Landwirtschaft und Versauerung

Alessandra SENSI (Eurostat)

Seit 1980 ist eine generelle Abnahme versauernder Substanzen innerhalb der EU zu beobachten: SO₂ Emissionen gingen um 27%, NOx um 6 % und NH₃ um 8 % zurück. Die Gemeinschaftsstrategie gegen die Versauerung stellt den Hintergrund für diese Analyse dar.

In der Mitteilung der Kommission an den Rat und an das Europäische Parlament über eine Gemeinschaftsstrategie gegen die Versauerung KOM(97)88 wird Versauerung definiert als „die Wirkungen des Eintrags von Stoffen in Form von atmosphärischen Niederschlägen in die Umwelt, die die Azidität erhöhen". Zur Versauerung tragen hauptsächlich drei Schadstoffe bei:

• Schwefeldioxid (SO₂), das vor allem bei der Verbrennung von Kohle und schwefelhaltigen Heizölen entsteht, die in Kraftwerken, in der Industrie und anderen stationären Verbrennungsanlagen verfeuert werden;
• Stickoxide (NO_x), die vor allem von Kraftfahrzeugen und bei anderen Verbrennungsprozessen freigesetzt werden;
• Ammoniak (NH₃), das vor allem in der Landwirtschaft entsteht: bei der Produktion und Ausbringung von Wirtschaftsdünger und in geringerem Umfang auch bei der Produktion von Mineraldünger.

In Abbildung 1 ist der jeweilige Anteil dieser Gase an der Versauerung graphisch dargestellt.

Seit 1980 ist in den EU-Staaten ein allgemeiner Rückgang der Emissionen von versauernden Schadstoffen festzustellen. Insbesondere die SO₂-Emissionen haben sich in Europa erheblich verringert, während beim NO_x eine geringere Reduzierung zu beobachten ist. Zwischen 1990 und 1994 sind die SO₂-Emissionen um ca. 27% und die NO_x-Emissionen um ca. 6% zurückgegangen. Außerdem vollzog sich in diesem Zeitraum eine Verlagerung von der Industrie als Hauptemissionsquelle für SO₂ auf den Energiesektor und beim NO_x eine Verlagerung von der Industrie auf den Verkehrssektor. Für Ammoniak liegen offizielle zuverlässige Schätzungen erst ab 1990 vor. Zwischen 1990 und 1994 gingen die gesamten NH₃-Emissionen in Europa um ca. 8% zurück. Land- und Forstwirtschaft sind immer noch die Hauptverursacher (Abbildung 2, Abbildung 3 und Abbildung 4).

Die versauernde Wirkung der Schadstoffe ist von Ort zu Ort sehr unterschiedlich. Zwei Faktoren spielen dabei zusammen: das Ausmaß der Deposition (naß und trocken) und die Empfindlichkeit des Aufnahmemediums (Boden und Wasser). Zu unterscheiden sind:

1. Wirkungen auf Böden und Wälder bzw. terrestrische Ökosysteme (häufig ist Bodenversauerung die Vorstufe zu einer Wasserversauerung);
2. Wirkungen auf Oberflächengewässer, Grundwasser und die aquatischen Ökosysteme;
3. andere Wirkungen wie a) die Schädigung von Bauten, darunter auch Kulturgütern, vor allem durch gasförmiges Schwefeldioxid und b) Gesundheitsrisiken infolge der Freisetzung toxischer Metalle wie Aluminium, Quecksilber, Kupfer, Zink, Cadmium und Blei (Kasten 1).

In diesem Kapitel soll es nur um die Wirkungen auf Böden und Wälder gehen.

