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Stickstoffdeposition
Zahlreiche für den Landwirt kaum beeinflussbare Prozesse im Boden steuern die Verfügbarkeit des Stickstoffs für die Pflanzen (Immobilisierung, Mineralisierung, Ammonifikation, Nitrifikation). Dabei steht der Landwirt vor dem Problem, dem zeitlichen Verlauf des Stickstoffbedarfs der Kulturpflanzen eine geeigneten Düngestrategie anzupassen. Die verschiedenen Stickstoffformen in den Mineraldüngern (Ammoniak, Ammonium, Nitrat, Amid) sind im Boden unterschiedlich rasch pflanzenverfügbar. Die Wirksamkeit einer Düngung mit organischen Wirtschaftsdüngern (Gülle, Mist) ist vergleichsweise schwer zu steuern, da der Stickstoff erst mineralisiert werden muss.
Seit 1840 bis heute sind die Erträge aus der Pflanzenproduktion der Landwirtschaft stark angestiegen; die Erträge von Winterweizen haben sich durch den Einsatz von Düngemitteln und den Fortschritt in der Pflanzenzucht etwa verzehnfacht. Erste anschauliche Gesetzmäßigkeiten der Beziehung von Düngung und Ertrag lieferten Liebig (1803-1873) und Mitscherlich (1874-1956). Der Stickstoff gelangt auf unterschiedlichen Wegen in den Boden (mineralische und organische Düngung, N-Fixierung und atmosphärische Deposition) und ist dort einer einflussreichen Dynamik unterworfen.
Der Stickstoffeinsatz in der Landwirtschaft gerät deswegen zum Umweltproblem, weil es sich beim Stickstoffkreislauf im Boden um ein offenes System handelt, das zahlreiche "Lecks" (Ausgasung, Denitrifikation, Oberflächenabfluss, Erosion, Verlagerung mit dem Sickerwasser) aufweist. Mit Hilfe von N-Isotopen in Lysimeterversuchen ist versucht worden, insbesondere die beiden Hauptverlustwege Denitrifiktation und Verlagerung zu quantifizieren. Letztlich bleiben diese Größen aber standort- und witterungsbedingt schwer zu kalkulieren. In der Summe -gleichbleibender Stickstoffpool im Boden vorausgesetzt- kann das Problem jedoch auf den teilweise großen Stickstoffüberschuss zurückgeführt werden, der sich aus der Differenz der N-Zufuhr und dem N-Entzug mit der Ernte ergibt. Die Steuerung der Düngung kann der Landwirt an verschiedenen Zielen ausrichten. Das Ziel, das betriebswirtschaftliche Optimum zu erreichen ist dabei regelmäßig von der N-Bilanz her günstiger einzuschätzen, als das Ziel einer Ertragsmaximierung. Das von der Landwirtschaftskammer Westfalen-Lippe vorgeschlagene Sollwertkonzept mit Vorgaben für den N-Bedarf der Pflanzen und Zu- oder Abschlägen für den jeweiligen Standort oder die Vorfrucht, liegt von der N-Bilanz her etwa auf dem Niveau des betriebswirtschaftlichen Optimums.
Den Problemen bei der Steuerung der N-Düngung kann nur zum Teil und mit unterschiedlichen Ansätzen begegnet werden. Eine Rückführung der N-Düngeintensität ist dabei grundsätzlich für den Landwirt mit finanziellen Einbußen verbunden. Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass die derzeitige Nahrungsmittelproduktion auf hohem Niveau Risiken für die Umwelt birgt. Dabei gilt es - auch auf gesellschaftspolitischer Ebene - den Nutzen, insbesondere die Versorgung mit hochwertigen Nahrungsmitteln gegen die Risiken für die Umwelt abzuwägen.
Nitrathaltige Düngemittel
Nitrat ist eine wesentliche Stickstoffquelle und ein essentieller Nährstoff für Pflanzen und somit für das Wachstum unentbehrlich. Durch die moderne Düngung ist es gelungen, die Pflanzenerträge in der Landwirtschaft wie im Gartenbau um ein Vielfaches zu steigern und damit die Lebensmittelproduktion für den Menschen auf hohem Niveau sicherzustellen. Damit sind allerdings auch Umweltprobleme verbunden.
