Stickstoff

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Ein Traktor düngt ein Feld
Quelle: Emjay Smith / Fotolia

Stickstoff ist ein unentbehrlicher N?hrstoff für alle Lebewesen. Der Einsatz mineralischer und organischer Stickstoffdünger zur Steigerung von Ertr?gen ist daher g?ngige Praxis in der Landwirtschaft. Entscheidend ist der sorgsame und bedarfsgerechte Einsatz. Stickstoffüberschüsse k?nnen Wasser- und Land-?kosysteme belasten sowie Klima, Luftqualit?t und die Biodiversit?t beeintr?chtigen.

Inhaltsverzeichnis

 

Einführung

Stickstoff (N) ist ein elementarer Baustein aller Lebewesen. Stickstoffverbindungen durchlaufen sowohl Boden und Luft als auch Wasser. Eine durch den Menschen verursachte überlastung und St?rung des natürlichen N-Kreislaufs und empfindlichen Systems kann jedoch zu Beeintr?chtigungen von Umwelt und Gesundheit führen. Mehr als 50 Prozent der reaktiven Stickstoffverbindungen gelangen in Deutschland über die Landwirtschaft in die Umwelt. Weitere Eintr?ge erfolgen zu etwa gleichen Teilen durch Industrie, Verkehr und private Haushalte. Stickstoff wird in der Landwirtschaft als Dünger eingesetzt, um hohe Ertr?ge bei guter Qualit?t zu erzielen sowie ausreichend N?hrstoffe nachzuliefern und die Bodenfruchtbarkeit zu erhalten. Die immer noch deutlich zu hohen Stickstoffüberschüsse landwirtschaftlich genutzter B?den entstehen, wenn mehr gedüngt als von den Pflanzen entzogen wird. Der Zielwert der nationalen Nachhaltigkeitsstrategie der Bundesregierung, den Stickstoffüberschuss auf 70 Kilogramm (kg) N pro Hektar (ha) im Fünfjahresdurchschnitt zu begrenzen, konnte bisher nicht erreicht werden. Im Mittel der Jahre 2013 bis 2017 betrug der Stickstoffüberschuss aus der Gesamtbilanz für Deutschlands rund 94 kg N/ha LF. Neben der Fl?chennutzung (78 Prozent) tragen auch die Tierhaltung (21 Prozent) und die Biogaserzeugung (1 Prozent) zum Stickstoffüberschuss der Landwirtschaft bei. Der über die Gesamtbilanz berechnete überschuss zeigt einen Mittelwert für die gesamte landwirtschaftlich genutzte Fl?che in Deutschland und bildet keine regionalen Unterschiede ab. Aktuelle Zahlen zur r?umlichen Verteilung der Stickstoffüberschüsse aus der Fl?chenbilanz für Deutschland auf Bundesland- und Kreisebene finden sich hier.

Ein überma? an Stickstoff und die Verlagerung in empfindliche ?kosysteme kann gravierende Auswirkungen auf die Umwelt haben.

Wird der ausgebrachte Stickstoffdünger nicht durch die Pflanzen aufgenommen, kann er in Grund- und Oberfl?chengew?sser oder die Luft ausgetragen werden. Dort gef?hrdet er als Nitrat das Grundwasser und tr?gt zur N?hrstoffüberversorgung (Eutrophierung) von Oberfl?chengew?ssern und Land?kosystemen bei. über die Luft wird Ammoniak in empfindliche ?kosysteme eingetragen wo es eine eutrophierende und versauernde Wirkung hat. Die entstehenden Treibhausgase beeintr?chtigen zudem das Klima. Negative Folgen hat dies auf die Landschaftsqualit?t und die Artenvielfalt.

 

