Umwelt Wie der Kunstdünger die Welt übersättigt

Seit der Mensch mit Stickstoff nachilft, gerät das ökologische Gleichgewicht aus dem Tritt. Wir überfüttern die Natur. Das überleben viele nicht.

Die Niederlande platzen aus allen Nähten: fast vier Millionen Rinder, 12 Millionen Schweine, 100 Millionen Hühner und knapp 18 Millionen Menschen leben dort. Damit hat das kleine Land an der Nordseeküste eine der weltweit höchsten Nutztierdichten und nach Malta die zweithöchste Menschendichte der EU.

Die Landwirtschaft ist durchtechnisiert und arbeitet außerordentlich produktiv. Die Niederlande sind einer der größten Exporteure von Schweinefleisch und führen nach den USA weltweit am meisten Fleisch und Nahrungsmittel aus. Die Kehrseite: Die Böden sind heillos überdüngt – auch dort, wo es keine Bauern gibt.

Die Folgen lassen sich im Nationalpark De Groote Peel besichtigen, einem 1400 Hektar großen Hochmoorgebiet mit Wasserflächen und Feuchtzonen, wo im Herbst Zugvögel wie Kranich oder Saatgans rasten. An diese karge Landschaften angepasste Pflanzen wie Torfmoos, Heidekraut, Wollgras, Moosbeere oder Sonnentau wachsen hier nur noch in kleinen Inseln. Sie werden von Farnen, Hochgräsern und Birken verdrängt, die sonst in einer intakten Moorlandschaft kaum eine Chance hätten. Die Natur versinkt in grüner Monotonie.

De Groote Peel liegt im Grenzgebiet der Provinzen Nordbrabant und Limburg, einer Schwerpunktregion der niederländischen Viehwirtschaft. Aus der Gülle, die es in Hülle und Fülle gibt, gast Stickstoff in Form von Ammoniak aus, gelangt über Luft und Regen in Böden und Gewässer des Nationalparks und reichert sich dort an.

Häufiges Element

Ein Überfluss, den es vor der Industriellen Revolution fast nirgendwo gab. Zwar ist Stickstoff auf der Erde ein häufiges Element, nahezu vier Fünftel der Lufthülle bestehen daraus. Allerdings aus der molekularen Form N₂, bestehend aus zwei Atomen, die überaus stabil und für die meisten Lebewesen nicht nutzbar ist.

Dabei ist belebte Natur ohne Stickstoff unmöglich. Würde das Element fehlen, könnten weder Mensch noch Tier noch Pflanze wachsen und gedeihen. Stickstoff ist zentraler Baustein von Aminosäuren und damit von Eiweiß, und maßgeblich an der Produktion von Chlorophyll beteiligt, dem Molekül, aus dem Pflanzen mit Sonnenlicht Energie gewinnen.

Doch damit Mensch, Tier und Pflanze das Lebenselixier aufnehmen können, muss es in eine bioverfügbare Form überführt werden. In der Natur erledigen das neben Waldbränden und Vulkanausbrüchen die Gewitter. Immer wenn es blitzt, wird N₂ in seine Atome gesprengt. In der Luft bilden sich Stickoxide, die abregnen und unten in Nitrat umgewandelt werden – der Boden wird gedüngt.

Für Lebewesen verfügbarer Stickstoff zirkulierte im Ökosystem Erde ursprünglich in nahezu gleichbleibender Menge. Er gelangte aus der Luft in Böden und Gewässer und von dort in Form von Nährstoffen und Nahrung in Pflanzen, Tiere und Menschen, die ihn durch ihre Ausscheidungen oder nach ihrem Ableben aus der toten Biomasse wieder freisetzen.

Die BASF entwickelt den Kunstdünger

Doch zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelten die Chemiker Fritz Haber und Carl Bosch ein Verfahren, bei dem Stickstoff mit Wasserstoff zu Ammoniak, dem Grundstoff aller Kunstdünger, reagiert. Das revolutionierte die Landwirtschaft. Fortan waren auch auf kargen Böden satte Ernten möglich, was die Ernährung der Welt sicherstellte.

Allerdings ist das 1913 bei der BASF eingesetzte Haber-Bosch-Verfahren äußerst energieintensiv. Um die stabile Dreifachbindung von N2 aufzuspalten und die Verschmelzung mit Wasserstoff zum Ammoniak zu ermöglichen, sind 250 bis 350 bar und Temperaturen zwischen 400 und 500 Grad nötig. Doch da fossile Brennstoffe lange Zeit billig waren, ließen sich Ammoniak und Stickstoffdünger günstig herstellen. Die Mengen stiegen Jahr für Jahr.

