Der überdüngte Wald

Das Waldsterben der 1980er Jahre wurde zum wesentlichen Teil durch Emissionen von Schwefeldioxid verursacht. Der entstehende saure Regen verätzte die Spaltöffnungen der Blätter. Heute ist es ein übermäßiger Eintrag von reaktivem Stickstoff, der dem Wald zu schaffen macht. Die Wirkung erfolgt über den Boden und ist daher nicht so offensichtlich wie damals, wird aber noch sehr lange zu spüren sein. Für das deswegen notwendige, langfristige Monitoring fordert die Kreisgruppe Traunstein auch eine Waldklimastation in unserem Landkreis. Für eine Besserung der Lage fordert sie eine zügige Verabschiedung und Umsetzung des vorgeschlagenen „Nationalen Luftreinhalteprogramms“.

Was ist "reaktiver Stickstoff"?

Stickstoff bildet ein chemisch sehr stabiles Molekül N2, das 78% unserer Atmosphäre ausmacht. Es ist also überreichlich vorhanden, ist aber in dieser Form für Lebewesen nicht nutzbar.

Erst bei Verbrennungsvorgängen mit sehr hoher Temperatur reagiert Stickstoff mit Sauerstoff und bildet Stickoxide. Solche hohen Temperaturen werden in modernen Verbrennungsmotoren und industriellen Verbrennungsprozessen erreicht, um den Wirkungsgrad zu verbessern und Brennstoff (und damit Emission von Kohlendioxid und Ruß) zu sparen. Stickoxide sind Moleküle, die aus Stickstoff und Sauerstoff in unterschiedlichen Verhältnissen bestehen. Sie bilden mit Wasser Säure. Am bekanntesten ist die Salpetersäure, deren Salze, die Nitrate, die Diskussion um unser Grundwasser mit bestimmen.

Nitrate können von Bakterien und Pflanzen aufgenommen und zur Bildung von Eiweiß benutzt werden. Tiere, die dieses Eiweiß verwerten, scheiden überschüssigen Stickstoff als Harnstoff aus, der wieder als Wirtschaftsdünger auf Wiesen und Felder aufgebracht wird. Dabei entstehen durch chemische Reaktionen Ammoniak und Ammoniumsalze.

Der Begriff „reaktiver Stickstoff“ fasst also zwei Stoffe zusammen, in denen Stickstoff für die Pflanzen verfügbar wird: Stickoxide, primär aus Verbrennungsprozessen, und Ammoniak, primär aus der Viehhaltung, bzw. ihre jeweiligen Salze.

Was bewirkt "reaktiver Stickstoff" im Wald?

Reaktiver Stickstoff ist ein Dünger. Der Eintrag erhöht also zunächst einmal die Zuwachsraten, denn für das Wachstum unserer Wälder stellte Stickstoff in der Vergangenheit den limitierenden Nährstoff dar. Ein gewisser Eintrag ist insbesondere im Wirtschaftswald für das Wachstum der Bäume notwendig, um die Stickstoff-Verluste bei der Entnahme von Bäumen auszugleichen. Ein Zuviel des Guten hat aber negative Folgen:

  • Geringeres Wurzelwachstum, insbesondere weniger Feinwurzeln. Das wiederum führt zu Kronenverlichtungen, höherer Anfälligkeit der Bäume gegen Windwurf und Trockenheit. Gerade das braucht der Wald angesichts des Klimawandels nicht.

  • Übermäßiges Längenwachstum: Die Stickstoffüberdüngung verursacht bei Bäumen ein übermäßiges Wachstum in die Länge und weiche, schwammige Triebe, Zellen und Gewebe. Sie werden anfälliger gegenüber Frost, Hitze und Windbruch.

  • Schädigung der Mykorrhiza: Viele Pilze, die in einer Gemeinschaft mit den Bäumen leben und für deren Wasser- und Nährstoffaufnahme überlebenswichtig sind, reagieren sehr empfindlich auf Stickstoff-Überschüsse. Auch das verringert die Standfestigkeit der Bäume.

