Stickstoffdüngung

In diesem Artikel beschreibe ich die Eigenschaften, den Ursprung und Zyklus von Stickstoff, einem der wichtigsten Pflanzennährstoffe, der 1-5% der Pflanzentrockenmasse ausmacht [1]. In zukünftigen Beiträgen gehe ich auf weitere Pflanzennährstoffe ein.

Stickstoff hat einen grossen Einfluss auf den Ertrag von Pflanzen und wird deshalb üblicherweise in der Landwirtschaft als Dünger zugeführt [1,2]. Der Stickstoff ist ein wichtiger Baustein von Proteinen und der DNA, was ihn für sämtliches Leben unersetzlich macht [1]. In Pflanzen kommt Stickstoff auch Chlorophyllmolekül vor, welches die Pflanzen grün erscheinen lässt und für die Aufnahme von Sonnenenergie (Photosynthese) eine wichtige Rolle spielt. Ohne eine ausreichende Stickstoffversorgung zeigen Pflanzen meist eine heller Grünfärbung als üblich, manchmal sogar gelblich (Chlorose) [1]. Stickstoffmangel bewirkt auch ein kleineres Wachstum und Ertragseinbussen [1]. Innerhalb der Pflanze ist Stickstoff sehr mobil und kann so von älteren in jüngeren Blättern transportiert werden um die Pflanzenwachstum zu optimieren [1].

Der wichtigste Weg Stickstoff in den Boden zu bringen, damit er von Pflanzen verwertet werden kann ist die Fixierung aus der Luft. Diese enthält 78% Stickstoff und stellt somit eine nahezu unerschöpfliche Stickstoffquelle dar [3]. Spezialisierte Mikroben im Boden können die Fixierung vollziehen, einige von ihnen leben frei im Boden, andere mögen es sich mit bestimmten Pflanzen zusammenzuarbeiten [1]. Die Familie der Leguminosen (Hülsenfrüchtler) ist bekannt für die Symbiose mit Rhizobia Bakterien. Die Pflanze wird dabei zur Bildung von Wurzelknöllchen angeregt, in welchen die Bakterien leben und den Stickstoff fixieren. Bei diesem Tauschgeschäft liefert die Pflanze Kohlenhydrate und erhält von den Bakterien Stickstoffverbindungen. Gibt es allerdings bereits reichlich Stickstoff im Boden, ziehen es Leguminosen üblicherweise vor, diese mit weniger Aufwand verbundene Ressource zu nutzen und die Fixierung sinkt [1]. Die Stickstofffixierung macht Leguminosen interessant für die Landwirtschaft. Durch Einbauen solcher Pflanzen in die Fruchtfolge (Abfolge von verschiedenen Pflanzen auf einem Feld) können den Folgekulturen Nährstoffe zur Verfügung gestellt werden, insbesondere wenn eine Gründungung durchgeführt wird (Pflanzen werden in den Boden gearbeitet und dienen als Nährstoffquelle) [4].

Ist der Stickstoff einmal in einer organischen Form, kann er im Boden rezykliert werden. Allerdings ist der Stickstoff in Biomasse, wie totem Pflanzenmaterial nicht direkt verfügbar für die Pflanzen. Dazu wandeln Bodenmikroben dieses Material um (Mineralisation) [1]. Dieser Prozess dauert eine Weile, was wiederum bedeutet, dass eine Gabe von organischem Material in der Landwirtschaft eine limitierte, unmittelbare Wirkung hat und eher längerfristig wirkt [5]. Wird organisches Material mit hohem Kohlenstoffanteil verwendet (Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff > 25), kann sogar bereits verfügbarer Stickstoff im Boden kurzfristig immobilisiert werden, so dass er den Pflanzen nicht mehr zur Verfügung steht [1]. Dabei bauen sich nämlich Populationen von Bodenmikroben auf, welche den Kohlenstoff als Energie verwenden und den Stickstoff zum wachsen benötigen. Der Stickstoff kann nach dem Ableben der Mikroben aber wieder pflanzenverfügbar gemacht werden. Stickstoff im Boden kann auch wieder zurück in die Luft überführt werden durch den Prozess der Denitrifikation, was ein Verlust an pflanzenverfügbarem Stickstoff bedeutet.

In der biologischen Landwirtschaft wird Stickstoff in Form von Gülle, Mist, Mulchen oder anderen organischen Materialien zugeführt. Im Gegensatz zur chemischen Stickstoffdüngung werden dabei auch weitere wichtige Nährstoffe in den Boden gebracht [2]. Die synthetischen Stickstoffdünger werden mittels des Haber-Bosch Verfahrens produziert, welches eine riesige Menge an Energie benötigt (ein Prozent der globalen Energie) [3]. Die Produktion von einem Kilo Stickstoff verbraucht rund einen Liter Benzin! Diese synthetischen Dünger sind üblicherweise sehr gut pflanzenverfügbar, können gleichzeitig aber auch recht schnell verloren gehen [1]. Diese Verluste beinhalten Auschwaschung, Obeflächenabfluss und Verflüchtigung. Dies kann zu Trinkwasserverunreinigungen durch Nitrat [6] und ungewollte Düngung von natürlichen Ökosystemen führen (z.B. Eutrophierung von Gewässern) [3,7].

Um Stickstoffverluste in der konventionellen wie auch der biologischen Landwirtschaft möglichst zu reduzieren, spielt der Zeitpunkt sowie die Applikationstechnik eine wichtige Rolle. Es wurde ebenfalls gezeigt, dass durch Abdecken des Hofdüngerlagers, die Verflüchtigung (Verlust als Ammoniakgas) stark eingeschränkt werden kann [8]. Bei der Ausbringung von Gülle sollte diese möglichst bodennah ausgebracht oder sogar injiziert werden, da bei der Düngung mit Drallteller sonst die Verflüchtigung erhöht ist [9]. Grundsätzlich sollte eine Düngung nicht vor einem starken Regen stattfinden, da sonst Verluste durch Auswaschung und Oberflächenabfluss entstehen können.

Bei Stickstoff wie auch anderen Pflanzennährstoffen beinhaltet eine nachhaltige Praxis auch das Rezyklieren von durch den Menschen konsumierten Nährstoffen. Häufig werden allerdings verschiedene Abwässer, so dass diese mit ungünstigen und giftigen Stoffen verunreinigt werden. Dies erschwert die erneute Nutzung als Dünger, so wurde in der Schweiz 2006 sogar ein Verbot erlassen Klärschlämme als Dünger in der Landwirtschaft zu verwenden [10]. Diese Schlämme müssen wie andere Abfälle verbrannt werden. Es gibt aber auch neue Ideen und Ansätze wie man den Kreislauf schliessen kann. In einem künftigen Beitrag werde ich näher darauf eingehen wie moderne Ansätze menschliche Exkremente wieder als Dünger verwendet werden können.

Vielen Dank fürs Lesen! Ich hoffe der Beitrag hat Ihnen gefallen und Sie könnten etwas neues Lernen. Wir würden uns freuen wenn Sie diesen Artikel teilen.

Leben Sie bewusst 🙂
Christoph

References