Ein besseres Management von stickstoffreichen Düngemitteln durch wechselnde Kulturen, optimierte Nutzung und andere Maßnahmen können enorme Vorteile für Umwelt und Gesundheit bringen, müssen aber gleichzeitig die Lebensmittelproduktion steigern, warnten Forscher am Mittwoch.
Die Reduzierung der Stickstoffbelastung durch das globale Ackerland sei eine „große Herausforderung“, sagte die Gruppe internationaler Forscher in einer Studie in Natur skizziert ein Dutzend dringend benötigter Reformen.
Der intensive Einsatz chemischer Düngemittel trug dazu bei, die menschliche Bevölkerung im letzten Jahrhundert um das Vierfache zu vergrößern, und wird für die Ernährung von 10 Milliarden Menschen bis 2050 von entscheidender Bedeutung sein.
Aber die Rekordernte dessen, was einst als Grüne Revolution bezeichnet wurde, hat einen schrecklichen Preis.
Heute versickert mehr als die Hälfte des Stickstoffs in Düngemitteln in Luft und Wasser, was zu tödlicher Umweltverschmutzung, Bodenversauerung, Klimawandel, Ozonabbau und Verlust der Artenvielfalt führt.
„Angesichts der vielfältigen Auswirkungen von reaktivem Stickstoff auf Gesundheit, Klima und Umwelt muss er in allen Medien wie Luft und Wasser reduziert werden“, sagte der Hauptautor Baojing Gu, Professor an der Zhejiang University, gegenüber .
Die Vorteile, die dadurch entstehen, übersteigen die Kosten bei weitem, fügte er hinzu.
Stickstoffkreislauf
Die Welt ist von Natur aus mit Stickstoff überschwemmt, der für das Überleben allen Lebens auf der Erde, insbesondere der Pflanzen, von entscheidender Bedeutung ist.
Fast 80 Prozent der Erdatmosphäre besteht aus Stickstoff, wenn auch in gasförmiger Form (N2), der für die meisten Organismen wenig direkten Nutzen hat.
Es wird Pflanzen zur Verfügung gestellt, wenn Mikroben, die in Pflanzen oder Böden leben, es durch biologische Stickstofffixierung in Ammoniak umwandeln.
Durch diesen Prozess gelangen jährlich etwa 200 Millionen Tonnen Stickstoff in Böden und Ozeane.
Verschiedene Formen des Elements werden schließlich umgewandelt und finden ihren Weg zurück in die Atmosphäre mit Hilfe von Bakterien, insbesondere in Feuchtgebieten, und nachdem sie in die Ozeane ausgewaschen oder verbrannt wurden.
Doch dieser natürliche „Stickstoffkreislauf“ wurde laut der Studie durch den Einsatz von rund 120 Millionen Tonnen Kunstdünger pro Jahr massiv aus dem Gleichgewicht gebracht.
Weniger als die Hälfte dieses Eintrags wird tatsächlich von Pflanzen aufgenommen, während der Rest in die Umwelt sickert und eine Konstellation von Problemen verursacht.
Forscher unter der Leitung von Gu analysierten über 1.500 Feldbeobachtungen von Ackerflächen auf der ganzen Welt und identifizierten 11 Schlüsselmaßnahmen zur Verringerung von Stickstoffverlusten bei gleichzeitiger Steigerung der Ernteerträge.
Eine solche Methode ist die Fruchtfolge, bei der eine Vielzahl von Pflanzen auf derselben Parzelle gepflanzt werden, um den Nährstofffluss im Boden zu optimieren.
Vorteile überwiegen die Kosten
Die Vorteile einer Verringerung der Stickstoffverschmutzung in der Landwirtschaft sind etwa 25-mal höher als die Umsetzungskosten von etwa 34 Milliarden US-Dollar, fanden sie heraus.
Für China und Indien – deren umfangreicher und intensiver Einsatz von Düngemitteln sie zu den größten Stickstoffverschmutzern der Welt machen – würden diese Kosten etwa 5 bzw. 3 Milliarden US-Dollar betragen.
Fast eine halbe Billion Dollar an vermiedenen Kosten verteilen sich auf weniger vorzeitige Todesfälle durch Luftverschmutzung, weniger Schäden an Ökosystemleistungen und höhere Ernteerträge.
Die vorgeschlagene Maßnahme könnte sich jedoch negativ auf den Kampf gegen den Klimawandel auswirken.
„Grundsätzlich ist der Einfluss des Stickstoffmanagements auf den Klimawandel neutral oder schädigt das Klima geringfügig aufgrund der Verringerung der Kohlenstoffbindung in Ökosystemen“, sagte Gu gegenüber .
Selbst bei übergroßen Vorteilen hat ein fortschrittliches Stickstoffmanagement Vorlaufkosten, die für viele Kleinbauern ohne die Unterstützung einer starken Regierungspolitik unerschwinglich wären.
Ein Stickstoffkreditsystem beispielsweise könnte Landwirte subventionieren, die fortschrittliche Stickstoffmanagementtechniken anwenden und aus den wirtschaftlichen Vorteilen einer verringerten Stickstoffverschmutzung und einer erhöhten Nahrungsmittelversorgung ziehen.
Um diesen positiven Kreislauf in Gang zu bringen, könnte ein finanzielles Budget gesichert werden, indem Lebensmittelverbraucher oder Unternehmen besteuert werden, die die Landwirtschaft für die kommerzielle Lebensmittelproduktion nutzen, oder indem umweltverschmutzende Aktivitäten und Produkte besteuert werden.
Mehr Informationen:
Baojing Gu et al, Kostengünstige Minderung der Stickstoffverschmutzung durch globale Ackerflächen, Natur (2023). DOI: 10.1038/s41586-022-05481-8
© 2023