Warum diese Frage wichtig ist
Stickstoffeinträge aus der Landwirtschaft, aus Verkehr und Industrie prägen die Wälder Mitteleuropas seit Jahrzehnten. In Deutschland stammen nach Berechnungen des Umweltbundesamtes zwischen 60 und 75 Prozent der reaktiven Stickstoffemissionen aus der Ammoniakfreisetzung landwirtschaftlicher Böden und Tierhaltung. Diese Stickstofffrachten lagern sich in Waldökosystemen ab, wo sie den Stoffhaushalt, die Bodenchemie und letztlich den Kohlenstoffvorrat der Waldböden verändern können. Während die Stickstoffdeposition in den letzten Jahrzehnten leicht zurückgegangen ist, liegen die Werte in vielen Waldregionen Nordwestdeutschlands und der Mittelgebirge weiterhin deutlich über den ökologischen Belastungsgrenzen.
Besonders brisant ist die Frage, wie sich diese Stickstoffeinträge auf den Bodenkohlenstoff auswirken. Wälder binden weltweit etwa die Hälfte des terrestrischen Bodenkarbons. Wenn Stickstoff den mikrobiellen Abbau organischen Materials bremst, könnte sich zusätzlicher Kohlenstoff im Boden anreichern und so einen positiven Klimaeffekt erzeugen. Wenn Stickstoff hingegen die Versauerung des Bodens beschleunigt und Mineralböden auslaugt, würde die Kohlenstoffsenke Waldboden geschwächt. Eine neue Langzeitstudie aus den Vereinigten Staaten liefert nun überraschend klare Antworten, die für deutsche Forstbetriebe direkt anschlussfähig sind.
So wurde geforscht
Das internationale Forschungsteam um Erstautorin Jiejie Wang von der Purdue University hat einen außergewöhnlich langen Freilandversuch ausgewertet, der bereits seit 14 Jahren an einem temperierten Laubwaldstandort im Osten der USA läuft. Auf Versuchsflächen des Smithsonian Environmental Research Center in Maryland wurde Stickstoff in drei verschiedenen Formen ausgebracht: als anorganisches Ammoniumnitrat, als organisches Aminosäuregemisch und in einer Mischung, die das Verhältnis der realen atmosphärischen Stickstoffdeposition nachbildet, also etwa 70 Prozent anorganisch und 30 Prozent organisch. Die ausgebrachte Stickstoffmenge lag mit 100 Kilogramm Stickstoff pro Hektar und Jahr deutlich über dem, was in deutschen Wäldern heute deponiert wird, aber im Bereich der kritischen Belastungsgrenzen für empfindliche Ökosysteme.
Die Forscherinnen und Forscher haben über die gesamte Versuchslaufzeit die Kohlenstoffvorräte im Oberboden und Mineralbodenhorizont gemessen, die Stickstoff- und Kohlenstoffkonzentrationen in den einzelnen Bodenfraktionen analysiert und die pH-Werte regelmäßig kontrolliert. Im Zentrum stand die Frage, ob die Summe aller Effekte den Gesamtkohlenstoffpool im Boden verändert oder ob sich gegenläufige Prozesse die Waage halten. Ergänzend wurden mikrobiologische Parameter und die mineralassoziierte organische Kohlenstofffraktion bestimmt, die als besonders stabil gegen Abbau gilt.
Die wichtigsten Ergebnisse
Die kombinierte Behandlung mit gemischtem Stickstoff, die der tatsächlichen Deposition am nächsten kommt, zeigte nach 14 Jahren Versuchslaufzeit keinerlei statistisch signifikanten Effekt auf den gesamten Bodenkohlenstoffpool. Der Waldboden speicherte unter Stickstoffeintrag also nicht mehr Kohlenstoff als die Kontrollflächen. Dieses Ergebnis steht im Widerspruch zu früheren Kurzzeitexperimenten, die oft von einer Kohlenstoffanreicherung im Boden unter Stickstoffeintrag berichtet hatten.
Betrachtet man die einzelnen Stickstoffformen getrennt, zeigt sich ein differenzierteres Bild. Eine ausschließlich organische Stickstoffdüngung erhöhte den Kohlenstoffvorrat im Mineralboden um das 2,7-fache gegenüber der Kontrolle. Eine ausschließlich anorganische Stickstoffdüngung steigerte den Kohlenstoff immerhin um das 1,8-fache. Beide Effekte waren statistisch signifikant. Bei der kombinierten Behandlung hoben sich die Wirkungen gegenseitig auf, weil der positive Kohlenstoffeffekt des organischen Stickstoffs durch die bodenchemischen Gegenprozesse der anorganischen Komponente kompensiert wurde.
Die pH-Werte der Böden zeigten überraschenderweise keine statistisch signifikanten Veränderungen durch die Stickstoffbehandlungen. Dennoch fanden die Forscherinnen und Forscher eine statistisch belastbare negative Korrelation zwischen pH-Veränderungen und Kohlenstoffvorräten. Das bedeutet, dass diejenigen Versuchsflächen, in denen der pH-Wert am stärksten zurückging, die niedrigsten Kohlenstoffvorräte aufwiesen. Diese Kopplung zwischen Versauerung und Kohlenstoffverlust ist ein zentrales Ergebnis, das in Kurzzeitexperimenten häufig übersehen wird.
