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Eutrophierung des Waldes

Geschädigte Fichte
Geschädigte Fichte

Eutrophierung durch Stickstoffverbindungen

Der „saure Regen“ und die Schäden durch Schwefeldioxid sind zurückgegangen, v.a. durch die Reduktion schwefelhaltiger Emissionen im Bereich der Industrie in den neuen Bundesländern.

Die stärkste Eutrophierung erfolgt heutzutage durch Stickstoffverbindungen wie Stickoxide in der Luft und Nitrate im Grundwasser. Die Verbreitung der Flechte Xanthoria parlefina, ein Stickstoffindikator, geht ebenfalls auf die stärkere Bioverfügbarkeit von Stickstoffverbindungen zurück. In vielen Untersuchungen steigt auch der Ellenberg-Zeigerwert für Stickstoff: Verbreitung von Himbeere, Brennessel, Hohlzahn, Sandrohr und Spätblühende Traubenkirsche. N-eutrophierte Wälder produzieren auch in nicht unerheblichem Ausmaß das starke Treibhausgas Distickstoffoxid N20 (10 mal so stark wie Kohlenstoffdioxid).

Heutzutage ist man in Fachkreisen der Ansicht, dass ein Großteil der Waldschäden auf die Überdüngung mit Stickstoffverbindungen und die Versauerung, ebenfalls durch diese verursacht, zurückzuführen ist. Durch die Eutrophierung mit anorganischen Stickstoffverbindungen wird tendenziell auch die Biodiversität zurückgehen, da die meisten Pflanzenarten an Mangel an Stickstoffverbindungen angepasst sind.

Eine wichtige Quelle von Stickstoffverbindungen ist der Ammoniak aus der Viehhaltung.
Eine wichtige Quelle von Stickstoffverbindungen ist der Ammoniak aus der Viehhaltung.

Durch eine Übersättigung des Bodens mit Stickstoffverbindungen steigt die Tendenz zum Auswaschen in Grund- und Quellwasser.

Bei der Zersetzung des Falllaubs wird zunächst Zellulose abgebaut. Das schwerer abbaubare Lignin reichert sich an. Bei hohen Gehalten an Stickstoffverbindungen kann Lignin mit diesem stabile Verbindungen eingehen. Aus diesem Grunde wachsen zur Zeit die Schichtdicken von Humus auf Waldböden.

Quellen von Stickstoffverbindungen

Vor der Industrialisierung wurden den Bäumen unserer Wälder Stickstoffverbindungen nur durch Destruenten aus Eiweißen in abgestorbenen Organismen zur Verfügung gestellt: Ammonium-Ionen durch Ammonifikation und Nitrationen durch Nitrifikation. Dadurch wurden Stickstoffverbindungen zum Wachstum limitierenden Faktor und es herrschte eine starke Konkurrenz im Wurzelraum um diese Verbindungen. Außerdem ging dem Wald durch übermäßige Biomassenutzung (Waldweide, Streuentnahme usw.) ein Großteil der Stickstoffverbindungen verloren.

Heutzutage werden Stickstoffverbindungen v.a. durch das Auswaschen von Stickoxiden aus der Luft durch den Regen in den Boden eingetragen. Hauptemittenten der Stickoxide sind der Straßenverkehr (etwa 50%), gefolgt von Kraft- und Heizwerken sowie Industriefeuerung. Die Ammoniakemission erfolgt hauptsächlich durch die Landwirtschaft (über 90%), sie wurde durch den Rückgang der Tierhaltung in den neuen Bundesländern dort um fast 60% reduziert. Im Vergleich zueinander und bezogen auf die Masse der N-Atome ist die Emission an Ammoniak seit dem Jahr 1999 höher als die der Stickoxide.

Seit Jahrzehnten werden die Konzentrationen oxidierter Stickstoffverbindungen in Luft an Messstationen kontinuierlich gemessen. In Baden-Württemberg wurden bspw. im Jahr 2005 zwischen 10 und 27 kg pro Hektar und Jahr an Nitrat durch die Luft in den Boden eingebracht. In Wäldern wurden im Jahr 2002 eine Ammoniak/Ammonium-Deposition von ca. 8 kg pro Hektar und Jahr in Baden-Württemberg gemessen.

Critical loads

Die Bewertung der Deposition von Nitrat in Hinblick auf Waldökosysteme kann an Hand von sog. critical loads erfolgen, unterhalb derer keine schädigenden Wirkungen an sensitiven Elementen der Ökosysteme nachweisbar sind. Selbst nach konservativen Modellen überschreiten heute die aktuellen Depositionen die critical loads um das zwei- bis fünffache und zwar sowohl für Laub- als auch für Nadelbäume.

Auch die critical loads für den Eintrag von sauren Lösungen werden an den meisten Messstationen überschritten. Dabei wird die Säurebelastung heute vom Eintrag an Ammoniumverbindungen aus der Landwirtschaft und nicht mehr wie früher am Eintrag von Schwefelverbindungen bestimmt.

Ammonium- versus Nitratverbindungen

Das Nitration muss nach Aufnahme erst energieaufwändig reduziert werden, was bei dem Ammoniumion nicht der Fall ist. Dann wird das Stickstoffatom in organische Verbindungen eingebaut, bspw. indem aus Glutamat Glutamin hergestellt wird.

Auf der anderen Seite konkurriert das Ammoniumion als Kation bei der Aufnahme durch die Wurzeln mit Calcium-, Magnesium und insbesondere Kaliumionen und beeinträchtigt in hohen Konzentrationen deren Aufnahme. Hinzu kommt, dass vor allem Nadelbäume Ammonium- gegenüber Nitratverbindungen als anorganische Stickstoffverbindungen bevorzugen und die Nitrat-, nicht aber die Ammoniumaufnahme über die Wurzeln steuern können.