Die Gefahr von gasförmigen Ammoniakverlusten hängt von zahlreichen Faktoren, insbesondere von Wetter- und Bodenbedingungen ab und ist in ihrer Höhe im Einzelfall nur schwer einschätzbar:

Bodenbedingungen:
  • hoher pH-Wert
  • geringe Pufferkapazität und geringes Ammonium-Absorptionsvermögen (z.B. geringer Gehalt an Ton oder org. Substanz)
  • geringe Bodenfeuchte
  • Auflage aus Pflanzenteilen (unbearbeiteter Boden/reduzierte Bodenbearbeitung)
  • Grünland
Wetterbedingungen:
  • hohe Temperaturen, starker Wind
  • hohe Evapotranspirationsraten
  • Trockenheit nach Düngerapplikation

Grundsätzlich werden NH3-Verluste auch durch Bedingungen gefördert, die ein Eindringen des Düngers in den Boden verhindern. Hierzu zählen z.B. auch Frost oder eine Auflage von organischer Substanz auf der Bodenoberfläche (Mulchsaat).

Warum Ammoniakemissionen aus Harnstoff besonders hoch sind!
Wenn ammoniumhaltige (NH4+-haltige) Mineraldünger auf den Boden ausgebracht werden, kann dies zur Freisetzung des leicht flüchtigen Ammoniak (NH3) führen. Die Höhe der Freisetzung ist bei den verschiedenen Düngern jedoch sehr unterschiedlich. Dies hängt wesentlich davon ab, an welchen Säurerest das Ammoniumion gebunden ist.
Bei gelösten Ammoniumsalzen liegen NH4+ und NH3 in Abhängigkeit vom pH-Wert in einem bestimmten Verhältnis zueinander vor. Bei hohen pH-Werten, d.h. auf alkalischen Böden verschiebt sich dieses Verhältnis zum Ammoniak, unter sauren Bedingungen (niedriger pH) findet sich dagegen im Boden mehr Ammonium. Die folgende Abbildung zeigt dieses pH-abhängige Gleichgewicht zwischen NH3 und NH4+ deutlich.


Die Entstehung von Ammoniak (NH3) ist die Vorraussetzung für NH3 -Verluste



Die Ammoniakemissionen aus Mineraldüngern werden sehr stark durch den pH-Wert des Bodens beeinflusst. Erst ab pH-Werten über 7,5 treten nennenswerte NH3-Verluste auf.



Bei der Düngung von Harnstoff kann es jedoch auch bei niedrigeren pH-Werten zu NH3-Verlusten kommen. Harnstoff wird nach seiner Ausbringung innerhalb kurzer Zeit im Boden zu Ammonium umgewandelt. Der Prozess der Umwandlung wird als Harnstoff-Hydrolyse bezeichnet und durch das im Boden vorhandene Enzym Urease katalysiert. Die Harnstoff-Hydrolyse bewirkt aufgrund der Bindung freier Protonen im Boden lokal einen starken Anstieg des pH-Wertes. Die Abbildung verdeutlicht den pH-Effekt nach einer Harnstoffdüngung.

pH-Wert-Veränderungen im Bereich eines Harnstoffgranulates


Dieser Effekt tritt in der unmittelbaren Umgebung der Harnstoffkörner auf, wo Harnstoff selbst die Bedingungen schafft, unter denen Ammoniak entweicht. Dies ist der Grund dafür, dass die durchschnittlichen Ammoniakemissionen nach Harnstoffdüngung deutlich höher anzusetzen sind als die aus anderen ammoniumhaltigen Stickstoffdüngern. Dieser Effekt wird bei Trockenheit noch gefördert. Basierend auf zahlreichen Ergebnissen aus Feldversuchen rechnet beispielsweise das Umweltbundesamt für Deutschland mit durchschnittlichen Ammoniakemissionen von 15 kg NH3-N je 100 kg Harnstoff-N. NH3-Emissionen in dieser Höhe werden auch durch viele andere Studien bestätigt.


Harnstoffdüngung führt zu einem Anstieg des pH-Wertes direkt um das Düngerkorn und damit zu höheren Ammoniakemissionen als andere Stickstoffdünger, wie z.B. KAS.



Im Feldversuch lassen sich die Unterschiede zwischen den N-Formen nachweisen. Der Versuch mit Winterweizen zeigt, dass bereits 2 Tage nach der Düngung von Harnstoff, nachdem vermutlich der 1. Schritt des Harnstoffabbaus (die Hydrolyse) weitgehend abgeschlossen war, größere Mengen des gedüngten Harnstoffs als Ammoniak in die Luft entwichen. Insgesamt erreichten die Verluste im Beobachtungszeitraum (kumulativ) 25 % des gedüngten Harnstoff-N, während nach einer Düngung mit nitrathaltigem Dünger, in diesem Falle KAS, nur Verluste von 2 % gemessen wurden.

Mit Hilfe von Toolkits können Ammoniakverluste sichtbar gemacht werden. Man kann mit Boden vom eigenen Acker und den Düngemitteln Harnstoff und Kalkammonsalpeter die unterschiedlichen Mengen an freigesetztem Ammoniak anschaulich machen:

Toolkit zur Demonstration von Ammoniakverlusten




Toolkit: Die Plastikdosen werden mit Boden befüllt und eine abgewogene Menge Dünger in auf dem Boden verteilt, entsprechend einer Menge von 75 kg/N/ha. Die Plastikdosen werden mit einem Deckel verschlossen. Die Indikatorröhrchen werden auf dem Gummipropfen aufgesteckt. Nach einiger Zeit wird ein Farbumschlag von Gelb zu Blau sichtbar. Das Ausmaß des Farbumschlages wird von den Ammoniakverlusten aus dem Dünger bestimmt. Je höher der blaue Anteil im Röhrchen, umso höher die Ammoniakverluste.

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