organischer Substanz angewiesen.

Die Humusersatzleistung einer 5 t TM-Gabe Klärschlamm (35 % TM) ist mit der einer 20 t Stallmistgabe/ha vergleichbar. Obwohl 5 t TM im Vergleich zur gesamten Bodenmasse eines Hektars nicht viel sind, konnte in eigenen orientierenden Feldmessungen gezeigt werden, dass es nach mehrmaliger Klärschlammgabe zur Erhöhung des Porenvolumens und Verbesserung der Feldkapazität, zwei wichtige physikalische Kenngrößen des Bodens, kommt. Wie schon erwähnt, ist in den alten Bundesländern bei dem hohen Tierbesatz die Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit im Durchschnitt mehr als gesichert (es werden etwa 1,3 bis 1,4 GV/ha benötigt). Anders in den neuen Bundesländern, bei dem geringen Tierbesatz und der großen Anzahl Marktfruchtbetriebe (42 % der landwirtschaftlichen Betriebe in Sachsen sind Marktfruchtbetriebe) sind wir für jeden positiven Beitrag zur Humusbilanz dankbar (vgl. Tab. 1).

Es muss noch einmal betont werden, dass eine auf Dauer ausgeglichene Humusbilanz die Grundvoraussetzung zur Erhaltung der Nachhaltigkeit der Bodennutzung ist. Auch dazu sind wir in Verantwortung für nachfolgende Generationen verpflichtet. Durch die Verbrennung von Klärschlamm wird die organische Substanz vollständig vernichtet. Eine Alternative besteht in einer Schrittweisen "Vergleichmäßigung" des Tierbesatzes in Deutschland und dem Erschließen zusätzlicher Humusersatzleistungen wie Zwischenfruchtanbau oder Kompostierung. Erst wenn die Humusersatzleistung des Klärschlamms durch diese Quellen kompensiert ist, was aus Kostengründen nur schwer erreicht werden dürfte, kann aus der Sicht der Zufuhr organischer Substanz die Verbrennung von Klärschlamm favorisiert werden.

Insgesamt ist festzustellen, dass die mit der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung verbundene Zufuhr von Nährstoffen, Kalk und organischer Substanz nicht nur wissenschaftlich vertretbar sondern besonders bei Phosphor und organischer Substanz wissenschaftlich begründete Pflicht ist.

Tabelle 1: Ergebnis der Berechnung von Flächenbezogenen Humusbilanzen für einen 3-Jahreszeitraum auf der Basis von Humuseinheiten nach [13]

3. Bewertung der "Schadstoffproblematik"

Das Für und Wider der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung ist größtenteils eine Schadstoffdiskussion. Einmal ist es unbestritten, dass der Klärschlamm eine Schadstoffsenke ist, andererseits muss dafür gesorgt werden, dass nicht zu viele Schadstoffe in die Böden gelangen. Das betrifft insbesondere solche, die sich dort anreichern können, einen ausgeprägten Transfer in die Pflanzen haben, das Bodenleben beeinträchtigen und dem Sickerwasseraustrag unterliegen. Unter diesem Blickwinkel sind der atmosphärische Eintrag in den Boden und seine Bewirtschaftung, wozu die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung gehört, zu beurteilen. Die unter Pkt. 2. genannte Vorteilswirkung der Verwertung von Klärschlamm ist gegen das Risiko seiner Anwendung zu beurteilen. Diese Zielsetzung entspricht der Beschlusslage der gemeinsamen Agrar- und Umweltministerkonferenz vom Juni 2001 in Potsdam.

Seit Justus von Liebig ist bekannt, dass die dem Acker mit dem Erntegut entzogenen Nährstoffe vollständig in entsprechender Form (pflanzenverfügbarer Nährstoff, durch Mineralisierung verbrauchte organische Substanz) zurückgegeben werden müssen.

