Stickstoff - noch ein Schlüsselelement des Lebens


Alle Organismen, gleichgültig, ob dies Pflanze, Tier oder Mensch ist, enthalten Stickstoff in Form von Eiweißverbindungen. Diese sind aus verschiedenen Aminosäuren aufgebaut, die der menschliche und tierische Körper entweder selbst synthetisieren kann oder aber mit der Nahrung aufnehmen muß. Die Pflanzen dagegen sind autark: Sie stellen die von ihnen benötigten Aminosäuren alle selbst her. Wie geschieht dies?

Für die Synthese der Aminosäuren muß die Pflanze Stickstoff über die Wurzeln aus dem Boden aufnehmen. Voraussetzung dafür ist, daß Stickstoff in Form von Nitrat- oder Ammonium-Ionen vorliegt. Dies gewährleistet eine breite Palette unterschiedlichster Helfer:

An diese seit Jahrmillionen gegebenen natürlichen Bedingungen hat sich das Leben auf unserem Planeten angepaßt. Aufbau und Abbau der Stickstoffverbindungen sind in einen Kreislauf eingebunden, der im wesentlichen geschlossen ist (Abb. 69).

Abb. 69: Stickstoffkreislauf in der Biosphäre

Der Mensch ist dabei, in diesen Stickstoffkreislauf massiv einzugreifen: Es begann eigentlich mit der Erkenntnis, daß mit gezielter Ausbringung von Stickstoffdüngern sich die Pflanzen und damit auch die Nahrungsmittelproduktion auf der gleichen Fläche deutlich steigern läßt. Durch die großtechnische Produktion billigen Stickstoffdüngers wurde es zwar möglich, viel mehr Menschen von der gleichen Landfläche zu ernähren - ein Umstand, den man auf den ersten Blick angesichts der drastisch wachsenden Zahl der Menschen auf der Erde uneingeschränkt bejahen möchte.

Doch inzwischen kennen wir auch die Kehrseite der Medaille: Viel Stickstoff hilft zwar viel, d.h. bringt große Erträge, aber die Qualität der Produkte wird viel schlechter - unabhängig davon, ob die Stickstoffquelle "Kunstdünger" oder "Naturdünger", wie z.B. Gülle, ist (Abb. 70). Die Früchte sind zwar größer und schöner, doch enthalten sie viel mehr Wasser als zuvor - und genauso schmecken sie auch.

Abb. 70: Stickstoffdüngung bei Kartoffeln

Doch im Vergleich zur zweiten Nebenwirkung einer übermäßigen Düngung sind die Geschmacksverluste eher nebensächlich. Viel bedenklicher ist die Auswaschung der Nitrate aus dem Boden und die erhöhten Nitrat-Werte in den Ackerfrüchten.

Alle Nitrate sind leicht löslich. Enthält der Boden mehr Nitrat, als die Pflanze aufnehmen kann, kommt es sehr leicht zu einer Auswaschung, d.h. die Nitrate werden in die Oberflächenwässer gespült oder gelangen sogar ins Grundwasser.

Einmal im Monat fährt die ALCOR, das modernste Forschungsschiff des Kieler Instituts für Meereskunde, in die Ostsee, um Wasserproben zu untersuchen. Dabei stellten die Forscher fest, daß sich in den Sommermonaten in vielen Regionen die Situation dramatisch verschlechtert hat: In 15 Metern Tiefe ist der Sauerstoffgehalt in den letzten 20 Jahren auf die Hälfte zurückgegangen. Wer den genauen Wert wissen will: Im Tiefenwasser der Kieler Bucht beträgt die Abnahme 4,4 mg/1. (Zum Vergleich der Maximalwert, den Wasser bei einer Temperatur von 20 °C aufnehmen kann: 9,1 mg/l). Den Grund hierfür kennen wir bereits: Überdüngung. In Nord- und Ostsee gelangt heute die Vierfache Menge des Stickstoffs, der 1900 dort eingeleitet wurde.

