In den Ferien, wenn Anna nicht zur Schule muss, hilft sie ihren Eltern gerne bei der Arbeit auf dem Bauernhof. Zweimal am Tag, morgens und abends, kommen Hilde, Lisa, Vroni und die anderen in den Melkstand und wollen gemolken werden. Aber Kühe produzieren nicht nur Milch, ganz nebenbei machen sie natürlich auch eine ganze Menge Mist. Nach den Wintermonaten, im Frühjahr, sind die Lager voll, der Mist muss weg. Stinkender Abfall, sollte man meinen. Doch falsch.

Für einen Biolandwirt, der Wert auf natürliche Kreisläufe legt, ist der Mist ein wertvoller Rohstoff, Dünger für seine Äcker und Wiesen. Die Pflanzen der vergangenen Saison haben dem Boden eine ganze Menge Nährstoffe entzogen. Jetzt fehlen diese Stoffe dem Boden und müssen ersetzt werden, damit die Pflanzen auch in diesem Jahr wieder wachsen können.

Biobauer Johann Ellenrieder düngt mit Mist und Jauche oder Gülle. Damit die darin enthaltenen Nähstoffe für die Pflanzen verfügbar werden, braucht es die Mithilfe der Bodenbewohner, z.B. des Regenwurms. Der macht daraus im Wasser des Bodens lösliche Stoffe, die dann den Pflanzen zur Verfügung stehen, wenn sie im Frühling auf dem Feld ausgesät werden.

Eine Pflanze braucht, damit sie wachsen und gedeihen kann, eine ganze Reihe chemischer Substanzen: z.B. Kohlenstoffdioxid, das bekommt sie als Gas aus der Luft. Dazu Wasser. Daraus stellt sie zunächst Glucose, Traubenzucker her. Aus je 6 Molekülen Kohlenstoffdioxid und Wasser wird ein Molekül Glucose.

Dazu benötigt die Pflanze Energie, also eine Synthese mit Hilfe von Licht, die bekommt sie von der Sonne. Daher heißt dieser Prozess auch Photosynthese. Ganz nebenbei entsteht dabei auch Sauerstoff, der an die Luft abgegeben wird, für die Pflanze ein Abfallprodukt, für Mensch und Tier aber lebensnotwendig.

Damit dieser komplizierte Prozess funktioniert, werden noch weitere Stoffe benötigt, die die Pflanze mit dem Wasser aufnimmt: das sind Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium Magnesium, Schwefel und einige andere Elemente in geringen Spuren.

Dieses gesamte Menü liefert ihr der Dünger. Die Pflanzen sind Nahrung für die Tiere. Die Kühe fressen Gras. Ein Kreislauf schließt sich. Den Dünger für das Gras hinterlassen diese Kühe im Sommer gleich selbst an Ort und Stelle.

Landwirte, die keinen Mist haben, weil sie keine Tiere im Stall halten, brauchen sog. Kunstdünger. Diesen mineralischen Dünger stellt die Industrie in genau definierter Zusammensetzung her. Denn die Ansprüche der Pflanzen sind je nach Art und Bodenbeschaffenheit unterschiedlich. Landwirte müssen ihren Boden und die Ansprüche der Pflanzen kennen, um den Dünger richtig zu dosieren.

Mineraldünger ist leicht löslich im Regenwasser, das versickert im Boden, wo die Pflanzen mit ihren Wurzeln dann die gelösten Stoffe aufnehmen können. Wenn die Chemie im Boden stimmt, stimmt auch das Pflanzenwachstum.

Es war der deutsche Chemiker Justus von Liebig, der sich im 19. Jahrhundert um die Agrarchemie verdient gemacht hat. Liebig stellte fest, dass für die Höhe des Ertrages, der im Minimum vorhandene Nährstoff relevant ist. Er formulierte das auch heute noch geltende "Minimumgesetz", anhand eines Bottichs: Nur wenn jeder Nährstoff in einer ausreichenden Konzentration vorhanden ist, sind auch optimale Ernteergebnisse zu erwarten. Mehr Dünger zuzugeben, wäre überflüssig.

