Der Großteil der Steigerung der Agrarproduktion, die notwendig ist, um die wachsende Weltbevölkerung mit qualitativ hochwertigen Nahrungsmitteln versorgen zu können, wird aus einer Erhöhung der Flächenerträge stammen müssen. Um bis 2050 die nach Schätzungen der UN-Landwirtschaftsorganisation FAO zusätzlich benötigte Milliarde Tonnen an Getreide produzieren zu können, wird ein erhöhter und verbesserter Einsatz von Inputfaktoren unabdingbar sein. Düngemittel spielen dabei neben Saatgut, Pflanzenschutzmitteln, der maschinellen Ausrüstung und dem Know-How zu deren adäquaten Einsatz eine tragende Rolle.
Eine hohe Produktion kann nur bei guter Bodenfruchtbarkeit nachhaltig sein, wozu gutes Nährstoffmanagement und Best-Management-Praktiken auch bei der Ausbringung (Zeit, Form) und der Bodenbearbeitung zur Anwendung kommen müssen. So werden etwa in Westeuropa Ernten von 8-10 Tonnen Weizen je Hektar erzielt, während auf noch immer ungedüngten alten Testfeldern nur Erträge von 0,5 bis 1,5 Tonnen je Hektar erzielt werden. Dem Boden werden im Wachstumsprozess der Pflanzen Nährstoffe entzogen, so dass einem Mangel durch Düngung vorgebeugt werden muss. Die meisten Böden der Erde benötigen eine Zufuhr von Nährstoffen, da sie von Natur aus allenfalls mittelmäßig fruchtbar sind und der Wanderfeldbau angesichts der Herausforderungen durch die wachsende Weltbevölkerung keine Alternative darstellt. Quellen der Nährstoffe können organischer Art (z.B. Dung der Tiere, Pflanzenreste wie Stroh), biologischer Art (durch bestimmte Mikroorganismen) oder Mineraldünger sein.
In organischen Düngern ist die Nährstoffzusammensetzung oft schwankend. Während sie für die Bodenbeschaffenheit und -struktur (bessere Durchlüftung, Wasserhaltefähigkeit, Erosionsschutz) sehr wichtig sind, spielen sie in der eigentlichen Nährstoffversorgung gegenüber Mineraldüngern eine untergeordnete Rolle. Diese werden in drei große Bereiche unterteilt: Stickstoff (N) -, Phosphor (P) - und Kaliumdünger (K), die zum Teil auch in Mehrnährstoffdüngern kombiniert werden. Manche Pflanzen, wie die Sojabohne und andere Leguminosen, können Stickstoff mit Hilfe von Knöllchenbakterien aus der Luft binden - 78% der Erdatmosphäre ist Stickstoff - und sind daher nicht so stark auf externe Stickstoffgaben angewiesen. Ganz anders ist das bei Pflanzen wie etwa Mais und Weizen (Grafiken 1-2).
Eine Verbesserung der Nährstoffversorgung von einer Mangelsituation hin zu einer guten Versorgung erhöht nicht nur die Menge, sondern auch die Qualität des Produkts deutlich. Die Stickstoffgaben haben in der Regel den höchsten Einfluss auf das Pflanzenwachstum. Auch die Qualität, etwa die Backqualität von Getreide, wird verbessert. Allerdings ist bei Stickstoff auch die Gefahr einer qualitativen Einbuße am höchsten, wenn die Versorgung zu stark ausgedehnt wird, da dies zu Toxizität führen kann. Phosphor ist für die Energiegewinnung, die Photosynthese, notwendig, ebenso für die Zellteilung. Phosphate verbessern auch die Produktqualität, da Knochenschwächen und -deformationen bei Vieh reduziert werden, auch werden bei Getreide Proteingehalt und Saatqualität verbessert. Meist bewegt sich die Phosphatversorgung in einem normalen Bereich und eine Überdüngung ist kaum zu befürchten, die zu erhöhten Rückständen in Nahrung oder Futter führen könnte.
Kalium verbessert den Wasserhaushalt und verringert die Anfälligkeit gegenüber Trockenheit, Frost und Krankheiten. Die Versorgung mit Kalium hat einen sehr engen Bezug zur Produktqualität, da es über die Beeinflussung der Enzymaktivität den gesamten Stoffwechsel berührt. Auch kann es zu höheren Zucker-, Stärke-, Ballaststoff- und Vitamingehalten beitragen. Da ein Nährstoff aufgrund der unterschiedlichen Aufgaben kaum durch einen anderen ersetzt werden kann, ist weitgehend ein gewisses Verhältnis der Nährstoffe untereinander einzuhalten.
Mangelt es an einem Nährstoff, kann durch die vermehrte Gabe eines anderen dieses Defizit nicht wettgemacht werden (Liebigs ‚Gesetz des Minimums’), vielmehr restringiert der knappste Nährstoff das Wachstum der Pflanze. Der Bedarf an Düngung unterscheidet sich nach Bodenbeschaffenheit und Frucht. In welchem Umfang eine Düngung sinnvoll ist, hängt zudem von der Preisrelation zwischen Dünger- und Produktpreisen ab. Aus wirtschaftlicher Sicht ist nämlich der maximale Ertrag nicht der optimale, vielmehr sollen die Erlöse aus dem zusätzlich gewonnenen Produkt den zusätzlichen Düngeraufwand gerade noch lohnen. Dabei ist von einem abnehmenden Ertragszuwachs bei steigendem Düngemitteleinsatz auszugehen.
Tatsächlich reagieren die Landwirte mit einer Anpassung der Düngung auf Preissignale - allerdings auch auf Beschränkungen bei Liquidität oder Kredit -, wobei auch eine begrenzte Verzögerung der Wiederanreicherung des Bodens mit Nährstoffen möglich ist. Allerdings gilt das deutlich stärker für die Kali- und Phosphatdüngung als für Stickstoffgaben. Der Einsatz von Mineraldüngern weltweit hat sich nach Angaben der FAO seit 1960 verfünffacht.
Die Düngerproduktivität (Output je kg Dünger) variiert stark mit Boden, Klima und ökonomischen Anreizen. Während in Industrieländern die Effizienz des Einsatzes stark stieg, ist sie in vielen Entwicklungsländern mangelhaft. Bei Reis kam die FAO zu dem Schluss, dass oft die Hälfte des N-Einsatzes als Verlust zu betrachten ist, was unter Umwelt- und Ernährungsgesichtspunkten bedenklich ist. Hoffnung richtet sich nun auf die Ausbringung größerer “Briketts“ in tieferen Bodenschichten, was die Auswaschung verhindern, eine kontinuierliche Bereitstellung der Nährstoffe bedingen und so bei geringerem N-Einsatz (-40%) zu höherem Ertrag (+20%) führen soll.
