Stickstoffdepositionen im Münsterland – ein persistentes Umweltproblem
von Jürgen Lethmate
Abb. 1: Die Gülleflechte (Xanthoria parietina) mit ihren orangefarbenen
Fruchtscheiben (Foto: J. Lethmate)
Im Münsterland sind sie an Ästen und Stämmen vieler Bäume kaum zu übersehen, die breitlappigen, gelblichen "Flecken" mit den orangefarbenen Gebilden im Zentrum (Abb. 1). Es sind Laubflechten, der Färbung nach als Wand-Gelbflechten bezeichnet: Xanthoria parietina (gr. xanthos = gelb; lat. paries = Wand). Ihr Trivialname "Gülleflechten" erklärt ihre Ausbreitung im Münsterland, einer durch Intensivtierhaltung und Güllewirtschaft geprägten Region mit hoher Ammoniakemission. Die Emissionsdichte ist hier mit ca. 28 kg Ammoniakstickstoff (NH3-N) pro Hektar und Jahr doppelt so hoch wie der Bundes- bzw. Landeswert. Ammoniak entweicht als Gas aus Viehställen, Güllebehältern und während der Gülleaufbringung. Es reagiert schon unweit seiner Entstehung schnell mit anderen Stoffen wie Nitrat und Sulfat zu Ammoniumnitrat und Ammoniumsulfat. Diese Ammoniumsalze bilden heute 20 - 70% des Feinstaubes PM 10 (particulate matter < 10 µm, s. Beitrag Büns/Plagemann), sie gelangen als trockene Deposition in die Biosphäre und wirken hier als Düngesalze. Gelbflechten sind Bioindikator dieser Luftdüngung.
Einträge von Stickstoffverbindungen aus der Luft in Ökosysteme (Stickstoffdepositionen) lassen sich als nasse Deposition mit dem Niederschlag erfassen. Dazu werden offene Regensammler an verschiedenen Messstationen aufgestellt. Ein Sammler besteht aus zwei 10-Liter-Kunststoffflaschen, die am Gewinde miteinander verschraubt sind. Das untere Gefäß dient als Sammelgefäß und wird senkrecht in ein Standrohr mit Licht- und Verdunstungsschutz gestellt; die obere Flasche, deren Boden abgeschnitten wurde, dient als Auffanggefäß mit einer Oberfläche von 320 cm2 (s. Abb. 1 im Beitrag Lethmate). Die Regensammler werden wöchentlich oder 14-tägig beprobt, die Regenmenge protokolliert und das Regenwasser später nach einschlägigen hydrochemischen Parametern, insbesondere den Stickstoffverbindungen Ammonium (NH4+), Nitrit (NO2-), Nitrat (NO3-) und organischer Stickstoff (Norg), analysiert. Die gemessenen Konzentrationen in mg ergeben, multipliziert mit der Niederschlagshöhe in mm, die Deposition in kg ha-1a-1 (= kg pro Hektar und Jahr) als flächen- und zeitbezogene ökologische Kontrollgröße.
Einträge von Stickstoffverbindungen aus der Luft in Ökosysteme (Stickstoffdepositionen) lassen sich als nasse Deposition mit dem Niederschlag erfassen. Dazu werden offene Regensammler an verschiedenen Messstationen aufgestellt. Ein Sammler besteht aus zwei 10-Liter-Kunststoffflaschen, die am Gewinde miteinander verschraubt sind. Das untere Gefäß dient als Sammelgefäß und wird senkrecht in ein Standrohr mit Licht- und Verdunstungsschutz gestellt; die obere Flasche, deren Boden abgeschnitten wurde, dient als Auffanggefäß mit einer Oberfläche von 320 cm2 (s. Abb. 1 im Beitrag Lethmate). Die Regensammler werden wöchentlich oder 14-tägig beprobt, die Regenmenge protokolliert und das Regenwasser später nach einschlägigen hydrochemischen Parametern, insbesondere den Stickstoffverbindungen Ammonium (NH4+), Nitrit (NO2-), Nitrat (NO3-) und organischer Stickstoff (Norg), analysiert. Die gemessenen Konzentrationen in mg ergeben, multipliziert mit der Niederschlagshöhe in mm, die Deposition in kg ha-1a-1 (= kg pro Hektar und Jahr) als flächen- und zeitbezogene ökologische Kontrollgröße.