In der Nordsee konzentriert sich die Eutrophierungsproblematik auf das kontinentale Küstenwasser, also auf einen 50 bis 100 km breiten Wassergürtel, in den jährlich 160 km3 Wasser aus den Flüssen Schelde, Maas, Rhein, Ems, Weser und Elbe fließen. In dieser Zone liegt das Wattenmeer - eine weltweit einzigartige Zone von enormer Bedeutung für die Natur. Es bietet nicht nur die Nahrungsgrundlage für viele an der Küste brütende, rastende oder überwinternde Vogelarten, für viele Fische ist es die "Kinderstube". Gleichzeitig wirkt dieser Raum wie eine natürliche Kläranlage - mit begrenzter Kapazität. Mag die Algenblüte schlimmer aussehen als sie ist - in Sinne einer unmittelbaren Gefahr für Tier und Mensch - so ist sie doch für uns ein sichtbarer Indikator, daß in einem hochsensiblen Feld etwas aus dem Lot geraten ist. Sie gibt Anlaß zur Befürchtung, daß durch die hohen Nährstoffeinträge die Selbstregulation im Meer zunehmend außer Kontrolle gerät.

Es ist schwierig, die vielen Quellen nur Nitrate genau ab- und einzuschätzen. Auch ist festzustellen, daß noch längst nicht alle Parameter des Nährstoffkreislaufs im Meer so gründlich erforscht sind, daß ein abschließendes Urteil möglich ist. Dennoch fordern die vorliegenden Fakten bereits heute ein vorsorgliches Handeln: nämlich eine deutliche Reduktion der Stickstoffeinträge. Die folgenden Zahlen verdeutlichen dies:

Nach den neuesten Angaben des Umweltbundesamtes werden der Nordsee ca. 1,5 Millionen Tonnen Stickstoff aus anthropogenen Quellen zugeführt (Abb. 71). Dies ist etwa das Vierfache der Menge, die durch natürliche Vorgänge ins Meer eingetragen wird. 2/3 dieser Menge gelangt über die Flüsse in die Nordsee. Mehr als 60 % dieser Menge stammt aus der Landwirtschaft, der Rest aus kommunalen Abwässern beziehungsweise Industriebetrieben. Auch bei den Lufteinträgen liegt die Landwirtschaft vorn: Die Ammoniakemissionen tragen zu ca. 60% zur Stickstoffmenge bei, die aus Verkehr und Kraftwerken emittierten Stickoxide zu 40%.

Abb. 71: Stickstoffeintrag in das Meer

Als Hauptverursacher der Stickstoffeinträge in das Wasser muß danach die Landwirtschaft angesehen werden (vgl. Abb. 46). Wenn auch in den letzten Jahren sparsamer mit mineralischem Dünger umgegangen wurde, das Gülleproblem aus den Massentierhaltungen hat sich nicht entschärft. Solange es den Bauern nicht möglich ist, diese Produktionsformen aufzugeben, ohne in Existenznot zu kommen, dürfte sich das Problem der Stickstoffbelastung nicht entscheidend ändern.

Doch nicht nur wegen der eutrophierenden Wirkung sind Nitrate in Verruf gekommen. Zu große Mengen von ihnen durch Trinkwasser und Nahrungsmittel aufgenommen, können für die menschliche Gesundheit gefährlich werden. Die Stichworte hierfür heißen "Nitrosamine" und "Methämoglobinämie".

Gülle - was ist das?

Um den steigenden Kostendruck in landwirtschaftlichen Betrieben aufzufangen, wurden Formen der Viehhaltung entwickelt, die ohne Einstreu von gehäckseltem Stroh auskommen. Dadurch entfällt einerseits das arbeitsintensive Ausmisten der Ställe, andererseits bringt diese Form der Viehhaltung hygienische Vorteile, da die Tiere kaum noch mit ihren Exkrementen in Berührung kommen. In diesem Betrieben fällt Flüssigmist, Gülle, an, der in großen Behältern gelagert wird.

Von ihrer Zusammensetzung her ist die Gülle ein wertvoller Dünger. Um diesen Dünger optimal nützen zu können, müßten die Viehzüchter gleichzeitig über große Ackerbauflächen verfügen was bei der derzeitigen Struktur der Landwirtschaft eigentlich nie der Fall ist. Die Ackerbaubetriebe, die die Gülle gebrauchen könnten, liegen zu weit entfernt. Außerdem benötigen die Pflanzen-Bauern die Gülle nur in der Jahreszeit, in der die Pflanzen sich im Wachstum befinden. Durch die Massentierhaltung fallen jedoch ganzjährig große Mengen Gülle an. Durch Verordnungen ist das Ausbringen der Gülle in den Monaten verboten worden, in denen kein Pflanzenwachstum erfolgt. Doch nicht nur zu Beginn und am Ende der Vegetationsperiode wird regelmäßig mehr Gülle ausgebracht, als die Pflanzen aufnehmen können, auch in der Wachstumszeit wird auf zu kleinen Flächen zu viel Gülle ausgebracht - Auswaschungen und Verfrachtung der Nitrate in Grund- und Oberflächenwasser sind eine unmittelbare Folge, die Emission beträchtlicher Mengen Ammoniak in die Luft die andere.