Doch wofür brauchen Pflanzen die einzelnen Nährstoffe? Was die einzelnen Stoffe bewirken, wird beispielsweise an gelbverfärbten Weizenpflanzen sichtbar: hier fehlt Stickstoff!

Zur Bildung von Blattgrün, Eiweiß, und anderen Inhaltsstoffen brauchen Pflanzen besonders Stickstoff. Er wird ihnen durch Düngung mit Gülle oder anderen organischen Stoffen zugeführt, auch mit Hilfe anorganischer Stickstoffdünger, wie z.B. Ammoniumnitrat. Im Boden entstehen daraus Nitrationen. In dieser, in Wasser löslichen, Nitratform kann Stickstoff von den Pflanzen über die Wurzeln aufgenommen und verarbeitet werden. Die Pflanze wächst und kann geerntet werden.

Wird nun dem Boden durch zu reichliche Düngung mehr Nitrat zugeführt, als die Pflanzen verbrauchen, dann wird ein Teil des Nitratüberschusses vom ablaufenden oder versickernden Wasser abtransportiert. Damit gelangt Nitrat schließlich in Bäche und Flüsse, oder sogar ins Grundwasser, aus dem unser Trinkwasser gewonnen wird. Überdüngung muss verhindert werden, zum Schutz der Umwelt.

Agrarforscher stellen noch ein weiteres Problem fest: in gedüngten Böden entsteht Gas, das in die Atmosphäre entweicht. Spezielle Bodenbakterien produzieren es in ihrem Stoffwechsel, es ist Lachgas. Lachgas ist wie Kohlenstoffdioxid ein Gas, das zum Treibhauseffekt auf der Erde beiträgt. Es ist fast 300 mal wirksamer als CO₂. Es kommt deshalb darauf an, gerade soviel zu düngen, wie auch die Pflanzen verbrauchen können.

Um Dünger zu sparen, nutzt Biobauer Johann Ellenrieder einen Trick: Er baut Ackerbohnen an. Diese Pflanzen holen sich den benötigten Stickstoff selbst aus der Luft, mithilfe von besonderen Knöllchenbakterien in ihren Wurzeln. Aus dem Stickstoff machen sie Nitrationen, die dann von den Wurzeln aufgenommen werden können. Über spezielle Leitungsbahnen werden sie in jede Zelle transportiert. Düngung zum Nulltarif.

Sobald Pflanzen saftig grün sind, im Frühsommer, finden sich oft auch schon Schädlinge ein. Die Kartoffelpflanzen zum Beispiel schmecken besonders dem Kartoffelkäfer und seinen Larven. Behagt den Tierchen die Witterung, vermehren sie sich in manchen Jahren rasant. Früher fielen ganze Felder den Schädlingen zum Opfer.

Doch heute gibt es Pflanzenschutzmittel, die schützen die Pflanzen und sind Gift für den Schädling. Mit modernen Geräten kann der Landwirt diese Mittel sparsam und wirkungsvoll dosieren. Bringt er aber zu viel davon aus, sind die Gifte später im Gemüse und im Boden nachweisbar.

Jede Kulturpflanze hat ihre speziellen Schädlinge, da gibt es Blattläuse, Milben und Viren z.B. an Gurken, weit verbreitet ist auch der Mehltau - ein Pilz. Hier hat er die jungen Triebe des Apfelbaums besiedelt. Im Frühjahr stört er die Entwicklung der Blätter und Blüten und damit auch die Entwicklung der Früchte. Für Ernteausfall sorgt auch der Schimmelpilz an Erdbeeren.

Die Palette der Pflanzenschutzmittel ist umfangreich. Da gibt es Herbizide gegen Unkräuter, Insektizide gegen Insekten, Fungizide gegen Pilze. Doch immer wieder schaffen es einzelne Schädlinge, dagegen resistent zu werden.

