Synergistische Nitrifikationshemmer in Verbindung mit Best‑Management‑Praktiken können in semi‑ariden salzalkalischen Böden höhere Erträge und eine bessere Stickstoffnutzung erreichen

Fütterung von Feldfrüchten in harten Landschaften

In vielen trockenen Regionen der Welt kämpfen Landwirtinnen und Landwirte damit, auf salzigen, windgepeitschten Böden ausreichend Nahrung zu produzieren und zugleich zu verhindern, dass Düngemittel Wasser und Luft verschmutzen. Diese Studie aus der Inneren Mongolei, China, zeigt, wie ein klügerer Umgang mit Stickstoffdünger – unterstützt durch spezielle Zusatzstoffe, sogenannte Nitrifikationshemmer – die Maiserträge nahe an das Potenzial bringen, Düngerverluste verringern und Umweltschäden mindern kann, selbst wenn Niederschlag knapp ist.

Die Herausforderung trockener, salziger Äcker

Aride und semi‑aride Regionen machen mehr als 40 % der weltweiten Ackerfläche aus und liefern einen großen Teil unserer Nahrungsmittel, stehen aber vor ernsten Problemen: wenig Regen, salzige Böden und starke Abhängigkeit von Bewässerung. Im Hetao‑Bewässerungsbezirk im Westen der Inneren Mongolei düngen Landwirte traditionell mit sehr hohen Stickstoffmengen für Mais – 300 bis 450 Kilogramm pro Hektar – in der Hoffnung auf hohe Erträge. Tatsächlich stagnierten die Erträge jedoch bei nur etwa 40 % des Möglichen. Viel Stickstoff entweicht in die Luft oder wird in Kanäle und Seen gespült, was Geld verschwendet und Gewässer belastet. Die zentrale Frage der Forschenden war, wie man mit weniger Stickstoff und geringeren Verlusten deutlich näher an die erreichbaren Erträge der Region herankommen kann.

Ein intelligenteres Düngesystem entwerfen

Das Team richtete ein dreijähriges Feldexperiment in einem typischen salzalkalischen Boden mit sehr geringem Niederschlag und Flutbewässerung aus dem Gelben Fluss ein. Verglichen wurden vier Bewirtschaftungssysteme für Mais: kein Stickstoff; die übliche, stark inputorientierte Praxis der Landwirtinnen und Landwirte; ein „hoher Ertrag und hohe Effizienz“-System, das den Stickstoff um etwa ein Drittel reduzierte und die Düngung vereinfachte; sowie ein „hoher Ertrag und stressresistentes“-System, das dieselbe reduzierte Stickstoffmenge verwendete, aber einen Nitrifikationshemmer namens DMPP in den Dünger einmischte und einmal bei der Aussaat ausbrachte. Alle Parzellen nutzten dieselbe Maisvarietät und ähnliche Phosphor‑ und Kaliumgaben, sodass Unterschiede hauptsächlich auf die Stickstoffstrategien zurückzuführen waren.

Mehr Körner mit weniger Stickstoff

In den Jahren 2020–2022 verloren die ungedüngten Parzellen kontinuierlich an Produktivität, was bestätigte, dass der Boden allein keinen hoch ertragreichen Mais ernähren konnte. Im Gegensatz dazu erreichten beide verbesserten Systeme mit reduziertem Stickstoff Körnererträge von 15–18 Tonnen pro Hektar – etwa 80 % des lokalen Ertragspotenzials – und lagen damit in normalen Jahren gleichauf mit oder nahe an der hoch inputorientierten Praxis. Entscheidend war, dass die optimierten Systeme dies mit nur 250 Kilogramm Stickstoff pro Hektar und nur einer Düngergabe erreichten, verglichen mit 380 Kilogramm und drei Applikationen im traditionellen System. Dadurch stieg die Effizienz der Stickstoffnutzung – der Anteil des ausgebrachten Stickstoffs, den die Pflanze tatsächlich aufnahm – von unter 50 % auf rund oder über 60 % in guten Niederschlagsjahren und erfüllte damit internationale Ziele nachhaltiger Entwicklung.

Eingebaute Versicherung gegen Dürre

Die härteste Prüfung fand 2022 statt, als der Niederschlag stark einbrach und der Mais während einer wichtigen Wachstumsphase schwere Dürre erlitt. Unter diesen harten Bedingungen erlitt das reduzierte‑Stickstoff‑System ohne Hemmer gegenüber der hoch inputorientierten Praxis einen merklichen Ertragsrückgang. Dagegen hielt das System mit Nitrifikationshemmer die Erträge aufrecht, vor allem durch ein höheres Körnergewicht. Messungen zeigten, dass diese Behandlung die Aufnahme von oberirdischem Stickstoff bewahrte, die Phosphoraufnahme steigerte und die gesamte Pflanzenbiomasse selbst im Trockenjahr stabil hielt. Indem der Hemmer die Umwandlung von Ammonium zu Nitrat im hoch pH‑wertigen, salzigen Boden verlangsamte, blieb über längere Zeit mehr nutzbarer Stickstoff in Wurzelnähe und half den Pflanzen, besser mit Wassermangel zurechtzukommen.

Sauberere Felder und Gewässer

Weil die Pflanzen einen größeren Anteil des ausgebrachten Stickstoffs aufnahmen, hinterließen die verbesserten Systeme deutlich kleinere Stickstoffüberschüsse im Boden. Die hoch inputorientierte Praxis baute jährlich mehr als 160–200 Kilogramm zusätzlichen Stickstoff pro Hektar auf – Stickstoff, der wahrscheinlich als Gas entweicht oder in Drainagewasser ausgewaschen wird. Die optimierten Systeme halbierten diesen Überschuss ungefähr, und in manchen Jahren glich die Hemmerbehandlung Eintrag und Abgang nahezu aus. Das bedeutet ein geringeres Risiko von Treibhausgasemissionen und weniger Stickstoffzufuhr in lokale Gewässer, wo er bereits als bedeutender Schadstoff identifiziert wurde.

Was das für Landwirtinnen, Landwirte und die Umwelt bedeutet

Für Landwirtinnen und Landwirte in trockenen, salzigen Regionen liefert die Studie eine klare Botschaft: Mehr Stickstoff allein garantiert nicht mehr Ertrag, aber besser getimter und besser formulierter Stickstoff kann das. Eine einmalige, reduzierte Stickstoffgabe in Kombination mit einem Nitrifikationshemmer kann hohe Maiserträge liefern, den Anteil des tatsächlich genutzten Düngers erhöhen und die Umweltbelastung verringern. Vielleicht am wichtigsten: Dieser Ansatz wirkt wie eine Versicherung in Dürrejahren und hilft Pflanzen, Ertrag zu halten, wenn Wasser knapp ist. Bei breiter Anwendung in ähnlichen Regionen könnten solche Praktiken die Nahrungsmittelproduktion steigern und gleichzeitig Druck von empfindlichen Böden und Gewässern nehmen.

Zitation: Zeng, Z., Wu, L., Liu, J. et al. Synergistic nitrification inhibitors with best management practices can achieve higher yield and nitrogen use efficiency in semi-arid saline-alkali soils. Sci Rep 16, 5287 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36007-1

Schlüsselwörter: Effizienz der Stickstoffnutzung, Nitrifikationshemmer, Maisertrag, semi‑aride Landwirtschaft, salzalkalischer Boden