Heute werden weltweit jährlich 120 Millionen Tonnen Kunstdünger produziert – zum Schaden der Natur. Denn Pflanzen verwerten nur einen Teil des ausgebrachten Stickstoffs, laut einer aktuellen Studie im Journal „PNAS“ lediglich 40 Prozent. Der Rest bleibt in Form von Nitrat und Ammonium im Boden. Regnet es, sickert das Nitrat ins Grundwasser, wo es in krebserregendes Nitrit umgewandelt werden kann.

Wird es aus dem Boden in Gewässer geschwemmt und bis ins Meer gespült, schadet das der Ökologie. In Flüssen und Seen verschwinden Arten, die genügsam sind. In den Meeren häufen sich Algenblüten, ein Massenwachstum von Algen, die absterben und in die Tiefe sinken.

Todeszonen in der Ostsee

Zum Abbau des organischen Materials sind große Mengen Sauerstoff nötig. Es entstehen Todeszonen, in denen kein höheres Leben möglich ist. Solche Gebiete haben sich in der Ostsee in den letzten 100 Jahre verzehnfacht und erstrecken sich inzwischen über eine Fläche fast viermal so groß wie Schleswig-Holstein.

In Deutschland stammen laut Umweltbundesamt über die Hälfte der bioverfügbaren Stickstoffverbindungen vom Acker. Auch Mist oder Gülle tragen zur Überdüngung bei. Hinzu kommen Verkehr, Industrie und private Haushalte. Das Verbrennen in Motoren, Industrie-Anlagen, Öl- und Gaskesseln setzt Stickoxide frei, die sich über die Luft verteilen.

Im dicht besiedelten und von Viehzucht geprägten Deutschland ist nach Einschätzung von Sönke Zaehle, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena, nahezu die gesamte Landesfläche überdüngt. Zaehles Team hat ein Computermodell entwickelt, das über die Erdoberfläche ein Gitter mit Feldern von 50 mal 50 Kilometer Kantenlänge legt.

Für jedes dieser Felder errechnet das Modell, wie viel Stickstoff die dortigen Ökosysteme, ob Wald, Wiese, Gewässer oder Ackerland, freisetzen und wie viel eingetragen wird. In die Berechnungen fließen weitere Faktoren ein, etwa die Phosphor-Düngung oder der Einfluss des Klimawandels. Die Simulation liefert einen Überblick, wie viel bioverfügbarer Stickstoff im System ist, wie viel davon in die Atmosphäre entweicht und sich dann über den Erdball verbreitet.

Die Artenvilefalt leidet

Ergebnis: „Der Mensch hat den Input des Stickstoffkreislaufes seit Beginn der Industriellen Revolution mehr als verdoppelt“, rechnet Zaehle vor. „In den hohen Breiten finden sich nur geringe Stickstoff-Einträge, zu den Tropen hin wird es mehr.“ Am höchsten belastet seien Ballungsräume wie Europa, die USA, China und Indien. „Doch es existieren überall regionale Hotspots, beispielsweise dort, wo sich die Viehwirtschaft konzentriert.“ Und es gebe auch Regionen, wo es an Stickstoff mangele, etwa in Zentralafrika.

Vor der Überdüngung des Planeten hat der natürliche Stickstoffmangel die Evolution und damit die Artenvielfalt vorangetrieben: Immer neue Lebewesen entwickelten immer neue Strategien, um an den für sie wichtigen Rohstoff zu kommen.

Zu sehen ist das etwa auf Magerwiesen, deren karge Böden eine bunte Blütenpracht hervorbringen – ein gedeckter Tisch für Käfer, Wildbienen und Schmetterlinge. Umgekehrt gilt: Stickstoffüberschuss lässt Arten schwinden. Weniger Blütenvielfalt bedeutet weniger Nahrung für Insekten und weniger Singvögel, denn sie sind auf Insekten angewiesen.

Allerdings ist die Artenvielfalt von mehreren Seiten unter Druck. Eine Rolle spielt etwa der Klimawandel, der genauso vom Stickstoffüberschuss beeinflusst wird. Denn die Mikroorganismen, die Bodenstickstoff in Nitrat verwandeln, setzen Lachgas frei – ein Treibhausgas, das für das Klima rund 300-mal schädlicher ist als CO₂. „Die Lachgas-Konzentration in der Atmosphäre ist in den letzten zehn Jahren stark gestiegen“, sagt Max-Planck-Forscher Zaehle. Der größte Teil des Lachgases stammt aus der Landwirtschaft; in Deutschland sind das rund 80 Prozent.

