Stickstoffkreislauf – Dünger und Verwertung

Thema dieses Films ist der Stickstoffkreislauf. Alle Lebewesen brauchen Stickstoff. Stickstoff ist elementarer Bestandteil von Aminosäuren, damit von Proteinen und der DNA. 99 Prozent des Stickstoffvorrats auf unserem Planeten befindet sich aber in Gasform in der Erdatmosphäre, wo er für Tiere und Pflanzen nicht verfügbar ist. Weder können Pflanzen ihn über die Blätter aufnehmen, noch kann er von Tieren bei der Atmung verstoffwechselt werden. Daher hat sich die Evolution ein paar Tricks einfallen lassen. Ein kleiner Teil des molekularen Stickstoffs der Luft wird durch die elektrischen Entladungen bei Gewittern zu Stickoxiden. Vermischt mit Regenwasser fallen diese als Salpetersäure, saurer Regen, auf die Erde. So gelangt jährlich circa ein Kilogramm Stickstoff pro Hektar in den Boden. Ein weitaus größerer Teil wird von spezialisierten Bakterien fixiert, das heißt, in Stickstoffverbindungen umgewandelt, die von Pflanzen verarbeitet werden können. In den Gewässern sind dies unter anderem Blaualgen, Cyanobakterien, die den molekularen Stickstoff in Ammonium umwandeln und im Boden zum Beispiel Knöllchenbakterien. Diese Knöllchenbakterien leben in enger Symbiose mit ebenfalls hochspezialisierten Pflanzen, etwa Lupinen und anderen Hülsenfrüchten. Die Pflanze ernährt die Bakterien durch ihre Photosyntheseprodukte. Die Bakterien reduzieren den atmosphärischen Stickstoff zu Ammoniak, das mit dem Wasser des Bodens zu Ammoniumionen reagiert. Dieser Vorgang liefert unter günstigen Bedingungen jährlich bis zu 400 Kilogramm Stickstoff pro Hektar. Ein kleiner Teil dieser Ammoniumionen wird dann von den Pflanzen direkt aufgenommen. Der Rest wird von anderen Bodenbakterien erst zu Nitrit, dann weiter Nitrationen oxidiert. Dieser Vorgang heißt Nitrifikation. Die Nitrationen können von den Wurzeln der Pflanzen aufgenommen und in den Pflanzen zu Aminosäuren und Proteinen umgebaut werden. Die Tiere und auch der Mensch können die lebensnotwendigen, essentiellen Aminosäuren und Proteine nicht selbst synthetisieren. Sie nehmen sie durch pflanzlichen Nahrung auf. Durch tierische Exkremente, die Harnstoff enthalten, und verrottende Pflanzen landet der Stickstoff in Form organischer Verbindungen wieder im Boden. Ein Teil davon wird mikrobiell wieder zu anorganischen Verbindungen zersetzt, die von Pflanzen aufgenommen werden können. Der übrige Teil wird von anderen Mikroorganismen wieder zu molekularem Stickstoff reduziert und landet erneut in der Atmosphäre. Dieser Prozess heißt Denitrifikation. So schließt sich der Kreislauf. Besser gesagt, so würde sich der Kreislauf schließen, wenn nicht der Mensch eingreifen würde. Denn durch den Ackerbau wird dem Stickstoffkreislauf ein Teil der Stickstoffverbindungen in Form von Getreide und Gemüse sowie Futtermittel für die Viehzucht entzogen. Dieser Teil muss ersetzt werden. Eine Möglichkeit des Ersatzes ist die organische Düngung mittels Mist, Jauche, Gülle und Kompost. In sogenannten Brachejahren ist auch der gezielte Anbau von Schmetterlingsblütlern möglich, die in Symbiose mit Knöllchenbakterien zusätzlichen Stickstoff aus der Luft in den Boden transportieren können. Anfang des 20. Jahrhunderts erfanden Fritz Haber und Karl Bosch ein Verfahren, um ohne Mikroorganismen auf technischen Weg aus Stickstoff und Wasserstoff Ammoniak zu synthetisieren. Von diesem Moment an war es möglich, künstliche, mineralische Dünger herzustellen, die von den Pflanzen unmittelbar aufgenommen werden können. Allerdings benötigen Pflanzen nicht nur Stickstoff, sondern auch Phosphate, Kali und wichtige Spurenelemente, die nun ebenfalls dem Mineraldünger zugesetzt werden, in exakt dem Verhältnis, das die Pflanzen brauchen. Denn deren Wachstum wird durch das Nährsalz bestimmt, das, bezogen auf den Bedarf, im geringsten Anteil vorliegt. Der Rest wird nicht aufgenommen und würde, etwa als überschüssige Nitratverbindung, ins Grundwasser gelangen.