Weshalb zu viel Stickstoff den Wald krank macht

Fast der gesamte Schweizer Wald ist von übermässig hohen Stickstoffeinträgen betroffen. Auf knapp 90% des Waldes werden die kritischen Eintragsraten überschritten. Die Folgen sind gravierend: Der Boden versauert, Nährstoffe werden ausgewaschen. Langfristig schwächt das den Wald und macht ihn anfällig. Deshalb ergreift der Bund Massnahmen, um den Nährstoffhaushalt im Wald zu verbessern.

Die stickstoffhaltigen Luftschadstoffe stammen heute zu rund zwei Dritteln aus der Landwirtschaft und zu knapp einem Drittel aus Verbrennungsprozessen im Verkehr, der Industrie und den Haushalten. Im Wald beeinflusst dieser Stickstoff die natürlichen Stoffkreisläufe und führt zum Verlust an wichtigen Nährstoffen aus dem Boden. Der Waldboden versauert. Das hat langfristige Folgen für die Ernährung der Bäume. Die betroffenen Pflanzen zeigen Mangelerscheinungen oder vermindertes Wachstum. Sie sind weniger widerstandsfähig gegenüber Krankheiten und Witterungseinflüssen wie Trockenheit und Stürmen. Auch das Bodenleben verarmt.

Stickstoff kommt in vielfältigen Formen vor

Alle Lebewesen brauchen Stickstoff um zu wachsen. Die Luft besteht zu 78% aus diesem Element. Dieser Stickstoff ist allerdings nicht sehr reaktionsfähig. Doch in den letzten hundert Jahren – durch die Intensivierung der Landwirtschaft und die Industrialisierung – geriet der natürliche Stickstoff-Kreislauf immer mehr aus dem Gleichgewicht. Unerwünschte Emissionen mit Stickstoff in reaktionsfähiger Form gelangen hauptsächlich als Gase in die Umwelt: in Form von Ammoniak, Stickoxiden und Lachgas.

Insbesondere die landwirtschaftlichen Ammoniakemissionen sind im europäischen Vergleich hoch. Über die Luft exportiert und importiert die Schweiz auch Stickstoff. So gelangt z.B. auch Stickstoff aus der italienischen Po-Ebene ins Tessin. Als Folge wirksamer Massnahmen in der Luftreinhaltung, sind die Stickstoffemissionen in der Schweiz seit Mitte der 1980er Jahre zurückgegangen. Dabei ist die Abnahme der Emissionen aus der Landwirtschaft deutlich geringer als im Verkehr und der Industrie.

Reaktiver Stickstoff im Wald. Grafik: BAFU /OFEV / UFAM

Der Wald leidet an einer Überdosis reaktiven Stickstoffs

In den Wald gelangt dieser Stickstoff über den Regen als nasse Deposition, gasförmig oder als Partikel (sogenannte trockene Deposition). Die Bäume nehmen den Stickstoff über die Wurzeln auf, aber auch direkt aus der Luft über die Blätter und Nadeln. In vorindustrieller Zeit betrug der Eintrag aus natürlichen Quellen etwa 2 bis 3 Kilogramm pro Hektare und Jahr.

Heute kommen im Durchschnitt jährlich rund 20 Kilogramm Stickstoff auf einen Hektar Wald. Besonders viel ist es im Mittelland. Hier können es bis zu 60 kg/ha sein. Insgesamt werden auf knapp 90% des Schweizer Waldes die noch tolerierbaren Stickstoffeinträge überschritten.

Stickstoff-Deposition in 2015.

Stickstoff ist für Wachstum und Gedeihen der Pflanzen wichtig. Da Stickstoff ursprünglich ein Mangelelement war, nehmen ihn fast alle Pflanzen gerne in grossen Mengen auf, wenn er im Überfluss angeboten wird. Er wirkt zunächst als Dünger, die Bäume wachsen mehr. Sichtbar im Wald ist deshalb auch die Zunahme von stickstoffliebenden Pflanzen wie Brombeeren, Brennnesseln und Holunder. Gleichzeitig verschwinden jedoch Pflanzen, die auf stickstoff-ärmere Standorte angewiesen sind. Die Vielfalt der Pflanzen nimmt durch übermässige Stickstoffeinträge insgesamt ab.