Denn mit der Düngung gelangt der Nährstoff Nitrat oft im Überschuß in die Böden und kann dann von den Pflanzen nicht in vollem Umfang aufgenommen und verwertet werden. Zudem finden im Boden zahlreiche Puffer- und Umwandlungsprozesse statt, welche einer exakten Steuerung der bedarfsgerechten Düngung entgegenwirken. Bedingt durch seine extrem gute Wasserlöslichkeit kann das Nitrat mit dem Sickerwasser ausgewaschen oder mit dem Oberflächenabfluß abgespült werden. Als Folge davon können sich durch Nitrateinträge Beeinträchtigungen des Grundwassers wie der Oberflächengewässer ergeben.
Wesentliche Regelungen zum landwirtschaftlichen Einsatz nitrathaltiger Düngemittel finden sich in der
Nitrat im Oberflächenwasser
Nitrat wird diffus vor allem durch den Eintrag von Düngemitteln aus landwirtschaftlichen Flächen und punktförmig aus Kläranlagenabläufen in die Gewässer eingetragen. Es entsteht in den Gewässern aber auch selbst durch mikrobielle Oxidation von Ammonium über Nitrit. Nitrat stellt den überwiegenden Teil des Gesamtstickstoffs im Gewässer dar. Im allgemeinen liegen in unbelasteten Fliessgewässern Nitrat-Stickstoffkonzentrationen in der Größenordnung von 1 mg/l vor.
Die Emissionen von Gesamt-Stickstoff in die Oberflächengewässer in Deutschland betrugen im Zeitraum 1993 - 1997 etwa 820 kt/a und waren damit um 25% kleiner als 10 Jahre zuvor. Das international vereinbarte Ziel, die Nährstoffeinträge in die Meere zwischen 1985 und 1995 zu halbieren, konnte dennoch nicht erreicht werden. Durch den hohen Ausbau- und Leistungsstand, den die Abwasserentsorgung zwischenzeitlich erreicht hat, wurden beim Stickstoff die punktförmigen Emissionen in diesen 10 Jahren um 45% reduziert. Ihr Anteil beträgt nur noch 28 % des Gesamtaufkommens. Das Schwergewicht der Nährstoffeinträge verschiebt sich immer mehr zu den diffusen Quellen, welche jetzt 72 % ausmachen.
Die nachfolgende Abbildung gibt die Stickstoffemissionen in die Oberflächengewässer in Deutschland nach Angaben des Umweltbundesamtes wieder, bezogen auf die Jahre 1993 -1997 in 1000 t.
Die Nährstoff- und damit auch Nitratbelastung der Fliessgewässer in NRW über die Jahre 1990-1995 ist dem Gewässergütebericht 1996 des LUA (Anlage B 2.6) zu entnehmen. Neuere Ergebnisse vom Rhein für die Zeit bis 1999 sind im Gewässergütebericht 2001 des LUA (S. 22 u. S. 23) zu finden.
Der rückläufige Trend der Nährstoffbelastung seit den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts hat sich fortgesetzt. Gegenüber den insgesamt starken Konzentrationsabnahmen bis 1995 verringern sich die Nitratgehalte seitdem nur noch langsam. Die Stickstoffkonzentrationen sind insbesondere aufgrund der um Nitrifikation und Denitrifikation erweiterten biologischen Reinigungsstufe in den Kläranlagen erheblich gesunken. Während diese Konzentrationsabnahme für den Ammonium-Stickstoff deutlich ausgeprägt ist, wird sie beim Nitrat-Stickstoff durch die Nitratbelastungen des Grundwassers überlagert. Denn die Überdüngungen aus den 60er und 70er Jahren kommen infolge der langsamen Grundwasserströmung erst nach und nach zum Tragen. Für die Trinkwassergewinnung sind die gemessenen Nitratkonzentrationen im Rhein jedoch unproblematisch (Grenzwert nach Trinkwasserverordnung 50 mg/l Nitrat).
LANUV NRW 2012