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Stickstoffverschmutzung: Trendwende möglich wenn Produzenten und Konsumenten zusammenarbeiten

03.06.2014

Die Weltbevölkerung wächst und mit ihr die Nachfrage nach Nahrungsmitteln. Auch veränderte Konsumgewohnheiten tragen dazu bei, dass immer mehr gesundheitsschädlicher, reaktiver Stickstoff in die Umwelt gelangt. Eine aktuelle Studie zeigt jedoch: Wenn Nahrungsmittelproduzenten und Konsumenten konsequent zusammenarbeiten, könnte die Stickstoffbelastung halbiert werden.

Beim agrarwirtschaftlichen Anbau von Lebensmitteln ist zusätzlicher Stickstoff als Motor des Pflanzenwachstums unverzichtbar. Doch es gibt ein Problem: den elementaren Stickstoff (N2) können Pflanzen nicht nutzen, denn die beiden Stickstoffatome sind in dieser Verbindung eng miteinander verknüpft. Sie sind bei ihrem Wachstum auf den sogenannten reaktiven Stickstoff angewiesen. Reaktiver Stickstoff geht vielfältige Bindungen mit organischen und anorganischen Stoffen ein. Zu den bedeutendsten Formen dabei gehören die Stickstoffverbindungen Ammoniak (NH3), Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2) und Lachgas (N2O) sowie Ammonium (NH4+) und Nitrat (NO3-), die gelöst und in Luftfeinstäuben auftreten. Pflanzen nehmen Stickstoff in Form von Nitrat, Ammonium oder Harnstoff auf. Die verschiedenen Formen reaktiven Stickstoffs sind äußerst mobil und können sich ineinander umwandeln. Über einen biogeochemischen Kreislauf zirkulieren sie zwischen Luft, Boden, Wasser und Organismen.


Stickstoffdünger: Stickstoff ist ein unersetzlicher Nährstoff für Nutzpflanzen wie hier den Weizen, zugleich aber auch ein Umweltrisiko. (Bildquelle: © Singkham/iStock/Thinkstock)

Gefahr für Mensch und Umwelt

Wird reaktiver Stickstoff jedoch in zu großen Mengen freigesetzt, so wird er zu einem der bedeutendsten Schadstoffe für Menschen und Ökosysteme. Chemische Verbindungen, die so genannten reaktiven Stickstoff enthalten, sind Treiber der weltweiten Verschmutzung von Luft und Wasser – und damit von Krankheiten wie Asthma oder Krebs. In den verschiedenen Formen, die er durch chemische Reaktionen annehmen kann, trägt reaktiver Stickstoff massiv zur Feinstaubbelastung bei. Er unterstützt die Bildung bodennahen Ozons, das die Atemwege reizt, und lässt Gewässer ökologisch umkippen.

Ohne Gegenmaßnahmen 20 Prozent mehr

Die durch reaktiven Stickstoff entstehenden Schäden werden allein in Europa auf ein bis vier Prozent der Wirtschaftsleistung geschätzt; das sind viele Milliarden Euro. Etwa die Hälfte dieser Stickstoffbelastung kommt aus der Landwirtschaft. Wenn nichts dagegen getan wird, könnte die Stickstoffbelastung bezogen auf die Daten aus dem Jahr 2010 bis 2050 um 20 Prozent steigen, so zeigt eine jetzt veröffentlichte Studie von Wissenschaftlern des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung. Dabei gehen die Forscher davon aus, dass bis zum Jahr 2050 neun Milliarden Menschen auf der Erde leben werden und das globale Bruttoinlandsprodukt sich gegenüber dem Jahr 2005 mehr als verdreifachen wird. „Es wurde klar, dass sich die Lage durch die weltweit stark steigende Nahrungsmittelnachfrage deutlich verschlechtern wird“, erklärt Studienleiter Benjamin Bodirsky.