Ein Landwirt ernährt heute über 100 Personen, die Bevölkerung ist in den Städten konzentriert, der so genannte "Brotkorb" wird mit global erzeugten Produkten gefüllt, so dass die früher mehr oder weniger geschlossenen Kreisläufe heute erheblich "aufgebrochen" sind. Dazu kommt, dass die Mineraldünger weltweit erzeugt werden und je nach verwendetem Rohstoff unterschiedlich mit Schwermetallen belastet sind. Die atmosphärischen Einträge von Schadstoffen sind gebietsweise sehr differenziert. Ebenso ist die Sickerwasserbildung von Bodenart und Niederschlagsgebiet abhängig. Die geogen bedingten Schwermetallgehalte der Böden weichen je nach Ausgangsgestein der Bodenbildung erheblich voneinander ab. Das beeinflusst den Transfer Boden/Pflanze und die Konzentration der Schadstoffe im Sickerwasser. Weiterhin ist zu beachten, dass die Entstehung von Wirtschaftsdünger bei der Passage durch den Magen-Darm-Trakt der Tiere, von Kompost bei der Rotte und natürlich auch von Klärschlamm im Zuge der Behandlung mit einer Umwandlung und Abbau der Ausgangsstoffe und damit mit einer Aufkonzentration der Schadstoffe verbunden ist. Diese Ausgangssituation zeigt, dass ein gesetzlich gegebener Rahmen (Grenzwerte in entsprechenden Verordnungen) durch einen Flächenbezogenen Bodenschutz untersetzt werden muss.

Das vom UBA erarbeitete und vom BMU und BMVEL getragene Konzept [2] des zukünftigen Bodenschutzes beruht auf dem Prinzip "Gleiches zu Gleichem". Unter Beachtung der Vorsorgewerte der Böden lt. BBodSchV dürfen keine organischen Düngemittel mit nach der Mineralisierung verbliebenen, die Vorsorgewerte überschreitenden Schwermetallgehalten zugeführt werden. Das hat zur Folge, dass in Sachsen ca. 80 % der Wirtschaftsdünger sowie jeglicher Klärschlamm und Kompost nicht mehr in den landwirtschaftlichen Stoffkreislauf zurückgeführt werden können. Die Nährstoffbedarfsdeckung muss dann ausschließlich über die, in dem Konzept Nichtbeachteten, Mineraldünger erfolgen. Damit sind erhebliche Schwermetalleinträge besonders bei Cd und Cr verbunden und der Bedarf an organischer Substanz zum Ausgleich der Humusbilanz kann nicht mehr gedeckt werden. Eine Degeneration und Versteppung unserer Böden ist dann langfristig zu erwarten.

Ein wissenschaftlich begründeter Bodenschutz muss sich jedoch auf folgende Grundsätze stützen:

1. Priorität hat die Rückführung der in Anspruch genommenen Nährstoffe im Makro- und Mikrobereich sowie der Ausgleich der Auswaschungsbedingten Nährstoff- und Kalkverluste.

2. Der dauerhafte Ausgleich der Humusbilanz, u. U. sogar eine Ackerkrumenvertiefung zur Erhöhung der Regenverdaulichkeit und des Wasserspeichervermögens in hochwasserrelevanten Gebieten, steht gleichrangig neben der Rückführung der Nährstoffe.

3. Differenzierte Beurteilung der Schadstoffe nach Transfer Boden/Pflanze/Tier/Mensch und ihrer human- und ökotoxikologischen Wirkung.

4. Einflussnahme auf die Schadstoffkonzentration der Inputstoffe durch Ursachenbeeinflussung unter Beachtung der prozentualen Beteiligung des jeweiligen Eintragspfades am Gesamteintrag, der Realisierbarkeit und der Größe des Austragspfades als Gegenspieler.

5. Schlagspezifisch geführter Bodenschutz durch Bilanzierung der Ein- und Austräge umwelt- und humantoxikologisch relevanter Schadstoffe, verbunden mit kumulativer Saldobildung und gezielter Auswahl der Inputstoffe.

zu 3.: Von den Schadstoffen spielen die Schwermetalle eine besondere Rolle, da sie sich bei unausgewogenem Input/Output-Verhältnis im Boden anreichern können, direkt das Bodenleben beeinflussen und einzelne von den Pflanzenwurzeln aufgenommen werden. Dadurch gelangen sie in die Nahrungskette zum Menschen, dienen jedoch auch der Pflanzenernährung. Die Vorrangstellung der Schwermetalle drückt sich auch in den einschlägigen Gesetzen und Verordnungen aus. So dienen die Richtwerte für Schadstoffe in Lebensmitteln [5, 6], die den Höchstgehalt an Cd, Pb und Hg in den Lebensmitteln festlegen, unmittelbar dem Verbraucherschutz und sind ein wichtiges Kriterium für die Marktfähigkeit landwirtschaftlicher Produkte. Gesetze, die die Verwertung von z. B. Bioabfällen und Klärschlamm regeln, aber auch freiwillige Verpflichtungen der Mineraldüngerindustrie begrenzen in erster Linie die Schwermetallgehalte.

