Stickstoff ist lebensnotwendig – für Pflanzen, Tiere, Menschen und das gesamte Ökosystem. Doch zu viel davon in der Umwelt wird zum Problem: Überdüngung kann zum Sauerstoffmangel in Seen, Flüssen oder Meeren führen; Fischsterben, Artenverlust und eine schlechtere Badegewässerqualität sind die Folgen. Empfindliche Pflanzenarten, die auf stickstoffarme Böden angewiesen sind, verschwinden. Im Verkehr und durch Industrie freigesetzte Stickstoffoxide tragen zur Bildung von bodennahem Ozon und Feinstaub bei und beim Düngereinsatz entsteht das Treibhausgas Distickstoffmonoxid (Lachgas).

Die EU-Kommission hatte deshalb in der „Farm to Fork“ (F2F)-Strategie des „Green Deal“ das Ziel formuliert, bis 2030 die Nährstoffverluste mindestens zu halbieren, indem die EU-Staaten 20 Prozent weniger chemischer Dünger einsetzen sollten. Ein Team des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) hat nun im Fachjournal Nature Food berechnet, dass ein solcher einheitlicher Düngeverzicht nicht ausreicht.

Stickstoffüberschuss nimmt seit dem 2. WK deutlich zu

Überschüssiges Nitrat aus der Landwirtschaft gelangt über das Grundwasser ins Trinkwasser, Stickstoffverbindungen wie Ammonium und Nitrat lassen Böden und Gewässer versauern. Dass es insgesamt zu viel Stickstoff in der Umwelt gibt, lässt sich etwa anhand des Stickstoffüberschusses im Boden veranschaulichen. Der Überschuss wird berechnet aus der Differenz der Stickstoffzufuhr (zum Beispiel über Kunstdünger, Gülle oder Einträge aus der Atmosphäre) sowie dem Stickstoff, der dem Boden etwa über das Pflanzenwachstum entzogen wird. Dieser Stickstoffüberschuss, das zeigen Daten, die ein UFZ-Forschungsteam erstmals im Jahr 2022 im Fachmagazin Scientific Data veröffentlicht hatte, ist in Europa rasant gestiegen.

„Während der Stickstoffüberschuss bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts relativ gering war, nahm dieser nach dem Zweiten Weltkrieg deutlich zu und erreichte durch den vermehrten Einsatz von Kunstdünger bis in die Mitte der 1980er Jahre Spitzenwerte“, sagt Masooma Batool, UFZ-Datenanalystin und Erstautorin sowohl des aktuellen Papers als auch der Studie vor drei Jahren.

Ende der 1980er Jahre sei der Stickstoffüberschuss dann merklich zurückgegangen – infolge der EU-Nitratrichtlinie, Reformen der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) sowie wirtschaftlicher und politischer Veränderungen. Hinzu kamen technologische Fortschritte wie eine präzisere Düngung. Seit den 2010er Jahren verharrt der Stickstoffüberschuss aber auf einem hohen Niveau.

Herkunft und Ausmaß des Stickstoffüberschusses regional sehr unterschiedlich

Für die aktuelle Studie haben sich die UFZ-Forscher:innen den jährlichen Stickstoffüberschuss in Europa zwischen den Jahren 1850 und 2019 genauer angeschaut und – je nach Herkunft und Ausmaß – in vier Kategorien geclustert. Demnach gehören zur Kategorie „Wirtschaftsdünger“ Staaten wie etwa die Niederlande oder Dänemark, weil dort aufgrund des hohen Viehbesatzes der Gülleeintrag dominiert und ein hoher Stickstoffüberschuss produziert wird. Zur Kategorie „Kunstdünger“ zählen mitteleuropäische Länder wie Deutschland und Frankreich, denn dort wird mehr mineralischer Dünger als Gülle ausgebracht. Zur Kategorie „Moderater Einsatz von Wirtschafts- und Kunstdünger“ gehören viele osteuropäische und mediterrane Länder, in die Kategorie „Natürliche Landschaften“ ordnen sich vor allem nordeuropäische Länder wie Norwegen, Schweden und Finnland ein, in denen weniger als anderswo mineralisch gedüngt und Gülle ausgebracht wird.

„Durch die Abgrenzung dieser vier Kategorien können wir bewerten, wie wirksam die Farm to Fork-Strategie der EU ist“, sagt Doktorandin Masooma Batool.

