Einloggen / Registrieren

Startseite

Schlagzeilen
Messen & Termine
Themen
Wir für Euch
Sonstiges

Stilllegung 2024 Agrardiesel-Debatte Bürokratieabbau

topplus Stickstoff

Dynamisch in Boden und Luft

Lesezeit: 5 Minuten

Stickstoff (N) liegt im Boden organisch gebunden oder in mineralischer Form vor, z.B. als Harnstoff (CH4N2O), Ammonium (NH4) oder Nitrat (NO3). Diese Formen entstehen im Stickstoffkreislauf. Hauptsächlich wird N mit organischen oder mineralischen Düngern dem Boden zugeführt.


Das Wichtigste zum Thema Ackerbau dienstags per Mail!

Mit Eintragung zum Newsletter stimme ich der Nutzung meiner E-Mail-Adresse im Rahmen des gewählten Newsletters und zugehörigen Angeboten gemäß der AGBs und den Datenschutzhinweisen zu.

Von der Luft in den Boden


Den molekularen Stickstoff (N2) aus der Luft können Pflanzen nicht direkt nutzen. Mikroorganismen wie z.B. Rhizobien (Knöllchenbakterien) hingegen schon: Sie leben symbiontisch an den Wurzeln von Leguminosen wie Ackerbohnen, Erbsen, Klee oder Luzerne und auch an anderen Arten wie Erlen. Dort binden sie mit Hilfe des Enzyms Nitrogenase N2 und wandeln diesen in Ammonium um, das die Leguminosen nutzen können. Im Gegenzug versorgt die Wirtspflanze die Rhizobien mit Kohlenhydraten. So können Pflanzen und Rhizobien bis zu 200 kg N/ha und mehr binden. Höhere Nitratkonzentrationen im Boden hemmen die N2-Bindung durch die Rhizobien. Neben der biologischen Stickstofffixierung kann N2 auch durch Blitzschlag oder in Folge von Vulkanausbrüchen und durch photochemische Reaktionen in Stickoxide umgewandelt werden. Mit dem Regenwasser gelöst, gelangen diese in den Boden. Diese Art der Deposition kann zwischen ein paar hundert Gramm bis zu 20 kg N/ha schwanken. Diese N-Fixierung ist im Öko-Landbau wichtiger, macht aber insgesamt nur einen geringen Anteil aus.


Wie viel N wird gebunden?


Organisch gebundenen Stickstoff im Boden wandeln Mikroorganismen in mineralischen um. Durch Ammonifizierung entsteht dabei Ammoniak (NH3), das mit Wasser zu Ammonium (NH4) reagiert. Das kann schon bei Temperaturen von über 0°C erfolgen, dann aber sehr langsam. Ammonium können die Pflanzen aufnehmen und für die Proteinbildung nutzen. Bei Temperaturen über 5°C und verstärkt bei über 10°C oxidieren andere Mikroorganismen (Nitrosomonas, Nitrobacter) das Ammonium über Nitrit (NO2) zu Nitrat (NO3).


Mineralischer Stickstoff (NO3, NH4) geht in die organische Substanz des Bodens ein und wird immobil – Mikroorganismen bauen daraus eigenes Körpereiweiß auf. Verbauen sie mehr N als aus der organischen Substanz freigesetzt wird, „verschwindet“ Mineralstickstoff (Nitrat): Die Nmin-Werte im Boden nehmen ab, ohne dass ein Entzug oder eine Auswaschung erfolgt.


Wie viel N aus der organischen Substanz freigesetzt wird, hängt auch vom C/N-Verhältnis ab: Je höher, desto intensiver die Freisetzung (siehe auch top agrar 8/2020, ab Seite 82). Im Frühjahr steigt die Freisetzung mit steigenden Temperaturen bei ausreichender Bodenfeuchte an, bis die leicht zersetzbare organische Substanz verbraucht ist. Wassermangel lässt die Ammonifikation abklingen und zum Stillstand bringen. Danach folgende Niederschläge führen zum „Wiederbefeuchtungseffekt“. Da ein Wassermangel auch Mikroorganismen absterben lässt, ist deren N für die wieder einsetzende Mineralisation zusätzlich verfügbar. Zudem geht auch Ammonium-N, der im trockenen Boden durch die Austauscher festgelegt wurde, wieder in Lösung. Im Herbst überwiegt meist die Immobilisierung durch den Bedarf an N für die Humusneubildung aus den abgestorbenen Ernterückständen.


