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N-Verluste / Einsatz von Nitrifikationshemmern

 
Stickstoffmangel kann in Maisbeständen gravierende Folgen haben. Die Pflanzen bleiben im Wuchs zurück und die Bestände hellen auf. Sie haben kleinere Kolben, kleinere Körner und schwächere Stängel. Es besteht die Gefahr von Lager.
 
Auch wenn genug Stickstoff gedüngt wird, kann es zu Stickstoffmangel im Mais kommen, wenn zum Beispiel durch extreme Niederschläge der Stickstoff aus dem Boden ausgewaschen wird. Ab der Blüte nimmt der Mais noch ca. 40% seines Stickstoffsbedarfes auf.
 
 
 
Abb. 1: Aufgehellte Blätter durch Stickstoffmangel Abb. 2: V-förmige Vergilbung der Blätter
    
Wie wird der Stickstoff (N) von der Pflanze aufgenommen? 

Pflanzen nehmen Stickstoff überwiegend als Nitrat (NO3-) auf. Außerdem kann die Pflanze Stickstoff in Form von Ammonium (NH4+) und Harnstoff (CH4N2O) aufnehmen.
Stickstoff, der im Boden nicht in Form von Nitrat vorkommt (z.B. Ammonium- oder Carbamidform) unterliegt im Boden der Nitrifikation. Bei der Nitrifikation wandeln Bakterien den Stickstoff durch mikrobielle Oxidation über Nitrit (NO2-) weiter zu Nitrat um.
    

Wie kommt es zu Stickstoff-Verlusten im Boden? 
Nitrat-Stickstoff ist besonders verlustgefährdet, weil er in der Bodenlösung frei beweglich ist. Vor allem bei feuchten Böden und nach starken Niederschlägen wird das Nitrat aus den oberen Bodenschichten herausgewaschen und in tiefere, für die Wurzeln nicht mehr erreichbare Schichten, verlagert (= Auswaschung/Verlagerung).
Insbesondere in feinporigen Böden, in denen das Wasser nicht so schnell versickern kann, sondern stehen bleibt, führen hohe Niederschlagsmengen außerdem zu Denitrifikationsverlusten. Dabei wird der im Nitrat gebundene Stickstoff durch Bakterien bei Abwesenheit von Sauerstoff in molekularen Stickstoff (N2) umgewandelt. So wird er wieder in eine Form überführt, die von der Maispflanze nicht als Nährstoff (Stickstoffquelle) genutzt werden kann. In der molekularen Form entweicht der Stickstoff dann größtenteils in die Atmosphäre. Auch in Form von Ammoniak (NH3) entweicht ein Teil des Bodenstickstoffes in die Luft (= gasförmige Verluste).
  
 


Abb. 3: Stickstoffkreislauf im Boden 

 

Wie kann die Stickstoffauswaschung verhindert werden?  

Stickstoff, der auf den Boden in Form von Ammonium (NH4+) aufgebracht wird, ist vorübergehend vor Auswaschung und Denitrifikation sicher, da er an Bodenpartikel, die negativ geladen sind, gebunden wird.
Die Umwandlung des Ammoniums in Nitrat (Nitrifikation) übernehmen Bodenbakterien (Nitrosomonas und Nitrobacter). Bei Temperaturen ab 10°C und unter aeroben Bedingungen findet Nitrifikation im Boden statt. Unter Umständen kann es dann auch zeitweilig zu einem Überangebot von Nitrat kommen, was verstärktes Wachstum, Lager oder Schaderregerbefall zur Folge haben kann.
Wird dieser Umwandlungsprozess verlangsamt, so ist der pflanzenverfügbare Stickstoff über einen längeren Zeitraum im Boden gebunden und ein Stickstoff-Überangebot oder erhöhte Nitrat-Auswaschungen werden verhindert.
   
      

Steuerung der Umwandlung von Ammoniumstickstoff zu Nitratstickstoff  

Ammoniumstickstoff ist pflanzenverfügbar, gelangt aber langsamer zu der Wurzel als Nitrat-Stickstoff, da er an Bodenteilchen gebunden ist. Er kann daher auch nicht ausgewaschen werden.
Bei der Düngung mit N-stabilisierten Düngern oder mit Nitrifikationshemmern in der Gülle wird durch den zugesetzten Hemmstoff die Umwandlung (Nitrifikation) des stabilen  Ammoniumstickstoffes zum verlustgefährdeten Nitratstickstoff verzögert oder völlig blockiert.
Es gibt verschiedene Gruppen von chemischen Nitrifikationshemmern (nitrifiziden Chemikalien): Zum einen gibt es Ammonium-Nitrifizide, die hemmend oder abtötend auf jene Mikroorganismen wirken, welche für den ersten Schritt der Nitrifikation (Oxidation von NH4+ zu NO2-) zuständig sind. Auf der anderen Seite gibt es Nitrit-Nitrifizide. Diese hemmen oder töten diejenigen Mikroorganismen ab, die für den zweiten Schritt der Nitrifikation (Oxidation von NO2- zu NO3-) verantwortlich sind. Ammonium-Nitrit-Nitrifizide wirken auf beide Gruppen von Mikroorganismen hemmend oder abtötend.
Mit zunehmendem Abbau des Nitrifikationshemmstoffes wird bedarfsgerecht Nitrat aus dem Ammoniumvorrat des Bodens bereitgestellt.
Weil Pflanzen Stickstoff aus der Ammonium- oder der Nitratform gleichermaßen gut aufnehmen können, wird damit die Möglichkeit einer effizienten und bedarfsgerechten Stickstoffernährung geschaffen.
Durch die verzögerte Umsetzung des Ammoniumstickstoffes verbleibt der Dünger-Stickstoff in stabilisierter Form im Krumenbereich und ist vor einer unerwünschten Nitratverlagerung in tiefere Bodenschichten geschützt.
Da der hohe Wuchs beim Mais eine späte N-Düngergabe erschwert, bzw. unmöglich macht, hat der stabilisierte Stickstoff den weiteren Vorteil, dass er früher und in höheren Mengen ausgebracht werden kann und den Pflanzen trotzdem noch bis zur Abreife zur Verfügung steht.