  • Bodenversauerung: Diese führt zur vermehrten Auswaschung von Nährstoffen und damit zur Verarmung der Böden an wichtigen Pflanzennährstoffen wie Calcium, Kalium und Magnesium. Im Extremfall werden giftige Stoffe wie Aluminium im Boden freigesetzt. Die Bodenversauerung führt zudem zur Abnahme der für die Durchlüftung, Entwässerung, Verrottung und Durchmischung der Waldböden wichtigen Regenwurmpopulationen. Sie ist bei Ammoniak, der eigentlich basisch reagiert, deutlich stärker als bei Nitrat, weil bei der mikrobiellen Umwandlung von Ammonium zu Nitrat zusätzlich Säure gebildet wird.

  • Störungen im Ernährungszustand der Bäume: Stickstoff-Überschüsse können die Aufnahme anderer Elemente wie zum Beispiel Magnesium hemmen, was zu Mangelerscheinungen führen kann.

  • Höhere Anfälligkeit der Bäume gegenüber Krankheiten und Schädlingen.

  • Abnahme der Artenvielfalt: Hohe Stickstoffeinträge fördern insbesondere das Wachstum von Brombeeren. Die Düngung begünstigt allgemein breitblättrige „Allerwelts-Arten“, seltene und lichtbedürftige Pflanzen werden von ihnen zunehmend verdrängt und das Aufkommen von Jungwuchs behindert. Viele heimische Flechtenarten verschwinden aufgrund des Überangebots an Stickstoff.

Alle diese Auswirkungen machen unserem Wald anfälliger für zunehmende Trockenphasen und Stürme in Zeiten des Klimawandels.

Wie kommt der Stickstoff in den Wald?

Der Eintrag erfolgt über die Atmosphäre. Stickoxide werden unmittelbar über den Auspuff oder Kamin in die Atmosphäre abgegeben.

Wo Nutztiere gehalten werden, entsteht unweigerlich Ammoniak. Dabei hängt die Menge des im Harn ausgeschiedenen Stickstoffs direkt von der Proteinmenge im Futter ab. Wirtschaftsdünger enthält etwa 10 bis 20% des Stickstoffs in Form von Ammonium und Ammoniak. Ammoniak entsteht, wenn die Ausscheidungen der Tiere mit Luft oder mit bereits mit Kot und Harn verschmutzten Flächen in Kontakt kommen. Dies passiert im Stall ebenso wie auf der Weide, bei der Lagerung oder bei der Ausbringung. Letztere ist für einen Anteil von fast 60% der Emissionen verantwortlich. Knapp die Hälfte des emittierten Ammoniaks wird in einem Umkreis von 10 km wieder deponiert. Der Rest gelangt in höhere Luftschichten und wird zum Teil weiträumig verfrachtet.

Eigentlich sollte sich ein Stickstoff-Kreislauf ergeben: Reaktiver Stickstoff wird von den Bodenbakterien und Pflanzen aufgenommen und zur Eiweißbildung verwendet. Über die Ausscheidung der Tiere kommt der Stickstoff aus dem Eiweißabbau wieder zurück in den Boden. Durch zunehmenden Verkehr, sonstige Verbrennungsprozesse und den Einsatz von mineralischem Kunstdünger und importiertem Eiweißfutter bringen wir aber immer mehr Stickstoff in diesen Kreislauf ein. Wenn die Böden gesättigt sind, was heute fast durchgehend der Fall ist, wird der Überschuss als Nitrat ins Grund- und Oberflächenwasser ausgewaschen. Der Stickstoffeintrag wird von der sinnvollen Düngung zur Abfallentsorgung in die Luft.

Wie viel Stickstoff kommt in den Wald?

