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Ammoniak

Wirkungen/Bewertungsmaßstäbe

Da Ammoniak aufgrund seiner vergleichsweise instabilen Struktur direkte Wechselwirkungen mit den Emissionen anderer Stickstoffverbindungen aufweist, muss hinsichtlich möglicher Wirkungen der gesamte Stickstoffkreislauf betrachtet werden:

• Ammoniak wird als Ammonium verfrachtet und trägt zusammen mit NO_x bzw. HNO₃ und HNO₂ sowohl zur Eutrophierung als auch zur Versauerung von Ökosystemen bei.
• Bei der mikrobiellen Umwandlung von Ammoniumstickstoff im Boden entsteht leicht auswaschbares Nitrat dass, sofern es nicht von den Pflanzen aufgenommen wird, in das Grundwasser ausgewaschen wird.
• Bei der Umwandlung von Ammoniumverbindungen kann N₂O entstehen, das neben CH₄ und CO₂ zu den Treibhausgasen gehört, die zur globalen Erwärmung beitragen.

Wirkung erhöhter Ammoniakkonzentrationen auf Pflanzen

Gasförmiges Ammoniak wird von den Pflanzen durch die Blätter/Nadeln über die Spaltöffnungen (Stomata) aufgenommen. Anschließend erfolgt am Ort der Aufnahme die enzymatische Assimilation im Stoffwechsel und damit die Synthese organischer Substanzen wie z.B. Aminosäuren und Proteine. Die Menge an Ammoniak die so im pflanzlichen Stoffwechsel umgesetzt werden kann, bestimmt die max. tolerierbare Menge, und damit die Empfindlichkeit der Einzelpflanze gegenüber NH₃. Diese Menge hängt von zahlreichen pflanzenspezifischen (Nährstoffversorgung, Art) und umweltbedingten Faktoren (Temperatur, Feuchtigkeit) ab. So erfordert der Aufbau von Aminosäuren z.B. neben Stickstoff auch ein ausreichendes Angebot von Kohlenstoff und Energieäquivalenten und setzt damit eine mgl. optimal ablaufende Photosynthese voraus. Um Stickstoff in die Biomasse einbauen zu können müssen die Bäume verstärkt assimilieren, d.h. CO₂ aufnehmen, die Folge ist eine längere Öffnung der Spaltöffnungen. Insbesondere in Wärmeperioden kommt es dadurch zu einer verstärkten Transpiration (Wasserverlust). Zudem fördert Stickstoff das Sprosswachstum stärker als das Wurzelwachstum. Dadurch entsteht ein verändertes Verhältnis Spross (Krone) zu Wurzelsystem. Da ein vergleichweise kleines Wurzelsystem eine Überdimensional große Krone kaum ausreichend mit Wasser versorgen kann besteht auch hier die Gefahr von Trockenschäden. Bei hohen NH₃-Konzentrationen wird die assimilatorische Entgiftungskapazität schnell erschöpft, wodurch sich NH₃ mit für die Pflanze toxischer Wirkung in den Zellen anreichert. Gasförmiges NH₃ wirkt dann toxisch wenn die Pflanze bereits große Mengen an Stickstoff über die Wurzel aufnimmt und ein N/C Ungleichgewicht zur Anreicherung von Ammoniak in den Zellen führt. Akute toxische Blattschädigungen (Nekrosen) werden häufig an Pflanzen in direkter Nähe zu großen NH₃-Emittenten beobachtet (z.B. große Tierhaltungsanlagen). Eine längerfristige Überschreitung der assimilatorischen Entgiftungskapazität kann zu Wachstumsstörungen (erhöhtes Spross/Wurzel Verhältnis) und sekundäre Folgen wie z.B. erhöhtem Schädlingsbefall und reduzierter Frostresistenz führen.

Bewertung von gasförmigem Ammoniak

Auf internationaler Ebene wurden zur Bewertung von gasförmigem Ammoniak von der UN-ECE die sog. "Critical Levels" abgeleitet. Diese definieren sich als die "Konzentration eines Schadstoffes in der Atmosphäre, oberhalb derer nach gegenwärtigem Wissensstand nachteilige Wirkungen auf Rezeptoren auftreten können" (UN-ECE, 1988). Für Ammoniak wurden mittels eines toxikologischen Modells, welches die Interpolation der Wirkungskurve auch auf experimentell nicht untersuchte Zeiträume zulässt, zuletzt die in Tabelle 1 aufgeführten Werte festgelegt.

Aufgrund der Arten spezifischen Empfindlichkeit hat der Länderausschuss für Immissionsschutz (LAI, Unterausschuss "Wirkungsfragen") 1995 die in Tabelle 2 genannten Werte festgelegt.

Tabelle 2: Beurteilungswerte des LAI (UA Wirkungsfragen), 1995

Hinsichtlich der Empfindlichkeit bei lang anhaltenden niedrigen NH₃-Immissionen hat der LAI zudem die Abfolge "Natürliche Vegetation > Wald > landwirtschaftliche Kulturen" festgelegt.