Abb. 2: Stickstoffdeposition in kg pro ha und Jahr an Standorten des Dienstbezirks des Staatlichen Umweltamtes Münster mit relativen Anteilen der Stickstoffformen (Quelle: Bartels/StUA Münster 2005)
Solche Untersuchungen aus den Jahren 2004/05 an zehn Stationen des Münsterlandes ergaben Stickstoffdepositionen von ca. 20 - 81 kg N ha-1a-1 (Abb. 2), eine Größenordnung, die das Westfälische Münsterland neben dem zweiten Zentrum der deutschen Intensivtierhaltung, dem Oldenburger Münsterland, zum "Spitzenreiter" in Deutschland macht. Zum Vergleich: Die vorindustriellen Stickstoffeinträge lagen bei ca. 1 - 2 kg N ha-1a-1, Stickstoff war über Jahrmillionen ein ökologischer Minimumfaktor. Die derzeitige anorganische Stickstoffdeposition (NH4+ + NO3-) in Deutschland liegt im Mittel bei ca. 18 kg N ha-1a-1. Wie an allen Messstationen schwanken auch im Münsterland die Depositionen stark je nach Lage der Station und den damit gegebenen unterschiedlichen lokalklimatischen Gegebenheiten. Die beiden Stationen Nordwalde West/Ost, nur einige 100 m voneinander entfernt, belegen den Einfluss des Ammoniaks sehr markant: Die östliche Station erreicht fast das Vierfache an N-Einträgen der westlichen Station, da sie in der Abluft einer Schweinemastanlage mit 1.200 Tieren liegt. Auch der zeitliche Effekt der Gülleaufbringung lässt sich in der Region zeigen: Zu Hauptzeiten der Gülledüngung im Frühjahr und Herbst hat die Stickstofftrendkurve aller Stationen ein Maximum. Ammonium bildet an allen Stationen den höchsten Anteil an den Stickstoffdepositionen (Abb. 2). Es entsteht luftchemisch aus Ammoniak und Wasserstoff-Ionen nach der vereinfachten Formel NH3 + H+ → NH4+. Damit ist die Intensivtierhaltung als zentraler Verursacher eines spezifischen chemischen Klimas, des "Ammoniumklimas", für das Münsterland belegt. Zwei Drittel des deponierten Stickstoffs lassen sich auf die Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung zurückführen, ein Drittel stammt aus Emissionen des Verkehrs und der Industrie.
Schon in den 1980er Jahren war das Münsterland durch hohe N-Einträge belastet (Tab. 1). Bei üblicher zeitlicher und räumlicher Streubreite ergab sich ein durchschnittlicher Eintrag von ca. 18 kg N ha-1a-1. Da nur Ammonium und Nitrat gemessen wurden, lag die tatsächliche Deposition um mindestens 6,5 kg (Mittelwert des 2004/05 ermittelten organischen Stickstoffs) höher, das heißt im Mittel bei ca. 24,5 kg N ha-1a-1. Die heutigen Einträge liegen mit durchschnittlich ca. 32 kg N noch höher als in den 1980er Jahren, Indiz für eine Zunahme der Intensivtierhaltung, die heute nicht nur bäuerlich, sondern auch als "gewerbliche Tierhaltung" betrieben wird.
Schon in den 1980er Jahren war das Münsterland durch hohe N-Einträge belastet (Tab. 1). Bei üblicher zeitlicher und räumlicher Streubreite ergab sich ein durchschnittlicher Eintrag von ca. 18 kg N ha-1a-1. Da nur Ammonium und Nitrat gemessen wurden, lag die tatsächliche Deposition um mindestens 6,5 kg (Mittelwert des 2004/05 ermittelten organischen Stickstoffs) höher, das heißt im Mittel bei ca. 24,5 kg N ha-1a-1. Die heutigen Einträge liegen mit durchschnittlich ca. 32 kg N noch höher als in den 1980er Jahren, Indiz für eine Zunahme der Intensivtierhaltung, die heute nicht nur bäuerlich, sondern auch als "gewerbliche Tierhaltung" betrieben wird.
Tab. 1: Anorganische Stickstoffdeposition in kg pro ha und Jahr und Ammoniumstickstoff/Nitratstickstoff-Verhältnisse im Freilandniederschlag
verschiedener Messstationen des Münsterlandes in den 1980er Jahren (Quellen: Scholten 1990, Schröder 1985 und von Ruville-Jackelen 1996)
Die Ammoniumstickstoff/Nitratstickstoff-Verhältnisse NH4+-N/NO3--N belegen auch für die 1980er Jahre den dominanten Einfluss der Intensivtierhaltung: Sie überschreiten deren Schwellenwert von 1,5 teilweise deutlich (Tab.1). Die Werte von Reken (0,9) und Westerkappeln (1,1) sind auf hohe Nitratkonzentrationen aus Stickoxidemissionen zurückzuführen, in Reken bedingt durch die Nähe des Verdichtungsraumes Rhein-Ruhr, in Westerkappeln wahrscheinlich verursacht durch die Abluftfahne des Ibbenbürener Steinkohlekraftwerkes. Insgesamt ist der Einfluss der Intensivtierhaltung auf die Region aber unverkennbar, das mittlere NH4+-N/NO3--N-Verhältnis liegt bei 2,2.