„Stickstoff-Flächenbilanzen für Deutschland mit Regionalgliederung Bundesländer und Kreise“ wurden 2019 im Auftrag des Umweltbundesamtes wissenschaftlich erstellt und veröffentlicht. (Alle folgenden Seitenangaben beziehen sich auf diese Publikation). Im Mittel der Jahre 2015 bis 2017 ergibt sich für Deutschland eine jährliche Zufuhr von 226,5 kg/ha landwirtschaftlicher Fläche, ein Verbrauch von 149,0 kg/ha und somit ein Überschuss von 77,4 kg/ha. Über ein Drittel des zugeführten Stickstoffs kann also nicht verwertet werden. Der Bericht weist dabei einen Anteil durch eine Zufuhr aus der Atmosphäre von 4,0 kg/ha Stickstoff aus Stickoxiden und 9,5 kg/ha aus Ammoniak aus (Seite 76). Dieser Eintrag beschränkt sich natürlich nicht auf die landwirtschaftliche Fläche, sondern betrifft alle Flächen, auch den Wald. Aufgrund der Filterwirkung durch die große Oberfläche der Blätter wird für den Wald sogar ein höherer Eintrag angenommen.

Im Vergleich der Jahre 1995 bis 2017 zeigt sich sowohl für die Zufuhr als auch für die Abfuhr ein signifikanter Anstieg. Während der Überschuss in den ersten Jahren noch leicht abnahm, ergibt sich aus den letzten zehn Jahren (2008 bis 2017) ein jährlichen Anstieg des Überschusses um 1,4 kg/ha.

Die Zahlen für Bayern weisen in diesen Jahren durchweg noch höhere Überschüsse aus, im Durchschnitt der Jahre 2015 bis 2017 von 84,1 kg/ha landwirtschaftlicher Fläche. Und in unserem Landkreis? Die Karte (Seite 81) zeigt in Deutschland zwei tief rote Gebiete mit über 110 kg/ha Überschuss: Ganz im Nordwesten, etwa nördlich einer Linie von Aachen bis Lübeck, und ganz im Südosten, darunter eben auch der Landkreis Traunstein.

In der Spitzengruppe deutschlandweit findet sich der Landkreis Traunstein leider auch, was die Emissionen von Ammoniak (über 60 kg/ha) und was deren Zuwachs in den letzten 20 Jahren (über 10 kg/ha) angeht (Karte S.89). Für den Eintrag von Stickstoff über die Atmosphäre in den Wald ist dies besonders kritisch zu sehen.

Der Ausbau der Biogaserzeugung seit der Novelle des EEG 2004 hat im Landkreis zu einem nicht zu vernachlässigenden Anteil von Gärresten am Überschuss geführt (Karte S. 88).

In Bayern werden die Stickstoffeinträge in den Wald insbesondere an den Waldklimastationen untersucht. In unserer Region liegt davon die Station Berchtesgaden, die sicher wertvolle Erkenntnisse über die Belastung in einem Reinluftgebiet liefert, für die Situation im Landkreis aber nicht aussagekräftig ist. Die Station in Altötting liegt inmitten des roten Gebietes mit hohen Stickstoff-Überschüssen und Ammoniak-Emissionen. Die Auswertung der Daten dieser Station findet sich aber nicht in der Publikation „Stickstoff im Überfluss“ (LWF aktuell 117), dabei wird sowohl auf der Internet-Seite als auch im Flyer der Station ausdrücklich auf den überdurchschnittlichen Eintrag hingewiesen. Die Daten dieser Station sind auf ihrer Internet-Seite nur bis 2016 dargestellt und weisen in den drei letzten Jahren einen kräftigen Anstieg auf. Außerdem sind die Messdaten aller Stationen immer nur als jährlicher Eintrag dargestellt und erlauben in dieser Form kaum einen Vergleich mit dem Verlauf von Temperatur und Niederschlägen und des landwirtschaftlichen Wirtschaftsjahres. Eine zeitnahe Veröffentlichung mit monatlichen Werten wäre nach Ansicht der Kreisgruppe sehr hilfreich für ein besseres Verständnis der Zusammenhänge und die Beurteilung der Lage.

