Überdüngung: Unterschied zwischen den Versionen

Stickstoff stellt das bedeutendste Nährelement für Pflanzen dar, denn er ist ein wesentlicher Bestandteil des Rubisco Enzyms, welches für die Photosynthese essentiell ist. Ohne die Photosynthese könnten Pflanzen weder den für Menschen und Tiere lebensnotwendigen Sauerstoff noch Biomasse produzieren, die anderen Lebewesen letztendlich als Nahrung dient. Die Verfügbarkeit von Stickstoff im Boden begrenzt somit die Biomasseproduktion und die landwirtschaftlichen Erträge. Durch die Zugabe von Stickstoffdüngern auf landwirtschaftlich genutzten Flächen wird die Verfügbarkeit von Stickstoff im Boden erhöht und stellt so einen Mindesternteertrag sicher. Ohne Stickstoff gäbe es außerdem keine Mikroorganismen oder höhere Lebensformen, da Stickstoff ein grundlegender Bestandteil der DNA, RNA, Aminosäuren und Proteinen ist.<ref>Amelung, W., Blume, H.-P., Fleige, H., Horn, R., Kandeler, E., Kögel-Knabner, I., Kretzschmar, R., Stahr, K., Wilke, B.-M., (2018): Scheffer/Schachtschabel: Lehrbuch der Bodenkunde, 17. Auflage. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg.</ref> Stickstoff ist in verschiedenen Verbindungen und Mengen in organischen Düngemitteln (z.B. Gülle, Stallmist, Kompost, Ernte-Nebenprodukte) und mineralischen Düngemitteln (z.B. Ammoniumdünger, Nitratdünger, Ammoniumnitratdünger) enthalten. Mineralische Düngemittel haben heute in der intensiven Landwirtschaft eine wichtige Bedeutung und kommen in großen Mengen zum Einsatz. Sie verdrängen früher verwendete Substanzen, wie Mergel, Guano, Asche oder Salpeter. Sie werden meist in fester Form als Granulat, oder auch flüssig als Spritzdünger produziert, um eine einfache Verteilung zu gewährleisten.<ref name=":0">Finck, A., (2007): Pflanzenernährung und Düngung, 6. Auflage. Gebrüder Borntraeger, Stuttgart.</ref> Stickstoffdünger werden mittlerweile meist nur noch synthetisch hergestellt, da nur noch wenige natürliche Lagerstätten bestehen. Jährlich werden etwa 100 Millionen Tonnen Stickstoff zu Stickstoffdünger verarbeitet. Dies entspricht einer Menge von ca. 400 Millionen t Dünger pro Jahr. Die Basis für die Produktion von Stickstoffdünger stellt das Haber-Bosch-Verfahren dar, bei dem Ammoniak synthetisiert wird. Das Haber-Bosch-Verfahren bindet Stickstoff aus der Luft mithilfe von Wasserstoff (zum Beispiel aus Erdgas) und synthetisiert so Ammoniak als Grundlage von Stickstoffdünger.<ref name=":0" /> Die vereinfachte Gleichgewichtsreaktion dieses Grundlagen-Verfahrens zur Herstellung von Kunstdünger lautet<ref name=":0" /><br />

Nitrat NO₃⁻ und Nitrit NO₂⁻ sind Stickstoffverbindungen mit Sauerstoff und stellen Salze der Salpetersäure HNO₃ dar. Sie zählen neben Lachgas N₂O und Ammoniak NH₃ zu den reaktiven Stickstoffen. Reaktiver Stickstoff zeichnet sich dadurch aus, dass er, anders als der Stickstoff der Atmosphäre N₂, der eine sehr stabile Bindung zwischen den beiden N-Atomen aufweist und kaum reaktiv ist, viele verschiedene Bindungen mit organischen und anorganischen Stoffen eingehen kann und in der Lage ist, sich von einer Form in eine andere umzuwandeln.<ref name=":1">Pohling, R. (2015): Chemische Reaktionen in der Wasseranalyse. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg.</ref> Die Verbindungen kommen in Oberflächengewässern und im Grundwasser häufig nur in Spuren vor. In landwirtschaftlich genutzten Gebieten kann die Konzentration der beiden Verbindungen in Gewässern aufgrund von Düngemittelauswaschungen jedoch erheblich ansteigen. Die Konzen¬tration von Stickstoffverbindungen kann als Indikator für den Grad der Verunreinigung eines Gewässers verwendet werden.<ref name=":1" /> Nitrat und Nitrit können auf verschiedene Wege in den Boden und in das Grundwasser gelangen. Entweder durch chemische Umwandlungen stickstoffhaltiger Ausgangsstoffe, wie Proteine und Harnstoffe, oder direkt durch das Ausbringen von Düngemitteln. Die Stickstoffverbindungen in Düngemitteln bestehen größtenteils aus Nitrat und Ammonium, denn diese sind pflanzenverfügbar. Das bei der Zersetzung von stickstoffhaltigen Ausgangsstoffen entstehende oder in Düngemitteln vorhandene Ammonium bzw. Ammoniak wird mit Hilfe von Mikroorganismen im Boden zunächst zu Nitrit oxidiert.<ref name=":1" /> Dies geschieht durch aerobe Oxidation (Nitrifikation) von Ammonium zu Nitrit

Abbildung 1 zeigt die Vorgänge des Stickstoffkreislaufs im Boden. Der elementare Stickstoff N₂ der Atmosphäre kann im Boden über biologische N2-Bindungen zu Ammoniak, Ammonium und Nitrat mineralisiert werden. Diese Verbindungen können weiter über eine Assimilation zu organischen Stickstoff¬verbindungen umgewandelt werden, und dieser Prozess ist durch Mineralisierung umkehrbar. Außerdem kann das Nitrat wieder zu Ammoniak und Ammonium reagieren. Über die Nitrifikation, bei der das Ausgangsprodukt oxidiert wird, können Ammoniak und Ammonium zu Nitrit werden. Das Nitrit reagiert dann entweder wieder zu N2 (Denitrifikation) oder über eine weitere Nitrifikation zu Nitrat. Auch dieses kann über eine Denitrifikation wieder zu N₂ werden.<ref>Wisotzky, F. (2011): Angewandte Grundwasserchemie, Hydrogeologie und hydrochemische Modellierung. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg.</ref>