Die anhaltend hohen Stickstoffdepositionen entsprechen der Definition für "persistente Umweltprobleme", bei denen staatliche Maßnahmen über einen längeren Zeitraum hinweg keine signifikanten Trendverbesserungen herbeizuführen vermochten. Nach Daten des Umweltbundesamtes nehmen Schwefeldioxid- und Stickoxidemissionen seit 1990 deutlich ab, Ammoniak dagegen bleibt bis heute auf einem gleich hohen Emissionsniveau. Dies führt zu versauernden und eutrophierenden Effekten auf Ökosysteme (s. Beitrag Lethmate). Waldökosysteme vertragen je nach Baumart zwischen 10 und 20 kg N ha-1a-1. Bäume filtern aber mit ihren großen Blatt- und Nadeloberflächen Schadstoffe aus der Luft. Waldniederschläge sind daher mit Luftschadstoffen angereichert, die Eintragsraten in den Waldboden können bis zu 60 kg N ha-1a-1 betragen. Empfindlich reagieren auch die im Münsterland noch vorkommenden nährstoffarmen Heiden und Moore. Die letztlich aus unseren Ernährungsgewohnheiten, besonders unserem Fleischkonsum, resultierenden hohen Stickstoffeinträge bleiben aus Biosphärensicht ein unfreiwilliges Großexperiment mit ungewissem Ausgang.
Die anhaltend hohen Stickstoffdepositionen entsprechen der Definition für "persistente Umweltprobleme", bei denen staatliche Maßnahmen über einen längeren Zeitraum hinweg keine signifikanten Trendverbesserungen herbeizuführen vermochten. Nach Daten des Umweltbundesamtes nehmen Schwefeldioxid- und Stickoxidemissionen seit 1990 deutlich ab, Ammoniak dagegen bleibt bis heute auf einem gleich hohen Emissionsniveau. Dies führt zu versauernden und eutrophierenden Effekten auf Ökosysteme (s. Beitrag Lethmate). Waldökosysteme vertragen je nach Baumart zwischen 10 und 20 kg N ha-1a-1. Bäume filtern aber mit ihren großen Blatt- und Nadeloberflächen Schadstoffe aus der Luft. Waldniederschläge sind daher mit Luftschadstoffen angereichert, die Eintragsraten in den Waldboden können bis zu 60 kg N ha-1a-1 betragen. Empfindlich reagieren auch die im Münsterland noch vorkommenden nährstoffarmen Heiden und Moore. Die letztlich aus unseren Ernährungsgewohnheiten, besonders unserem Fleischkonsum, resultierenden hohen Stickstoffeinträge bleiben aus Biosphärensicht ein unfreiwilliges Großexperiment mit ungewissem Ausgang.
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Weiterführende Literatur/Quellen
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Bartels, U. und S. Wagener (2005): Stickstoffdeposition im Münsterland. Münster |
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Jänicke, M. und A. Volkery (2001): Persistente Probleme des Umweltschutzes. In: Natur und Kultur, Heft 2/2001. o. O., S. 45–59 |
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Janßen, A. M., J. P. Frahm und J. Gehrmann (2007): Auswirkungen unterschiedlicher Stickstoffdepositionsformen auf epiphytische Flechten. In: Immissionsschutz, Heft 03/2007. Berlin, S. 110–115 |
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Lethmate, J. (2005): Stickstoff-Regen. Ein globales Eutrophierungsexperiment. In: Biologie in unserer Zeit, Heft 02/2005. Weinheim, S. 108–117 |
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Scholten, Th. (1990): Untersuchung der Niederschlagsdeposition in zwei Buchenwald-Ökosystemen und die Auswirkungen auf Waldboden und Bestand. In: VDI-Berichte, Nr. 837. Düsseldorf, S. 1139–1152 |
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Schröder, M. (1985): Die Wassergüteuntersuchungen an der Großlysimeteranlage St. Arnold. Bestandsaufnahme und erste Wertung. Münster |
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Umweltbundesamt (Hg.) (2008): Luftschadstoffindex der Emissionen o. O. (www.env-it.de/umweltdaten/public/theme.do?nodeIdent=2868, abgerufen am 10.02.2009) |
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von Ruville-Jackelen, F. (1996): Untersuchungen zum Bodenwasserhaushalt und zum Bioelementtransport an ausgewählten Standorten des Feuchtgrünlandes im Münsterland. Münster |
Erstveröffentlichung 2009