Im Mittel aller Waldklimastationen liegen die jährlichen Einträge bei 21 kg/ha Stickstoff, wobei die Spanne von 8 kg/ha an der »Reinluftstation« der Waldklimastation Berchtesgaden unterhalb des Watzmanns bis zu 38 kg/ha reicht (LWF-aktuell 117, Abbildung 3). Insgesamt ist seit Beginn der Messungen 1991 nur ein leicht abnehmender Trend (von 25 auf 19 kg/ha) zu erkennen. Dem steht eine dauerhafte Festlegung von nur durchschnittlich 9,3 kg/ha in Holz und Rinde der Bäume gegenüber. Dieser Wert schwankt aber für die einzelnen Baumarten deutlich. Stickstoff in den Blättern und der Krautschicht gelangt im Herbst jeweils wieder in den Kreislauf zurück und wird in den Bilanzen nicht betrachtet.

In der Summe ergibt sich eine jährliche Anreicherung zwischen 7,1 kg/ha für Fichtenbestände und 8,5 kg/ha für Buchenbestände. Durchschnittlich 6 kg/ha Stickstoff werden als Nitrat aus dem Wald ins Grund- und Oberflächenwasser ausgewaschen. Zuletzt zeigte sich bei der landesweiten Bodenzustandsinventur (2006 bis 2008), dass bei über einem Viertel der Waldböden Bayerns von einem erheblichem Nitrataustrag von über 10 mg/Liter Sickerwasser ausgegangen werden muss und dass nur noch knapp 20 % der Waldökosysteme das verfügbare Nitrat vollständig aufnehmen können. Dabei sollten unsere Wälder eigentlich ein Reservoir für unbelastetes Wasser sein.

Die Stickstoffüberdüngung der Wälder schreitet also weiter voran. Die Einträge aus der Luft können trotz günstiger Wachstumseffekte nicht mehr verwertet werden, die Risiken der Eutrophierung nehmen zu. Bei über der Hälfte der Waldklimastationen werden aktuell kritische Belastungsgrenzen (Critical Load) für den Eintrag eutrophierender Stickstoffverbindungen überschritten. Hier müsste der Stickstoffeintrag um bis zu 70 % sinken, um langfristig schädliche Einflüsse auf die Waldökosysteme zu vermeiden. Eine Waldklimastation im Landkreis Traunstein würde da wohl keine Ausnahme machen.

Was können wir tun?

Bei der Berechnung der Flächenbilanzen wurde ein Faktor von 0,6 für die Anrechnung des Stickstoffs in Wirtschaftsdünger auf den gesamten Bedarf der Pflanzen verwendet. Dieser Wert wurde als Annahme zum aktuellen Stand der Technik in die Rechnung eingeführt. Er bedeutet, dass die übrigen 40 % des Stickstoffs während und nach der Ausbringung der Wirtschaftsdünger gasförmig verloren gehen. Studien zeigen, dass eine Verwertung von 80% möglich ist. Dadurch würde sich der Mineraldüngerbedarf in Deutschland insgesamt um rund 15% und der Stickstoff-Überschuss im Mittel um 15,6 kg/ha verringern lassen. Für den Landkreis Traunstein wird sogar ein Rückgang des Überschusses um über 22,5 kg/ha dargestellt (Karte S.116).

Für eine bloße Begrenzung der Viehbesatzdichte allgemein wird nur ein schwacher Effekt ausgewiesen (Karte S.119). Eine Begrenzung der Rinderbesatzdichte auf <1,5 Raufutter-verzehrende Großvieheinheiten (R-GVE) je ha Raufutterfläche (Dauergrünland, Silomais und Ackerfutterbau) würde hingegen die Überschüsse in der Stickstoff-Flächenbilanz drastisch reduzieren – im Landkreis Garmisch-Partenkirchen um 27,2 kg/ha jährlich.