Die SO₂-, NOx- und NH₃-Emissionen spielen nicht nur bei der Versauerung, sondern auch bei anderen Umweltproblemen eine Rolle:

1. Treibhauseffekt: NO_x trägt mit anderen Gasen (flüchtige organische Verbindungen, Methan, Kohlenmonoxid) zur Bildung von troposphärischem Ozon (O₃), dem sogenannten Treibhausgas, bei.
2. Abbau der Ozonschicht: NO_x trägt zum Abbau der Ozonschicht bei, mit nachteiligen Folgen für die menschliche Gesundheit, für Sachgüter und Ökosysteme.
3. Verschlechterung der Luftqualität: NO_x und SO₂ tragen zur Verschlechterung der Luftqualität und ihren Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit bei.
4. Ammoniakdeposition: In weiten Teilen Europas hat sich die natürliche Vegetation in terrestrischen Ökosystemen durch den Stickstoffeintrag nachhaltig verändert.
5. Eutrophierung: Die Deposition von atmosphärischem Stickstoff bewirkt eine Eutrophierung von Böden, Gewässern und Meeresumwelt, die mit erhöhten Stickstoffeinträgen in Grundwasser, Flüsse und Seen und mit Veränderungen im Ökosystem Wald einhergeht.

Die Gemeinschaftsstrategie KOM(97)88, die auf die Bekämpfung der Versauerung (Säuredeposition) ausgerichtet ist, wird sich auch noch darüber hinaus auch auf eine Verringerung der Gesundheitsbelastungen, einen Rückgang der Eutrophierung auswirken und zu einer Verbesserung der Luftqualität beitragen (Kasten 2 und Kasten 3). 

Der Anteil der Landwirtschaft an der Versauerung

Die landwirtschaftliche Tätigkeit trägt vor allem zu den NH₃-Emissionen bei, und zwar zu etwa 95%. In Europa stammen die Ammoniakemissionen aus der Landwirtschaft zu mehr als 80% aus tierischen Exkrementen. Schätzungsweise 10-20% der NH₃-Emissionen entweichen in Form von Ammoniak aus Stickstoffdüngern und gedüngten Kulturen. (Tabelle 1). Die Emissionen aus „nicht gedüngten Kulturen" sind zu vernachlässigen.

Aus der Karte 1 über die Verteilung der NH₃-Emissionen im Jahr 1990 (Daten auf subregionaler Ebene liegen nur für 1990 vor) geht hervor, daß die höchsten NH₃-Emissionen - mehr als 7t/km^{2 -} in den Niederlanden und in Norditalien freigesetzt werden. In den Niederlanden ist der hohe Viehbesatz die Ursache und in Norditalien der hohe Düngemitteleinsatz.

Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung

Die Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung stammen von Stall- und von Weidetieren. Bei Stalltieren ist zu unterscheiden zwischen den Emissionen, die direkt aus den Ställen freigesetzt werden, und Emissionen aus der anschließenden Lagerung und Ausbringung des Tierdungs. Es gibt erhebliche Unterschiede zwischen den Staaten und ebenso zwischen den wichtigsten Tierarten: Rindern, Schafen, Schweinen und Geflügel (Kasten 4).

Wie hoch die Ammoniakemissionen aus der Tierhaltung sind, hängt von verschiedenen Faktoren ab:

• von den Inhaltsstoffen der tierischen Exkremente (abhängig von der Futterzusammensetzung, z.B. vom Stickstoffgehalt, sowie von Rasse, Alter und Gewicht der Tiere);
• von der Effizienz der Umwandlung des Futterstickstoffs zu Stickstoff in Fleisch, Milch und Eiern, die sich wiederum auf den Stickstoffgehalt der Exkremente auswirkt;
• von der Art der Lagerung (z.B. in offenen oder geschlossenen Gülletanks);
• von der Dauer des Aufenthalts der Tiere im Stall und auf der Weide;
• von der Bodenbeschaffenheit: pH-Wert, Kationenaustauschkapazität, Kalziumgehalt, Wassergehalt, Pufferkapazität und Durchlässigkeit;
• von den Wetterbedingungen: Niederschläge, Temperatur, Feuchtigkeit, Windgeschwindigkeit;
• von der Methode und Häufigkeit der Ausbringung von Wirtschaftsdünger; auf Ackerflächen auch vom Zeitraum zwischen Ausbringung und Einarbeitung des Dungs.

