Kunstdünger
Der Begriff Kunstdünger ist eine umgangssprachliche Bezeichnung für mineralische Düngemittel. Diese führen Kulturpflanzen Nährstoffe in überwiegend anorganischer, pflanzenverfügbarer oder nach Umwandlung pflanzenverfügbarer Form zu. Sie sind von Pflanzenschutzmitteln abzugrenzen: Düngemittel dienen der Pflanzenernährung, während Pflanzenschutzmittel Pflanzen oder Pflanzenerzeugnisse vor Schadorganismen und unerwünschten Pflanzen schützen.
Stickstoff, Phosphor und Kalium sind pflanzliche Makronährstoffe und keine Mikronährstoffe. Weitere Makronährstoffe sind Calcium, Magnesium und Schwefel. Zu den pflanzlichen Mikronährstoffen gehören unter anderem Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Bor und Molybdän. Mineralische Düngemittel können einzelne Nährstoffe oder definierte Kombinationen enthalten; hierzu zählen insbesondere Stickstoff-, Phosphat-, Kalium- und Mehrnährstoffdüngemittel.
Einfluss auf Ertrag und ernährungsphysiologische Lebensmittelqualität
Die Wirkung mineralischer Düngung auf die Lebensmittelqualität ist nicht grundsätzlich positiv oder negativ. Sie hängt vom Nährstoffstatus des Bodens, der Pflanzenart und Sorte, der Düngermenge, dem Verhältnis der Nährstoffe zueinander, der Applikationsform, dem Zeitpunkt der Düngung, der Wasserverfügbarkeit sowie den klimatischen Bedingungen ab.
Eine globale Metaanalyse von 7.859 Datenpaaren aus 551 Feldstudien ergab gegenüber ungedüngten Kontrollen eine mittlere Ertragssteigerung um 30,9 % und eine Verbesserung der zusammengefassten ernährungsphysiologischen Qualitätsmerkmale um 11,9 %. Untersucht wurden unter anderem Protein, Kohlenhydrate, Öl, Vitamin C, Mineralstoffe und lösliche Feststoffe. Die Effekte waren jedoch stark von Pflanzenart, Nährstoffkombination, Boden und Anbauregion abhängig [1].
Diese Ergebnisse belegen vor allem den Nutzen einer ausreichenden bzw. ausgewogenen Nährstoffversorgung. Sie rechtfertigen nicht die Annahme, dass eine möglichst hohe Düngermenge automatisch den Mikronährstoffgehalt oder die gesundheitliche Qualität eines Lebensmittels verbessert. Bei bereits ausreichender Versorgung können zusätzliche Düngergaben ohne weiteren Qualitäts- oder Ertragsnutzen bleiben und das Risiko für Nährstoffverluste erhöhen.
Auch ein Verdünnungseffekt ist möglich: Nimmt die gebildete Pflanzenmasse stärker zu als die Aufnahme und Einlagerung eines bestimmten Mineralstoffs, kann dessen Konzentration im essbaren Pflanzengewebe trotz höherer absoluter Nährstoffaufnahme sinken. Umgekehrt zeigte eine globale Metaanalyse für Weizen, Reis und Mais, dass eine Stickstoffdüngung die Zink- und Eisenkonzentrationen im Korn überwiegend erhöhte. Die Effekte unterschieden sich zwischen den Getreidearten und wurden unter anderem durch Bodenart, Stickstoff- und Phosphatstatus sowie eine zusätzliche Zinkdüngung beeinflusst [2].
Stickstoffdüngung, Proteingehalt und Proteinqualität
Stickstoff ist Bestandteil von Aminosäuren (Eiweißbausteinen), Proteinen, Nukleinsäuren (Trägern der Erbinformation) und Chlorophyll. Eine Stickstoffdüngung kann daher insbesondere bei Getreide den Ertrag und den Proteingehalt erhöhen. Der Gesamtproteingehalt ist jedoch nicht mit der ernährungsphysiologischen Proteinqualität gleichzusetzen.
In einer dreijährigen Feldstudie mit Winterweizen erhöhte eine Stickstoffdüngung den Proteingehalt sowie die absoluten Gehalte essentieller und nichtessentieller Aminosäuren. Gleichzeitig nahmen jedoch der Essential Amino Acid Index (Kennzahl zur Bewertung der Versorgung mit lebensnotwendigen Aminosäuren) und der Protein Digestibility Corrected Amino Acid Score (Kennzahl der Eiweißqualität unter Berücksichtigung der Verdaulichkeit) mit steigender Stickstoffzufuhr ab. Die Ergebnisse gelten für die untersuchten Weizensorten und Anbaubedingungen und dürfen nicht pauschal auf sämtliche pflanzlichen Lebensmittel übertragen werden [3].