Feinstaub und Klimawandel

Stickstoff heizt das Klima auf, hat aber auch gegenteilige Effekte. Denn aus Ställen, offenen Jauchegruben oder beim Ausbringen von Gülle gast Stickstoff in Form von Ammoniak aus, wird vom Wind übers Land verweht und lagert sich in Mooren, Wäldern und Gebirgen ab. Auf den herabrieselnden Dünger reagieren die Pflanzen mit schnellerem Wachstum, was der Atmosphäre mehr CO₂ entzieht und sie auf diese Weise kühlt.

Zudem fördert Stickstoff die Bildung von Aerosolen, die zum Feinstaub zählen. Denn Ammoniak aus der Landwirtschaft sowie Stickoxide aus der Verbrennung fossiler Treib- und Brennstoffe wirken als Kondensationskeime, an denen die eigentlichen Aerosole heranwachsen. Die Partikel, die für das bloße Auge unsichtbar in der Atmosphäre schweben, wirken kühlend, indem sie das Sonnenlicht diffus streuen.

Die kühlenden und wärmenden Effekte hielten sich annähernd die Waage, heißt es in einer von der EU finanzierten Studie aus dem Jahr 2011. Allerdings schädigt Lachgas nicht nur das Klima, sondern greift auch die Ozonschicht an, die hoch oben in der Stratosphäre als Schutzschild gegen die gefährliche UV-Strahlung wirkt.

Die Probleme mit dem Stickstoff sind bekannt, passiert ist bislang wenig. In Deutschland ist der Einsatz von Stickstoffdünger in den Jahren 2000 bis 2020 immerhin von 1,85 auf 1,27 Millionen Tonnen gefallen. Doch noch immer liegen die Nitratkonzentrationen in mehr als einem Viertel der Grundwasservorkommen über dem Grenzwert von 50 Milligramm pro Liter, den die Richtlinie der EU vorschreibt. Deshalb hat der Europäische Gerichtshof die Bundesregierung 2018 dazu verdonnert, ihre Düngeverordnung zu überarbeiten.

Grenzwerte lösen das Problem nicht

Mit Grenzwerten allein lasse sich das Problem nicht lösen, gibt Thomas Scholten, Direktor des Geographischen Instituts an der Universität Tübingen, zu bedenken. Der Bodenkundler plädiert für mehr Ökolandbau. Denn nachhaltige Höfe verzichten auf Kunstdünger und bauen stattdessen Leguminosen wie Rotklee, Lupinen oder Luzerne als Zwischenfrucht an; Pflanzen also, die mit Knöllchenbakterien Stickstoff aus der Luft gewinnen und die Nährstoffverfügbarkeit des Bodens verbessern.

Wird mit Gülle gedüngt, sollte sie nicht gespritzt, sondern bodennah mit Schleppschläuchen ausgebracht werden. Auf diese Weise gast erheblich weniger Ammoniak aus.

Zudem ist Scholten ein Verfechter der sogenannten Präzisionslandwirtschaft, die durch KI, Datenmanagement und Sensortechnologien den Stickstoffbedarf des Bodens Quadratmeter für Quadratmeter ermittelt und die Düngergabe entsprechend anpasst.

Mit Präzisionslandwirtschaft lasse sich der Stickstoffüberschuss auf 30 Kilo pro Hektar und Jahr begrenzen, erläutert der Forscher: „Damit kann die Landwirtschaft gut leben.“ Im Vergleich zu heute wären das zwei Drittel weniger. Stickstoffsparen müsse von der Politik mit finanziellen Anreizen belohnt werden, fordert Scholten: „So wie der CO₂-Preis zum Klimaschutz animiert, könnte auch ein Stickstoffpreis die Überschüsse senken“, meint er.

Die niederländische Regierung geht allerdings einen anderen Weg. Sie hat 1,5 Milliarden Euro bereitgestellt, um jeden dritten Viehzuchtbetrieb aufzukaufen und stillzulegen.

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Dieser Artikel stammt aus der RHEINPFALZ am SONNTAG, der Wochenzeitung der RHEINPFALZ. Digital lesen Sie die vollständige Ausgabe bereits samstags im E-Paper in der RHEINPFALZ-App (Android, iOS). Sonntags ab 5 Uhr erhalten Sie dort eine aktualisierte Version mit den Nachrichten vom Samstag aus der Pfalz, Deutschland und der Welt sowie besonders ausführlich vom Sport.