Aus der einschlägigen Literatur (vgl. Lit.- Recherche in [15]) ist bekannt, dass Cd, Zn und Ni im Boden bei pH-Werten < 6,5 zumeist unspezifisch adsorbiert vorliegen. Mit abnehmendem pH-Wert steigt dieser Anteil an. Die Mobilisierbarkeit und damit Pflanzenverfügbarkeit dieser unspezifisch adsorbierten Metalle ist hoch. Pb, Cr (III), Hg und Cu werden bei landwirtschaftlich relevanten pH-Werten > 5,0 spezifisch, zumeist an Fe-, Al- und Me-Oxide, im Boden adsorbiert. Diese relativ festen Bindungen haben einen geringen Austausch mit der Bodenlösung und damit eine geringe Pflanzenverfügbarkeit zur Folge. Das unterschiedliche Verhalten besonders der Schwermetalle Cd und Pb im Boden betrifft auch den Übergang von der Bodenlösung in die Pflanzenwurzel und ihren Weitertransport in die einzelnen Pflanzenteile. So ist mit einem Anstieg des Cd-Gehaltes im Boden in der Regel eine Zunahme der Cd-Konzentration in der Pflanze verbunden. Im Gegensatz dazu werden die Pb-Gehalte in der Pflanze kaum vom Gesamtgehalt des Bodens und seines pH-Wertes beeinflusst.

In umfangreichen mehrjährigen Schwermetalltransferuntersuchungen Boden/Pflanze (1908 Probenpaare Boden/Pflanze) auf Praxisschlägen wurde das unterschiedliche Transferverhalten der Schwermetalle Cd, Pb und As untersucht [15]. Es zeigt sich, dass nur beim Cd statistisch genügend gesicherte Transferbeziehungen Boden/Pflanze bestehen, während für Pb und As kein gesicherter Zusammenhang von Boden- und Pflanzengehalt gefunden werden konnte. Das unterstreicht die vielfach geäußerte Zweckmäßigkeit, Cd als Leitelement für Schwermetalltransferuntersuchungen und Vorbeugemaßnahmen zu verwenden. In erster Linie bestimmt der Gesamtgehalt des Bodens an Cd (Königswasserauszug) die Höhe des Transfers Boden/Pflanze. Im landwirtschaftlichen pH-Normalbereich kommt dem pH-Wert des Bodens ein wesentlich geringerer Einfluss auf den Transfer zu. Eine bedenkenlose Nutzung landwirtschaftlicher Flächen zur Nahrungsmittelproduktion orientiert am Einhalten des einfachen Lebensmittelrichtwertes von Getreide von 0,1 mg Cd/kg kann mit einer Sicherheit von r2 = 0,3 nur für Cd angegeben werden und beträgt für Ackerland 0,5 ppm. Von den Getreidearten nahmen in den Untersuchungen Winterweizen und Hafer Cd am stärksten auf, während Sommergerste den Lebensmittelrichtwert erst bei einem Cd-Gehalt im Boden von > 3,5 mg/kg überschreitet. Eine Verringerung des Cd-Transfers Boden-Pflanze durch Kalkungsmaßnahmen wurde rund auf der Hälfte der in die Versuche einbezogenen Flächen erreicht, während der Pb-Transfer darauf nicht reagierte.