Da es schwierig ist, alle genannten Faktoren zu quantifizieren, werden die Ergebnisse zu „durchschnittlichen" Emissionsfaktoren pro Tier in jedem Emissionsstadium für die wichtigsten Tierarten und Managementtypen zusammengefaßt (Kasten 5). Danach werden die gesamten Ammoniakemissionen entsprechend der Anzahl der Tiere in jedem Land skaliert (Abbildung 5).

Ammoniakemissionen durch Düngemitteleinsatz

Wieviel Ammoniak aus mineralischen Stickstoffdüngern in der Landwirtschaft freigesetzt wird, hängt von der Art des Düngers, vom Bodentyp (vor allem vom pH-Wert), von den Wetterbedingungen und vom Zeitpunkt der Ausbringung im Wachstumszyklus ab. Die zusätzlichen Ammoniakemissionen aus wachsenden und verrottenden gedüngten Pflanzen (Emissionen aus Kulturpflanzen) hängen i.a. von der Menge des eingesetzten Stickstoffdüngers ab. Nicht gedüngte Kulturen produzieren keine wesentlichen Ammoniakemissionen, ausgenommen stickstoffbindende Leguminosen, die aus grünen und verrottenden Blättern vergleichbare Mengen Ammoniak freisetzen können wie gedüngte Pflanzen.

Für 1994 liegen Angaben zu direkten Ammoniakemissionen aus Kulturen nach dem Ausbringen von Düngemitteln vor. Es ist zwar bekannt, daß Pflanzen über das Blattwerk Stickstoff abgeben und aufnehmen, die Nettoemissionen sind aber schwer zu schätzen. Es gibt Schätzungen für die Emission von verschiedenen Schadstoffen aus Blattwerk, aber in der Praxis ist es im allgemeinen schwierig, zwischen direkten Emissionen aus Düngemitteln und Emissionen von Pflanzen zu unterscheiden, weil beide vom Stickstoffgehalt des Düngers abhängen. Auch die Schätzungen der Ammoniakemission aus verrottenden Kulturpflanzen sind extrem unsicher. Die Emissionen aus dieser Quelle unterliegen besonders starken Schwankungen (Abbildung 6).

Das wachsende Umweltbewußtsein der Landwirte führt dazu, daß in zunehmendem Maße anders gedüngt wird: geringere Mengen werden gezielter eingesetzt, und es werden alternative Anbaumethoden praktiziert (organischer Landbau, bei dem Felder brachliegen dürfen und in der Fruchtfolge auch Gemüse angebaut wird, das Stickstoff aus der Luft bindet und deshalb weniger Stickstoffdünger benötigt; Anbau von Winterzwischenfrüchten zur Bodenbedeckung und um eine Stickstoffauswaschung zu vermeiden) (Kasten 6).

Auswirkungen der Versauerung auf Land- und Forstwirtschaft

Die Versauerung in Landwirtschaft und Forstwirtschaft kommt in erster Linie durch Schadstoffdeposition zustande. Nach Zahlen des Europäischen Umweltüberwachungsprogramms EMEP ist zwischen 1985 und 1995 die Gesamtdeposition von Schwefelverbindungen in den EMEP-Staaten um 34%, von oxidiertem Stickstoff (aus NO-Emissionen) um 9% und von reduzierten Stickstoffverbindungen (aus NH₃-Emissionen) um 12% zurückgegangen (Air Pollution in Europe, EEA, 1997). Eine Verminderung der Depositionen ist in den meisten Fällen auf geringere Emissionen zurückzuführen.

Eine andere Auswirkung, auf die hier nicht weiter eingegangen wird, die aber zumindest angesprochen werden soll, ist der wirtschaftliche Schaden, der durch die erhebliche Mehrarbeit und die Mehrkosten für die Beseitigung der Schäden in Land- und Forstwirtschaft entsteht.