Gefahren für die Umwelt

Auswirkungen auf das Grundwasser

Stickstoff kann im Boden in unterschiedlichen Formen vorliegen. In der Ammoniumform (NH4) ist er zun?chst an Bodenpartikel gebunden. Im Laufe der Zeit wird er jedoch durch Bodenmikroorganismen in Nitrat (NO3) umgewandelt. Nitrat ist im Boden sehr mobil und kann insbesondere im Herbst nach der Ernte und bei starken Niederschl?gen mit dem Sickerwasser in das Grundwasser verlagert werden. Im Grundwasser – und in der Folge dann im Trinkwasser – kann Nitrat unter bestimmten Bedingungen in das gesundheitlich bedenkliche Nitrit umgewandelt werden. Der Grenzwert für Nitrat im Trinkwasser wurde deshalb 1991 EU-weit auf 50 mg/l festgesetzt. Die letzte Erhebung der Grundwasserqualit?t nach EU-Wasserrahmenrichtlinie hat 2016 ergeben, dass sich 34,8 Prozent der Grundwasserk?rper in einem schlechten chemischen Zustand befinden. Als Hauptursache dafür sind diffuse Belastungen durch Nitrat zu nennen (27,1 Prozent aller Grundwasserk?rper). Hauptquellen sind Stickstoffüberschüsse durch Düngung, Fütterung proteinhaltiger Konzentrate und die Mineralisation organischer Substanz. Auch beim Grünlandumbruch werden in kurzer Zeit durch Mineralisation der organischen Bodensubstanz gro?e Nitratmengen freigesetzt. In einigen Regionen Deutschlands, insbesondere in den Viehhaltungsregionen Nordwestdeutschlands, wo gro?e Mengen an tierischen Wirtschaftsdüngern anfallen, wird dieser Grenzwert zum Teil erheblich überschritten. Grund hierfür ist h?ufig ein unsachgem??er, also zeitlich und mengenm??ig nicht an den Pflanzenbedarf angepasster Einsatz von Wirtschaftsdüngern. Verst?rkt wird diese Situation durch den in den letzten Jahren durch das Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) forcierten Zuwachs an Biogasanlagen in den Viehhaltungsregionen. Diese verwenden neben einem geringen Anteil an Wirtschaftsdüngern vor allem Mais als G?rsubstrat für die Stromerzeugung, was zur Folge hat, dass die für die Tierhaltung ben?tigten Futtermittel zunehmend importiert werden. Die anfallenden G?rreste sind reich an N?hrstoffen und werden zus?tzlich zu den ohnehin anfallenden Wirtschaftsdüngern auf die Felder ausgebracht.


Auswirkungen auf die Oberfl?chengew?sser

Gro?e Mengen an Stickstoffverbindungen aus der Landwirtschaft gelangen mit dem Grundwasser und aus Abschwemmungen von landwirtschaftlich genutzten Fl?chen in die Oberfl?chengew?sser. In Flüssen, Seen und Meeren kommt es dadurch zu überh?hten N?hrstoffgehalten, die zur ⁠Eutrophierung⁠ der betroffenen Gew?sser führen. Eine überversorgung mit Stickstoff führt im Gew?sser zu einer Steigerung der pflanzlichen Prim?rproduktion, zum Beispiel von Algen. Das wiederum kann zu erheblichem Sauerstoffmangel im Gew?sser und zu lebensfeindlichen Bedingungen für Tiere und Pflanzen führen. Die Wirkung, die eine überm??ige Stickstoffzufuhr auf Oberfl?chengew?sser hat, h?ngt jedoch auch von anderen wachstumsbegrenzenden N?hrstoffen wie zum Beispiel Phosphor ab. Das Verh?ltnis von Stickstoff und Phosphor ist entscheidend für die Wachstumsbedingungen von Pflanzen. Das natürliche, biologische Verh?ltnis von 16 (Stickstoff):1 (Phosphor) in Gew?ssern hat sich aufgrund der hohen Stickstoffeintr?ge zu Gunsten des Stickstoffs verschoben. W?hrend in Meeren Stickstoff der wachstumsbegrenzende Faktor und damit entscheidend für N?hrstoffwirkungen ist, kann in den meisten Flüssen, Seen und Küstengew?ssern Phosphor (entstammt ebenfalls überwiegend der Landwirtschaft) für das überm??ige Pflanzenwachstum verantwortlich gemacht werden. Sauerstoffmangel und die Verdr?ngung ursprünglicher Pflanzen und Tiere, die an die neuen Lebensbedingungen weniger gut angepasst sind, führen zu einem Verlust der Artenvielfalt in den Gew?ssern.


Auswirkung auf die Biodiversit?t

In naturnahen, terrestrischen (Wald-)?kosysteme kann eine überversorgung mit Stickstoff (Eutrophierung) langfristig negative Auswirkungen auf die Vegetation und die Artenzusammensetzung haben. Pflanzen und Tiere, die an n?hrstoffarme Lebensbedingungen angepasst sind, k?nnen durch stickstoffliebende Arten die sich dann st?rker ausbreiten, verdr?ngt werden. In der Folge kann es zu einer Vereinheitlichung der Vegetation und zu einem Rückgang der biologischen Vielfalt kommen.

Weiterhin verursacht die Stickstoffüberdüngung bei Kulturpflanzen und B?umen ein überm??iges Wachstum in die L?nge und weiche, schwammige Triebe, Zellen und Gewebe. Sie werden anf?lliger gegenüber Frost und Hitze, die Lagerf?higkeit der Ernteprodukte nimmt ab und Pflanzensch?dlinge sowie Bakterien- und Pilzkrankheiten k?nnen sich leichter ausbreiten. Ertragseinbu?en bei landwirtschaftlichen Kulturpflanzen und Windbruchsch?den in W?ldern k?nnen folgen.