Agrarforscher und Hersteller suchen deshalb ständig nach neuen Mitteln. Um die Mengen der chemischen Pflanzenschutzmittel zu reduzieren, erforschen Agrarwissenschaftler auch die Nützlinge, die Feinde der Schädlinge. Diese Nützlinge werden im Gewächshaus ausgesetzt, um die Schädlinge zu vertilgen. Der bekannteste Nützling ist der Marienkäfer, ein Feind der Blattläuse.

Wenn der Sommer zu Ende geht, ist Erntezeit. Die Kartoffeln sind reif und müssen aus der Erde. Die Bauern haben da alle Hände voll zu tun. Auch Anna und ihr jüngerer Bruder Sebastian helfen mit. Die Kartoffelernte dieses Jahr ist gut. Die Bauern in Europa fahren heute wesentlich höhere Erträge ein als früher. Dazu hat auch das Wissen um die Agrarchemie, um Dünger und Pflanzenschutz, beigetragen. Es kommt jetzt darauf an, bedacht damit umzugehen, damit auch die Umwelt keinen Schaden leidet.

Organische Düngemittel sind normalerweise tierischen oder pflanzlichen Ursprungs, sie können aber auch synthetisiert werden. Organische Dünger sind z.B. Abfallstoffe aus der Landwirtschaft (Mist, Gülle). Ein Beispiel für einen organischen Dünger ist auch Kompost. Bei dieser Art von Düngung werden die Bestandteile des organischen Düngers von Mikroorganismen und Kleintieren abgebaut zu Mineralien, die den Pflanzen dann als Nährstoffe dienen.

Im anorganischen Dünger oder Mineraldünger liegen die düngenden Elemente meist in Form von Salzen vor. Die Pflanzen können die Mineralsalze dann mit Hilfe ihrer Wurzeln aus der Bodenlösung aufnehmen. Die Düngung erfolgt direkt und schneller. Ein Beispiel für einen mineralischen Dünger ist Kalkammonsalpeter, eine Mischung aus 74 % Ammoniumnitrat NH₄NO₃ und 26 % Calciumcarbonat CaCO₃

Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K) sind als Hauptnährelemente die wesentlichen Bestandteile eines Düngers, da ein Mangel an diesen Nährstoffen das Pflanzenwachstum beschränkt.

Dünger, die Stickstoff, Phosphor und Kalium enthalten, werden NPK- Dünger oder Volldünger genannt. Pflanzen benötigen ferner Elemente wie Schwefel (S), Calcium (Ca) und Magnesium (Mg), die auch in Düngern vorkommen.

Stickstoff ist entscheidend für das Wachstum der Pflanzen. Er wird dabei in Photosyntheseprodukte eingebaut. Stickstoff ist ein essentieller Bestandteil von pflanzlichem und tierischem Eiweiß. Eine durchgehend optimale Stickstoffversorgung ist daher Voraussetzung für gutes Pflanzenwachstum. Ein Mangel an Stickstoff in der Pflanze zeigt sich, wenn kümmerlicher Wuchs, blassgrüne Farben der Blätter, frühes Blühen und Vergilbung auftreten. Luft besteht zu 78% aus Stickstoff. Die äußerst stabile Bindung der N₂-Moleküle wird unter erheblichem Einsatz von Energie gespalten und der Stickstoff in die Ammoniumform überführt.

Dieser Prozess, er wird auch als Fixierung bezeichnet, findet in der Natur durch Mikroorganismen und Knöllchenbakterien statt, die mit Leguminosen, wie z.B. Bohnen, Erbsen, Klee, in Symbiose leben. Bei der Herstellung von Mineraldünger wird der Stickstoff fixiert, indem gasförmiger Luftstickstoff mit Wasserstoff aus Methangas chemisch reagiert. Das Erdgas liefert dabei zugleich die nötige Energie. Aus dem bei dieser Reaktion entstandenen Ammoniak wird dann durch Oxidation Nitrat hergestellt. Ammoniak und Nitrat ergeben Ammoniumnitrat, die wichtigste Stickstoffverbindung in Mineraldüngern.

