Pressemitteilung vom 11. Juni 2026

Die Dynamik des Landschaftswasserhaushalts beeinflusst die Nitratbelastung

Nitratrisiko ist somit auch klimabedingt

Die Nitratbelastung von Böden und Gewässern ist aufgrund des umfangreichen Einsatzes von Düngemitteln ein drängendes globales Umweltproblem. Neben der Landnutzung spielen aber auch die Wassermenge, die durch die Landschaft fließt, und die Fließgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle für das Risiko der Nitratbelastung. Ein Anstieg von Nitrat ist somit häufig klimabedingt – wird durch extreme Wetterereignisse wie starke Regenfälle oder Dürreperioden beeinflusst, die den Wasserkreislauf beschleunigen oder verlangsamen. Das zeigt eine im Fachmagazin Science veröffentlichte Studie von Wissenschaftler:innen des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ). Um dies zu erklären, führen die Autor:innen das Konzept der "Feuchtigkeitsgrenzen" ein. Das Überschreiten dieser Grenzen – nach unten wie nach oben – verstärkt demnach die Nitratbelastung von Böden und die Auswaschung von Nitrat in das Gewässer oder das Grundwasser. Ihre Prognosen deuten darauf hin, dass sich die Nitratrisiko in weiten Teilen Europas bis zum Jahr 2.100 unter Klimaszenarien mit geringen Emissionen verringern werden, heben jedoch die zunehmenden Risiken in weiten Teilen Ost- und Südeuropas unter Szenarien mit hohen Emissionen hervor.

Seit der vorindustriellen Zeit haben sich die menschlichen Stickstoffeinträge in die terrestrische Biosphäre verdoppelt, sie stammen vor allem aus den großen Mengen synthetischer und organischer Düngemittel. Überschüssiger Stickstoff gelangt in Gewässer, was das Risiko einer Überdüngung birgt und somit die Nahrungsmittelproduktion, die Trinkwassergewinnung und die Nachhaltigkeit der Ökosysteme gefährdet. Um den Nitratkreislauf besser zu verstehen, hat das Forschungsteam ein prozessbasiertes Modell zur Verfolgung von Wasser- und Stickstoffflüssen mithilfe stabiler Wasserisotope entwickelt. Das Modell wurde auf über 3.800 europäische Flussgebiete angewendet, und das Forschungsteam kartierte die Geschwindigkeiten des Wasserkreislaufs. Dabei bewerteten sie, wie sich die Beschleunigung und Verlangsamung unter feuchteren und trockeneren klimatischen Bedingungen seit den 1980er Jahren auf die Nitratbelastung auswirken. Die Studie prognostiziert zudem, wie sich dies bis zum Ende des 21. Jahrhunderts entwickeln wird.

Warum die Fließgeschwindigkeit eine Rolle bei der Nitratbelastung spielt

Die Fließgeschwindigkeit spielt eine entscheidende Rolle bei der Nitratbelastung, da sie das Gleichgewicht zwischen Transport und Verstoffwechselung bestimmt. Höhere Fließgeschwindigkeiten, wie sie beispielsweise an der nordwestlichen Küste Europas und in Bergregionen vorherrschen, verkürzen die für den Nitratabbau verfügbare Zeit. Dadurch erhöht sich das Risiko, dass Nitrat aus den Böden in das Grundwasser und in Fließgewässer ausgewaschen wird. Im Gegensatz dazu bieten langsamere Fließgeschwindigkeiten, wie sie in Tieflandregionen vorherrschen, Pflanzen und Mikroorganismen mehr Zeit für den Nitratabbau. "Bisher wurde die Nitratbelastung hauptsächlich auf menschliche Einträge wie Düngemittel zurückgeführt. Wir konnten jedoch zeigen, dass auch die Fließgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle bei der Nitratauswaschung spielt", sagt der Hauptautor Dr. Songjun Wu vom IGB.

