Internationale Studie Neues Wissen über den Abbau von Nitrat im Grundwasser

Mitautoren der internationalen Studie: Die Bayreuther Hydrologen Prof. Stefan Peiffer und Prof. Jan Fleckenstein.Foto: Universität Bayreuth

BAYREUTH. Stickstoff belastet Gewässer und verursacht ökologische Schäden. Ein internationales Forschungsteam, an dem Hydrologen der Universität Bayreuth und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) beteiligt waren, hat herausgefunden: Die Selbstreinigungskraft von Grundwasser ist höher als bisher angenommen.

Problematisch für Mensch und Ökosystem sind sogenannte reaktive Stickstoffverbindungen wie Ammoniak, Lachgas und Nitrat. Wenn sie in zu großen Mengen in der Luft, im Boden oder im Wasser auftreten, können sie nach Angaben des Bundesumweltamts schädliche Wirkungen entfalten. Auswaschungen von Nitrat gefährden die Qualität des Trinkwassers.

Neue Methode der Messung

Durch landwirtschaftlichen Dünger gelangt Stickstoff in den Boden. Ein Teil davon wird von Pflanzen aufgenommen. Der Rest wird in Form von Nitrat in tiefere Bodenschichten und somit ins Grundwasser gespült. "Die Prozesse, die sich in den tiefen Bodenschichten abspielen, werden durch unsere üblichen Messvorrichtungen jedoch kaum erfasst. Deshalb ist es meist schwer festzustellen, wie viel Stickstoff bis ins Grundwasser und die von ihm gespeisten Flüsse transportiert wird", stellt die schwedische Agrarwissenschaftlerin Tamara Kolbe fest, die Erstautorin der internationalen Studie.

Verbrauch von Sauerstoff und Nitrat

Basis der Forschungsarbeit waren Daten aus mehr als 50 Grundwasserbrunnen in Frankreich und den USA. Zur Überraschung der Wissenschaftler zeigten sich bei gut 80 Prozent der Brunnen Zeichen eines deutlichen Abbaus von Nitrat in der Tiefe. Anhand der Daten versuchten die Forscher abzuschätzen, wie viel Sauerstoff und Nitrat über die Fließzeit im Grundwasser in welcher Tiefenzone aufgebraucht wurde. "Damit können wir sagen, ob das Grundwasser die reaktiven Zonen im Grundwasserkörper, in denen Nitratabbau stattfindet, bereits durchlaufen hat und damit kein weiterer Abbau mehr stattfindet", erläutert Mitautor Jan Fleckenstein, seit 2017 Professor für Hydrologische Modellierung an der Universität Bayreuth gegenüber dieser Zeitung. "Oder ob die reaktive Zone im Untergrund tiefer liegt und erst zeitverzögert durchströmt wird."

Stickstoffgas ist harmlos

Mikroorganismen können anstelle von Sauerstoff Nitrat umsetzen. Wenn wenig Sauerstoff im Wasser vorhanden ist, nutzen sie andere Energiequellen wie zum Beispiel organischen Kohlenstoff aus Pflanzenresten und wandeln Nitrat in harmloses Stickstoffgas um. Wie die Autoren der Studie zeigen, erreicht nur wenig organischer Kohlenstoff tiefere Grundwasserleiter. Aber einige mikrobielle Organismen können auch bestimmte Gesteinsmineralien nutzen, um damit Nitrat abzubauen. Inwieweit die Ergebnisse auf deutsche Verhältnisse übertragbar seien, lasse sich indes schwer beantworten. "Die Gefahr des Eintritts von Nitrat ins Grundwasser ist generell gegeben und vielerorts hoch", sagt Fleckenstein. "Im Einzugsgebiet von Trinkwasserbrunnen ist daher eine landwirtschaftliche Nutzung in der Regel stark eingeschränkt oder untersagt."

Organische und mineralische Energiequellen

Die Ergebnisse der Untersuchung bewertet Stefan Peiffer, Inhaber des Lehrstuhls für Hydrologie an der Universität Bayreuth, als eine gute Nachricht. "Weil Trinkwasser häufig aus Grundwasserleitern in großer Tiefe gewonnen wird." Peiffer ist ebenfalls an der Veröffentlichung beteiligt. Die Schlussfolgerung, dass stickstoffhaltiger Dünger bedenkenlos in unbegrenzter Menge auf Ackerflächen ausgebracht werden dürfe, wäre aber falsch. Denn verschmutztes Wasser könne über lange Zeiträume im Untergrund unterwegs sein, ohne dass Nitratabbau möglich sei. "Die Verfügbarkeit mineralischer Energiequellen für den mikrobiellen Nitratabbau im Untergrund ist endlich und das Schutzpotenzial des Untergrunds damit begrenzt", warnt auch Fleckenstein.

Nitrat kann lange im Untergrund sein

Die Erholungszeiträume für verunreinigte Grundwasserleiter sind nun besser abschätzbar. "Dieses Wissen könnte Verantwortliche in der Umweltpolitik auch vor unrealistischen Erwartungen bewahren", meint Tamara Kolbe. Denn das Selbstreinigungspotenzial der Gewässer ist nicht unerschöpflich. "Weniger Dünger oder vielmehr effizienterer Düngereinsatz ist daher auf jeden Fall sinnvoll", sagt Fleckenstein. "Nitrat kann wegen der langsamen Fließgeschwindigkeiten des Grundwassers mehrere Jahrzehnte im Untergrund unterwegs sein, bevor es einen Fluss, See oder Trinkwasserbrunnen erreicht." Das bedeutet: Jahrzehnte können vergehen, bis eine geringere Düngermenge wirksam wird. Daher sollte der Mensch behutsam mit den Wasservorräten umgehen.

 

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