Phosphor erfüllt verschiedene Funktionen. Er ist z. B. Bestandteil von Phospholipiden und ist außerdem am Aufbau der Desoxyribonukleinsäure (DNS) und der Ribonukleinsäure (RNS) als Phosphorsäurediester beteiligt.

Einen Phosphatmangel erkennt man an folgenden Symptomen: Blattflächen und Habitus sind reduziert, die Entwicklung von Blüten, Samen und Früchten verzögert sich, verstärktes Wurzelwachstum tritt auf.

Phosphor ist im Boden als mineralisches Phosphat vorhanden. Ausgedehnte Phosphatlagerstätten gibt es in Nord- und Westafrika, in den USA, auf der russischen Halbinsel Kola und in Asien. Sie sind durch vulkanische Aktivität oder durch die Ablagerung von Fossilien entstanden. Von daher sind die Phosphatvorkommen zur Herstellung von Phosphatdüngern weltweit begrenzt.

Kalium benötigen Pflanzen da es zum Aufbau des Wurzeldrucks beiträgt. Zudem wird es für die Zellstreckung und das Blattwachstum benötigt. Bei einem Mangel an Kalium kommt es unter anderem zu einem gestauchten Habitus und Welke der Blätter. Kalium steuert durch das Aktivieren von Enzymen viele Stoffwechselvorgänge. Pflanzen, die gut mit Kalium ernährt sind, haben ein festes Zellgewebe und sind widerstandsfähiger gegen Schädlinge und Erkrankungen.

Magnesium ist ein zentraler Baustein des Chlorophylls und ermöglicht dadurch erst die Photosynthese und Stoffbildung der Pflanzen. Als Dünger wird Magnesium in Form von Magnesiumkarbonat und Magnesiumsulfat angewendet.

Pflanzenschutzmittel können, je nach Wirkung, in verschiedene Gruppen eingeteilt werden:

• Herbizide: Mittel gegen Unkräuter
• Insektizide: Mittel gegen Insekten
• Fungizide: Mittel gegen Pilze
• Molluskizide: Mittel gegen Schnecken
• Akarizide: Mittel gegen Milben
• Rodentizide: Mittel gegen schädliche Nager
• Wachstumsregler: Mittel zur Steuerung biologischer Prozesse

Pflanzenschutzmittel tragen dazu bei, Ernteausfälle zu vermindern. Ohne Pflanzenschutz wird der Minderertrag bei der landwirtschaftlichen Nahrungsproduktion auf 30% geschätzt. Darüber hinaus besteht die Gefahr von Verlusten bei der Nahrungsmittellagerung, weshalb Vorratsschutz notwendig wird. Die jährliche Weltgetreideproduktion stieg von 1950 bis 2007 von 700 Millionen Tonnen auf 2,3 Milliarden Tonnen. Dies ist eine Verdreifachung des Ertrages auf nahezu gleichbleibender landwirtschaftlicher Produktionsfläche.

Ein Problem beim Pflanzenschutz ist die Gefahr von Resistenzbildungen bei Insekten, Unkräutern und Pilzen gegenüber einzelnen Wirkstoffen. Diese können entstehen, wenn wiederholt identische Wirkstoffe angewendet werden. In der Praxis werden deshalb Spritzfolgen verschiedener Wirkstoffe und Mischungen von Pflanzenschutzmitteln angewendet. Die Pflanzenschutzforschung sucht ständig nach neuen Wirkstoffen mit neuen Leitstrukturen.

