Hemmung der natürlichen Ureaseaktivität

Ureaseinhibitoren sind chemische Substanzen, die die Aktivität der natürlichen Urease im Boden hemmen. Dadurch bleibt dem Harnstoff mehr Zeit, um in den Boden einzudringen. Und das wiederum bedeutet eine Reduzierung der Ammoniak-Konzentrationsspitzen und des Verflüchtigungsrisikos bei der Ausbringung. Wie wirken Ureaseinhibitoren?

Was ist NBPT?

Seit den 1970er Jahren wurden zahlreiche Moleküle auf ihre Fähigkeiten als Ureaseinhibitor untersucht, doch nur wenige erfüllen die gestellten Anforderungen. Die Verbindungen müssen in niedrigen Konzentrationen wirksam, schadstofffrei, stabil, kostengünstig und mit Harnstoff kompatibel sein. N-(n-Butyl)- thiophosphortriamid (NBPT, Abbildung 3) wird seit den frühen 1980ern in den USA als Ureasinhibitor eingesetzt. 2008 wurde NBPT auch in der EU zugelassen und dient als aktiver Inhaltsstoff in handelsüblichen Harnstoffdüngern mit Ureaseinhibitoren.

Wie agiert NBPT?

Für die Umwandlung von Harnstoff in Ammonium ist zum einen Feuchtigkeit, zum anderen die Aktivität des Ureaseenzyms im Boden erforderlich. Urease ist in zahlreichen Bakterien, Pilzen, Algen und Pflanzen sowie in einigen wirbellosen Lebewesen enthalten und kommt ebenfalls als freies Enzym im Boden vor. Bei Ureaseinhibitoren handelt es sich um chemische Stoffe, die die natürliche Aktivität dieser Bodenenzyme vorübergehend blockieren. Dadurch wird die Umwandlung von Harnstoff zu Ammonium gedrosselt.

Das Ergebnis der langsameren Umwandlung von Harnstoff zu Ammonium sind niedrigere pH-Werte und Ammoniumspitzen im Boden, da die Harnstoffmoleküle mehr Zeit haben, in tiefere Bodenschichten vorzudringen. Damit reduziert sich die Verflüchtigung. Versuche haben gezeigt, dass Ureaseinhibitoren Verflüchtigungsverluste von Harnstoff um etwa 60 bis 70 % und von AHL um 40 bis 50 % reduzieren können [4].

Mindestkonzentration

Die Effizienz von Ureaseinhibitoren ist nur dann gewährleistet, wenn diese in einer Mindestkonzentration verfügbar sind. Für NBPT gelten in Europa 0.04 % als Unter- und 0.10 % als Obergrenze für Harnstoffdünger, die mit Ureaseinhibitoren angeboten werden dürfen.

Stabilität

Ureaseinhibitoren haben nur begrenzte Stabilität und zerfallen mit der Zeit. Der Zerfall ist temperaturabhängig. Die typische Halbwertszeit beträgt weniger als 6 Monate. Düngemittel mit NBPT müssen deshalb so schnell wie möglich nach ihrer Herstellung verwendet werden (Abbildung 5).NBPT zersetzt sich besonders schnell, wenn es mit Sulfat in Kontakt kommt und kann daher bisher nicht mit sulfathaltigen Düngemitteln eingesetzt werden.

Schutz und Sicherheit 

Auswirkungen auf den Menschen     

Gemäß der europäischen Gesetzgebung wird NBPT provisorisch als „gefährlich“ eingestuft. Das reine Produkt reizt das und kann die Fruchtbarkeit beeinträchtigen. Beim Umgang mit reinem NBPT sind Schutzkleidung, Handschuhe und Schutzbrille zu tragen. Für Harnstofffertigprodukte, die NBPT enthalten, sind keine Einschränkungen gegeben. Bisher wurden keine Spuren von NBPT in der Nahrungskette nachgewiesen. 

Auswirkungen auf den Boden
Ausgebrachtes NBPT wird in kürzester Zeit im Boden abgebaut, wobei die Halbwertszeit ein bis zwei Wochen beträgt. Derzeit sind keine schädliche Auswirkungen von NBPT für Bodenorganismen und Tiere bekannt.
 
Auswirkungen auf Pflanzen
Urease ist in Pflanzen für die Zersetzung von künstlich zugeführtem oder in der Pflanze natürlich erzeugtem Harnstoff erforderlich. Ureaseinhibitoren können von den Wurzeln aufgenommen und in die Blätter gelangen, wo sie die endogene Ureaseaktivität hemmen. Die Folge ist eine Veränderung des Stickstoff-Stoffwechsels. Nach der Ausbringung von Harnstoff mit NBPT wurden bei zahlreichen Feldfrüchten Chlorosen und Nekrosen an den Blatträndern festgestellt. Diese Symptome sind kurzlebig und scheinen in erster Linie auf die Ansammlung von Harnstoff in den Blättern zurückzuführen sein.