Ende Januar 2022 hat es Hunderte von Landwirten in Mecklenburg-Vorpommern gehörig gereicht: Mit einem Traktorkorso legten sie den Verkehr in und um Schwerin lahm und protestierten gegen die neue Landesdüngeverordnung. Die Bauern sehen nicht ein, warum sie weniger düngen und damit auf Erträge verzichten sollen. Sie sagen, sie bangen um ihre Existenz. Gleichzeitig warnen Umweltverbände vor den schädlichen Folgen von zu viel Dünger im Boden.

Mit diesem Problem ist Mecklenburg-Vorpommern nicht allein. Der Streit um das Düngen beschäftigt das ganze Land – und die Diskussionen über das Thema ähneln sich in vielen Staaten der Welt. Der Grund dafür ist genauso simpel wie komplex: Hohe Nährstoffeinträge sichern zwar hohe Ernten, belasten aber die Umwelt und bedrohen Ökosysteme. Vor allem die Lebensgemeinschaften in Flüssen, Seen und Meeren leiden unter den intensiven Düngemitteleinträgen der Landwirtschaft, zudem ist die intensive Düngung schädlich fürs Klima. Deshalb fordern Fachleute schon seit Jahren, dass weniger gedüngt werden müsse. Aber passiert ist sehr wenig, gerade auch in den vergangenen Jahren. Obwohl Deutschland wegen zu hoher Nitratwerte von der Europäischen Union mehrfach gerügt wurde.

Doch nun kommt ein weiteres Problem hinzu, das die Landwirte in die Enge treibt: Die Preise für Kunstdünger sind weltweit in die Höhe geschossen. Die hohen Rohstoffpreise treffen auch die Landwirtschaft hart, unter anderem wegen des gestiegenen Erdgaspreises – eine Grundlage für Stickstoffdünger. 900 Dollar und mehr betrug im Spätherbst 2021 der Preis für eine Tonne Ammoniak – dreimal mehr als im Vorjahr. Die Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff (NH₃) wird zur Herstellung von synthetischem Stickstoffdünger wie Kalkammonsalpeter benötigt, dessen Preise deshalb ebenfalls durch die Decke gingen. Einige Hersteller haben ihre Produktion gedrosselt. Droht ein Nahrungsmittelengpass?

Woher kommen Nährstoffe für Pflanzen?

Agrarexperten rechnen jedenfalls mit steigenden Preisen bei Lebensmitteln. Und viele Bauern machen sich nun Sorgen um ihre Zukunft, notgedrungen aber auch erstmals Gedanken, wie sie den Kunstdüngereinsatz reduzieren oder ganz darauf verzichten können. Bloß wie?

Wissenschaftler unterscheiden Makronährstoffe von Mikronährstoffen, Erstere sind die Hauptnährelemente Stickstoff, Phosphor und Kalium einer jeden Pflanze. Von ihnen brauchen Pflanzen große Mengen. Der Nachweis ihrer wachstumsfördernden Wirkung gelang dem Chemiker Justus von Liebig erstmals im 19. Jahrhundert. Auch Magnesium, Schwefel und Kalzium werden zu den Makronährstoffen gezählt. Mikronährstoffe sind Kupfer, Zink, Eisen, Mangan und andere Elemente. Fehlen Nährstoffe, macht sich das an der Pflanze schnell bemerkbar. Blätter und Blüten werden welk oder sterben ab, das Gewebe erschlafft, mitunter stellt die Pflanze ihr Wachstum ein. Der wichtigste Nährstoff ist aber der Stickstoff. Die Pflanzen benötigen ihn hauptsächlich für das Wachstum von Trieben und Blättern. Stickstoff ist Baustein von Eiweiß und kommt im Erbgut wie im Chlorophyll vor.

Als der Industrielle Carl Bosch zusammen mit dem Chemiker Fritz Haber zu Beginn des 20. Jahrhunderts ein Verfahren entwickelte, mit dem man Luftstickstoff in Ammoniak verwandeln konnte, revolutionierte das die Landwirtschaft nachhaltig – und große Teile der Welt. Auf kargen Böden konnten fortan mit synthetischen Düngemitteln satte Ernten eingefahren werden. Die Erfindung des Kunstdüngers hat die Ernährung vieler Menschen gesichert und ein enormes Bevölkerungswachstum ermöglicht.

Da die Preise für fossile Rohstoffe, aus denen solche Düngemittel synthetisiert werden, lange Zeit niedrig waren, war die Herstellung des Kunstdüngers ziemlich billig, obwohl bei diesem Verfahren viel Energie verbraucht wird. Der Verbrauch dieser mineralischen Düngemittel stieg jahrzehntelang ungebremst an, die Bauern richteten sich auf jederzeit verfügbaren und bezahlbaren Kunstdünger ein. Denn sein Einsatz ist einfach und gut steuerbar. Insofern war der starke Preisanstieg für viele Bauern ein Schock.

