Wie entstehen Ammoniakverluste?

Pflanzen nehmen Stickstoff bevorzugt als Nitrat auf. Deshalb muss Harnstoff im Boden erst zu Ammonium und dann zu Nitrat umgewandelt werden, bevor die Pflanzen den Stickstoff nutzen können. Während der Umsetzung von Harnstoff zu Ammonium entsteht gasförmiges Ammoniak.

Die Ammoniak-Verluste nitrat- und harnstoffhaltiger Düngemittel unterscheiden sich deutlich. Dabei sind die Verluste von Harnstoff mit Abstand am höchsten, die nitrathaltiger N-Dünger dagegen sehr gering. Versuche haben gezeigt, dass Urease-Hemmstoffe die Ammoniak-Verluste von Harnstoff um etwa 60 bis 70 % reduzieren können. Damit ist die Ammoniak-Verflüchtigung bei einer Gabe von Harnstoff mit Urease-Inhibitor aber immer noch deutlich höher als bei einer Düngung mit nitrathaltigen Düngern wie zum Beispiel Kalkammonsalpeter (KAS) oder YaraBela Sulfan (Abbildung1).

Wie unterschiedlich die Ammoniak-Verflüchtigung je nach Stickstoffform ausfällt, zeigt auch Abbildung 2. Die Blaufärbung des Indikatorröhrchens zeigt die Menge des entwichenen Ammoniaks nach der Düngung.

Im Boden wandelt das Enzym Urease den gedüngten Harnstoff in Ammonium um. Das Enzym kommt in zahlreichen Organismen und frei im Boden vor. Zusätzlich wird für die Umwandlung Feuchtigkeit benötigt, weshalb der Prozess als Hydrolyse bezeichnet wird.

Während der Hydrolyse erhöht sich der Boden-pH-Wert rund um die Harnstoff-Granulate deutlich (Abbildung 3). Dadurch verschiebt sich das Gleichgewicht zwischen gelöstem Ammonium und gasförmigem Ammoniak zugunsten des Ammoniaks und das Ammoniak-Gas entweicht in die Atmosphäre.

Der Boden-pH-Wert und die Temperatur bestimmen im Wesentlichen wie viel Ammoniak sich während der Hydrolyse bildet und in die Atmosphäre entweicht. Je höher der pH-Wert und die Temperatur, desto mehr Ammoniak entsteht und verflüchtigt sich.

Darüber hinaus ist entscheidend, ob die Umwandlung auf der Bodenoberfläche oder im Boden erfolgt: Die Ammoniak-Verluste gehen zurück, wenn Harnstoff in den Boden eingearbeitet wird. 

Noch nicht ganz einleuchtend?
Das folgende Video verdeutlicht noch einmal wie Stickstoff im Boden umgewandelt wird und wie dabei Ammoniakverluste entstehen.  

_{[1] Hutchings N, Webb J, Amon B (2016): EMEP/EEA air pollutant emission inventory guidebook
[2] Bittmann S, Dedina M, Howard CM, Oenema O, Sutton MA (2014): Options for Ammonia Mitigation, Guidance from the UNECE Task Force on Reactive Nitrogen, chapter 8, Centre for Ecology and Hydrology, Edinburgh, UK}