In der europäischen Richtlinie über die Reduktion der nationalen Emissionen bestimmter Luftschadstoffe (NEC-Richtlinie, 2001/81/EG, aktualisiert 2016/2284/EU) werden für die EU-Mitgliedstaaten Emissionshöchstmengen unter anderem für Ammoniak festgelegt. Deutschland darf nach der Richtlinie 2001/81/EG seit 2010 nicht mehr als 550 000 t Ammoniak jährlich emittieren. Bis 2020 muss Deutschland nach der Richtlinie 2016/2284/EU seine Emissionen gegenüber 2005 um 5% reduzieren und bis 2030 um 29%. Um diesen Zielwert zu erreichen sind weitreichende Maßnahmen zur Senkung der Ammoniakemissionen erforderlich. Im „Entwurf des Nationalen Luftreinhalteprogramms“ (Stand 12.12.2018) werden verschiedene Optionen für Maßnahmen zur Einhaltung der Verpflichtungen ab 2020 und ab 2030 vorgestellt. Die stärksten Verminderungen des Überschusses treten demzufolge in den Kreisen mit hohem Rindviehbesatz in Nordwestdeutschland und im Voralpengebiet auf. Das Szenario für 2030 weist einen Rückgang des Stickstoff-Überschusses für den Landkreis Traunstein um mindestens 15 kg/ha jährlich auf. Allerdings verlagert sich der Überschuss von der Luft in den Boden, so dass das Potential für die Auswaschung von Nitrat ins Grund- und Oberflächenwasser steigt (Karten S. 131).

Die Kreisgruppe Traunstein fordert von der Politik, dass das Nationale Luftreinhalteprogramm schnell verabschiedet wird und dass die vorgeschlagenen Maßnahmen zügig umgesetzt werden. Wir alle müssen aber über Art und Umfang der Viehhaltung, der Fleischproduktion und unseres Fleischkonsums nachdenken. Eine exportorientierte Viehwirtschaft mit importierten Futtermitteln, die in Bayern ihren Stickstoff-Überschuss ablagern muss, kann kein Modell für die Zukunft sein und zerstört auch unsere Wälder. Bei der Reduktion von Stickoxiden sind im Verkehrsbereich weitere Verbesserungen notwendig. Dabei geht es uns nicht in erster Linie um technische Maßnahmen zum Beispiel zur Reduktion des Kraftstoffverbrauchs, sondern um die Förderung umweltfreundlicher Verkehrsmittel und die Stärkung des öffentlichen Personenverkehrs im Nah- und Fernverkehr. Wir alle müssen uns aber auch fragen, ob jede Fahrt wirklich notwendig ist oder ob wir z.B. Erholung nicht auch im Wald in unserer Nähe finden können.

Mehr Informationen und Literaturempfehlungen

Zur Methodik und den Ergebnissen der Stickstoff-Bilanzierung insgesamt und in den einzelnen Bundesländern und Landkreisen sei auf die Veröffentlichung „Stickstoff-Flächenbilanzen für Deutschland mit Regionalgliederung Bundesländer und Kreise – Jahre 1995 bis 2017“ des Umwelt-Bundesamtes (Texte 131/2019, ISSN 1862-4804) verwiesen. Alle vorstehenden Angaben zu Karten beziehen sich auf diese Schrift.

Eine Darstellung des Stickstoff-Kreislaufs und seiner Überlastung bieten die folgenden Broschüren des Umwelt-Bundesamtes: „STICKSTOFF – ZUVIEL DES GUTEN?“, als PDF und „Reaktiver Stickstoff in Deutschland“, als PDF.

Zahlen zum Wald in Bayern enthält der Artikel „Stickstoff im Überfluss“ (LWF-aktuell 117). Sehr ausführlich ist auch die Publikation „STICKSTOFF IM WALD“ der Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Rheinland-Pfalz, als PDF erhältlich.

Alle Publikationen verweisen auf eine Fülle wissenschaftlicher Originalartikel und weiterer amtlicher Veröffentlichungen.

Zum nationalen Luftreinhalteprogramm siehe: Entwurf des nationalen Luftreinhalteprogramms gemäß Art. 6 und Art. 10 der Richtlinie (EU) 2016/2284 über die Reduktion der nationalen Emissionen bestimmter Luftschadstoffe sowie gemäß §§ 4 und 16 der 43. Verordnung zur Durchführung des Bundes-Immissionsschutzgesetzes (Verordnung über nationale Verpflichtungen zur Reduktion bestimmter Luftschadstoffe). 12.12.2018.

Eine gute und kurze Übersicht über die Auswirkungen im Wald vermittelt: Übersax, A. (2007): Stickstoffeintrag in unseren Wald. Was tut die Landwirtschaft dagegen? Wald Holz 88, 2: 44-46.