Biologisch, physikalisch und chemisch sind der Welt Grenzen gesetzt, die trotz Fortschritt und technischer Innovation nicht zu überwinden sind. Ausgehend von dieser Erkenntnis hat sich, unter anderem, das Potsdamer Institut für Klimaforschung damit beschäftigt wie viel dem Planeten zugemutet werden kann bevor Ökosysteme zusammenbrechen und schwere Folgen absehbar sind. Daraus entstand die Theorie der planetaren Grenzen, die wir euch hier schon zur planetaren Grenze der Landnahme näher erklärt haben.
Der sich auflösende biogeochemische Kreislauf wurde von den Wissenschaftler:innen als die zweit gefährdedste planetare Grenze eingestuft. Und das hat auch unmittelbaren Einfluss auf die Böden.
Was ist der Biogeochemische Kreislauf?
Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff: Diese vier Elemente sind für das Leben auf der Erde unentbehrlich. Sie werden bei biologische, chemische und physikalische Prozesse permanent gebraucht. Eingebaut in verschiedenartige chemische Verbindungen, werden sie durch die Biosphäre freigesetzt und über die Atmosphäre, Hydrosphäre und langfristig auch über die Geosphäre transportiert und verteilt. Am Ende finden sie irgendwann den Weg zurück in die Biosphäre, um dort erneut von Organismen umgesetzt zu werden. Da diese zyklischen Umwandlungsprozesse miteinander verbunden sind und sowohl durch die Biologie der Organismen als auch durch chemisch-physikalische Abläufe in der Atmosphäre, Hydrosphäre und Geosphäre gesteuert werden, bezeichnen wir sie als „Biogeochemische Kreisläufe der Elemente“ Erläutert das Max-Planck Institut für Biogeochemie in Jena.
Insbesondere der Stickstoffeintrag in die Atmosphäre hat nach Ansicht der Forscher die planetaren Grenzen überschritten und sie warnen vor einem hohen Risiko für gravierende Folgen.
Die Sache mit den Ns
Der meiste Stickstoff auf der Welt tritt in Form von gasförmigem Stickstoff auf, der harmlos ist. Stickstoff wird mit dem chemischen Zeichen N benannt, entsprechend sind Stickstoffverbindungen wie Ammoniak (NH3), Stickstoffdioxid (NO2), Lachgas (N2O), und Nitrat (NO3). Sie sind in der Natur ein kostbares Gut. Alle Lebewesen brauchen Stickstoff als Baustein für Eiweiße und die Erbsubstanz DNS. Ohne ihn gäbe es keine höheren Tiere und Pflanzen auf der Erde. Wichtige Prozesse wie Wachstum und Vermehrung werden von Substanzen gesteuert, die an zentralen Stellen Stickstoffatome enthalten. Im natürlichen Stickstoffkreislauf ist der verfügbare reaktive Stickstoff begrenzt und zirkuliert zwischen Boden und Organismen.
Folgen für die Böden
Eine der wichtigsten Stationen des Stickstoffkreislaufs ist der Boden. Hier wird Stickstoff heute vor allem in Form von Gülle direkt eingetragen und von den Bodenlebewesen verarbeitet. Weil der Stickstoffeintrag in den meisten Gegenden viel zu hoch ist und nicht ausreichend von den Pflanzen aufgenommen werden kann, verringert sich die Aktivität der Bodenlebewesen und die Bodenstruktur verschlechtert sich zusehends (v.a. durch Ammoniak NH3), es kommt zu einer Versauerung von Böden (v.a. durch Stickstoffidioxide N02) und bei der Verarbeitung durch die Mikroorganismen wird das klimaschädliche Lachgas (N20) frei und Nitrat gebildet, welches Gewässer schädigt. Die Qualität von Böden wird durch dauerhafte Überdosis von Stickstoffen nachhaltig verschlechtert, was Landwirte einerseits noch abhängiger von Dünger macht und andererseits das langfristige Überleben ihrer Betriebe wesentlich unsicherer macht.