»Langfristig wird die Stickstoffbelastung durch Kunstdünger enorme ökonomische Schäden verursachen, wenn wir jetzt nicht umsteuern«
David Wüpper, Agrarökonom

David Wüpper, Agrarökonom an der ETH Zürich, findet den starken Preisanstieg zwar nicht wünschenswert, sondern hätte einen langsamen, kontrollierten Anstieg über eine Stickstoffsteuer besser gefunden. Gleichzeitig hält er eine Umstellung der Landwirtschaft für längst überfällig, angesichts der gravierenden Umweltprobleme, die sich weltweit beobachten lassen wie Algenteppiche, umgekippte Seen, tote Flüsse. Nicht minder bedrohlich seien die weniger sichtbaren enormen Biodiversitätsverluste durch die zunehmende Stickstoffbelastung, die ganze Ökosysteme aus dem Gleichgewicht und an den Rand der Zerstörung bringe, sagt er. Zudem verursacht Kunstdünger Lachgasemissionen, die dem Klima schaden. »Langfristig wird das enorme ökonomische Schäden verursachen, wenn wir jetzt nicht umsteuern.«

Die planetaren Belastungsgrenzen sind beim Stickstoff weit überschritten. Doch im Gegensatz zum Kohlendioxid ist das Düngeproblem deutlich einfacher zu lösen. »Man kann global viel Stickstoff ohne viel Aufwand reduzieren«, sagt Wüpper. Das spart Geld und schützt die Umwelt. Denn häufig wird Stickstoffdünger nicht effizient eingesetzt. Nach dem Motto »Viel hilft viel« bringen Landwirte in einigen Ländern erhebliche Mengen auf die Felder auf, um allzeit hohe Erträge zu sichern. Tatsächlich lassen sich hohe Erträge auch mit deutlich geringeren Düngemengen erzielen, so Wüppers neueste Erkenntnis: Für eine Studie in »Nature Food« verglich er verschiedene Länder miteinander: Häufig war der hohe Stickstoffeintrag schlicht unnötig.

Extrem ungleiche Verteilung in der Landwirtschaft weltweit

Wie vieles, so ist auch der Einsatz von Düngemitteln global extrem ungleich verteilt: Während Industrie- und Schwellenländer viel zu viel düngen, herrscht in vielen Ländern Afrikas Mangel an Nährstoffen. Die Kleinbauern erzielen dadurch häufig nur mickrige Ernten, weil organischer Dünger knapp ist und Kunstdünger teuer. Meist fehlt den Böden Stickstoff, hauptsächlich in den Ländern südlich der Sahara. Das verschärft die Nahrungsmittelknappheit und den Hunger.

Die Industrie- und Schwellenländer hingegen besitzen Stickstoffdünger im Überfluss und setzen ihn dementsprechend großzügig und verschwenderisch ein. Doch auch hier gibt es Unterschiede: Während Länder wie Malaysia, Neuseeland, Vietnam und China jedes Jahr Hunderte von Kilogramm Dünger pro Hektar ausbringen und die Tendenz dort weiter steigt, sind die Mengen in vielen Ländern Europas in den vergangenen Jahrzehnten gesunken, verharren aber auf hohem Niveau.

Doch wer mehr düngt, hat nicht mehr Erträge – der Großteil des Düngers kommt in den Pflanzen gar nicht an, sondern gelangt am Ende in die Umwelt. Zu diesem Ergebnis kommt David Wüpper in seiner Studie, nachdem er die Effizienz der Länder verglich. Dieses Resultat überrascht nicht, denn im Boden schwankt der Stickstoffgehalt stark. Das liegt daran, dass Stickstoff meist als Nitrat vorliegt – ein negativ geladenes Molekül, das von den negativ geladenen Bodenteilchen kaum gehalten werden kann und daher schnell ausgewaschen wird. Dadurch hat die Verbindung einen engeren Optimalbereich als die anderen Hauptnährstoffe und sollte eigentlich sorgfältig und präzise eingesetzt werden.

Dünger landet nicht bei den Pflanzen, sondern in der Umwelt

Doch das ist im weltweiten Vergleich alles andere als üblich, Überdüngung ist die Regel. Das lässt sich gut an China, Indien und Spanien zeigen, sagt David Wüpper. »Diese Länder sind so ineffizent mit Stickstoff, dass deutlich weniger als die Hälfte des eingesetzten Stickstoffs am Ende in den Pflanzen landet.« In China sind es lediglich 32 Prozent, in Spanien 36 Prozent. Deutschland kommt immerhin auf eine Effizienz von 63 Prozent, Frankreich auf 74 Prozent – und Österreich sogar auf 86 Prozent. Das Fazit seiner Studie: Die Welt könnte rund 35 Prozent Stickstoffdünger einsparen, wenn er effizient eingesetzt würde. Und trotzdem satte Ernten einfahren.

Zu ähnlichen Ergebnissen kam auch ein Forscherteam aus Österreich, das im vergangenen September eine Studie in »Nature Food« veröffentlichte. In Modellberechnungen fand das Team um Jinfeng Chang vom Institut für Angewandte Systemanalyse IIASA in Laxenburg heraus, dass sich weltweite Einsparungen von Stickstoff nicht auf die Nahrungsmittelversorgung auswirken. Wichtig sei das Timing: Der Stickstoff sollte zum richtigen Zeitpunkt aufs Feld gebracht werden. »Die Effizienzsteigerung ist die effektivste Strategie, um Unterernährung zu reduzieren und gleichzeitig die anvisierten Stickstoffgrenzwerte zu erreichen«, schrieben die Forscher in einer Pressemitteilung.

