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Pflanzen und Tiere benötigen für ihr Wachstum Stickstoff. Stickstoff ist eine knappe Ressource, da er in Sand, Ton und Stein praktisch nicht vorhanden ist. In der Luft liegt Stickstoff als Molekül N₂ vor, das chemisch stabil ist und damit nur von wenigen Arten aufgespalten und nutzbar gemacht werden kann. Dazu zählen die Leguminosen und Zyanobakterien, die Stickstoff in die biologisch verfügbare Form von Nitraten und Ammoniak überführen. Wenn stickstoffbindende Pflanzen sterben und verrotten, wird der Boden mit Stickstoff angereichert und steht daraufhin anderen Pflanzen zur Verfügung. Leguminosen spielen daher in der ökologischen Landwirtschaft eine wichtige Rolle.

Zu Beginn des 20. Jahrhunderts allerdings revolutionierte die Erfindung eines energieintensiven Prozesses die limitierte Verfügbarkeit von Stickstoff: das Haber-Bosch-Verfahren zur Synthese von Ammoniak aus atmosphärischem Stickstoff und Wasserstoff (Smil 2011). Seitdem dominiert der Mensch den Kreislauf von Stickstoff. Etwas Stickstoff gelangt als Stickoxid bei der Verbrennung fossiler Energieträger in den Kreislauf, der bei weitem größte Teil jedoch durch Düngemittel.

1960 wurden 10 Millionen Tonnen Stickstoffdünger ausgebracht, mittlerweile sind es 110 Millionen Tonnen jährlich. Im selben Zeitraum stieg die Menge an Phosphatdünger von 5 auf 18 Millionen Tonnen (Tilman et al. 2001). Große Mengen werden durch die Nutzpflanzen gar nicht aufgenommen und gelangen ins Grundwasser, in Flüsse, Seen und ins Meer. Die so stattfindende anthropogene Eutrophierung, also Anreicherung mit Nährstoffen, hat vielen Ökosystemen sehr empfindlich geschadet (Smith et al. 1999). Das Algenwachstum beschleunigt sich, und es treten bevorzugt früher seltene toxische Spezies auf. Diese verdrängen solche Algenarten, die essenzieller Bestandteil von Nahrungsketten sind. In schweren Fällen kommt es dadurch zu massenhaftem Fischsterben in Seen und Flüssen. Das Wasser kann auch für Menschen ungenießbar werden (Han et al. 2016). Auch küstennahe Gebiete sind immer wieder betroffen, meist in Form roter Algenteppiche. Eutrophe Flüsse führen so viel Stickstoff, dass es im Mündungsgebiet zu schnellem Algenwachstum kommt, gefolgt von ihrem Absterben. Ihre Zersetzung durch Bakterien verbraucht so viel O₂, dass nur wenige Lebewesen in diesem Bereich überleben („dead zones“). Die drei größten dieser Totzonen befinden sich in der Ostsee, im Schwarzen Meer und im Golf von Mexiko (siehe https://www.umweltbundesamt.de/themen/wasser/gewaesser/meere/nutzung-belastungen/eutrophierung). 80 Prozent aller maritimen Ökosysteme sind bereits von Eutrophierung betroffen (Fowler et al. 2013). Die Einbringung ungeklärten Wassers ist die Hauptursache dafür.

Eutrophierung verändert auch in terrestrischen Ökosystemen die Zusammensetzung der Arten und reduziert deren Vielfalt (Bobbink et al. 2010; Stevens et al. 2004). In den Niederlanden gingen so Heidelandschaften zugrunde (Aerts u. Berendse 1988), wo Pflanzen mithilfe ihres kurzen Wuchses gut an die Knappheit von Stickstoff angepasst waren. Der Stickstoffeintrag hat sich allerdings von 1950–2000 verzwanzigfacht und damit ihren Wettbewerbsvorteil zunichtegemacht. Stattdessen gewann ein hohes Gras die Oberhand, das früher selten war und ein nur schlechter Stickstoffverwerter ist (Robertson et al. 2000). Ähnliche Effekte gibt es überall auf der Welt. Dadurch, dass durch Bodenmikroben rund 1 Prozent des Stickstoffs in Treibhausgase umgewandelt wird, trägt die Düngung mit Stickstoff auch unmittelbar zum Klimawandel bei. Auch hat sie eine negative Auswirkung auf die Artenvielfalt.

Aufgrund der weiterhin wachsenden Weltbevölkerung wird der globale Nahrungsmittelbedarf weiter zunehmen. Nur wenn sich die Agrarwirtschaft grundlegend neu ausrichtet und sich die Menschen an den Ressourcen orientiert ernähren (Tilman et al. 2011), kann erreicht werden, dass die bereits jetzt massiv gestörten Ökosysteme nicht weiter geschädigt werden. Eine Neuausrichtung von Landwirtschaft und Ernährung nimmt deshalb im Konzept Planetary Health eine zentrale Position ein.