Stickstoffzugabe über dem Kronendach versus unter dem Kronendach beeinflusst Nitrat-Auswaschung und Mineralisierung, nicht aber Treibhausgasflüsse in einem Traubeneichen-Bestand

Warum diese Waldgeschichte wichtig ist

Weltweit führen menschliche Aktivitäten zusätzliches Stickstoff in die Luft ein, der schließlich mit Regen und Staub wieder auf Wälder zurückfällt. Stickstoff ist ein zentrales Pflanzen­nährstoff, daher wirkt mehr davon auf den ersten Blick wie kostenloser Dünger, der Bäumen hilft zu wachsen und Kohlenstoff zu speichern. Zu viel Stickstoff kann jedoch in Bäche als Nitrat auslaugen, das Bodenleben stören und zu klimawirksamen Gasen beitragen. Diese Studie stellt eine auf den ersten Blick einfache Frage mit großen Folgen: Spielt es eine Rolle, ob der zusätzliche Stickstoff zuerst das Blattdach berührt oder direkt auf den Waldboden fällt?

Zwei Arten, einen Wald zu düngen

Die Untersuchung fand in einem Traubeneichenwald in Norditalien statt, wo Bäume auf dünnem, leicht saurem Boden wachsen und vermutlich etwas stickstofflimitiert sind. Die Forschenden legten neun kreisförmige Parzellen an und behandelten sie über sechs Jahre. In einer Parzellengruppe wurde kein zusätzlicher Stickstoff ausgebracht (Kontrolle). In einer anderen wurde eine Stickstofflösung direkt auf den Waldboden gesprüht, eine Praxis, die der üblichen Boden­düngung ähnelt. In der dritten Gruppe wurde die gleiche Stickstoffmenge über den Baumkronen mit hohen Sprinklern versprüht, sodass die Lösung das Kronendach durchdringen musste – näher an dem, wie atmosphärischer Eintrag in der Natur auftritt. Alle Parzellen erhielten dieselbe moderate Dosis, etwa das Vierfache des lokalen Hintergrundeintrags, aber noch innerhalb realistischer Werte für stark belastete Regionen.

Beobachtung des Stickstoffs im Boden

Um zu verfolgen, was mit dem hinzugefügten Stickstoff geschah, verfolgte das Team mehrere Schritte im bodenbezogenen Stickstoffkreislauf. Sie vergruben kleine Bodenkerne mit speziellen Harzen, die nach unten wandernden Stickstoff festhielten, sodass sowohl Nitrat- als auch Ammonium-Auswaschung aus dem Oberboden gemessen werden konnten. Außerdem bestimmten sie, wie schnell Bodenmikroben organischen Stickstoff in mineralische Formen umwandeln, die Pflanzen nutzen können – ein Prozess, der Mineralisierung genannt wird. Über mehrere Jahre und Jahreszeiten entnahmen sie wiederholt Proben der Kerne und verfolgten, wie viel Stickstoff sich angesammelt hatte, wie viel mit dem Wasser nach unten transportiert wurde und wie schnell er durch das Bodenleben umgewandelt wurde.

Durchlässige Böden versus gepufferte Kronen

Die Art der Stickstoffausbringung erwies sich als sehr entscheidend für das Geschehen im Boden. Wenn Stickstoff direkt auf den Waldboden gesprüht wurde, nahm die Nitrat-Auswaschung aus dem Oberboden in den späteren Jahren des Experiments deutlich zu, und auch die Ammonium-Auswaschung stieg an. Gleichzeitig sank die Gesamt­geschwindigkeit, mit der Mikroben Stickstoff im Boden mineralisierten, verglichen mit der unbehandelten Kontrolle. Anders gesagt: Mehr Stickstoff wurde nach unten ausgewaschen und weniger wurde in pflanzenverfügbare Form recycelt. Dagegen unterschieden sich bei der Ausbringung über dem Kronendach weder Nitrat-Auswaschung noch Mineralisierung signifikant von der Kontrolle. Frühere Arbeiten an diesem Standort zeigten, dass Kronenblätter einen großen Anteil des einfallenden Stickstoffs abfangen und aufnehmen können, was erklärt, warum sich die Böden unter der Zugabe über dem Kronendach ähnlich verhielten wie ungedüngte Flächen.

Treibhausgase bleiben überraschend stabil

Die Forschenden verfolgten außerdem, wie sich die Behandlungen auf drei wichtige Treibhausgase zwischen Boden und Atmosphäre auswirkten: Kohlendioxid, Methan und Distickstoffoxid. Mit Gas­analysatoren und geschlossenen Kammern überwachten sie diese Flüsse über mehrere Jahre. Trotz ausgeprägter jahreszeitlicher Schwankungen, bedingt durch Temperatur und Feuchte – höhere CO2-Freisetzung bei warmen, feuchten Bedingungen und konstante Methanaufnahme durch den gut belüfteten Waldboden – verursachte der zusätzliche Stickstoff, ob über oder unter dem Kronendach zugeführt, keine konsistenten Änderungen bei einem der Gase. Die Bodenatmung reagierte hauptsächlich auf Wärme und Feuchte des Bodens, während Methanaufnahme und N2O-Emissionen in allen Parzellen niedrig und stark variabel blieben.

Was das für Wälder und Klima bedeutet

Die Studie zeigt, dass Baumkronen als wichtiger Puffer zwischen atmosphärischem Stickstoff und dem Boden darunter fungieren. Direkte Stickstoffzugabe zum Waldboden verstärkt die Nitrat-Auswaschung aus dem Oberboden und verändert mikrobiologische Prozesse stärker, während dieselbe Menge über dem Kronendach ausgebracht die Boden‑Stickstoffkreisläufe näher am Normalzustand belässt – zumindest in den ersten Jahren. Gleichzeitig haben diese moderaten Stickstoffmengen das System noch nicht zu deutlich höheren Treibhausgasemissionen gedrängt. Für Laien lautet die Botschaft, dass Art und Ort des Stickstoffeintrags in einen Wald die Wasserqualität und Boden­gesundheit stark beeinflussen können, während Auswirkungen auf klimaschädliche Gase langsamer sichtbar werden könnten. Langfristige Studien, die die Rolle des Blattdachs berücksichtigen, sind entscheidend, um zu verstehen, ob Wälder weiterhin Stickstoff schadlos aufnehmen oder schließlich gesättigt werden und mehr Verschmutzung in Gewässer und Atmosphäre abgeben.

Zitation: Da Ros, L., Anna, B., Pietro, P. et al. Above-canopy versus below-canopy nitrogen addition affects nitrate leaching and mineralization but not greenhouse gas fluxes in a sessile oak stand. Sci Rep 16, 11800 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36532-z

Schlüsselwörter: Stickstoffeintrag, Walddach, Nitrat-Auswaschung, Treibhausgase, Boden-Kohlenstoff