Eine Lösung für dieses Ziel könnte die Präzisionslandwirtschaft sein. Dabei wird Dünger gezielt, präzise, dosiert und zum richtigen Zeitpunkt nur dort ausgebracht, wo er nötig ist. Das Ziel ist, die Pflanze bedarfsgerecht mit Nährstoffen zu versorgen. Dazu benötigt man allerdings eine eingehende Bodenanalyse der Felder, bevor mit der Arbeit begonnen wird und nicht zuletzt hochtechnologische, sensorgestützte Verfahren und Maschinen, die den Dünger auf den Acker aufbringen. Präzisionslandwirtschaft ermöglicht dadurch nicht nur Düngemittel einzusparen, sondern auch Spritzmittel. Zudem wird die Aussaat verbessert, was wiederum Kosten spart.

Auch natürlicher Dünger verursacht Probleme

Die Überdüngung der Felder liegt aber nicht nur am Kunstdünger. In vielen Industrieländern wie Deutschland verursacht so genannter Wirtschaftsdünger die enormen Stickstoffverschmutzungen der Umwelt. Darunter werden alle organischen Substanzen von Tieren und Pflanzen gefasst, die in der Land- und Forstwirtschaft anfallen. Gülle und Mist sind die bekanntesten Dünger tierischer Herkunft, pflanzenbasiert sind vor allem Stroh und Rindenmulch, im Gartenbau kommen zudem Hornspäne oder Schafwollpellets zum Einsatz.

Pro Hektar werden in Deutschland jedes Jahr 93 Kilogramm Stickstoff als Kunstdünger und 96 Kilogramm Stickstoff aus Gülle und Mist auf die Felder gebracht. Im Gegensatz zu den synthetischen Mineraldüngern der Industrie sind Gülle und Mist aber nicht immer besser für die Umwelt. Wie sich die Nährstoffe der Viehmast zusammensetzen, ist häufig unklar, außerdem können Gülle und Mist vom Regen leichter ausgewaschen werden – und konzentrieren sich dort, wo Schweine, Rinder und Geflügel intensiv gehalten werden, wie beispielsweise in Teilen Niedersachsens oder Nordrhein-Westfalen.

Agrarforscher Philipp Löw vom Thünen-Institut in Braunschweig nennt zudem noch weitere Gründe, warum Wirtschaftsdünger Probleme verursachen. So gibt es bei den Exkrementen der Tiere vom Stall bis auf den Acker »enorme Verluste« an Stickstoffverbindungen, darunter das klimaschädliche Lachgas, das in die Atmosphäre entweicht, aber auch Ammoniak und Stickoxide, die Umwelt und Gesundheit gefährden, werden emittiert.

Gülle, Jauche und Mist bilden Stoffkreisläufe

Um solche Emissionen zu verringern, ist ein optimiertes betriebliches Wirtschaftsdüngermanagement einer der Schwerpunkte heutiger Agrarforschung. Dabei werden neue Ausbringungsmethoden und technische Möglichkeiten entwickelt, damit die Gülle direkt in den Boden und zu den Pflanzen gelangt – und nicht in die Luft entweicht oder vom Regen ausgewaschen wird. Doch trotz aller Nachteile bilden Gülle, Jauche und Mist – im Gegensatz zum Kunstdünger – mehr oder weniger effiziente Stoffkreisläufe. »Ziel sollte sein, den Wirtschaftsdünger effizienter zu nutzen, um auf Mineraldünger vermehrt zu verzichten«, sagt Löw.

»Man muss die hohen Preise für Kunstdünger auch als Chance begreifen«
Philipp Löw, Agrarforscher

Dabei setzen Agrarexperten wie Philipp Löw auch auf das Ackerbaumanagement. Für bessere Böden und weniger Düngemitteleinsatz sind Zwischenfrüchte wie Leguminosen sinnvoll, die Stickstoff aus der Luft binden und für die Folgefrucht verfügbar machen. Zudem sind bestimmte Fruchtfolgen, schonende Bodenbearbeitung und Humusaufbau in Kombination mit Präzisionsfarming ideale Methoden, um langfristig den Düngemitteleinsatz reduzieren zu können. »Man muss die hohen Preise für Kunstdünger insofern auch als Chance begreifen«, sagt Philipp Löw, die Landwirte seien nun gezwungen, Änderungen vorzunehmen.

Ob die das ähnlich sehen? Die Proteste in Schwerin und anderen Städten lassen jedenfalls etwas anderes vermuten. Außerdem steht dazu auch ein Wert im Weg, dem in der Landwirtschaft viel Bedeutung beigemessen wird: Tradition. Insofern sprechen Agrarforscher nicht umsonst von Anreizen wie Agrarumweltprogrammen, mit denen man die Bauern zu Schützern von Boden, Klima und Umwelt werden lässt. Davon würden am Ende dann alle profitieren.