Im Jahr 2017 waren Düngemittel mit 55 % (103 kg Stickstoff je Hektar und Jahr) die wichtigste Komponente der Stickstoffzufuhr in der Gesamtbilanz. Futtermittel aus dem Inland trugen mit 21 % (40 kg/ha), Futtermittel aus dem Ausland mit 12 % (23 kg/ha), die biologische Stickstofffixierung aus der Luft durch Bodenbakterien mit 7 % (13 kg/ha), die außerlandwirtschaftlichen Emissionen aus der Industrie und Verkehr mit 2,0 % (4 kg/ha), Saat- und Pflanzgut mit 1 % (1 kg/ha) und KoFermente mit 1 % (2 kg/ha) zur Stickstoffzufuhr bei.
Überschüssiger Stickstoff sorgt aber nicht nur in den Böden für Problemen, sondern in der Luft schädigen Stickoxide direkt die menschliche Gesundheit und fungieren als Vorläuferstoffe von Feinstaub und Ozon. Gelangen Nitrate ins Trinkwasser, belasten sie die menschliche Gesundheit zusätzlich. Lachgas schädigt die Ozonschicht und trägt so zum Klimawandel bei.
Deutscher Einsatz bleibt kläglich.
Bis 2010 sollten die jährlichen Stickstoffüberschüsse in der Gesamtbilanz auf 80 Kilogramm je Hektar landwirtschaftlich genutzter Fläche reduziert werden, definierte die Bundesregierung 2007 in ihrer Nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt. Erreicht wurde jedoch bis 2010 nur eine Absenkung auf 96 Kilogramm/ Hektar. 5 Jahre später hat man die lediglich eine Absenkung um weitere 2 kg/ha auf 94 kg/ha geschafft.
Das wiederholt geringe Engagement hat der Bundesregierung eine Klage wegen Vertragsverletzung der europäischen Nitratrichtlinie eingehandelt, der 2018 vom Europäischen Gerichtshof stattgegeben wurde. Der Verstoß liege darin, dass die Bundesrepublik keine weiteren zusätzlichen Maßnahmen oder verstärkte Aktionen zum Schutz der Gewässer vor Verunreinigung durch Nitrat aus der Landwirtschaft ergriffen habe, obwohl deutlich gewesen sei, dass die bis dahin ergriffenen Maßnahmen nicht ausreichten, urteilte das Gericht.
Ob die 2017 und 2020 geänderte Düngevorschrift etwas gebracht hat, wird sich zeigen. Neue Daten gibt es erst 2024. Starke Zweifel gibt es aber aktuell beim Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft: “Die Nitratverschmutzung ist weiterhin das Hauptproblem für den Grundwasserschutz. Auch die aktuellen Änderungen des Düngerechts entsprechen nicht den EU-Vorgaben. Diese müssen endlich vollumfänglich umgesetzt werden. Ein „künstliches Wegrechnen“ von Grenzwertüberschreitung darf nicht mehr möglich sein.”
Übrigens gibt es Alternativen: Wenige freilebende und mit Pflanzen symbiotische Bakterien (insbesondere Leguminosen-Symbionten) können Stickstoff aus der Luft in eine Form umwandeln, die Pflanzen nutzen können. Damit der Boden seine Stickstoffvorräte wieder auffüllen kann, lässt man bei traditionellen landwirtschaftlichen Praktiken Land brachliegen oder pflanzt Leguminosen zwischen der Ernte und der Aussaat der nächsten Kultur, erklärt die europäische Umweltagentur.
Anschauliche Broschüre zu Stickstoff in der Umwelt der deutschen Umwelthilfe
Hintergrundpapier der deutschen Umwelthilfe zu Stickstoff in der Umwelt
Indikatorenbericht der Bundesregierung zur nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt 2014
Indikatorenbericht der Bundesregierung zur nationalen Strategie zur biologischen Vielfalt 2019