Die Nitratbelastung von Böden und Gewässern ist aufgrund des Einsatzes von Düngemitteln ein drängendes globales Umweltproblem. Wie eine neue Studie im Fachmagazin Science zeigt, spielen sowohl die Wassermenge, die durch die Landschaft fließt, als auch die Fließgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle für das Risiko der Nitratbelastung.
Die Studie des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und unter der Projektleitung von Prof. Doerthe Tetzlaff vom (IGB) und der Humboldt-Universität zu Berlin zeigt: Ein Anstieg von Nitrat ist häufig klimabedingt und wird durch extreme Wetterereignisse wie starke Regenfälle oder Dürreperioden beeinflusst, die den Wasserkreislauf beschleunigen oder verlangsamen. Um dies zu erklären, führen die Autor*innen das Konzept der „Feuchtigkeitsgrenzen” ein. Das Überschreiten dieser Grenzen – nach unten wie nach oben – verstärkt demnach die Nitratbelastung von Böden und die Auswaschung von Nitrat in das Gewässer oder das Grundwasser. Ihre Prognosen deuten darauf hin, dass sich die Nitratrisiken in weiten Teilen Europas bis 2100 unter einem Klimaszenario mit geringen Emissionen von anthropogenen Treibhausgasen verringern werden, heben jedoch die zunehmenden Risiken in weiten Teilen Ost- und Südeuropas unter einem Szenario mit hohen Emissionen hervor.
3.800 europäische Flussgebiete im Modell untersucht
Seit der vorindustriellen Zeit haben sich die menschlichen Stickstoffeinträge in die terrestrische Biosphäre verdoppelt, sie stammen vor allem aus den großen Mengen synthetischer und organischer Düngemittel. Überschüssiger Stickstoff gelangt in Gewässer, was das Risiko einer Überdüngung birgt und somit die Nahrungsmittelproduktion, die Trinkwassergewinnung und die Nachhaltigkeit der Ökosysteme gefährdet. Um den Nitratkreislauf besser zu verstehen, hat das Forschungsteam ein prozessbasiertes Modell zur Verfolgung von Wasser- und Stickstoffflüssen mithilfe stabiler Wasserisotope entwickelt. Das Modell wurde auf über 3.800 europäische Flussgebiete angewendet und das Forschungsteam kartierte die Geschwindigkeiten des Wasserkreislaufs. Dabei bewerteten sie, wie sich die Beschleunigung und Verlangsamung unter feuchteren und trockeneren klimatischen Bedingungen seit den 1980er Jahren auf die Nitratbelastung auswirken. Die Studie prognostiziert zudem, wie sich dies bis zum Ende des 21. Jahrhunderts entwickeln wird.
Warum die Fließgeschwindigkeit eine Rolle bei der Nitratbelastung spielt
Die Fließgeschwindigkeit spielt eine entscheidende Rolle bei der Nitratbelastung, da sie das Gleichgewicht zwischen Transport und Verstoffwechselung bestimmt. Höhere Fließgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise an der nordwestlichen Küste Europas und in Bergregionen vorherrschen, verkürzen die für den Nitratabbau verfügbare Zeit. Dadurch erhöht sich das Risiko, dass Nitrat aus den Böden in das Grundwasser und in Fließgewässer ausgewaschen wird. Im Gegensatz dazu bieten langsamere Fließgeschwindigkeiten, wie sie in Tieflandregionen vorherrschen, Pflanzen und Mikroorganismen mehr Zeit für den Nitratabbau. „Bisher wurde die Nitratbelastung hauptsächlich auf menschliche Einträge wie Düngemittel zurückgeführt. Wir konnten jedoch zeigen, dass auch die Fließgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle bei der Nitratauswaschung spielt“, sagt der Hauptautor Dr. Songjun Wu vom IGB.
Wie lassen sich solche negativen Entwicklungen verhindern?
Um diese Risiken zu mindern, betont die Studie, wie wichtig es ist, hydrologische Veränderungen innerhalb der Feuchtigkeitsgrenzen zu halten. Dies kann entweder durch die Bewältigung von Klimaextremen oder durch die Ausweitung dieser Grenzen durch die Reduzierung menschlicher Nitrateinträge erreicht werden, beispielsweise durch Fruchtfolge, optimierte Düngung und verbesserte Abwasserbehandlung.
(Gekürzte Fassung der Pressemitteilung)