Die Untersuchung der mineralassoziierten organischen Kohlenstofffraktion ergab einen weiteren wichtigen Befund. Behandlungen mit organischem Stickstoff erhöhten gezielt diese besonders stabile Fraktion. Organischer Stickstoff fördert also nicht nur die Kohlenstoffmenge, sondern auch die Kohlenstoffqualität im Boden. Anorganischer Stickstoff hatte diesen stabilisierenden Effekt nicht.
Was das für die Praxis bedeutet
Für die Forstwirtschaft in Deutschland hat die Studie mehrere direkte Konsequenzen. Erstens zeigt sie, dass die Erwartung, Stickstoffeinträge würden den Waldböden automatisch mehr Klimaschutzleistung bringen, nicht haltbar ist. Im Gegenteil: Wenn Stickstoff überwiegend in anorganischer Form deponiert wird, droht langfristig ein Kohlenstoffverlust, weil die Versauerung die mineralische Stabilisierung organischen Materials schwächt. Deutschlands Wälder erhalten allerdings nach wie vor den größten Teil ihrer Stickstoffdeposition in anorganischer Form als Ammoniak und Nitrat aus der Landwirtschaft.
Zweitens unterstreicht die Studie die Bedeutung der Emissionsminderung an der Quelle. Da organischer Stickstoff im Boden positive Wirkungen zeigt, wäre eine grundsätzliche Änderung der Stickstoffform in der Deposition unrealistisch. Zielführender ist die Reduktion der gesamten Stickstofffracht, insbesondere aus der Ammoniakfreisetzung der Tierhaltung. Das Bundesnaturschutzgesetz und die NEC-Richtlinie der Europäischen Union geben hier bereits Reduktionsziele vor, deren Umsetzung aber noch hinter dem Bedarf zurückbleibt.
Drittens gewinnt das Waldbodenmonitoring an Bedeutung. Forstbetriebe, die ihre Bodenkohlenstoffvorräte langfristig erhalten wollen, sollten die Stickstoffeintragssituation ihrer Standorte kennen und bei Bedarf über eine standortsangepasste Kalkung oder die Förderung organischer Stickstoffbindung im Boden nachdenken. Eine Anregung der organischen Stickstoffbindung, etwa durch den Aufbau humusreicher Bestandesstrukturen mit viel Totholz und einer dauerhaften Streubedeckung, kann helfen, den stabilisierenden Pfad des organischen Stickstoffs zu stärken.
Was das für die Praxis bedeutet — Vertiefung
Über die unmittelbaren Stickstoff-Beiträge hinaus liefert die Studie eine methodisch wichtige Erkenntnis: Die Kombination mehrerer Stickstoff-Quellen in einem einzigen Experiment kann Effekte verschleiern, die bei getrennter Betrachtung klar sichtbar wären. Viele frühere europäische Studien haben Mischformen ausgebracht oder nur die Netto-Summe betrachtet und kamen so zu dem Schluss, Stickstoff habe keinen Effekt. Die neue Arbeit zeigt, dass diese scheinbare Wirkungslosigkeit ein statistisches Artefakt der Kombinationsbehandlung sein kann.
Für die Versuchsplanung in Deutschland folgt daraus, dass künftige Waldbodendauerbeobachtungen die Form des deponierten Stickstoffs getrennt erfassen sollten. Die Bundesbodenschutzverordnung und das Level-II-Programm der europäischen Waldzustandsbeobachtung bieten hier bereits Strukturen, die für eine erweiterte Stickstoff-Formenanalytik genutzt werden könnten. Forstliche Versuchsanstalten wie die Nordwestdeutsche Forstliche Versuchsanstalt oder die Bayerische Landesanstalt für Wald und Forstwirtschaft könnten entsprechende Erhebungen in ihre bestehenden Monitoringflächen integrieren.
Limitations und offene Fragen
Die Studie wurde an einem einzelnen Standort in einem einzigen Laubwaldtyp durchgeführt. Wie sich die Ergebnisse auf Nadelwälder, auf sehr arme Sandstandorte oder auf staunasse Böden übertragen lassen, bleibt offen. Auch die Frage, ob die beobachteten Muster in den ersten 14 Jahren stabil bleiben oder ob sich nach weiteren 14 Jahren doch noch ein Gesamteffekt einstellt, kann die Studie nicht beantworten. Schließlich spiegeln die experimentellen Stickstoffmengen Extremszenarien wider, die in deutschen Wäldern heute zwar regional erreicht werden, aber nicht flächendeckend. Langfristige Beobachtungen unter realen Depositionsbedingungen in den deutschen Waldgebieten bleiben daher unverzichtbar.
Quelle
Nitrogen deposition does not alter the temperate forest soil carbon pool: A 14-y experiment on varied nitrogen fertilization – Wang et al., Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS), 2026. DOI: 10.1073/pnas.2626990123
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