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Dürren und Starkregen treiben Nitrat ins Grundwasser

Messgebiet Demnitzer Mühlenfließ – hier erfassten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, wie Wasser durch die Landschaft fließt und Nitrat mit sich trägt.
Das Demnitzer Mühlenfließ: Auf 66 Quadratkilometern sammelten Forschende kontinuierlich Daten zum Wasserhaushalt der Landschaft. © David Ausserhofer, IGB
Von: Wissensland
Zu viel Dünger auf den Feldern, zu viel Nitrat im Wasser: Warum Starkregen und Dürre das Problem dramatisch verschärfen können, haben Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung in Leipzig gemeinsam mit Partnern jetzt erstmals umfassend erklärt. Ihre Studie erschien im renommierten Magazin Science und liefert neue Antworten und eine klare Warnung für Europa.

Sauberes Trinkwasser ist keine Selbstverständlichkeit. Wer aus dem Hahn trinkt, verlässt sich darauf, dass das Wasser im Boden unterwegs nicht mit Schadstoffen belastet wurde. Doch Nitrat bedroht diese Sicherheit. Es gelangt vor allem durch Düngemittel in die Böden.

Auch der Klimawandel beeinflusst, wie viel des Stoffes letztlich in Gewässer und Grundwasser gelangt. Das zeigt eine neue Studie, die im Fachmagazin Science erschienen ist. Beteiligt waren Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig.

Nitrat ist Stickstoff in einer bestimmten chemischen Form. Pflanzen brauchen ihn zum Wachsen. Deshalb wird er als Dünger auf Felder ausgebracht. Was Pflanzen und Böden jedoch nicht aufnehmen, wird mit dem Wasser weggespült – in Bäche, Flüsse und schließlich ins Grundwasser, aus dem unser Trinkwasser gewonnen wird. Zu hohe Werte können Gewässer belasten und die Trinkwasseraufbereitung erschweren.

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Wie schnell Wasser fließt, bestimmt das Risiko

Bislang galt vor allem der Mensch als Hauptverursacher – zu viel Dünger, zu wenig Rücksicht. "Wir konnten jedoch zeigen, dass auch die Fließgeschwindigkeit eine entscheidende Rolle bei der Nitratauswaschung spielt", sagt Dr. Songjun Wu vom Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), der die Studie geleitet hat.

Das Prinzip ist einfach: Fließt Wasser schnell, haben Pflanzen und Mikroorganismen wenig Zeit, das Nitrat abzubauen. Es gelangt ungehindert in Flüsse und Grundwasser. Fließt Wasser langsam, haben die natürlichen Prozesse mehr Zeit. Der Stoff wird abgebaut, bevor er Schaden anrichtet.

Für ihre Untersuchung analysierte das Forschungsteam mehr als 3.800 Flussgebiete in Europa und rekonstruierte mithilfe eines speziellen Modells die Wege von Wasser und Stickstoff durch die Landschaft.

Extreme machen es schlimmer

Genau hier kommt der Klimawandel ins Spiel. Starkregen beschleunigt den Wasserfluss und spült Nitrat aus den Böden. Dürreperioden bremsen ihn extrem ab. Pflanzen und Mikroorganismen können kaum noch arbeiten, der Stoff reichert sich an. Kommt dann doch Regen, wird alles auf einmal weggespült.

Um diese Zusammenhänge zu beschreiben, führen die Forschenden das Konzept der sogenannten Feuchtigkeitsgrenzen ein. Solange sich der Wasserhaushalt innerhalb dieser Grenzen bewegt, bleibt die Nitratbelastung vergleichsweise stabil. Werden die Grenzen durch extreme Nässe oder extreme Trockenheit überschritten, steigt das Risiko einer Nitratauswaschung deutlich an.

Projektleiterin Prof. Doerthe Tetzlaff vom IGB und der Humboldt-Universität zu Berlin erklärt, die Feuchtigkeitsgrenzen könnten "dabei helfen, einen sicheren Handlungsspielraum zu definieren, der gegenüber hydrologischen Veränderungen widerstandsfähig ist."

Für Europa haben die Forschenden zwei Zukunftsszenarien berechnet. Bei niedrigen Treibhausgasemissionen würde die Nitratbelastung in mehr als 70 Prozent Europas bis 2100 sinken. Bei hohen Emissionen dagegen droht besonders in Ost- und Südeuropa das Gegenteil: anhaltende Trockenheit, mehr Nitrat und eine schlechtere Wasserqualität.

Die Studie zeige, dass Nitratbelastung nur im "komplexen Wechselspiel aus Transport und Rückhalt in der Landschaft" verstanden werden könne, fasst UFZ-Hydrogeologe Dr. Andreas Musolff zusammen. Die Prognosen zeigten, wo Europa besonders gefährdet sei.

Damit Böden und Gewässer weniger mit Nitrat belastet werden, braucht es eine gezieltere Düngung und eine bessere Abwasserbehandlung. Gleichzeitig spielt auch der Klimawandel eine Rolle, weil Dürren und Starkregen die Auswaschung von Nitrat verstärken können.


Originalpublikation:
Songjun Wu, Chris Soulsby, Yi Zheng, Andreas Musolff, Doerthe Tetzlaff: Divergent Evolution of Nitrogen Cycling Along Gradients of Landscape Water Velocities; Science, 2026.

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