Trendwende ist möglich

Ein Anstieg des reaktiven Stickstoffs um 20 Prozent hätte fatale Folgen für zahlreiche Ökosysteme und die menschliche Gesundheit. Deshalb haben die Wissenschaftler verschiedene Szenarien in umfassenden Computersimulationen durchgespielt, in denen sie die Wirkung verschiedener Maßnahmen zur Verringerung der Belastung prüften. Die gute Nachricht: Die Wissenschaftler konnten in ihrer Studie erstmals quantitativ ermitteln, dass sich mit die Belastung durch geeignete Maßnahmen um 50 Prozent verringern ließe.

Sowohl Bauern als auch Verbraucher müssten etwas tun

„Ein ehrgeiziges Maßnahmenpaket könnte diesen Trend umdrehen, doch selbst dann besteht ein Risiko, dass die Restbelastung oberhalb von sicheren Grenzwerten bleibt“, so Bodirsky. Damit die die Freisetzung von reaktivem Stickstoff eine Trendwende erfährt, sind beide gefragt: Nahrungsmittelerzeuger und Verbraucher. „Denn wenn sich sowohl in der Nahrungserzeugung als auch im Konsum etwas ändert, können die Risiken deutlich reduziert werden“, berichten die Studienautoren.

Maßgeschneiderte Düngung

Das Hauptproblem bei der Düngung von landwirtschaftlich genutzter Fläche liegt bei den großen Verlusten. Jede zweite auf den Feldern ausgebrachte Tonne Stickstoff wird derzeit nicht von den Pflanzen aufgenommen, sondern vom Regen ausgewaschen, von Mikroorganismen zersetzt oder vom Wind weggeweht. Das belastet die Umwelt aber auch die Wirtschaftlichkeit der Betriebe enorm. Um diese Verluste zu verringern, sollten Bauern die Düngung zielgenauer an den Bedarf der Pflanzen anpassen, etwa durch regelmäßige Messung der Bodenwerte.

Zudem sollten sie den Dung von Tieren besser für die Düngung einsetzen und damit den Nährstoff-Kreislauf schließen. „Die Kosten zur Verringerung der Stickstoffbelastung sind im Moment sehr viel geringer als die Kosten der durch die Überdüngung verursachten Schäden“, sagt Co-Autor Alexander Popp.

Bewusster Konsum – weg von Wegwerfgesellschaft

Doch auch die Konsumenten sind in der Pflicht, dem besorgniserregenden Trend entgegenzuwirken: „Verbraucher in den entwickelten Ländern könnten das Wegwerfen von Lebensmitteln halbieren, ebenso den Fleischkonsum und den damit verbundenen Anbau von Viehfutter – das würde ihrer Gesundheit ebenso nützen wie ihrem Geldbeutel“, so Popp, und weiter: „Dies alles würde unter dem Strich die Ressourcen-Effizienz in der Nahrungserzeugung deutlich erhöhen, und die Umweltbelastung verringern.“ Denn seit der industriellen Revolution wird nach Angaben des Umweltbundesamtes durch menschliche Prozesse etwa 10mal mehr elementarer Stickstoff in reaktive Formen umgewandelt als vor dieser Zeit.  Dazu beigetragen haben hauptsächlich die Verbrennung fossiler Energieträger und die damit verbundene Emission von Stickstoffoxiden (NOx), die Synthese von Ammoniak (NH3) mit dem Haber-Bosch-Verfahren (hauptsächlich zur Düngemittelproduktion) sowie der Anbau von Hülsenfrüchten. Ein weiterer Pluspunkt der Strategie: Langfristig würde auch die rasante Veränderung des Klimas durch die vorgeschlagenen Maßnahmen gebremst werden, denn durch erhöhte Emissionen von Lachgas erfährt auch der Klimawandel eine Verschärfung.

Bodirsky, BL et al. | Pflanzenforschung.de
Weitere Informationen:
http://www.pflanzenforschung.de/index.php?cID=9890

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