Stickstoff ist ein zentraler Baustein fürs Leben. Er steckt in Aminosäuren, Proteinen und der DNA. Für Kulturpflanzen ist er nach Wasser häufig der wachstumslimitierendste Nährstoff. Wie gut Pflanzen Stickstoff aufnehmen können, hängt allerdings stark von seiner Form ab. Mineralische Dünger liefern Stickstoff rasch in pflanzenverfügbarer Form, während Stickstoff in organischer Biomasse etwa in Holz, Mist oder Kompost zunächst durch Bodenorganismen mineralisiert werden muss. 

Der Haber-Bosch Durchbruch

Im 20. Jahrhundert revolutionierte das Haber-Bosch-Verfahren die Landwirtschaft. Erstmals konnte der in der Atmosphäre reichlich vorhandene aber für die meisten Pflanzen (ausser Leguminosen) nicht nutzbare Stickstoff (N2) in grossem Stil in Ammoniak umgewandelt und als Mineraldünger genutzt werden. Damit war die Landwirtschaft nicht länger ausschliesslich an geschlossene Nährstoffkreisläufen mit möglichst kleinen Stickstoffverlusten oder die biologische Stickstofffixierung durch Leguminosen gebunden, die davor die einzige Quelle für Stickstoffeintrag in der Landwirtschaft waren. Pro Hektar Ackerland konnten nun fast viereinhalb statt zwei Personen ernährt werden. 
Heute wird global rund die Hälfte aller Nahrung mithilfe mineralischer Stickstoffdünger produziert. In der biologischen Landwirtschaft wird hingegen auf Mineraldünger verzichtet und auf organische Dünger, Leguminosen und möglichst geschlossene Nährstoffkreisläufe gesetzt.

Wenn Stickstoff schädlich wird

So nützlich der Stickstoff fürs Pflanzenwachstum sein kann, so problematisch wird er, wenn er übermässig in Form von Ammoniak, Lachgas oder Nitrat in die Umwelt gelangt. Heute verdoppelt der Mensch die Menge an reaktivem Stickstoff in der Umwelt, verglichen zum Umsatz an reaktivem Stickstoff aufgrund natürlicher Prozesse. Die planetaren Belastungsgrenzen sind seit Langem überschritten. Viele Ökosysteme können diese übermässigen Stickstoffeinträge nicht gut verkraften, ohne ihre Artenzusammensetzung und ihre Funktionen zu verändern. 
Dabei zeigen sich grosse regionale Unterschiede. Während in Europa, Nordamerika oder Teilen Asiens häufig zu viel Stickstoff eingesetzt wird, leiden viele Regionen Afrikas unter Stickstoffmangel und fortschreitenden Auszehrung der Böden.

Auswirkungen auf Wälder und Gewässer

Gelangt zu viel Ammoniak in die Umwelt, werden empfindliche Lebensräume wie Moore, Wälder und artenreiche Magerwiesen gedüngt. Insbesondere Pflanzen, die an nährstoffarme Bedingungen angepasst sind, werden von anderen Arten verdrängt, mit erheblichen Folgen für die Biodiversität. 
Überschüssiges Nitrat kann durch Niederschläge ins Grundwasser ausgewaschen werden, wo es die Trinkwasserqualität belastet, und auch gesundheitliche Probleme hervorrufen kann. Gelangt es in Gewässer, kann es Algenblüten verstärken und zu Eutrophierung führen, wodurch die Lebensgrundlage von zahlreichen Wasserlebewesen gefährdet wird.
Wenn Mikroben Stickstoffverbindungen im Boden zersetzen, kann Lachgas, ein Treibhausgas mit sehr grosser Klimawirkung entstehen. Zudem braucht auch die Herstellung von Mineraldüngern viel Energie, oft in Form von fossilen Brennstoffen. Ungefähr ein bis zwei Prozent des weltweiten Energiegebrauchs wird für die Düngemittelproduktion aufgewendet, wobei etwa 95 Prozent dieser Energie für stickstoffbasierte Düngemittel verwendet werden.

Weniger Stickstoff ohne Ertragseinbussen?

Ein Bericht des FiBL kommt zum Schluss, dass Ernährungssicherheit auch mit weniger Stickstoffeinsatz möglich wäre: Bei massiver Überversorgung und geringer Nutzungseffizienz, wie es hierzulande der Fall ist, könnte viel Stickstoff eingespart werden, ohne dass die Erträge sinken würden. Ziel wäre es, den Stickstoff in Regionen mit hohen Stickstoffeinträgen um 50 Prozent zu reduzieren, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu vermindern.

An Lösungsansätzen mangelt es nicht, die Problematik ist seit Jahren bekannt. Zentral sind grundlegende Veränderungen entlang des gesamten Ernährungssystems, wie weniger Food Waste und eine stärkere Umsetzung von «Feed no Food» Strategien, bei denen Ackerflächen vermehrt der menschlichen Ernährung statt der Produktion von Futtermitteln dienen, da die Stickstoffnutzungseffizienz bei der Produktion pflanzlicher Nahrungsmittel viel höher ist als für tierische Produkte.

Auch technische Ansätze können einen Beitrag leisten. Stickstoff lässt sich grundsätzlich aus Abwasser zurückgewinnen, allerdings ist dies energieaufwendig. Deshalb werden Abwasserreinigungsanlagen zunehmend mit dem sogenannten Anammox-Verfahren ausgerüstet, bei dem Stickstoff wieder in den harmlosen Luftstickstoff (N₂) umgewandelt wird. Verschiedene Schweizer Kantone rüsten ihre Anlagen derzeit entsprechend auf.

Die Stickstoffproblematik stellt eine grosse Herausforderung dar, ist aber gut erforscht und Lösungsansätze sind bekannt. Die entscheidende Frage lautet deshalb nicht mehr, ob wir das Stickstoffproblem lösen können, sondern ob wir bereit sind, die notwendigen Veränderungen in Landwirtschaft, Politik, Wirtschaft und Konsum tatsächlich umzusetzen.

Michelle Knecht, FiBL

Weiterführende Informationen