Untersuchungen zur Aufnahme der Schwermetalle Cd, Pb, Hg und As durch Weidetiere wurden von KLOSE und GOLZE [10] durchgeführt. Vor allem für Cd konnte eine beachtliche Anreicherung im Tierkörper (Leber, Nieren) festgestellt werden.
KLOSS [12] hat in theoretischen Berechnungen auf der Basis der Gesamtein- und –austräge die verbleibenden Zeitspannen für das Erreichen der Vorsorgewerte für die einzelnen Schwermetalle ermittelt. Für Sandböden wurden für Cd 136 Jahre errechnet, während die Zeitspanne für Cu 402, für Zn 403 und für Cr, Pb und Ni über 1000 Jahre beträgt. Bei Lehmböden beträgt die o. g. Zeitspanne für Cd 949 Jahre und ist damit nach Cu ebenfalls die geringste. Cd kann bereits in sehr geringen Mengen zur Beeinträchtigung der menschlichen Gesundheit (kanzerogene Wirkung) führen. Es steht am Anfang der humantoxikologisch begründeten Reihenfolge: Cd > Pb > Hg > (Cu, Co, Mo) > (Cr, Ni) > (Mn, Zn) [17, 18, 14]. KLOSE und MACHULLA [11], haben den Einfluss von Cd und Pb auf ausgewählte Parameter der bodenmikrobiellen Aktivität geprüft. Cd und Pb wirkten entwicklungshemmend auf die Bakterienpopulationen und damit auf die Höhe der mikrobiellen Biomasse im Boden. Als Cd- und Pb-empfindlich erwiesen sich die Dehydrogenasenaktivität und die Leguminosen-Rhizobium-Symbiose, allerdings erst ab einer Cd-Konzentration von 20 mg/kg TM Boden.

Cu und Zn sind potentielle Mikronährstoffe und müssen unter Beachtung des "Wirkungsgrades" der Bodendüngung in Mengen im Boden vorgehalten werden, die den Entzug um ein Vielfaches übersteigen. Bei einem Ertragsniveau von 50-70 dt GE/ha/a beträgt der Entzug bei Cu 70-120 g/ ha/a und bei Zn 250-350 g/ ha/a. Die erforderliche Düngung macht bei Cu 1,3 kg/ ha/a (alle Böden) und bei Zn 2,0 kg/ ha/a (Sand und schwach lehmigem Sand) und 5,3 kg/ ha/a (stark lehmigem Sand bis Ton) aus [8]. Erst danach werden Cu und Zn zum schädlichen Schwermetall.

Unter Berücksichtigung der mittleren Gehalte der in Sachsen landwirtschaftlich verwerteten Klärschlämme wird mit einer 5 t TS/ha Gabe für 3 Jahre 1,06 kg Cu/ha bzw. 3,90 kg Zn/ha ausgebracht. Im Vergleich zum o. g. Bedarf ist das meistens nur ein Teil der benötigten Menge und es ist die Frage zu stellen, ob es gerechtfertigt ist, die Mikronährstoffe Cu und Zn als Schadstoffe zu betrachten. Bei anderen Schwermetallen wie z. B. beim Pb ist der Gehalt im Klärschlamm mittlerweile so gering, dass er dem Hintergrundwert der Böden sehr nahe kommt.

Im Ergebnis der vorliegenden Erkenntnisse verdient von allen Schwermetallen Cd eine besondere Beachtung (vgl. Tab 2).

Tab 2:            Vorschlag für eine differenzierende Bewertung der Schwermetalle lt. [4]

Der Cd-Hintergrundwert sächsischer Böden im Oberboden (0...25 cm) beträgt bereits 0,4 mg/kg. Weiterhin ist zu beachten, dass bei Ausschöpfung des lt. BBodSchV zulässigen jährlichen Cd-Bilanzsaldos von 6 g/ ha/a es nach ca. 70 Jahren zu einer Erhöhung des Cd-Gehaltes um 0,1 mg/kg Boden kommen kann. Der ermittelte Schwellenwert von 0,5 mg Cd/kg TM Boden ist dann schnell erreicht und der Boden für die Produktion von Brotgetreide nicht mehr sicher verwendbar. Das unterstreicht die Notwendigkeit, eine Schlagbezogene Schwermetallbilanz, beginnend bei Cd, über die Jahre zu führen.

