Stickstoff: Lecks im Kreislauf

Vor 1900 war pflanzenverfügbarer Stickstoff ein knappes Gut. Innerhalb von nur 100 Jahren hat der Mensch den natürlichen Stickstoffkreislauf völlig aus dem Gleichgewicht gebracht. Aus den Lecks im System gelangen heute gewaltige Mengen an biologisch aktivem Stickstoff in die Atmosphäre, das Grundwasser, die Flüsse und in naturnahe Lebensräume.

Text: Gregor Klaus

Stickstoff ist als Bestandteil der Proteine ein besonders wichtiger Baustein des Lebens. Ohne ihn gäbe es keine höheren Tiere und Pflanzen in der heutigen Form auf der Erde. Alle wichtigen Prozesse wie Wachstum und Vermehrung werden von Substanzen gesteuert, die an zentralen Stellen Stickstoffatome enthalten.

Gasförmiger Stickstoff ist allgegenwärtig: 78 % der Luft, die wir einatmen, besteht aus diesem Element. Ein Glücksfall? Weit gefehlt: Der Luftstickstoff ist für die allermeisten Organismen völlig nutzlos. Zum eigentlichen Lebenselixier wird Stickstoff erst, wenn er in einer biologisch verfügbaren Form vorliegt. Die wichtigste chemische Verbindung ist das Nitrat, das von Pflanzen aufgenommen und verwertet werden kann. Doch dieser chemisch gebundene Stickstoff ist von Natur aus Mangelware.

Lange Zeit waren Blitze und Vulkanausbrüche die einzigen Prozesse, die zur Entstehung von komplexeren, biologisch verwendbaren Stickstoffverbindungen geführt haben. Vor rund 2,5 Mrd. Jahren sorgte die Evolution für einen Quantensprung: Bestimmten Mikroorganismen gelang es, Luftstickstoff zu binden und für sich nutzbar zu machen. Überschüssiger Stickstoff gelangte in den Boden und stand anderen Organismen zur Verfügung. Eine Pflanzengruppe, die Leguminosen, zu denen Klee und Bohnen gehören, ging sogar eine Symbiose mit den kleinen Stickstofffabrikanten ein.

Begehrtes Lebenselixier

Langsam konnte sich der bioverfügbare Stickstoff in den entstehenden Ökosystemen anreichern; er blieb aber eine knappe Ressource. «Es ergab sich ein weitgehend geschlossener Kreislauf, in welchem der Stickstoff in seinen verschiedenen chemischen Formen zwischen Boden, Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen rezykliert wurde», erklärt Christoph Moor, Sektionschef Biozide und Pflanzenschutzmittel beim BAFU.

Auch der Mensch musste sich diesem Kreislauf unterordnen. Durch die Ernte von Kulturpflanzen entzog er den Böden laufend Stickstoff. In der vorindustriellen Landwirtschaft wurde der drohende Mangel vor allem mit Brachen, Fruchtwechseln und der Zufuhr von stickstoffhaltigem Mist aus der Viehhaltung bekämpft. Von grosser Bedeutung war der Anbau von Leguminosen mit ihren stickstofffixierenden Helfern. Dennoch hatten nur die wenigsten Ackerflächen eine angemessene Stickstoffversorgung. Böden drohten auszulaugen.

Das Ende des geschlossenen Kreislaufs

Mit der industriellen Revolution begann der Mensch, den seit Mio. von Jahren existierenden Stickstoffkreislauf radikal zu verändern. Bei der Verbrennung von Holz, Kohle, Gas und Erdöl entstehen grosse Mengen an Stickstoffverbindungen, die zu gesundheitlichen Schäden führen können. Endgültig aus den Fugen geriet der Kreislauf zu Beginn des 20. Jahrhunderts, als Wissenschaftler herausfanden, wie sich aus Luftstickstoff durch Zufuhr grosser Mengen an Energie und unter hohem Druck bioverfügbarer Stickstoff herstellen lässt. «Der unerschöpfliche Vorrat an Luftstickstoff konnte damit in grossem Stil angezapft werden», sagt Christoph Moor. Seither kommt der Stickstoff nicht nur hinten aus der Kuh, sondern auch aus Säcken. Riesige Mengen an industriell hergestelltem Kunstdünger gelangen jedes Jahr auf die Äcker und sorgen für die Ernährung der ständig steigenden Weltbevölkerung. Der Kreislauf wurde zum offenen System: In der Schweiz bleibt jedes Jahr weniger als die Hälfte des Stickstoffs im Kreislauf Landwirtschaftsboden-Feldfrüchte-Vieh-Landwirtschaftsboden.

Gesprengt werden die Stickstoffflüsse in Ländern wie der Schweiz auch durch hohe Futtermittelimporte. Die rund drei Mio. Kühe, Rinder und Schweine, die mit den ausländischen und inländischen Futtermitteln gemästet werden, produzieren Gülleüberschüsse, die auf die Äcker und Wiesen ausgebracht werden, wobei ein grosser Teil des Stickstoffs als Ammoniak in die Atmosphäre entweicht. Früher oder später gelangt dieser Stickstoff flächendeckend auf die Böden - und damit auch in Lebensräume, in denen die zu hohe Düngung eine negative Entwicklung in Gang setzt. Ein Teil des Stickstoffs entweicht aus den Böden als Lachgas, das nicht nur ein hochpotentes Treibhausgas ist, sondern auch die Ozonschicht angreift.

Das System leckt auch im Boden. Nitrat, das nicht von den Ackerpflanzen aufgenommen werden kann, wird ins Grund- oder Oberflächenwasser abgeschwemmt, wo es nicht erwünscht ist. Problematisch sind auch die Stickstofffrachten, die von den Flüssen ins Meer transportiert werden. Die menschlichen Ausscheidungen werden zwar in den Kläranlagen aufgefangen; es wird aber nur ein Teil des Stickstoffs entfernt. Der Rest fliesst in die Meere. Die dort auftretenden Schäden sind ein weiteres sichtbares Zeichen dafür, dass der Mensch massiv in den Stickstoffhaushalt der Natur eingegriffen hat.

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Letzte Änderung 21.05.2014

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