Auswirkungen auf den Boden

Der Säuregehalt des Bodens wird beeinflußt durch einen Komplex von physikalischen/biologischen und chemischen Umwandlungen. Alle diese natürlichen Prozesse unterliegen dem Einfluß von anthropogenen Verbindungen, die emittiert und weiträumig verfrachtet werden. Sechs Mechanismen spielen bei der Bodenversauerung eine Rolle:

1. natürliche Prozesse wie die Aufspaltung von Kohlendioxid und organischen Säuren mit dem Auswaschen von Basen bei Regen;
2. Landverbrauch durch die Entfernung der basischen Kationen aus dem Boden bei der Ernte;
3. sorgloser Umgang mit Stickstoffdüngern;
4. Aufforstung mit Nadelbäumen;
5. Trockenlegung von Feuchtgebieten;
6. atmosphärische Deposition von Schwefeldioxid (SO₂), Stickoxiden (NO_x) und Ammoniak (NH₃) vor allem aus Kraftwerken, Industrie, Verkehr und Tierhaltung.

Infolge der Versauerung nimmt die Bodenfruchtbarkeit erheblich ab, vor allem durch eine Beeinträchtigung des Bodenlebens, durch Aufspaltung von organischem Material und den Verlust von Pflanzennährstoffen. Der vermehrte Einsatz von Düngemitteln in den letzten Jahrzehnten und vor allem das direkte Ausbringen von flüssigem Ammoniak haben die Versauerung immer bedrohlicher werden lassen. Durch die Bodenversauerung werden Metallkationen wie Eisen, Aluminium, Kalzium, Magnesium und Schwermetalle freigesetzt (die in größerer Menge im Boden vorhanden, aber normalerweise nicht sehr mobil sind). Dadurch nimmt die Pufferkapazität der Böden (durch Zerstörung von Tonmineralen) und damit ihre Fähigkeit ab, Säure zu neutralisieren. Betroffen sind vor allem Böden mit geringer Pufferkapazität. Das Problem ist gravierend, weil der Prozeß irreversibel ist. Kalk kann die Wirkung zwar aufheben, aber gleichzeitig unerwünschte Auswirkungen auf Bodenleben und Flora haben.

Die Bodenversauerung steht zudem in unmittelbarem Zusammenhang mit der Wasserversauerung, die negative Folgen hat für den Lebensraum Wasser, für das Grundwasser und die Trinkwasserversorgung.

Auswirkungen auf die Wälder

Nadel-/Blatt- und Vitalitätsverluste von Bäumen gelten als Symptome für die zunehmende Versauerung der Wälder. Zur Erklärung dieses Phänomens wurden verschiedene Hypothesen aufgestellt:

1. vielfacher Streß;
2. Bodenversauerung und Aluminiumvergiftung;
3. Wechselwirkung zwischen Ozon und saurem Nebel;
4. Magnesiummangel;
5. überhöhte Stickstoffdeposition.

Ein Kausalzusammenhang zwischen saurem Regen, der die kritische Belastung überschreitet, und dem beobachteten Nadel-/Blattverlust läßt sich jedoch nicht ohne weiteres herstellen. So wird zwar angenommen, daß die Waldschäden in den mitteleuropäischen Bergregionen durch sauren Regen und hohe Ozon- und Schwefeldioxidkonzentrationen in der Luft verursacht werden, aber in den skandinavischen Ländern ist kein Kausalzusammenhang mit der anthropogenen Versauerung zu erkennen. Selbst dort, wo die Deposition von versauernden Schadstoffen zurückgegangen ist, schreitet der Nadel-/Blattverlust weiter voran.

Um das Ausmaß dieses Phänomens zu illustrieren enthält Tabelle 2 Daten zum Nadel-/Blattverlust aller Baumarten in den EU-Staaten. Daß in einigen Fällen grenzüberschreitend ein unterschiedliches Schadensniveau festgestellt wurde, könnte zum Teil auf Unterschiede in den zugrunde gelegten Standards zurückzuführen sein. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der zeitlichen Trends jedoch nicht beeinträchtigt.

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