Was den Transfer organischer Schadstoffe in pflanzliche Produkte und die Auswirkungen auf Bodenmikroorganismen betrifft, so ist im Rahmen der wissenschaftlichen Anhörung [22, 1] belegt worden, dass auch bei wiederholter Klärschlammanwendung davon keine Gefahr ausgeht.

zu 4.: Zur wissenschaftlichen Beurteilung der von der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung ausgehenden Gefahren für den Erhalt der Nutzbarkeit landwirtschaftlicher Böden zur Produktion von Lebensmitteln mit niedrigen Schadstoffgehalten ist die Beachtung der prozentualen Beteiligung am Gesamteintrag unerlässlich. Nach Berechnungen von KLOSS [12] ist der Klärschlamm nur zu wenigen Prozenten am Gesamteintrag auf die landwirtschaftliche Nutzfläche der BRD beteiligt (z. B. 2 % der Menge, 1,9 % des Cd-, 2,5 % des Cr-, 6,4 % des Cu-, 3,9 % des Ni-, 6,1 % des Pb- und 5,7 % des Zn-Eintrags). Das wesentlichste Sicherheitskriterium der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung sind die sich ergebenden Verdünnungsverhältnisse Klärschlamm/Boden. So stehen 5 t TM Klärschlamm, die für einen 3-Jahreszeitraum max. ausgebracht werden dürfen, zu der Masse einer 30 cm Bodenschicht wie 1:800. Zur landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung werden in Sachsen jährlich 0,3 % der Ackerfläche benötigt. In anderen Bundesländern sind es 1

oder 2 %. Wenn wir es verstehen, so viel wie möglich Fläche in die Verwertung einzubeziehen, kommen wir nur in sehr großen Zeitabständen auf die gleiche Fläche zurück. Dann werden Verdünnungsgrade von 1 : 10 000 bis 1 : 40 000 erreicht.

Die Relation von Schadstoffeintrag zu –gehalt im Boden soll nochmals beispielhaft am Cd gezeigt werden. 1998 betrug der durchschnittliche Cd-Gehalt der in Sachsen verwerteten Klärschlämme 1,0 mg/kg TS, 1999 waren es 1,5 mg/kg. Bei dem o. g. Hintergrundwert von 0,4 mg/kg enthält 1 ha 1600 g Cd. Mit einer 5 t TM Klärschlammgabe für den 3-Jahreszeitraum werden durchschnittlich 5,0 bzw. 7,5 g Cd/ha zugeführt. Aus wissenschaftlicher Sicht ist an dieser Stelle auf die Einzelfehler und die Beeinflussung des Gesamtfehlers gemäß dem Fehlerfortpflanzungsgesetz aufmerksam zu machen die sich von der Probenahme über die Analyse und Gültigkeit für die tatsächliche Charge Klärschlamm bzw. den konkreten Schlag erstrecken.

Im Rahmen des ehemals freiwilligen und jetzigen gesetzlich vorgeschriebenen Klärschlammentschädigungsfonds sind bis heute keine ernstzunehmenden Schadfälle auf den mit Klärschlamm gedüngten Flächen aufgetreten. Eine Anreicherung von Schadstoffen im Boden bei ordnungsgemäßer landwirtschaftlicher Klärschlammverwertung konnte bis heute nirgends messtechnisch nachgewiesen werden. Ein besserer Beleg der Sicherheit der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung ist wissenschaftlich undenkbar.

Unabhängig davon ist es unbestritten, dass aus Vorsorgegründen alle realisierbaren Möglichkeiten ausgeschöpft werden müssen, um den unerwünschten Schadstoffgehalt von Klärschlamm von vornherein zu reduzieren. Die in der Vergangenheit erreichten Erfolge insbesondere durch die Intensivierung der Indirekteinleiterkontrollen sind beachtlich. Die vom Gesetzgeber vorgegebenen Grenzwerte dürfen jedoch nicht in wissenschaftlich unbegründbare Forderungen abgleiten.

zu 5.: Das betrifft vorrangig das Schwermetall Cd. Seit mehreren Jahren begleiten wir die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung in Sachsen durch eine Schlagbezogene Cd-Bilanz. Mittlerweile ist sie programmtechnisch umgesetzt und an das landesübliche Düngeberatungsprogramm gekoppelt. Die zum Zwecke der obligatorischen Nährstoffbilanzierung eingegebenen Daten werden rechnerintern zum Führen der Cd-Bilanz über die Jahre verwendet. Liegen Analysenergebnisse vor, wie z. B. beim Kompost, Klärschlamm und zukünftig bei Mineraldünger, dann können diese anstelle der hinterlegten Durchschnittswerte direkt eingetragen werden. Der sich jährlich neu ergebende kumulative Saldo zeigt, in welcher Höhe ein Anreicherungspotential vorliegt (Abb. 1).

