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Stickstoff

Stickstoff im Boden

Der landwirtschaftliche Stickstoffkreislauf

Stickstoffeffizienz

Stickstoff in der Pflanze

Stickstoffmangel bei Getreide, Mais und Raps (v.l.)

 

Stickstoff im Boden

Stickstoff liegt im Boden in unterschiedlichen Formen vor und unterliegt einer Reihe von Umwandlungsprozessen. Diese bestimmen darüber, ob der Nährstoff direkt von den Pflanzen aufgenommen und für deren Wachstum genutzt werden kann, erst zu einem späteren Zeitpunkt verfügbar wird oder über Auswaschungs- oder gasförmige Verluste verloren geht.

 

  • Aufnahme in die Pflanze: Der größte Teil der Stickstoffaufnahme in die Pflanzen erfolgt in Form von Nitrat-Ionen (NO3-), die im Bodenwasser gelöst sind. Ammonium (NH4+) steht ebenfalls für die Aufnahme durch die Pflanzen zur Verfügung, ist aber weniger mobil als Nitrat und geht austauschbare Bindungen mit Bodenpartikeln (überwiegend Tonmineralien und Humus) ein.

 

  • Mineralisation: Ein Großteil des Stickstoffs im Boden ist an die organische Substanz (Humus) gebunden, zum Beispiel in Form von Eiweißen oder deren Abbauprodukten. Der darin enthaltene Stickstoff wird durch Mikroorganismen im Rahmen der Mineralisation in die pflanzenverfügbaren Formen Ammonium und Nitrat abgebaut.

 

  • Auswaschung: Die Nitrat-Ionen im Bodenwasser sind sehr mobil und können leicht ausgewaschen werden. Insbesondere im Winterhalbjahr, wenn hohe Niederschläge auftreten und die Evapotranspiration ausbleibt, entstehen Nitratverluste durch die Verlagerung in tiefere Bodenschichten.

 

  • Nitrifikation: Nitrosomas- und Nitrobacter-Bakterien oxidieren Ammonium in der Nitrifikation zunächst zu Nitrit und dann zu Nitrat.

 

  • Ammoniakverluste: Gasförmige Stickstoffverluste können bei der Düngung mit organischen Stoffen wie Gülle oder Gärsubstrat, aber auch bei der unsachgemäßen Applikation von Harnstoff auftreten. Dabei entweicht, je nach Bedingungen (Ausbringungsart, Temperatur und Luftfeuchtigkeit) ein Teil des applizierten Stickstoffs in Form von Ammoniak (NH3). Dies gilt insbesondere bei einem hohen pH-Wert des Bodens.

 

  • Denitrifikation: Auf leicht sauren Böden setzt bei Staunässe die Denitrifikation ein. Bakterien nehmen dabei den Sauerstoff aus den Nitrat-Ionen auf, um ihre Sauerstoffversorgung zu sichern. Es entstehen molekularer Stickstoff (N2) und verschiedene gasförmige Verbindungen. Die Folge sind Stickstoffverluste an die Luft und, zum Beispiel beim Abbau zu Lachgas (N2O), auch eine klimarelevante Freisetzung von Spurengasen.

 

  • Immobilisation: Im Bodenwasser verfügbares Nitrat und Ammonium werden von Mikroorganismen aufgenommen und als Bestandteile von deren körperlichen Proteinen verbaut. Dies tritt häufig bei der Einarbeitung von Ernterückständen mit weitem C:N-Verhältnis wie zum Beispiel Getreidestroh auf. Erst nach einer erneuten Mineralisation steht dieser Stickstoff wieder den Pflanzen zur Verfügung.

 

  • Stickstoff-Fixierung: Bestimmte Mikroorganismen ermöglichen die Nutzung des molekularen Stickstoffs aus der Luft (N2), indem sie diesen zu Ammonium-Ionen reduzieren und in körpereigenes Eiweiß einbauen. In erster Linie spielt dabei die Symbiose von Knöllchenbakterien (Rhizobien) an den Wurzeln von Leguminosen wie Erbsen, Klee oder Luzerne eine Rolle.
 

Der landwirtschaftliche Stickstoffkreislauf

Der landwirtschaftliche Stickstoffkreislauf

 

Stickstoffeffizienz

Nährstoffe so effizient wie möglich einzusetzen, ist für die Landwirtschaft weltweit ein Gebot der Stunde. Beim Stickstoff werden derzeit im Schnitt nur etwa 40 Prozent der ausgebrachten Menge tatsächlich von den Pflanzen aufgenommen. Nährstoffverluste in diesem Ausmaß belasten nicht nur die Umwelt, sondern schmälern auch die Rentabilität des Anbaus. Hinzu kommen gesetzliche Vorgaben wie die neue Düngeverordnung, die den Druck zum effizienten Einsatz von Stickstoff und anderen Nährstoffen weiter erhöhen.

Einen wichtigen Beitrag zur Optimierung leistet eine ausgewogene Düngung. Insbesondere Kalium und Magnesium sorgen für eine gute Stickstoffaufnahme und eine optimal Stickstoffnutzung in der Pflanze.

 

Stickstoff in der Pflanze

Pflanzen benötigen vergleichsweise hohe Mengen Stickstoff für Wachstum und Entwicklung

 

Funktionen von Stickstoff in der Pflanze

  • Stickstoff ist ein Bestandteil von Aminosäuren, aus denen Proteine gebildet werden. Somit ermöglicht eine bedarfsgerechte Stickstoffdüngung einen hohen Eiweißgehalt des Erntegutes.
  • Stickstoff ist ein Baustein des Chlorophylls und daher wichtig für die Photosynthese.
  • Stickstoff ist Bestandteil von Enzymen, die wichtige Aufgaben im Stoffwechsel der Pflanze erfüllen.
  • Auch in Nukleinsäuren (DNA, RNA) ist Stickstoff enthalten.

Stickstoff-Mangelsymptome

Stickstoffmangel tritt vor allem auf sandigen, humusarmen oder sauren Böden auf oder nach hohen Winterniederschlägen.

  • Bei Stickstoffmangel bleiben die Pflanzen im Wuchs zurück (Zwergwuchs).
  • Die Bestände zeigen eine hellgrüne bis gelb-grüne Verfärbung.
  • Es entstehen Chlorosen, die zunächst an älteren Blättern sichtbar werden, da Stickstoff innerhalb der Pflanze mobil ist und zu den Wachstumsorganen transportiert wird. Dies ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal zu Schwefelmangel, wo Chlorosen zunächst an den jüngeren Blättern erscheinen.
  • Die Chlorosen beginnen an der Blattspitze, oft entlang der Blattader.
  • Charakteristisch für N-Mangelpflanzen ist der sogenannte „Starrtracht-Habitus“ der Stängel und Blätter. Diese stehen aufrecht und liegen eng am Stängel an. Hingegen zeigen sich bei Phosphormangel leicht abgebogene Blattspitzen.
 

Stickstoffmangel bei Getreide, Mais und Raps (v.l.)

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