Auswaschung verstehen

Bodenfruchtbarkeit ist auch eine Frage des Stickstoffs, ob er nun natürlichen Ursprungs ist oder aus Mineraldünger stammt. Der Stickstoffzyklus ist jedoch von Natur aus nicht vollständig geschlossen, sodass immer etwas Stickstoff verloren geht.

 

Verluste kommen aber nicht nur Landwirten teuer zu stehen, sie sind auch umweltschädlich. Daher sollten Landwirte alles daran setzen, die Auswaschung einzudämmen. Die europäische Landwirtschaft ist im Allgemeinen höchst effizient. Was können wir tun, um Stickstoffverluste und insbesondere die Auswaschung weiter zu reduzieren? Welche Faktoren tragen zur Auswaschung bei und wie können sie beeinflusst werden?

Bodenstickstoff

Die Verlagerung von überschüssigem mineralischen Stickstoff, d. h. hauptsächlich Nitrat, aus dem Wurzelsystem in das Grundwasser wird als Auswaschung bezeichnet. Woher kommt das überschüssige Nitrat?

 

Im Boden kommt Stickstoff hauptsächlich in zwei Formen vor:

  • Organische Bodensubstanz weist einen hohen Anteil von organischen Stickstoffverbindungen auf, die Pflanzen nicht unmittelbar aufnehmen können.
  • Mineralischer Stickstoff (Ammonium, Nitrat) entsteht durch die Mineralisierung von organischer Bodensubstanz oder wird direkt als Mineraldünger oder als Bestandteil von organischen Düngern ausgebracht. In dieser Form kann Stickstoff sofort von Pflanzen aufgenommen werden.

Ausgebrachter mineralischer Stickstoff wird zum größten Teil von Pflanzen aufgenommen, ein Teil wird jedoch von Mikroorganismen im Boden gebunden und in organische Bodensubstanz umgewandelt. In der Regel verbleibt nur ein kleiner Teil mineralischen Stickstoffs im Boden. Wirtschaftsdünger enthält größere Mengen Stickstoff als organische Stickstoffverbindungen. Daher erhöhen Wirtschaftsdünger den Anteil an organischer Bodensubstanz. Um von Pflanzen aufgenommen werden zu können, muss der organisch gebundene Stickstoff zuerst mineralisiert werden. Zur Auswaschung kommt es, wenn Nitrat mit dem Sickerwasser aus dem Wurzelbereich verlagert wird. Das Risiko ist bei leichten, sandigen Böden größer als bei schweren Tonböden.

 

Stickstoff und Landwirtschaft

Der erste europäische Stickstoff-Bericht (European Nitrogen Assessment [7]) hat gezeigt, dass die Stickstoffüberschüsse in der Landwirtschaft in den meisten europäischen Ländern konstant oder sogar rückläufig sind. Weitere Anstrengungen zur Reduzierung der Überschüsse sind insbesondere in Gebieten mit weiterhin hohen Nitratgehalten im Grundwasser erforderlich. In Wasserläufen sowie im Grundwasser ist Nitrat unerwünscht, da erhöhte Konzentrationen zur Eutrophierung von Oberflächen- und Küstengewässern beitragen. Im Allgemeinen gehen hohe Stickstoffüberschüsse mit intensiver Viehhaltung einher, während sie in reinen Ackerbauregionen meist niedriger ausfallen [6]. In der Praxis hängt die Höhe der Nitratauswaschung weitestgehend von der Menge des Restnitrats im Boden zu Beginn der Sickerperiode im Herbst sowie von der Sickerwassermenge ab. Je mehr Regen in Herbst und Winter fällt, umso mehr Stickstoff kann ausgewaschen werden, aber umso mehr wird er auch verdünnt. Die Verdünnung durch Regen ist ein wichtiger Aspekt, da der von der Europäischen Union festgelegte Grenzwert von 50 mg NO3/l für die Konzentration des ausgewaschenen Stickstoffs und nicht für dessen Menge gilt. In regenreichen Regionen könnten somit theoretisch höhere Nitratmengen ausgewaschen werden, ohne dass der Grenzwert überschritten wird. In trockeneren Regionen könnte der zulässige Grenzwert hingegen sogar durch natürliche Auswaschungsverluste überschritten werden.

Jahreszeitliche Aspekte

Im Frühling ausgebrachte mineralische Stickstoffdünger werden zum größten Teil während der Vegetationsperiode von den Pflanzen aufgenommen. Zudem verhindert der durch hohe Verdunstung bedingte kapillare Aufstieg im Frühling und Sommer, dass es zur Auswaschung kommt. Bodenmikroorganismen wandeln jedoch auch nach der Vegetationsperiode noch organische Substanz in Mineralstickstoff um, der nun nicht mehr von Pflanzen aufgenommen wird und sich als Restnitrat im Boden ansammelt. Vor allem langjährig mit hohen Gaben Wirtschaftsdünger versehene Böden haben ein hohes Mineralisierungspotenzial. Das Restnitrat kann im Winter ins Grundwasser ausgewaschen werden. Eine Auswaschung während der Vegetationsphase bildet die Ausnahme [8]. Das Risiko der Nitratauswaschung steigt bei: 

  • Hohen Nitratgehalten im Boden nach der Ernte infolge von Überdüngung oder anschließender hoher Mineralisierung
  • Geringer Wasserhaltefähigkeit des Bodens (leichte, sandige Böden) 
  • Hohen Niederschlagsmengen 
  • Langen Bracheperioden