Auswirkungen auf die Luftqualit?t

Der Anteil des in Wirtschaftsdüngern enthaltenen Ammoniums (NH4) am Gesamtstickstoff (N) betr?gt bei Stallmist rund 15 Prozent, bei Gülle etwa 60 Prozent und bei Jauche nahezu 95 Prozent. Bei der Lagerung und Ausbringung der Wirtschaftsdünger wird das Ammonium zu Ammoniak (NH3) umgewandelt und kann in die Atmosph?re entweichen. Ammoniak emittiert zudem aus gro?en landwirtschaftlichen Tierhaltungsanlagen. Bei den synthetischen Stickstoffdüngern kann insbesondere bei der Anwendung von ammoniumbildenden Harnstoffdüngern bzw. ammoniumhaltiger AHL-L?sung gr??ere Mengen an Ammoniak entweichen – bis zu 15 Prozent des Gesamt-Stickstoff-Gehalts.

Die H?he der Ammoniakverluste bei der Ausbringung h?ngt von zahlreichen Boden- und Wetterbedingungen ab. Ein hoher pH-Wert, eine geringe Pufferkapazit?t, geringe Bodenfeuchte, hohe Temperaturen und Wind begünstigen die Ammoniakausgasung. Um diese zu reduzieren beziehungsweise zu vermeiden enth?lt die in 2017 novellierte Düngeverordnung (DüV) eine Reihe von Anforderungen zur vorschriftsm??igen Ausbringung von Wirtschaftsdüngern bzw. Harnstoffdüngern. Wirtschaftsdünger müssen beispielsweise auf unbestelltem Ackerland unverzüglich und sp?testens innerhalb von vier Stunden nach der Ausbringung in den Boden eingearbeitet werden. Die Ausbringung von flüssigen Wirtschaftsdüngern ist zudem auf bestelltem Ackerland ab 2020 und auf Grünland ab 2025 nur noch mit emissionsarmer Ausbringtechnik (Schleppschlauch, Schleppschuh, Injektionsverfahren) erlaubt. Harnstoffdünger dürfen ab 2020 nur noch ausgebracht werden, wenn ihnen ein Ureaseinhibitor zugesetzt wurde oder wenn sie sp?testens innerhalb von vier Stunden eingearbeitet werden.

Ammoniak ist Vorl?uferstoff für gesundheitssch?digende sekund?re Feinst?ube. Zum anderen wirkt Ammoniak sch?digend in angrenzenden ?kosystemen. Moose und Flechten beispielsweise reagieren schon bei geringen atmosph?rischen Konzentrationen von Ammoniak mit Ver?nderungen in ihrer Artenzusammensetzung. Die Ablagerung von Ammoniak in empfindlichen ?kosystemen kann zu Risiken für die Biodiversit?t führen.


Auswirkungen auf das ⁠Klima

Lachgas (N2O) ist ein hochwirksames Treibhausgas, dessen Klimawirksamkeit 265-mal so stark ist wie die von Kohlendioxid (CO2). Die Landwirtschaft ist für rund 80 Prozent?der Lachgasemissionen in Deutschland verantwortlich. Die wesentliche Quelle der N2O-Emissionen sind die Emissionen aus landwirtschaftlich genutzten B?den. Die H?he dieser Emissionen wird dabei ma?geblich durch das Stickstoffmanagement bestimmt: Die Ausbringung von organischen und mineralischen Düngemitteln sowie die Einarbeitung von Ernteresten. Die entscheidenden Faktoren sind dabei die H?he des N-Eintrages und die Standortfaktoren wie Bodeneigenschaften und Witterung. Neben den direkten Lachgasemissionen aus der Stickstoffdüngung kommt es noch zu indirekten N2O-Emissionen, die durch den Austrag von Nitrat und Ammoniak in andere ?kosysteme verursacht werden.

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Auswirkungen auf den Boden

Eine unsachgem??e, überh?hte Düngemittelgabe insbesondere von sauren Düngemitteln (wie zum Beispiel Ammoniumsulfat) kann zu einer beschleunigten Bodenversauerung beitragen. Das bei der Nitrifikation entstehende Nitrat (NO3) ist besonders mobil. Wird es nicht von den Pflanzen aufgenommen, sondern in das Grundwasser ausgewaschen (Basenauswaschung), beschleunigt sich die Bodenversauerung. Damit verbunden sind gleichzeitig Ver?nderungen der Bodenstruktur und der Lebensbedingungen für Bodenmikroorganismen. In der Folge kann dies Einfluss auf die Bodenfruchtbarkeit und auf die Ertr?ge und die Qualit?t der pflanzlichen Produkte haben. Mineraldünger, insbesondere Phosphatdünger, aber auch organische Reststoffdünger wie Kl?rschl?mme enthalten darüber hinaus Schwermetalle (vor allem Uran und Cadmium).

