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Stickstoff auf neuen Wegen

Südamerikanische Waldbäche ermöglichen eine Reise in die Vergangenheit - in die Zeit, bevor stickstoffhaltige Dünger unsere Umwelt überschwemmten. Und sie berichten Erstaunliches über den natürlichen Kreislauf dieses lebenswichtigen Nährstoffes. Denn dort ist es nicht Nitrat, sondern gelöster organischer Stickstoff, der den Hauptanteil der Frachten in den Gewässern ausmacht. Und das bringt so manches Modell ins Wanken.
Die Natur wirft nichts weg – schon gar nicht so grundlegend wichtige Bausteine wie Stickstoff in seinen zahlreichen Varianten. Als lebenswichtiger Nährstoff für Pflanzen und Mikroorganismen gehört er zu den Stellschrauben eines Ökosystem, die bestimmen, wie produktiv die Lebensgemeinschaft das Angebot ihres Biotops nutzen kann.

Bis zur Entwicklung des Haber-Bosch-Verfahrens, das die Herstellung von stickstoffhaltigen Düngern ermöglichte, erwies sich das Element als Mangelfaktor auf zahlreichen Böden. Doch seit Beginn des 20. Jahrhunderts werden Felder und Wiesen mit Nitrat- und Ammoniumverbindungen angereichert – und das oft weit über das verträgliche Maß hinaus. Innerhalb der letzten hundert Jahre hat sich der menschliche Eintrag in den globalen Stickstoffkreislauf verdoppelt, eutrophierte Böden, Gewässer und Luft sind die Folge.

Die Lehrbuchversion für den Stickstoffkreislauf lautet: Bakterien bauen den organisch gebundenen Stickstoff zu Ammonium (NH4) ab, das teilweise von Pflanzen direkt wieder aufgenommen, teilweise aber noch weiter zu Nitrat (NO3) umgewandelt wird. Diese Verbindung ist – im Gegensatz zu Ammonium – in Böden hoch mobil. Überschüssiges Nitrat wird daher leicht in Gewässer ausgewaschen und gilt als dominierende Stickstoffkomponente im Kreislauf.

Doch entspricht diese, in unserer Düngemittel-geprägten Landschaft entwickelte Vorstellung überhaupt den ursprünglichen natürlichen Abläufen? Steven Perakis vom US Geological Survey und Lars Hedin von der Princeton University waren skeptisch. Daher beprobten sie über fünf Jahre hinweg sowohl Waldbäche in unberührten Gegenden Südamerikas als auch vergleichbare Gewässer in einem Nationalpark im Osten der USA. Und den Ergebnissen zufolge müssen sich die Lehrbuchautoren erneut an die Arbeit machen.

Denn im südamerikanischen Naturparadies spielt Nitrat nur eine untergeordnete Rolle im Stoffaustrag aus der Landschaft: Gerade mal fünf Prozent machte es durchschnittlich aus in der Stickstofffracht der Gewässer. Der riesige Anteil an Nitrat von 70 bis 86 Prozent, wie er auf der Nordhalbkugel zu beobachten ist, fehlt hier einfach. Die Konzentrationen an Ammonium und gelöstem organischem Stickstoff (dissolved organic nitrogen, DON) sind in beiden Regionen in etwa vergleichbar. Das führt dazu, dass der Hauptexport von Stickstoff im Süden offenbar in Form von DON erfolgt.

Und nicht nur die Lehrbuchautoren bekommen neue Arbeit, auch die Klimaforscher werden womöglich so manches ihrer Modelle neu überdenken müssen. Da der Stickstoffhaushalt eng mit dem Kohlenstoffkreislauf verknüpft ist und sich damit auch darauf auswirkt, wieviel Kohlenstoff in der Vegetation gebunden werden kann, dürften einige Vorhersagen wohl korrigiert werden müssen.

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