Der Einsatz von Düngemitteln ist eine wachsende Herausforderung in der Landwirtschaft, denn er sorgt dafür, dass sich Nitrat im Grundwasser ansammelt. Schon jetzt ist die Nitratbelastung in manchen Gebieten Deutschlands sehr hoch. Das Problem: Zu viel Nitrat ist schlecht für die Umwelt. Stickstoffeinträge in die Oberflächengewässer und Meere wirken eutrophierend. Das bedeutet, dass die eingetragenen Nährstoffe das Pflanzenwachstum anregen. Die Folgen sind Algenblüten und Sauerstoffmangel. 

Natürliche Reinigungsprozesse im Fokus

Nun hat sich ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Wissenschaftlern der Universitäten Bayreuth und Leipzig den natürlichen Reinigungsprozessen im Boden gewidmet. Im Fachmagazin „PNAS“ berichten sie von einer neuen Methode, mit der sie die Vorgänge im Boden erstmals genauer messen können. Dabei stellten sie fest, dass Mikroben bei der Selbstreinigung des Bodens eine größere Rolle spielen als gedacht.

Bekannt ist bislang, dass reaktiver Stickstoff aus Düngemitteln teilweise von Pflanzen aufgenommen wird. Der Rest wird vor allem als Nitrat in tiefere Bodenschichten ausgespült und gelangt schließlich ins Grundwasser. „Die Prozesse, die sich in den tiefen Bodenschichten abspielen, werden durch unsere üblichen Messvorrichtungen jedoch kaum erfasst. Deshalb ist es meist schwer festzustellen, wie viel Stickstoff bis ins Grundwasser und die von ihm gespeisten Flüsse transportiert wird“, sagt Tamara Kolbe, Wissenschaftlerin an der schwedischen Universität für Agrarwissenschaften in Uppsala und Erstautorin der Studie.

Mikroorganismen setzen Nitrat in harmlosen Stickstoff um

Mit einer neuen Messmethode konnten die Forscher Daten zur Qualität und zum Alter des Grundwassers aus mehr als 50 Grundwasserbrunnen in Frankreich und den USA erheben. Überraschenderweise stellten sie fest, dass 80% der Brunnen Zeichen eines Abbaus von Nitrat in der Tiefe aufweisen. Dies führen sie auf die Existenz von energiereichen Mineralien und Mikroorganismen zurück, welche bei der Atmung Nitrat in harmloses Stickstoffgas umsetzen. Normalerweise nutzen Mikroben für diese Umwandlungsprozesse die Energie von organischem Kohlenstoff, etwa aus Pflanzenresten. Wie sie nun beobachten konnten, dienen den Mikroorganismen aber offenbar auch energiereiche Mineralien als Quelle, um Nitrat abzubauen.

 „Dies ist auch deshalb eine gute Nachricht, weil Trinkwasser häufig aus Grundwasserleitern in großer Tiefe gewonnen wird“, erklärt der Bayreuther Forscher Stefan Peiffer, Mitautor der Studie. Allerdings bedeuten die Erkenntnisse nicht, dass stickstoffhaltiger Dünger bedenkenlos in unbegrenzter Menge auf die Ackerfläche ausgebracht werden darf. So warnt der Leipziger Mitautor Jan Fleckenstein: „Die Verfügbarkeit mineralischer Energiequellen für den mikrobiellen Nitratabbau im Untergrund ist endlich und das Schutzpotenzial des Untergrunds damit begrenzt.“

Bessere Nitratüberwachung im Grundwasser

Nach Aussage der Wissenschaftler kann auch noch dann Nitrat aus dem Grundwasser in Fließgewässer gelangen, wenn die Nitrateinträge im Grundwasser schon stark reduziert oder gestoppt wurden. Denn verschmutztes Wasser kann über längere Zeiträume im Untergrund unterwegs sein, unter Umständen ohne jemals die richtigen Bedingungen für den Nitratabbau anzutreffen, so die Forscher. Dies führt dann zu einer Zeitverzögerung zwischen einem umweltfreundlichen Management in der Landwirtschaft und einem gesunden Ökosystem. „Die Methoden, die wir im Rahmen unserer Studie entwickelt haben, lassen uns die Erholungszeiträume für kontaminierte Grundwasserleiter besser abschätzen. Dieses Wissen könnte Verantwortliche in der Umweltpolitik auch vor unrealistischen Erwartungen bewahren“, ergänzt Tamara Kolbe.

ih/sw