Düngung in der Landwirtschaft
Mit Comammox-Bakterien das Klima retten
Die Düngung in der Landwirtschaft beeinflusst den Stickstoff-Kreislauf der Erde und wirkt sich negativ auf die Umwelt aus. Vor allem Lachgas spielt dabei eine entscheidende Rolle. Forscher haben jetzt eine neue Möglichkeit entdeckt, die Treibhausgase zu reduzieren.
Lachgas zerstört die Ozonschicht und ist fast 300 Mal stärker als Kohlendioxid. Produziert wird das Gas von Mikroorganismen, die Prozesse im Stickstoff-Kreislauf ausführen und durch Düngemittel angeregt werden. In einer Studie haben Forscher der Universität Wien unter Leitung der Mikrobiologen Holger Daims und Michael Wagner herausgefunden, dass sogenannte »Comammox« (complete ammonia oxidizers)-Bakterien viel weniger Lachgas freisetzen als andere Mikroben.
Ohne stickstoffhaltige Dünger funktioniert keine moderne Landwirtschaft. Die intensive Düngung führt jedoch zu vielen Problemen: Ein Großteil des Stickstoffs wird von den Pflanzen gar nicht aufgenommen, sondern landet durch das Zusammenspiel von mikrobieller Umsetzung und Niederschlägen in Flüssen, Seen und Meeren. Dort bewirkt der überschüssige Stickstoff das »Umkippen« von Gewässern. Das hat dramatische Folgen wie das Absterben vieler Wasserlebewesen. Darüber hinaus wird bei der Umsetzung des Stickstoffs aus Düngemitteln durch Mikroorganismen als Nebenprodukt Lachgas freigesetzt, das wiederum in die Atmosphäre entweicht, das Ozonloch vergößert und die Erde erhitzt.
Zu viel Lachgas durch Sauerstoffmangel
Kunstdünger und Gülle enthalten Ammonium beziehungsweise Harnstoff, der im Boden wieder in Ammonium umgewandelt wird. Im Stickstoff-Kreislauf wird dieser von Mikroorganismen zuerst in giftiges Nitrit und anschließend in das etwas harmlosere Nitrat umgesetzt. Das nennt man »Nitrifikation«. Die Mikroben, verantwortlich für die Nitrifikation, setzen bei Sauerstoffmangel große Mengen an Lachgas frei. Dies geschieht nicht nur in gedüngten Böden insbesondere nach Niederschlägen, sondern auch in Kläranlagen, wo die Nitrifikation eine zentrale Rolle für die biologische Abwasserreinigung spielt.
Sauberes Wasser mit den richtigen Bakterien
Das Team der Uni Wien hat nun erstmals die Lachgas-Produktion eines Comammox-Bakteriums untersucht. Comammox-Bakterien wandeln im Gegensatz zu anderen Mikroben Ammonium ganz allein in Nitrat um. Holger Daims berichtet: »Die Comammox-Bakterien setzen viel weniger Lachgas frei als die meisten anderen Nitrifikanten, die bislang untersucht wurden«.
Die geringe Freisetzung des Gases durch Comammox könnte für die Landwirtschaft und die Abwasserreinigung interessant werden. »Wenn es gelingt, gezielt das Wachstum von Comammox-Bakterien an Stelle der anderen Nitrifikanten zu fördern, lassen sich die Lachgas-Emissionen in Böden und Kläranlagen vielleicht vermindern«, erklärt Dimitri Kits, Mitglied des Forschungsteams.
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