Und auch das stärkere Wachstum der Bäume hält nur so lange an, wie andere Nährstoffe ausreichend zur Verfügung stehen. Ab einer bestimmten jährlichen Stickstoff-Dosis geht das Wachstum wieder zurück. Denn: Zu hohe Stickstoffeinträge bewirken einen Mangel an wichtigen Nährstoffen wie Kalium, Calcium und Magnesium im Boden (s. dazu das nächste Kapitel).

Bei hoher Stickstoffbelastung werden die für die Aufnahme von Nährstoffen wichtigen Mykorrhiza-Pilze an den Baumwurzeln weniger und weniger vielfältig. Doch gerade die Symbiose mit Mykorrhizen ist für die Phosphor-Versorgung der Bäume wichtig. Ohne ausreichend Phosphor geht auch das Wachstum der Bäume zurück. Insgesamt wird die Ernährung der Bäume zunehmend einseitig.

Entwurzelter Baum in Sagno (TI). Foto: IAP Simon Tresch

Der Boden versauert, das Bodenleben verarmt

Diese übermässigen Einträge von Stickstoff kann das Ökosystem Wald nicht vollständig verwerten. Im Boden gibt es (fast) keine Speicher für reaktiven Stickstoff. Nur ein kleiner Anteil des von den Bäumen und Sträuchern aufgenommenen reaktiven Stickstoffes kann als Ammonium (NH4+) an Mineralen gebunden werden. Die übrigen Stickstoff-Mengen werden als Nitrat (NO3-) ausgewaschen.

Da sich Nitrat dafür mit den Nährstoffen Kalium, Calcium und Magnesium, den «basischen» Kationen (sog. BC-Kationen), verbindet, führt dies zum Verlust dieser wichtigen Nährstoffe aus dem Wurzelraum. Folglich sinkt der pH-Wert im Boden.

Nährstoffverluste und Versauerung: Unterhalb von pH 4,5 werden Mangan und Aluminium (die «sauren» Kationen) im Boden mobilisiert und zusammen mit dem Nitrat aus dem Boden ausgewaschen. Foto: BAFU /OFEV / UFAM

Die Folge: Versauerung und Verarmung des Bodens mit Auswirkungen auf das Bodenleben: die Anzahl der tiefgrabenden Regenwürmer reduziert sich beträchtlich, so dass die Einarbeitung von Blättern und Nadeln sowie die Auflockerung des Bodens beeinträchtigt werden. Das Angebot an Nährstoffen für die Pflanzen sinkt weiter.

Besser, aber noch nicht gut genug

Dank gesetzlicher Vorgaben, technologischem Fortschritt und steigendem Konsumbewusstsein ist der Ausstoss der von Menschen verursachten Luftschadstoffe in der Schweiz in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen. Die Luft ist sauberer geworden. Dennoch besteht weiterhin Handlungsbedarf. Die Stickstoffeinträge aus der Luft überschreiten immer noch in knapp 90% unserer Wälder die kritischen Werte.

Darunter leidet nicht nur die Gesundheit des Waldes: Die grosse Menge an Stickstoffverbindungen schädigen Menschen, Pflanzen, Tiere, Böden, Gewässer, Klima und Biodiversität gleichermassen. Um dem Problem zu begegnen, sind auch künftig sektor-übergreifende Anstrengungen auf allen Ebenen nötig. Der wichtigste Hebel zur Reduktion der Stickstoffeinträge ist die Anwendung des Standes der Technik in allen Sektoren (Landwirtschaft, Industrie, Energie und Mobilität). Verbesserungen hängen massgeblich von der Umsetzung der landwirtschaftlichen Minderungsmassnahmen und der weiteren Entwicklung des Tierbestandes ab. Insofern hat auch unser Konsumverhalten einen Einfluss auf die Stickstoffbelastung.

Brennesselsee im Wald: Die Vielfalt der Pflanzen nimmt durch übermässige Stickstoffeinträge insgesamt ab.