Abb. 1: Cd-Bilanz Ergebnisdarstellung

Die Cd-Bilanz kann auch durch fiktive Eingabe von Input-/Outputdaten den sich ergebenden Bilanzsaldo vorab ermitteln und dient somit z. B. der gezielten Auswahl entsprechender Düngemittel. Damit ist sie neben der Nährstoffbilanzierung ein weiteres Instrument eines bewusst geführten schlagspezifischen Bodenschutzes.

Die Erprobung der Cd-Bilanz in der breiten Praxis hat gezeigt, dass jede Schlagbezogene Cd-Bilanz ein Unikat ist und modellhafte Berechnungen den wahren Sachverhalt nicht widerspiegeln können. Es hat sich weiterhin ergeben, dass die Bilanz vorrangig bei Anwendung von Super- bzw. Triplephosphat, Klärschlamm oder Kompost geführt werden muss. Klärschlämme mit einem hohen Anteil an pflanzenverfügbarem Phosphor schneiden dabei besonders günstig ab, da sie Nährstoff bezogen wesentlich weniger Cd mitbringen als bestimmte Mineraldünger. Bei Einsatz von Wirtschaftsdünger wird der damit verbundene Cd-Eintrag durch die Abfuhr von Futterpflanzen in der Regel kompensiert [16].

Unter Beachtung des ausgeprägten Transfers Boden/Pflanze von Cd im Vergleich zu allen anderen Schadstoffen sollte die Mühlenindustrie neben dem Cd-Gesamtgehalt des Schlages vorrangig das Ergebnis der Cd-Bilanz (in Verbindung mit Ausgleich der Humusbilanz und der Einstellung des optimalen pH-Wertes) interessieren und nicht die Tatsache, ob die Fläche mit Klärschlamm gedüngt worden ist oder nicht.

4. Zusammenfassung

Nach dem Abwägen der Vor- und Nachteile besteht die wissenschaftlich begründete Pflicht unserer Gesellschaft, geeignete Klärschlämme in erster Linie landwirtschaftlich zu verwerten.

Die Gründe sind:

1. Gegen eine fachgerechte landwirtschaftliche Klärschlammverwertung gibt es keine wissenschaftlich begründeten Sicherheitsbedenken, die über das für alle Bereiche menschlicher Tätigkeit bestehende "Hintergrundrisiko" hinaus gehen. Diese Einschätzung ist immer Zeit bezogen, d. h. die diesbezüglichen Forschungsarbeiten dürfen nicht vernachlässigt werden.

2. Schutz endlicher Ressourcen für nachfolgende Generationen. Solange es nicht gelingt, wirtschaftlich vertretbar dem Klärschlamm der meisten Kläranlagen die Nährstoffe in pflanzenverfügbarer Form zu entziehen, muss er in bedeutenden Mengen landwirtschaftlich verwertet werden. Dazu sind schadstoffarme Klärschlämme auszuwählen, am besten solche, die in landwirtschaftlicher Verwertungsabsicht produziert werden. Allein die Messwerte, die Indirekteinleiterstruktur und die Behandlung des Klärschlamms und nicht, ob es sich um eine "städtische" oder "ländliche" Kläranlage handelt, bestimmen seine Eignung zur landwirtschaftlichen Verwertung. Vorzugsweise die Verwendung von ausgewählten Klärschlammchargen, regionale Verwertungskonzepte, begleitet von der bedarfsgerechten Einordnung der pflanzenverfügbaren Nährstoffe in das Düngungssystem und einer kumulativ über die Jahre geführten Cd-Bilanz sowie sofortige Einarbeitung und große zeitliche Intervalle der Flächeninanspruchnahme könnten das Bild einer zukünftigen landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung prägen.

3. Sicherung der Nachhaltigkeit der Bodennutzung. Auf den Beitrag der Klärschlammdüngung zum Ausgleich der Humusbilanz sowie der Kalk- und Mikronährstoffversorgung des Bodens kann bei geringem Tierbesatz bzw. in Marktfruchtbetrieben nicht verzichtet werden. Es ist an der Zeit, die Nährstoff- und Humusbilanzierung sowie die Bilanzierung ausgewählter Schadstoffe (beginnend mit Cd) als Instrumente eines bewusst geführten schlagspezifischen Boden- und damit Verbraucherschutzes zu nutzen.