Erfahrungen seit den 1980er Jahren – klimatische Extreme erhöhen die Nitratbelastung

Die Studie zeigt in einer Zusammenfassung seit den 1980er Jahren, dass das Ausmaß klimabedingter Veränderungen im Wasserhaushalt die Entwicklung des Nitratkreislaufs bestimmt. Moderate Schwankungen verringern im Allgemeinen die Nitratauswaschung, während extreme Veränderungen diese verstärken. So kann eine starke Beschleunigung in feuchteren Perioden beispielsweise dazu führen, dass Nitrat rasch in Gewässer gespült wird, ohne dass genügend Zeit für die Verstoffwechselung bleibt. Eine starke Verlangsamung geht dagegen oft mit Dürre einher, was die Aufnahme durch Pflanzen und Mikroorganismen unterdrückt. Dies führt zu einer Nitratanreicherung im Boden sowie zu einer pulsartigen Auswaschung bei starken Regenfällen. Um diese Dynamiken zu erfassen, führen die Forscher:innen das Konzept der "Feuchtigkeitsgrenzen" ein. Das Verbleiben innerhalb dieser Grenzen mindert die Nitratbelastung. Werden sie überschritten – nach unten wie nach oben –, wird mehr Nitrat ausgewaschen. Wie die Projektleiterin Prof. Doerthe Tetzlaff vom IGB und der Humboldt-Universität zu Berlin erklärt, können die Feuchtigkeitsgrenzen "dabei helfen, einen sicheren Handlungsspielraum zu definieren, der gegenüber hydrologischen Veränderungen widerstandsfähig ist. Sie können auch genutzt werden, um potenziell erhöhte Risiken bei der Nitratauswaschung zu identifizieren."

Die Studie prognostiziert zudem die gemeinsame Entwicklung des Wasser- und Stickstoffkreislaufs in ganz Europa bis zum Jahr 2100 und stellte dabei gegensätzliche Entwicklungen fest. Im Szenario mit niedrigen Emissionen dürften die hydrologischen Veränderungen im feuchten Bereich bleiben, wobei in mehr als 70 Prozent Europas eine geringere Stickstoffauswaschung zu erwarten ist. "Dieses Szenario lässt sich durch höhere Temperaturen und längere Vegetationsperioden erklären, die die Aufnahme und Verstoffwechselung in Pflanzen und Organismen fördern", sagt Dörthe Tetzlaff.

In Szenarien mit hohen Emissionen könnte eine anhaltende Austrocknung jedoch die Aufnahme durch Vegetation und Mikroorganismen in weiten Teilen Ost- und Südeuropas beeinträchtigen, was das Risiko einer Stickstoffanreicherung und einer anschließenden Auswaschung bei Extremereignissen erhöht. "Dieser Trend zur Trockenheit birgt doppelte Risiken sowohl für die Wassermenge als auch für die Wasserqualität und könnte auch andere Regionen wie Zentral- und Ostasien betreffen", sagt Mitautor Professor Chris Soulsby von der University of Aberdeen in Schottland.

"Die Studie zeigt, dass wir das Problem der Nitratbelastung im komplexen Wechselspiel aus Transport und Rückhalt in der Landschaft verstehen müssen. Die hier gezeigten Prognosen erweitern unser Wissen über mögliche Szenarien und über Regionen in Europa, bei denen sich der Klimawandel negativ auf die Nitratbelastungen auswirken wird", fasst UFZ-Hydrogeologe und Koautor Dr. Andreas Musolff die Ergebnisse zusammen.

Wie lassen sich solche negativen Entwicklungen verhindern?

Um diese Risiken zu mindern, betont die Studie, wie wichtig es ist, hydrologische Veränderungen innerhalb der Feuchtigkeitsgrenzen zu halten. Dies kann entweder durch die Bewältigung von Klimaextremen oder durch die Ausweitung dieser Grenzen durch die Reduzierung menschlicher Nitrateinträge erreicht werden, beispielsweise durch Fruchtfolge, optimierte Düngung und verbesserte Abwasserbehandlung.

Publikation:
Songjun Wu, Chris Soulsby, Yi Zheng, Andreas Musolff, Doerthe Tetzlaff: Divergent Evolution of Nitrogen Cycling Along Gradients of Landscape Water Velocities; Science, DOI: 10.1126/science.aed0399

Weitere Informationen

Dr. Andreas Musolff
UFZ-Department Hydrogeologie
andreas.musolff@ufz.de

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Susanne Hufe
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