Nitrosamine können Krebs erzeugen

Aus Tierversuchen ist bekannt, daß die meisten Nitrosamine Krebs erzeugen können. Mit großer Wahrscheinlichkeit können diese Stoffe auch beim Menschen Krebs hervorrufen.

Nitrosamine bilden sich im sauren Milieu des Magens aus Aminen und Nitrit-Ionen. Amine und auch die schon in der Mundhöhle des Menschen durch bakterielle Reduktion aus Nitraten gebildeten Nitrite waren schon immer Bestandteile der menschlichen Nahrung. Die Bildung von Nitrosaminen im menschlichen Körper ist daher ein normaler, natürlicher Vorgang. Man geht heute davon aus, daß das krebserzeugende Potential der Nitrosamine erst ab einer bestimmten Dosis wirksam wird, es ist allerdings nicht genau bekannt, wie hoch diese Dosis ist.

Die "vernünftige" Reaktion hierauf ist zu versuchen, die Nitrit-Konzentration in der Nahrung auf einem möglichst "natürlichen Niveau" zu halten. Da sich Nitrit aus Nitraten bildet, heißt dies gleichzeitig, daß man darauf achten sollte, nach Möglichkeit nur die "normale" Menge an Nitraten aufzunehmen.

Um dies zu gewährleisten, wurden Grenzwerte beziehungsweise Richtwerte festgesetzt. In der EG gilt der Grenzwert für Trinkwasser von 50 mg/1. Nach einem Richtwert der WHO ist die Nitrataufnahme von nicht mehr als 250 mg täglich für den Erwachsenen als unbedenklich anzusehen. Dieser Wert kann bei einseitiger Aufnahme von Gemüsen oder Salaten anstelle einer gemischten Kost jedoch rasch erreicht beziehungsweise überschritten werden (Tab. 43).

Tab. 43: Nitratgehalt der Nahrungsmittel in mg/kg

Grundnahrungsmittel Fleischwaren Salat und Gemüse
Brot

20

Roher Schinken

343

Rettich

2716

Milch

1

Kochschinken

95

Kopfsalat

1868

Käse

<20

Kasseler, roh

67

Spinat

1550

Eier

0

Mettwurst

58

Feldsalat

1287

Butter

0 - 20

Brühwurst

51

Gurken

87

Bier

5 - 25

Bratwurst

36

Erdbeeren

72

    Frikadellen

41

Tomaten

30

        Kartoffeln

127

"Normalverpflegung" 8400 kJ/Tag;
Krankenhaus: ~ 75 mg Nitrat (bei 30mg/l Nitrat im Wasser)

 

Methämoglobinämie - die Blausucht

Das Hämoglobin unseres Blutes kann nur dann als Transportmittel für Sauerstoff dienen, wenn das zentrale Eisenatom dieses Moleküls in der Oxidationsstufe +II vorliegt. Nitrite - gebildet durch bakterielle Reduktion aus Nitraten in der Nahrung vermögen dieses Eisen zur Stufe +III - zu Methämoglobin - zu oxidieren, in der ein Sauerstofftransport nicht mehr möglich ist. Da immer Nitrat, und damit auch Nitrit, vorhanden ist, ist dies ein üblicher Vorgang. Beim Erwachsenen ist der Körper in der Lage, diese Oxidation - sofern sie nicht in zu hohem Maße erfolgt ist - rückgängig zu machen: Ein spezielles Enzym reduziert Eisen aus der Stufe +III wieder zur Stufe +II, so daß der Sauerstofftransport wieder gewährleistet ist. Bei wenigen Wochen alten Säuglingen fehlt dieses Enzym jedoch, so daß eine Reduktion des Eisens nur sehr langsam erfolgen kann. Bei hoher Nitratbelastung besteht die Gefahr einer akuten Erkrankung - vergleichbar einer Vergiftung mit Kohlenstoffmonooxid. Der Gesetzgeber hat daher die Nitrat-Grenzwerte für Säuglingsnahrung besonders niedrig angesetzt: Er liegt in der Bundesrepublik bei 10 mg/l. Bei Einhaltung dieses Wertes treten Methämoglobinämie-Erkrankungen nicht auf.