4. Vermeidung von "Hinterlassenschaften" für nachfolgende Generationen und Schutz des Entsorgungsweges "Abwasser" vor missbräuchlicher Verwendung. Die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung ist eine vollständige Verwertung, während bei der Verbrennung ca. 50 % des Klärschlammes als Schadstoffkonzentrierter Verbrennungsrückstand deponiert werden muss. Wird der Klärschlamm nicht mehr landwirtschaftlich verwertet, kann die Indirekteinleiterkontrolle reduziert werden. Umweltgefährdende Stoffe können dann leichter über das Abwasser entsorgt werden und die Gewässer belasten.

5. Schutz der Bürger vor unnötigen finanziellen Belastungen. Der Nährstoff- und Kalkgehalt einer Klärschlammgabe von 5 t TM/ha entspricht gegenwärtig einem finanziellen Wert von durchschnittlich 250,- EUR. Abgesehen davon, dass durch eine Verbrennung des Klärschlammes 69 Mill. EUR (Tendenz steigend) der Landwirtschaft der BRD verloren gehen, ist mit zunehmenden Preisen der Verbrennung zu rechnen. Sich weiter unnötig erhöhende Lebensmittel- und Preise für die Abwasserbehandlung sind bei Ausstieg aus der landwirtschaftlichen Klärschlammverwertung vorauszusehen.

6. Sicherung der Chancengleichheit innerhalb der EU. Ein einseitiger Verzicht auf die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung würde für die deutsche Landwirtschaft erhebliche Wettbewerbsnachteile mit sich bringen und viele Arbeitsplätze im Dienstleistungsbereich vernichten!

7. Unter Beachtung des Beschlusses des Bundesrates vom 26.04.02 sollte bei der vorgesehenen Novellierung der Klärschlammverordnung besonders auf eine wissenschaftlich fundierte Bemessung der Größe der Grenzwerte bzw. Begründung für Neuaufnahme bzw. Verzicht auf Untersuchungsparameter geachtet werden. Dabei sind Beeinträchtigung des Bodenlebens, Transfer, Abbaurate und Anwenderumfang sowie humantoxikologische Bedeutung ausschlaggebende Kriterien. Die Auswirkungen veränderter Grenzwerte auf die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung können nur auf der Basis der Einhaltung der Kombination aller Grenzwerte in den einzelnen Klärwerken und nicht anhand der Zusammenstellung von Durchschnittswerten prognostiziert werden. Es ist an der Zeit, dem haltlosen Gerede über die landwirtschaftliche Klärschlammverwertung, insbesondere dem Verhalten der Mühlenindustrie zur Abnahme von Getreide von Klärschlammgedüngten Flächen, solide, wissenschaftlich fundierte Erkenntnisse entgegenzusetzen.

5. Literatur:

[1]       Aldag, R. "Transferverhalten von organischen Schadstoffen aus Klärschlamm in die höhere Pflanze im Feldversuch" in Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm, Gülle und anderen Düngern unter Berücksichtigung des Umwelt- und Verbraucherschutzes, KTBL, Darmstadt, 2001, S. 167-174

[2]       Anonym: Konzeption von BMVEL und BMU "Gute Qualität und sichere Erträge – Wie sichern wir die langfristige Nutzbarkeit unserer landwirtschaftlichen Böden?" – Workshop 28.08.02

[3]       Anonym: Daten/Fakten/Argumente BASF-Agrozentrum Limburgerhof, Nr. 24/2001

[4]       Anonym: Nachhaltige Verwertung von Klärschlämmen, Komposten und Wirtschaftsdüngern in der landwirtschaftlichen Pflanzenproduktion. Positionspapier des VDLUFA, Dez. 2001, Darmstadt

[5]       Anonym: Richtwerte für Schadstoffe in Lebensmitteln, Bundesgesundheitsblatt 5 (1995), S. 204-206

[6]       Anonym: EG-Verordnung 466/2001 "Verordnung der Kommission vom

8. März 2001 zur Festsetzung der Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln"

[7]       Fehrenbach, H.; J. Gierich u. F. Knappe: Aktion Ofen. Entsorga-Magazin 6-2001, S. 22-32, Frankfurt/M.