Die Netto-N-Freisetzung aus der organischen Substanz erschwert die exakte Bemessung der Frühjahrs-N-Düngung. Zwischen 1 und 3% des im Humus gebundenen Stickstoffs kann die Netto-N-Freisetzung betragen – das sind zwischen 30 und 150 kg N/ha. Wie viel tatsächlich mineralisiert wird (und wann), hängt vom Temperaturverlauf, vom Wassergehalt im Boden, von der Bodendurchlüftung, aber auch vom pH-Wert ab. Optimal sind pH-Werte zwischen 6,5 und 7,0. Unterhalb von pH 5,5 ist die Nitrifikation stark eingeschränkt.


So erfolgt die Umwandlung von Harnstoff


Die Pflanzen können NH4+ als Kation und NO3- als Anion aufnehmen und in Amide, Aminosäuren und Eiweiß einbauen. In neueren Untersuchungen ließ sich auch die Wurzelaufnahme von Harnstoff nachweisen. Allerdings wird Harnstoff durch Urease innerhalb kurzer Zeit in Ammonium umgesetzt. Diese Umwandlung wird durch die Zumischung eines Urease-Hemmers um 14 Tage hinausgezögert, dann unterliegt auch der Urease-stabilisierte Harnstoff der Ammonifikation.


Im trockenen Boden können Austauscher das positiv geladene Ammonium-Ion festlegen. Auf diese Weise kann NH4 in sorptionsstarken Böden in größerer Menge aus dem Verkehr gezogen werden – es ist dann nicht pflanzenverfügbar. Das ist vor allem bei trocken-kalter Witterung der Fall. Bei Temperaturen über 10°C wird NH4 dann innerhalb weniger Tage in Nitrat umgewandelt, das im Boden nicht festgelegt wird. Der Zusatz von Nitrifikationshemmern, die die Aktivität der Nitrifikanten (Nitrosomonas) blockieren, verzögert die Umwandlung von NH4 in NO3 um zwei bis vier Wochen.


Wie viel N wird Ausgewaschen?


Nitrat bildet als Anion leicht lösliche Salze, die im Boden sehr mobil sind. Besonders während der Vegetationsruhe im Winterhalbjahr, aber auch durch Starkregen in den Sommermonaten, besteht daher das Risiko, dass NO3 in tiefere Bodenschichten gelangt bzw. aus der Wurzelzone auswäscht. Fallen in den Trockengebieten über Winter weniger als 200 mm Regen und können die Böden viel Wasser speichern, ist diese Auswaschung zu vernachlässigen.


In winternassen Gebieten können aus sandigen Böden dagegen mehr als 50 kg N/ha trotz Einhaltung der Vorgaben durch die Düngeverordnung ausgewaschen werden. Eine Pflanzendecke über Winter reduziert die Auswaschung.


Gasförmige Verluste


Denitrifikation, die Abspaltung von Sauerstoff aus Nitratverbindungen, erfolgt vor allem in leicht sauren und sauerstoffarmen Böden, z.B durch eine (zeitweise) Übernässung oder durch Staunässe. Denitrifikanten reduzieren Nitrat und setzen Sauerstoff frei. Daraus entstehen Stickoxide (NOx) oder molekularer Stickstoff (N2). Diese können in die Atmosphäre entweichen. Stark reaktionsfähige N-Verbindungen wie das Lachgas (N2O) entstehen nicht nur bei der Denitrifikation, sondern auch bei der Nitrifikation. Lachgas wirkt, obwohl es nur in Spuren auftritt, als Treibhausgas 300-mal stärker als Kohlendioxid (CO2). Denitrifikationsverluste können bis zu 10% der Stickstoffverluste betragen.


Wird Stickstoff als Amid (Harnstoff) oder direkt als Ammonium (Gülle, Gärreste) ausgebracht, wird das Ammonium bei hohen pH-Werten im Boden in Ammoniak umgewandelt. Dieses entweicht in die Luft. Die Verluste sind in Böden mit geringer Sorptionsfähigkeit besonders hoch. Hohe Temperaturen verstärken den Prozess.

Die Redaktion empfiehlt

top + Letzte Chance: Nur noch bis zum 01.04.24

3 Monate top agrar Digital + 2 Wintermützen GRATIS

Wie zufrieden sind Sie mit topagrar.com?

Was können wir noch verbessern?

Weitere Informationen zur Verarbeitung Ihrer Daten finden Sie in unserer Datenschutzerklärung.

Vielen Dank für Ihr Feedback!

Wir arbeiten stetig daran, Ihre Erfahrung mit topagrar.com zu verbessern. Dazu ist Ihre Meinung für uns unverzichtbar.