Stickstoff
Herkunft des Stickstoffs in der Landwirtschaft
Von allen
Nährstoffen benötigen landwirtschaftliche Nutzpflanzen vor allem
Stickstoff (N). Als einziger Nährstoff stammt N letztlich aus der Luft.
Er kann durch biologische Transformation, z.B. von einigen
spezialisierten Pflanzen wie Leguminosen durch Symbiose mit
N-fixierenden Mikroorganismen der Luft entzogen und für pflanzliches
Wachstum nutzbar gemacht werden. Weiterhin kann durch das so genannte
Haber-Bosch-Verfahren der Stickstoff der Luft chemisch umgewandelt
werden. Dieses 1913 zuerst eingesetzte Verfahren hat dazu geführt, dass
N-Dünger in der Folgezeit in immer größerer Menge und zu geringen Kosten
zur Verfügung standen. Dies hat einerseits die weltweite
Nahrungsmittelproduktion exponentiell gesteigert, andererseits aber
auch eine vermehrte Umweltbelastung erzeugt, da nur etwa ein Viertel des
in der Landwirtschaft eingesetzten N in Nahrungsmitteln wieder zu finden
ist. Der größte Teil entweicht wieder in die Umwelt, wobei unbedenklich
nur der Anteil ist, der in N2,
den molekularen Luftstickstoff, umgewandelt wird. Schadwirkungen gehen
dagegen von Nitrat, Ammoniak und Lachgas aus.
Nitrat
Als
Pflanzennährstoff trägt Nitrat (NO3)
zur übermäßigen Nährstoffversorgung vor allem von Meeresgewässern bei.
Dies hat vermehrtes Algenwachstum zur Folge. Sauerstoffmangel bei der
Zersetzung von Algen sowie Verschiebungen im natürlichen Artenspektrum
können die Folge sein. Viel beachtet wurde in den letzten Jahrzehnten
überschüssiger Dünger-N, der in Form von Nitrat vor allem in das
Grundwasser gelangt. Fast 80 % des Trinkwassers wird in Deutschland aus
Grundwasser hergestellt. In den 80er Jahren haben verschärfte Grenzwerte
zu Problemen geführt, da im Grundwasser überwiegend landwirtschaftlich
genutzter Einzugsgebiete diese Grenzwerte häufig überschritten wurden.
Als Reaktion wurden dort verschiedene Maßnahmen, wie eine besser an den
Pflanzenbedarf angepasste Düngung, durchgeführt.
In einigen Gebieten
waren diese Maßnahmen offensichtlich erfolgreich, da ein Rückgang der
Nitratkonzentration im Grundwasser festgestellt wurde. In anderen
Gebieten ist dagegen die Nitratkonzentration im Grundwasser bis heute
nicht gesunken. Dies kann möglicherweise darauf zurückgeführt werden,
dass Änderungen der Nitratkonzentration im Sickerwasser, also der
Nitrataustrag aus der landwirtschaftlich genutzten Fläche, sich erst mit
einer zeitlichen Verzögerung bemerkbar machen. Diese Verzögerung ist vor
allem von der Tiefe des Grundwassers unterhalb der Geländeoberfläche und
der Fliesszeit des neu gebildeten Grundwassers bis zur Stelle der
Trinkwassergewinnung abhängig.
Um trotz
dieser Verzögerung möglichst frühzeitig eine Rückmeldung hinsichtlich
des Erfolges der durchgeführten Maßnahmen zu erhalten, kann auch der
mehrjährige Verlauf der Bodennitratgehalte (größter Teil der
mineralischen Bodenstickstoffs, Nmin) analysiert werden. Problematisch
ist dabei jedoch, dass diese Werte stark von jährlich unterschiedlichen
Witterungseinflüssen geprägt sind. Wie eigene Forschungsergebnisse
belegen, kann der Einfluß der Witterung auf den Nmin-Wert mit hoher
Genauigkeit durch multiple Regressionsmodelle vorhergesagt werden.
In früheren
Jahrzehnten wurde bei Maßnahmen zur Vermeidung von Nitratausträgen
besonders der Trinkwasserschutz in den Vordergrund gestellt, da eine
hohe Nitratkonzentration im Trinkwasser als gesundheitsgefährdend galt.
Diese Annahme hat sich als weitgehend unhaltbar erwiesen. Es wurde
jedoch durch den Trinkwasserschutz das Bewusstsein für die allgemeine
Problematik von Nährstoffeinträgen in Gewässer gefördert. So ist
heute gesichertes Wissen vorhanden, um der möglichen Hauptschadwirkung
von Nitrat, die in der Eutrophierung der küstennahen Randgewässer liegen
könnte, besser entgegen treten zu können.
Ammoniak
Ammoniak
(NH3)
kann wie Nitrat synthetisch aus Luftstickstoff hergestellt und zu
Düngungszwecken eingesetzt werden. Er entsteht auch bei der Zersetzung
des Harnstoffs in Wirtschaftdüngern (vor allem Gülle und Mist). Der
überwiegende Teil der NH3-Emissionen
in Deutschland stammt aus der Tierhaltung. Ammoniak belastet die Umwelt
als Schadgas. Es wirkt nach mikrobieller Umsetzung versauernd und
verursacht so in Deutschland vor allem Wald- und Gebäudeschäden.
Weiterhin führt es zur Eutrophierung nährstoffarmer Ökosysteme (z.B.