Wichtige Eintragspfade von Pflanzenschutzmitteln in die Umwelt sind:

• Abdrift: Ein Teil der verstäubten Spritzbrühe bleibt in der Luft und kann auf angrenzende Grundstücke geweht werden.
• Verdunstung: Bei bestimmten Wirkstoffen kann in den ersten beiden Tagen nach der Anwendung ein erheblicher Teil in die Atmosphäre gelangen und weiträumig verteilt werden. Die Wirkstoffe können dabei gasförmig oder an Nebel- und Staubpartikel adsorbiert sein.
• Abschwemmung: In Hanglagen können Pflanzenschutzmittel abgeschwemmt werden, z. T. mit dem abfließenden Wasser, z. T. mit erodierten Bodenteilchen. Betroffen sind insbesondere Reihenkulturen wie Hopfen, Zuckerrüben oder Mais. Herbizide werden häufiger abgeschwemmt als Insektizide oder Fungizide, da sie manchmal schon vor dem Keimen auf den unbedeckten Boden ausgebracht werden.
• Versickerung: Mit dem Sickerwasser können Pflanzenschutzmittel ins Grundwasser gelangen. Besonders problematisch ist das auf sandigen oder flachgründigen Böden mit geringer Wasserspeicherung. Bei drainierten Böden können Pflanzenschutzmittel mit dem abgeleiteten Bodenwasser direkt in die Gewässer gelangen.
• Einleitungen in die Kanalisation: Aus direkten Einleitungen können bis zu 90 % der Wirkstoff- Fracht in einem Gewässer stammen. Insbesondere in kleinen Gewässern führen schon geringe Einleitungen kurzfristig zu hohen Konzentrationen. Daher gehört es zur guten landwirtschaftlichen Praxis, Reste von Spritzbrühe und Reinigungsflüssigkeit nicht über den Hofablauf in die Kanalisation einzuleiten, sondern zu verdünnen und auf behandelten Ackerflächen auszubringen. In größeren Flussgebieten sind zusätzlich auch Regenentlastungen und Einleitungen aus Produktions- und Formulierungsanlagen von erheblicher Bedeutung. Sollten Pflanzenschutzmittel zur Entkrautung von befestigten Flächen (z. B. Höfe, Plätze, Garageneinfahrten) eingesetzt werden, gelangen sie anschließend über die Kanalisation direkt ins Gewässer.
• Zulassung und Anwendung von Pflanzenschutzmitteln unterliegen strengen gesetzlichen Anforderungen. Trotzdem kann auch bei sachgerechter Anwendung eine Verlagerung von Pflanzenschutzmitteln in die Umwelt nicht immer ausgeschlossen werden. (Quelle: Bayerisches Landesamt für Umwelt (Hg.): UmweltWissen.)

Beobachtungsaufgaben zum Film:

Anna und ihre Familie:

• In welcher Region lebt Anna mit ihrer Familie?
• Wieviel Liter Milch gibt eine Kuh bei Anna?
• Warum geben Annas Kühe im Sommer mehr Milch als im Winter?
• Was baut Annas Vater auf den Feldern an?
• Was machen Annas Brüder?

Das Düngen:

• Womit düngt der Biobauer seine Felder?
• Welche Rolle spielt der Anbau von Ackerbohnen?
• Womit düngt der Bauer, der keine Tier im Stall hält?
• Warum ist Mist auf dem Bauernhof kein Abfall ?
• Welches Gesetz gilt beim Düngen?

Der Pflanzenschutz

• Wovor sollen Pflanzenschutzmittel die Pflanzen schützen?
• Welche Pflanzenschädlinge sind im Film zu sehen?
• Welche Nützlinge werden erwähnt?
• Welche Pflanzenschutzmittel verwenden die Landwirte im Film?
• Wie dosiert der Landwirt das Pflanzenschutzmittel?

Didaktische Hinweise:

Die Sendung ist für den Einsatz im PCB- Unterricht in der 9. bzw.10. Jahrgangsstufe der Mittelschule. Möglich ist auch der Einsatz im Biologieunterricht der 6. Jahrgangsstufe der Realschule.