Reichen die EU-Vorgaben aus, um den Nährstoffüberschuss bis 2030 zu halbieren?

Um das herauszubekommen, entwickelten die Forschenden für die vier regionalen Kategorien Zukunftsszenarien. Grundlage ihrer Berechnungen sind zum einen die Stickstoffüberschüsse der Jahre 2015 bis 2019, zum anderen die bestehenden Vorgaben zum Beispiel der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) oder des Green Deal. Das Ergebnis: Würden die EU-Staaten die F2F-Strategie mit einer Reduzierung des Einsatzes von mineralischem Dünger um mindestens 20 Prozent umsetzen, wird der Stickstoffüberschuss im Boden zwar reduziert, jedoch nicht wie erhofft um die Hälfte, sondern lediglich um maximal um 10 bis 16 Prozent. In keiner der vier regionalen Kategorien geht der Stickstoffüberschuss um die gewünschten 50 Prozent zurück.

Zu den Gründen sagt Dr. Rohini Kumar, Co-Autor und UFZ-Hydrosystemmodellierer: „Die landwirtschaftlichen Regionen Europas unterscheiden sich in der Flächennutzung, der Intensität des Stickstoffeinsatzes und den verwendeten Technologien. Deshalb bringt nach unseren Berechnungen eine einheitliche EU-weite Reduzierung des mineralischen Düngers, wie sie in der F2F-Strategie verankert ist, nicht das gewünschte Ergebnis.“

Selbst das ehrgeizigste Szenario der FAO, das einen EU-weiten Rückgang des Kunstdüngers um 43 Prozent und der Gülle um 4 Prozent vorgibt – kombiniert mit modernen Technologien und Bewirtschaftungsmaßnahmen – mindert den Stickstoffüberschuss nur um 30 bis 45 Prozent.

Immerhin: „Insgesamt fünf Länder – Schweden, Dänemark, Lettland, Litauen und Tschechien – würde es unseren Berechnungen zufolge bei diesem Szenario gelingen, ihren Stickstoffüberschuss zu halbieren“, sagt Dr. Andreas Musolff, UFZ-Hydrogeologe und Co-Autor.

Staaten mit einem hohen Stickstoffüberschuss wie Deutschland und die Niederlande lägen dagegen deutlich unter den angestrebten 50 Prozent.

Doch wie könnten es Staaten wie Deutschland schaffen, den Stickstoffüberschuss zu halbieren?

„Unseren Berechnungen zufolge müssten Deutschlands Landwirte dafür – die Anwendung moderner Technologien und Bewirtschaftungsmaßnahmen vorausgesetzt – den mineralischen Dünger um 20 Prozent und zusätzlich den Gülle-Einsatz um 50 Prozent senken“, sagt Masooma Batool.

Modernisieren sie Technologien und Anbau nicht, müssten sie beispielsweise 67 Prozent weniger Gülle ausbringen. Allerdings brächte diese Reduktion auch Ertragseinbußen mit sich: bei modernen Technologien und Bewirtschaftungsmaßnahmen um 17 Prozent, bei den heutzutage gängigen um 25 Prozent. Es würden also weniger Lebens- und Futtermittel erwirtschaftet.

„Mit diesen Szenarien können Entscheidungsträger analysieren, welche Folgen die schrittweise Reduzierung von Mineraldünger und/oder Gülle auf die Produktion von Lebens- und Futtermittel hat, wenn der Stickstoffüberschuss halbiert werden soll“, bilanziert Rohini Kumar.

Sie könnten so Strategien entwickeln, wie sich sowohl Umweltziele erreichen als auch eine ausreichende landwirtschaftliche Produktion sichern lassen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Rohini Kumar
UFZ Department Computational Hydrosystems
Rohini.kumar@ufz.de

Masooma Batool
UFZ Department Computational Hydrosystems
Masooma.batool@ufz.de

Dr. Andreas Musolff
UFZ Department Hydrogeology
Andreas.musolff@ufz.de

Originalpublikation:
Masooma Batool, Fanny J., Sarrazin, Xin Zhang, Andreas Musolff,et al.: Scenario analysis of nitrogen surplus typologies in Europe shows 20 percent fertilizer reduction may fall short of 2030 EU Green Deal nitrogen goals, Nature Food.