Moore). Auch gefährdet es die Gesundheit von Menschen und Tieren, die
besonders in Ställen erhöhten NH3-Konzentrationen
ausgesetzt sind. Derzeit ist kein Trend erkennbar, der eine
Unterschreitung der für das Jahr 2010 gültigen der Emissionsgrenzen
erwarten lässt. Zur Verminderung von Ammoniakemissionen gibt es eine
Reihe von Maßnahmen, wie z.B. die Abdeckung von Güllelagerbehältern und
angemessene Gülleausbringungsverfahren. Auch kann eine Behandlung von
Wirtschaftdüngern die Emissionen vermindern.
Eigene
Literaturstudien haben gezeigt, dass durch den Einsatz von sauer
wirkenden Aluminium- oder Eisensalzen, die auch bei der chemischen
Abwasserreinigung in Kläranlagen eingesetzt werden, eine Verminderung
der NH3-Emissionen
erreicht werden kann. Der Einsatz dieser Salze hat gegenüber anderen
Verfahren den Vorteil, dass gleichzeitig die Löslichkeit des Phosphors
in der Gülle und somit die Umweltgefährdung durch Eutrophierung weiter
vermindert wird.
Lachgas
Lachgas (N2O)
entsteht bei der Umsetzung von N-Verbindungen im Boden und in
Wirtschaftsdüngern. Es schädigt die Ozonschicht und gilt als
Treibhausgas.
Literatur
Schweigert, P. 1996. Der Stickstoffhaushalt
des landwirtschaftlich geprägten Einzugsgebietes der Innerste im
nordwestlichen Harzvorland bei Hildesheim. Dissertation,
Universität Hannover.
Schweigert, P. 1996.
Nmin-Werte im Frühjahr sind abhängig von der Witterung der Vormonate.
Zuckerrübe 45, 128-131.
Schweigert, P. 1998. Multiple
Regressionsmodelle zur Witterungsabhängigkeit von Nmin-Werten:
Grundlagen und Anwendungsmöglichkeiten. Agribiol. Res. 51, 253-260.
Schweigert, P.1998.
Regressionsmodelle zur Witterungsabhängigkeit von Nmin-Werten. In:
„N-Simulationsmodelle“ – Möglichkeiten und Grenzen beim Einsatz in der
Praxis, Fachseminar des NLÖ am 16.7.98 in Hildesheim.
Schweigert, P. und van
der Ploeg, R.R. 1998. Erfolgskontrolle bei grundwasserschonender
Landwirtschaft durch den Nachweis witterungsunabhängiger Nmin-Trends.
Wasser & Boden 50/5, 18-21.
Gerdes, P., P.
Schweigert, A. van Kampen und S. Kunst. 1998. Einträge aus diffusen
Quellen in die Fließgewässer. DVWK-Materialien 5/1998.
Schweigert, P. 1999. Eine Innovation im
niedersächsischen Agrarbereich – die Düngung nach der Nmin-Methode.
Statistische Monatshefte Niedersachsen. 377-379.
van der Ploeg, R.R., Schweigert, P.,
and Bachmann, J. 2001. Use and misuse of nitrogen in agriculture: the German
story. ScientificWorldJournal 1, 737-744
Schweigert, P. 2002.
Abschätzung der Nitratauswaschung in Wasserschutzgebieten durch Analyse
von Nmin-Daten. Wasser & Boden 54/4, 33-36.
Schweigert, P., and van der Ploeg, R.R. 2002.
N-Effizienz der landwirtschaftlichen Produktion in der Bundesrepublik
Deutschland nach 1950: Fakten und Bewertungen. Berichte über
Landwirtschaft 80, 185-212.
Schweigert, P. und van der Ploeg, R.R. 2002.
Nmin-Messreihen als Umweltindikatoren für die Nitratgefährdung von
Gewässern. Beiträge der Landeskultur und Kulturtechnik für eine
nachhaltige Nutzung und Entwicklung der Kulturlandschaft – Geschichte
und Perspektiven – Internationale Tagung vom 15.10. bis 17.10.2002 in
Halle. Berichte des Landesamtes für Umweltschutz Sachsen-Anhalt,
Sonderheft, 167-168.
Schweigert, P. und Zimmermann, P. 2003. Der Nmin-Gehalt von Ackerböden als Agrar-Umweltindikator für
Gewässerbelastungen durch Nitrat. Berichte über Landwirtschaft
81, 161-319.
Chloupek, O., P.
Hrstkova, and P. Schweigert. 2004. Yield and its stability, crop
diversity, adaptability and response to climate change, weather and
fertilisation over 75 years in the Czech Republic in comparison to some
European countries. Field crop research 85(2-3), 167-190.
Schweigert, P., N. Pinter, and R.R. van der
Ploeg. 2004. Regression analyses of weather effects on the annual
concentrations of nitrate in soil and groundwater. J. Plant Nutr. Soil
Sci. 167, 309-318.
Schweigert, P., and R.R. van der Ploeg.
2004. Monitoring Soil Mineral Nitrogen Concentration in Germany:
Preliminary Results and Some Methodical Challenges. p. 1033-1041. In:
Guanha Huang and Luis S. Pereira (eds.) Land and Water Management -
Decision Tools and Practices, Vol II. Proceedings of the 7th Inter
Regional Conference on Environment and Water (Beijing, 11.-14.10.2004).
Schweigert, P. 2004. Verminderung von
Emissionen der Intensivtierhaltung durch den Einsatz von
Aluminiumverbindungen. Berichte über Landwirtschaft 82 (3), 351-361 |