 

Ma?nahmen zur Begrenzung der Stickstoffeintr?ge

Um eine Verbesserung des Umweltzustands zu erreichen und den Eintrag reaktiver Stickstoffverbindungen zu reduzieren, wurden in der europ?ischen und nationalen Umweltpolitik Richtlinien und Strategien mit definierten Umweltqualit?tszielen und Ma?nahmen verabschiedet.

Zum Schutz des Grund- und Oberfl?chenwassers vor Nitrat-Verunreinigungen aus der Landwirtschaft wurde 1991 die EU-Nitratrichtlinie erlassen. Diese sieht die überwachung des Grund- und Oberfl?chenwassers, die Ausweisung gef?hrdeter Gebiete und die Aufstellung von Regeln der guten fachlichen Praxis in der Landwirtschaft vor. Sie beschreibt Ma?nahmen, die von den Mitgliedstaaten anhand von Strategien und Aktionsprogrammen umgesetzt werden müssen. Für die Beurteilung des Erfolgs der durchgeführten Ma?nahmen zur Minderung von Stickstoff müssen die Mitgliedstaaten den Zustand ihrer Oberfl?chengew?sser und Grundwasservorkommen alle vier Jahre bewerten und der EU-Kommission einen Nitratbericht vorlegen. Die Nitratrichtlinie wird in Deutschland im Wesentlichen mit der Düngeverordnung (DüV) in nationales Recht umgesetzt. Deutschland und einige andere Mitgliedstaaten wenden die Ma?nahmen der Nitratrichtlinie in ihrem gesamten Hoheitsgebiet an und verzichten deswegen auf die Ausweisung gef?hrdeter Gebiete. Damit gelten die Regeln der guten fachlichen Praxis der Landwirtschaft, die in der Düngeverordnung festgeschrieben sind, für das gesamte Bundesgebiet und müssen von allen Landwirten eingehalten werden.

Der aktuelle Nitratbericht von 2016 zeigt, dass es in den vergangenen 10 Jahren praktisch zu keiner Ver?nderung der Grundwasserbelastung gekommen ist. So sind die Nitratgehalte im oberfl?chennahen Grundwasser weder im repr?sentativen EUA-Grundwassermessnetz noch im sogenannten Belastungsmessnetz in den letzten beiden Berichtszeitr?umen (2008-2011 und 2012-2014) erkennbar gesunken. Somit wird der von der Wasserrahmenrichtlinie geforderte "gute Zustand" des Grundwassers in Deutschland bisher nicht fl?chendeckend erreicht. Der Zustand ist also unbefriedigend und eine Besserung nicht in Sicht. Daraus ergibt sich nach der Nitratrichtlinie für die Bundesregierung die Pflicht, weitergehende wirksamere Ma?nahmen zu ergreifen, um das angestrebte Ziel zu erreichen. Dieser Verpflichtung ist Deutschland nicht in ausreichendem Ma?e nachgekommen. Im Oktober 2013 hat die Europ?ische Kommission daher ein Mahnverfahren gegen Deutschland wegen unzureichender Umsetzung der EU-Nitratrichtlinie eingeleitet und im Oktober 2016 Klage beim Europ?ischen Gerichtshof (EuU-GH) eingereicht. Der EuGH hat dann im Juni 2018 festgestellt, dass Deutschland gegen seine Verpflichtungen zum Schutz des Grundwassers im Rahmen der Nitratrichtlinie versto?en hat. Das Urteil bezog sich zwar auf die DüV von 2006, hatte aber auch Auswirkungen auf die gerade erst in 2017 in Kraft getretene umfassend überarbeitete Düngegesetzgebung. Denn aus der Urteilsbegründung war bereits zu erkennen, dass auch diese ?nderungen nicht reichen würden, um die Nitratrichtlinie vollst?ndig umzusetzen.. Somit ist eine erneute überarbeitung der Düngegesetzgebung notwendig geworden, die voraussichtlich im Frühjahr 2020 abgeschlossen sein wird.

Das Umweltbundesamt hat 2009 eine ?Integrierte Strategie zu Minderung von Stickstoffemissionen“ erarbeitet, die konkrete Ma?nahmen für die emittierenden Sektoren aufzeigt. Die Fachbroschüre "Reaktiver Stickstoff in Deutschland - Ursachen, Wirkungen, Ma?nahmen" von 2014 fasst die aktuellsten Erkenntnisse dazu zusammen und stellt sie auf eine neue Datenbasis. Der Landwirtschaft wird der gr??te Handlungsbedarf aber auch das gr??te Minderungspotenzial zugesprochen. Zudem k?nnen hier die gr??ten Synergie-Effekte beim Erreichen von Zielen des Gew?sser- und Klimaschutzes sowie der Luftreinhaltung, genutzt werden.

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