Stickstoff-Verluste rund um Boden und Pflanze

In einem Übersichtsartikel geht Prof. K.C. Cameron vom Zentrum für Boden- und Umweltforschung an der Lincoln Universität in Neuseeland auf die Ursachen der Stickstoffverluste ein.

Die Böden bestehen in den obersten 15 cm zu 0.1 bis 0.6 % aus Stickstoff. Das entspricht – je nach Bodentyp – 2 bis 12 Tonnen Stickstoff je Hektar. Die Verluste umfassen drei Kategorien: Ausgasung von Ammoniak; Auswaschung; Denitrifikation.

50 % aller Ammoniakverluste stammen aus der Landwirtschaft. Die Ammoniakfreisetzung über die Harnstoffdüngung kann bis zu 65 % betragen. Je höher der pH-Wert des Bodens umso größer sind die Verluste. Die Ammoniakverluste aus der Bodenlösung sind eng mit dem Ammoniumgehalt korreliert. Je höher die Kationen- Austauschkapazität des Bodens umso mehr Ammonium wird im Boden gespeichert. Bei geringer Bodenfeuchte sind die Ammoniakverluste höher als bei hoher Bodenfeuchte. Nach der Düngung von Ammoniumsulfat betragen die Ammoniakverluste in der ersten Woche 12 % und sinken dann auf 2.8 %. Die Ammoniakausgasung aus der Harnstoffdüngung schwankt im Durchschnitt der weltweiten Untersuchungen zwischen 5.4 und 36.0 %, die meisten Untersuchungen berichten von Verlusten zwischen 17 und 18 %. Die Verluste können durch Regenfall unmittelbar nach der Düngung um bis zu 80 % sowie durch Einarbeitung in den Boden verringert werden. Weitere Maßnahmen sind die Ansäuerung des Harnstoffs sowie der Einsatz von Inhibitoren.

Die Nitratverluste treten in erster Linie zwischen dem Spätherbst und dem Frühjahr auf. Sie können beim Grünlandumbruch bis zu 100 kg N/ha betragen. Aus einem sandigen Lehm wird durchschnittlich fünfmal so viel Nitrat ausgewaschen wie aus einem tonigen Lehm. Der Abtransport der Nitrate geschieht sowohl über die regenwurmröhren als auch über die Dränage. Auf der Rothamsted-Forschungsstation betrugen die langjährigen Nitratverluste unter Schwarzbrache 42 kg N/ha und Jahr. Auf extensiv genutztem Grünland treten nur geringe Verluste auf; bei einer Düngung von 400 kg N/ha und Jahr liegen die durchschnittlichen Verluste bei vielen Versuchen über 100 kg N/ha. Bei Weidenutzung treten höhere Verluste auf als bei reiner Schnittnutzung, was auf die Ausscheidungen der Tiere zurückzuführen ist.

In Getreidefruchtfolgen variieren die N-Verluste auf einem sandigen-tonigen Lehm in Großbritannien zwischen 12 kg N/ha und Jahr bei einer Düngung von 144 kg N/ha und 58 kg N bei einer Düngung von 288 kg N/ha. Die meisten Untersuchungen mit Maismonokultur stammen aus den USA; danach schwanken die N-Verluste bei 200 kg N/ha zwischen 8 und 107 kg N/ha. Die höchsten Verluste treten nach dem Anbau von Erbsen und Kartoffeln auf, die geringsten Verluste nach Zuckerrüben und Wintergetreide. In Biobetrieben treten die höchsten Verluste nach dem Umbruch der Kleegras-Schläge auf. Bei der Beregnung von Mais betragen die N-Verluste 25 bis 47 kg N/ha.

Die Auswertung von 800 Experimenten ergab, dass im Durchschnitt nur 51 % des ausgebrachten N-Düngers in den angebauten Pflanzen wiedergefunden wird. In Fleisch und Milch werden sogar nur 25 des 30 % des Stickstoffs, der für den Anbau der Futterpflanzen gedüngt wurde, wiedergefunden. Der größte Teil des ungenutzten Stickstoffs wird im Boden immobilisiert, je mehr die N-Düngung den erwarteten Ertrag übersteigt, umso mehr landet im Grundwasser.

Ein großer Irrtum ist das Verbot der Gülleausbringung im Winter. Nach einer Gülle- oder HTK-Düngung im September liegen die N-Verluste bei 18 %; im Oktober bei 16 %; im Dezember nur noch bei 4 % und im Januar nur noch bei 2 %!

Zur Verringerung der Nitratauswaschung empfehlen die Autoren u.a. die Vermeidung der Herbstfurche, der Schwarzbrache.

Die Verluste durch Denitrifikation haben seit Beginn der mineralischen N-Düngung deutlich zugenommen (von 270 auf 320 ppb). Das freigesetzte Lachgas ist 300mal stärker klimaschädlich als CO2. 62 % der Lachgasemissionen stammen von den Ackerböden. Je höher im Boden die Gehalte an leicht verfügbarem Kohlenstoff liegen, umso stärker sind die Lachgasemissionen. Hohe Ammoniakausgasungen sind mit hohen Lachgasemissionen korreliert. Als Gegenmaßnahmen werden höhere pH-Werte und eine gute Versorgung der Böden mit Luft empfohlen.

Aus Annals of Applied Biology Februar 2013

Nach einer anderen neuseeländischen Untersuchung ist die Ammonium- und die Harnstoffassimilation bis zu 11.7 % effizienter als Nitratassimilation und die Stickstoffbindung durch die Rhizobien. Bei der Düngung von Nitrat ist die Keimruhe geringer als bei der Düngung von Ammonium; die Nitratdüngung führt zu verstärkter Blattbildung.

Aus Annals of Applied Biology Juni 2013