Der Wasserhaushalt in Landschaften spielt eine entscheidende Rolle für die Nitratbelastung von Böden und Gewässern, was zunehmend zu einem globalen Umweltproblem wird. Eine aktuelle Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Science vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), zeigt, dass sowohl die Menge als auch die Fließgeschwindigkeit von Wasser entscheidende Faktoren für das Risiko der Nitratbelastung sind. Diese Studie unterstreicht, dass klimatische Veränderungen, insbesondere extreme Wetterereignisse wie Starkregen und Dürreperioden, die Dynamik des Wasserhaushalts beeinflussen und somit die Nitratbelastung verstärken können.
Die menschlichen Stickstoffeinträge in die terrestrische Biosphäre haben sich seit der vorindustriellen Zeit verdoppelt, was größtenteils auf den umfangreichen Einsatz von synthetischen und organischen Düngemitteln zurückzuführen ist. Wenn Stickstoff in übermäßigen Mengen in die Umwelt gelangt, führt dies zu einer Überdüngung von Gewässern, was die Nahrungsmittelproduktion, die Trinkwasserqualität sowie die Nachhaltigkeit von Ökosystemen gefährdet. Um die Komplexität des Nitratkreislaufs besser zu verstehen, entwickelte das Forschungsteam ein prozessbasiertes Modell, das Wasser- und Stickstoffflüsse mithilfe stabiler Wasserisotope verfolgt. Dieses Modell wurde auf über 3.800 europäische Flussgebiete angewendet. Dabei wurden die Fließgeschwindigkeiten des Wasserkreislaufs kartiert und die Auswirkungen von klimatischen Veränderungen seit den 1980er Jahren auf die Nitratbelastung analysiert.
Ein zentrales Ergebnis der Studie ist die Erkenntnis, dass die Fließgeschwindigkeit des Wassers eng mit der Nitratbelastung verknüpft ist. Höhere Fließgeschwindigkeiten, wie sie an der nordwestlichen Küste Europas und in Gebirgen vorkommen, reduzieren die Zeit, die für den Abbau von Nitrat zur Verfügung steht. Dies führt zu einem erhöhten Risiko, dass Nitrat aus Böden in das Grundwasser und in Flüsse gelangt. Im Gegensatz dazu ermöglichen langsamere Fließgeschwindigkeiten, wie sie in Tieflandgebieten häufig sind, Pflanzen und Mikroorganismen mehr Zeit, um Nitrat abzubauen. Dr. Songjun Wu, der Hauptautor der Studie, betont, dass die Nitratbelastung bisher hauptsächlich den menschlichen Einträgen zugeschrieben wurde, jedoch die Fließgeschwindigkeit eine ebenso entscheidende Rolle spielt.
Die Studie zeigt, dass seit den 1980er Jahren klimatische Extreme die Nitratbelastung zunehmend beeinflussen. Während moderate klimatische Schwankungen im Allgemeinen die Nitratauswaschung verringern, führen extreme Veränderungen zu einer stärkeren Auswaschung. Beispielsweise kann eine starke Beschleunigung des Wasserflusses während feuchter Perioden dazu führen, dass Nitrat schnell in Gewässer gelangt, ohne dass ausreichend Zeit für den Abbau vorhanden ist. Dagegen kann eine starke Verlangsamung, die oft mit Dürre einhergeht, die Aufnahme von Nitrat durch Pflanzen und Mikroorganismen verringern, was zu einer Anreicherung im Boden führt.
Die Forscher führen das Konzept der „Feuchtigkeitsgrenzen“ ein, das besagt, dass ein Verweilen innerhalb bestimmter hydrologischer Grenzen die Nitratbelastung mindert. Wird diese Grenze überschritten, steigt das Risiko einer Nitratauswaschung. Prof. Dörthe Tetzlaff vom IGB erklärt, dass diese Grenzen helfen können, einen Handlungsspielraum zu definieren, der gegenüber hydrologischen Veränderungen resistent ist und gleichzeitig potenzielle Risiken bei der Nitratauswaschung aufzeigt.
Die Studie prognostiziert auch die Entwicklung des Wasser- und Stickstoffkreislaufs in Europa bis zum Ende des 21. Jahrhunderts. In einem Szenario mit niedrigen Treibhausgasemissionen wird erwartet, dass die hydrologischen Veränderungen im feuchten Bereich bleiben, was in mehr als 70 % Europas zu einer geringeren Stickstoffauswaschung führen sollte. Dies könnte durch höhere Temperaturen und längere Vegetationsperioden begünstigt werden. Im Gegensatz dazu könnte ein Szenario mit hohen Emissionen eine anhaltende Austrocknung in vielen Teilen Ost- und Südeuropas zur Folge haben, was das Risiko einer Stickstoffanreicherung und einer anschließenden Auswaschung bei extremen Wetterereignissen erhöht.
Um negative Entwicklungen zu
