Stickstoff-Dünger spielt beim Klimawandel eine Doppelrolle

Gelangt Stickstoff etwa als mineralischer Dünger in den Boden, wird der Treibhauseffekt möglicherweise verstärkt: Zwar kurbelt er das Wachstum von Pflanzen an, so dass terrestrische Ökosysteme neueren Untersuchungen zufolge mehr Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre aufnehmen.

Gleichzeitig setzt der gedüngte Boden aber mehr Lachgas frei – ein viel stärkeres Treibhausgas als Kohlendioxid. Diese klimaschädliche Wirkung des Stickstoff-Eintrags entspricht in etwa dem klimaschonenden Effekt, wie ein Forscherteam um Sönke Zaehle vom Max-Planck-Institut für Biogeochemie nun berechnet hat. Ihrer Studie zufolge überwiegen die negativen Folgen sogar ein wenig.

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts hat sich die Stickstoffmenge, die terrestrische Ökosysteme über Dünger und aus der Atmosphäre aufnehmen, etwa verdoppelt. Pflanzen und Mikroben werden so besser mit diesem wichtigen Nährelement versorgt, von dem es in vielen natürlichen Ökosystemen nicht genug gibt. Dass der Mensch vor allem mit Dünger in den Stickstoffkreislauf eingreift, hat Folgen für das Klimasystem. Denn die Düngung wirkt sich auf die terrestrischen Quellen und Senken sowohl von Kohlenstoffdioxid (CO2) als auch von Distickstoffmonoxid (N2O), besser bekannt als Lachgas, aus. In welcher Größenordnung die Effekte auf die beiden Treibhausgase liegen, hat nun ein internationales Forscherteam unter Leitung von Sönke Zaehle, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Biogeochemie, ermittelt.

„Düngt man stickstoffarme Ökosysteme, so kann der Stickstoff das Wachstum der Vegetation fördern und/oder die Bodenatmung vermindern und dadurch die Kohlenstoffspeicherung im System insgesamt erhöhen“, erklärt Zaehle. Dennoch ist potentiell mit negativen Folgen zu rechnen, denn der erhöhte Stickstoffeintrag kann auch zu verstärkten Austrägen des Stickstoffs führen und die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen beeinträchtigen. Besonders relevant für das Klima sind verstärkte Emissionen von Lachgas, einem langlebigen Treibhausgas, das sowohl von gedüngten Feldern als auch von stickstoffreichen Wald- und Grasland-Ökosystemen freigesetzt wird.

Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf sind stark gekoppelt
Sönke Zaehle und seine Kollegen haben nun die Auswirkungen vergangener und aktueller anthropogenen Stickstoffeinträge auf das Klimasystem in einem globalen Computermodell betrachtet. Ihre Ergebnisse belegen eine tiefgreifende Auswirkung menschlicher Stickstoffeinträge auf die Kohlenstoffdioxid- und Lachgasflüsse. Der menschliche Stickstoffeintrag ist demnach die Hauptursache für den Anstieg der terrestrischen Lachgas-Emissionen seit 1960 und trägt ungefähr zu einem Fünftel zur aktuellen Netto-Aufnahme an Kohlenstoff in Landökosystemen bei (1996-2005).

Die Wissenschaftler bestimmten den Effekt des anthropogenen Stickstoffs auf die atmosphärischen Konzentrationen der Treibhausgase CO2 und N2O, um die Konsequenzen für das heutige Klima abschätzen zu können. Ihre Kernaussage ist, dass der klimawirksame Effekt durch die Störung im Stickstoffhaushalt auf beide Gase beträchtlich ist, allerdings mit umgekehrten Vorzeichen: die abkühlende Wirkung aufgrund der erhöhten Kohlenstoffspeicherung wird mehr als kompensiert von dem erwärmenden Effekt der terrestrischen Lachgas-Emissionen.

Jedoch: „Die Tatsache, dass in unserer Studie der N2O-Effekt stärker ist als der CO2-Effekt, sollte nicht überinterpretiert werden.” warnt Zaehle. Vielmehr sollte die vorliegende Studie die Bedeutung des anthropogenen Stickstoffs im Klimasystem erhellen und die Notwendigkeit einer gekoppelten Betrachtung von Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf verdeutlichen. „Ich hoffe, unsere Untersuchungen ermutigen zu weiteren Forschungen auf diesem Gebiet, um letztendlich mit Hilfe von Beobachtungsdaten und Simulationsmodellen die Wirkungen von anthropogenen Stickstoff auf die Dynamik von Ökosystemen besser zu verstehen“, fügt der Max-Planck-Wissenschaftler hinzu.

Ansprechpartner
Dr. Sönke Zaehle
Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena
Telefon: +49 3641 57-6325
Fax: +49 3641 57-7300
E-Mail: soenke.zaehle@bgc-jena.mpg.de
Susanne Hermsmeier
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena
Telefon: +49 3641 576-801
Fax: +49 3641 577-860
E-Mail: sherms@bgc-jena.mpg.de
Publikationsreferenz
Sönke Zaehle, Philippe Ciais, Andrew D. Friend, Vincent Prieur
Carbon benefits of anthropogenic reactive nitrogen offset by nitrous oxide emissions

Nature Geoscience, 31. Juli 2011; doi 10.1038/NGEO1207