[8]       Kerschberger, M.; Krause, O.; Marks, G.: Zorn, W.: Standpunkt zum Mikronährstoff-Düngebedarf (B, Cu, Mn, Mo, Zn) in der Pflanzenproduktion: Thüringer Landesanstalt für Landwirtschaft, 2001

[9]       Klemm, R.: Verlust an Phosphor bei "Vernichtung" von ehemaligen Futtermitteln bzw. Düngemitteln tierischer Herkunft, 2001. LfL, internes Arbeitsmaterial, unveröffentlicht.

[10]     Klose, R. und M. Golze: Der Transfer von Cadmium, Blei, Quecksilber und Arsen in einem Überschwemmungsgebiet der Elbe. Infodienst der LfL, Heft 5, S. 92-96, 1996

[11]     Klose, S. und G. Machulla: Der Einfluss von Cadmium und Blei auf ausgewählte Parameter der bodenmikrobiellen Aktivität in "Mengen- und Spurenelementen", 13. Arbeitstagung, Fr.-Schiller-Univ. Jena, S. 43-51, 1993

[12]     Kloss, R.: Stellungnahme zu dem Diskussionspapier "Gute Qualität und sichere Einträge" Verband der Humus- und Erdenwirtschaft Region Sachsen-Thüringen e. V., Radibor, 2002

[13]     Leithold, G., K.-J. Hülsenbergen, D. Michel und H. Schönmeier: Humusbilanzierung – Methoden und Anwendung als Agrar-Umweltindikator. Schriftenreihe der LfL, 2. Jg. (1997), Heft 3, S. 19-28

[14]     Marquard, R. u. Schneider, M.: Untersuchungen zur Aufnahme und Einlagerung von Cadmium in verschiedenen Arzneipflanzen. VDLUFA-Schriftenreihe 40 – Kongressband, 541-544, 1995

[15]     Mönicke, R.; Klose, R. u. Kurzer, H.-J.: Mehrjährige Untersuchungen zum Schwermetalltransfer auf Praxisschlägen in Sachsen. Infodienst der LfL, 1997, H. 6, S. 65-77 und Schriftenreihe der LfL, H. 3, 2. Jahrg., S. 55-79

[16]     Mönicke, R. u. Förster, F.: "Die Schlagbezogene Cd-Bilanz – ein Baustein zum landwirtschaftlichen Verbraucherschutz und zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit" Ergebnisbericht, LfL, 2002

[17]     Oberländer, H.-E.: Grenzwerte für die Belastung des Bodens mit Schwermetallen. In: Wintertagung 1985 vom 11.-14. Februar Auditorium maximum der Universität Wien/Österreichische Gesellschaft für Land- und Forstwirtschaftspolitik – Wien, 156-168

[18]     Singh, B. R.: Unwanted components of commercial fertilisers and their agricultural effects. Proceedings Tertiliser Socfiety, (312), 28, 1991

[19]     Suntheim, L. und Neubert, K.-H.: Entwicklung der Nährstoff- und Kalkversorgung der landwirtschaftlich genutzten Böden des Freistaates Sachsen – Auswertung über die Jahre 1997...1999. Infodienst der LfL, H. 7, 2000, S. 76-84

[20]     Suntheim, L: Zur Phosphorverfügbarkeit von Klärschlämmen. Verantwortungsbewusste Klärschlammverwertung; Verlag Karl J. Thome-Kozmiensky; 2001
ISBN 3-935317-02-6; S. 329-342

[21]     Vorholz, F.: Frisch und giftig auf den Tisch. Die Zeit vom 01.02.01, S. 19 und 20

[22]     Welp, G.: "Auswirkungen organischer Schadstoffe auf Bodenmikroorganismen" in Landwirtschaftliche Verwertung von Klärschlamm, Gülle und anderen Düngern unter Berücksichtigung des Umwelt- und Verbraucherschutzes, KTBL, Darmstadt, 2001, S. 147-156

[23]     Werner, W.: Statement anlässlich Workshop "Cd-Anreicherung in Böden/einheitliche Bewertung von Düngemitteln" 5. Mai 1999 in Hannover

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Stand: 24. Februar 2011