Zur Beurteilung erhöhter NH₃-Konzentrationen in Genehmigungsverfahren wurden in NRW die in Tabelle 2 aufgeführten Werte per Erlass (Gem.Rd. Erl. MURL/MWMTV, 14.10.86, Stand 15.07.99) als schutzgutbezogene Orientierungswerte eingeführt. Die Anwendung der Werte in der Genehmigungspraxis ist jedoch problematisch, da in NRW (und auch in den meisten anderen Bundesländern) keine Messdaten zur Vorbelastung existieren.

Die seit dem 01.10.02 gültige TA-Luft (BMU: Erste AVwV v. 24.07.02 zum BImSchG (TA-Luft), veröffentlicht in: "Gemeinsames Ministerialblatt" (Hrsg.: Bundesministerium d. Inneren) vom 30.07.02), die gem. BImSchG bei der Anlagengenehmigung anzuwenden ist, enthält keinen expliziten Immissionswert für NH₃, indirekt wurde zum Schutz von empfindlichen Ökosystemen der Wert von 10 µg/m³ übernommen (Anhang 1 der TA-Luft). (-->Zulassungsverfahren)

Wirkung erhöhter Stickstoffeinträge (Stickstoffdeposition)

Partikulär deponierte Stickstoffverbindungen werden von den Pflanzen über die Wurzel als NH₄⁺ oder NO₃^- aufgenommen. Ähnlich wie bei der Aufnahme gasförmiger Verbindungen kommt auch hierbei zahlreichen biotischen (artspezifische Form der Aufnahme) und abiotischen Faktoren (z.B. pH-Wert des Bodens) eine wichtige Rolle zu. Auch hierbei erfolgt die Metabolisierung am Ort der Aufnahme, d.h. in den Wurzelzellen, dabei werden zum Ladungsausgleich H⁺ Protonen oder OH^- Ionen sezerniert, die eine Ansäuerung der Böden bewirken können. Die Folgen sind schädigungen der Wurzeln, das freisetzen von Schadstoffen (z.B. Aluminium) sowie die Auswaschung von Nährstoffen aus Mineralböden. Längerfristige Stickstoffeinträge können zudem auch zu Nährstoffanreicherungen (N-Überschuss) und Nährstoffungleichgewichten (Mangel an Kationen) im Boden führen. Im Hinblick auf Ökosysteme, insbesondere bei oligotrophen (nährstoffarmen) Habitaten, resultieren hieraus geänderte Konkurrenzverhältnisse die zu Artenverschiebungen zugunsten schnell wachsender Arten ("Vergrasung") führen können.

Bewertung der Stickstoffdeposition

Stickstoffeinträge in Ökosysteme werden auf internationaler Ebene mittels des "critical load" Konzeptes bewertet (UN-ECE, 1988). Darunter wird die Stofffracht pro Fläche und Zeitraum verstanden, die deponiert werden kann, ohne dass nach dem gegenwärtigen Stand des Wissens signifikante negative Effekte auf spezifische Bestandteile in Ökosystemen auftreten. Die Ermittlung erfolgt durch eine Massenbilanz, dabei werden den N-Einträgen Prozesse gegenüber gestellt, die diese puffern, immobilisieren (z.B. Bindung im Humus) oder aus dem System entfernen (z.B. Holzernte, Sickerwasseraustrag). Zur Bewertung der Stickstoffdeposition wurden von der UN-ECE Ökosystem spezifische critical loads Werte festgelegt, deren Einhaltung bzw. Überschreitung unter Berücksichtigung von Vegetationsbestand und Bodenbeschaffenheit berechnet werden kann (http://www.oekodata.com/icpmapping/index.html). Die critical loads Werte sind in Regionen mit hoher Viehdichte meist überschritten, so wurden z.B. für die Umgebung von Münster Überschreitungen von > als 25 kgN/(ha*a) berechnet. Insbesondere in Waldgebieten kommt es dadurch zu einer starken Stickstoffanreicherung in den Böden, die zu den oben beschriebenen Folgen führen kann.

Auf nationaler Ebene existiert keine einheitliche Vorgehensweise zur Bewertung der Stickstoffdeposition, in der neuen TA-Luft wird zwar im Zusammenhang mit der Genehmigung von landwirtschaftliche Anlagen erstmals auch eine Betrachtung der Stickstoffdeposition gefordert (4.8, Absatz 6), allerdings enthält die neue TA-Luft keinen Depositionswert für Stickstoff. Zudem liegen, ähnlich wie im Fall der NH₃-Konzentrationen keine entsprechende Messdaten zur Vorbelastung vor.

Zusammenfassend lässt sich sagen, das die Wirkung von Stickstoffverbindungen auf die Vegetation stark abhängig ist von:

• dem Eintragspfad: gasförmig über die Blätter/Nadeln (NH₃-Immission) - partikulär über die Wurzel (NH₃-Deposition).
• der Oberflächenbeschaffenheit der Einzelpflanze bzw. des Ökosystems (Auskämmeffekt, Rauigkeit).
• der Einwirkdauer: Kurzzeitbelastung - Langzeitbelastung.
• der Wirkebene: Einzelpflanze (z.B. Blattschäden, Nährstoffungleichgewichte) - Ökosystem (z.B. Artenverlust).