Eine generelle Aussage, mineralische Stickstoffdüngung vermindere stets die biologische Wertigkeit pflanzlicher Proteine, ist daher nicht gerechtfertigt. Die Wirkung auf das Aminosäuremuster ist kulturarten-, sorten-, standort- und dosisabhängig.
Nitrat in Gemüse
Nitrat ist eine wesentliche Stickstoffquelle der Pflanze. Nach der Aufnahme über die Wurzeln wird es über Nitrit zu Ammonium reduziert und anschließend in Aminosäuren eingebaut. Übersteigt die Aufnahme vorübergehend die Assimilationsleistung, kann Nitrat insbesondere in den Vakuolen (Speicherräumen der Pflanzenzellen) von Blatt- und Stielgewebe gespeichert werden.
Der Nitratgehalt pflanzlicher Lebensmittel wird nicht allein durch die Düngermenge bestimmt. Relevante Einflussfaktoren sind:
- Pflanzenart und Sorte
- Form, Menge und Zeitpunkt der Stickstoffdüngung
- Lichtintensität und Tageslänge
- Temperatur und Jahreszeit
- Wasserverfügbarkeit
- Bodenbeschaffenheit und Boden-pH-Wert
- Erntezeitpunkt und Wachstumsstadium
Eine weltweite systematische Übersichtsarbeit mit Metaanalyse und Metaregression bestätigte erhebliche Unterschiede zwischen den Pflanzenarten. Besonders hohe Werte traten vor allem bei Blattgemüse auf. Neben Pflanzenart und Anbaubedingungen war die Düngung ein relevanter modifizierbarer Einflussfaktor [4].
Hohe Nitratgehalte finden sich typischerweise in Rucola, Spinat, verschiedenen Blattsalaten und Mangold. Fruchtgemüse wie Tomaten, Paprika, Gurken und Auberginen weist im Allgemeinen niedrigere Konzentrationen auf. Starre Tabellen mit vermeintlich einheitlichen Durchschnittswerten sind jedoch nur eingeschränkt aussagekräftig, da die Werte innerhalb derselben Gemüseart erheblich variieren können.
Gesundheitliche Bewertung von Nitrat und Nitrit
Nitrat besitzt eine vergleichsweise geringe akute Toxizität (unmittelbare Giftwirkung). Ein Teil des aufgenommenen Nitrats wird durch Bakterien der Mundhöhle zu Nitrit reduziert. Nitrit kann zweiwertiges Eisen im Hämoglobin (roter Blutfarbstoff) oxidieren und dadurch Methämoglobin (funktionsgestörte Form des roten Blutfarbstoffs) bilden, das Sauerstoff nicht regulär transportiert. Besonders empfindlich sind junge Säuglinge, vor allem bei zusätzlicher gastrointestinaler Infektion (Magen-Darm-Infektion) oder bakterieller Kontamination unsachgemäß gelagerter Nahrung [5].
Nitrit kann unter geeigneten Bedingungen mit nitrosierbaren Verbindungen zu N-Nitrosoverbindungen (bestimmten stickstoffhaltigen Verbindungen) reagieren. Das Ausmaß dieser endogenen Nitrosierung (Bildung von Nitrosoverbindungen im Körper) wird jedoch durch zahlreiche Faktoren beeinflusst. Hierzu gehören die Lebensmittelmatrix, Amine (stickstoffhaltige organische Verbindungen), Hämeisen (Eisen aus Hämverbindungen), Vitamin C und Polyphenole (sekundäre Pflanzenstoffe). Nitratreiches Gemüse enthält häufig gleichzeitig Vitamin C und weitere antioxidativ wirksame Pflanzeninhaltsstoffe. Nitrat aus Gemüse ist daher toxikologisch nicht mit Nitritpökelsalz in verarbeitetem Fleisch gleichzusetzen [5].
Eine 2025 publizierte systematische Übersichtsarbeit und Metaanalyse fand keinen statistisch signifikanten Zusammenhang zwischen einer hohen oder moderaten Aufnahme von Nitrat bzw. Nitrit aus pflanzlichen Quellen und dem zusammengefassten Risiko maligner Erkrankungen (Krebserkrankungen) des Verdauungssystems. Aufgrund des überwiegend beobachtenden Studiendesigns können daraus weder ein Schutz- noch ein vollständiger Unbedenklichkeitsnachweis abgeleitet werden [6].
Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit bewertet den gesundheitlichen Nutzen eines hohen Gemüseverzehrs insgesamt höher als das potenzielle Risiko durch die damit verbundene Nitrataufnahme, sofern die Ernährung abwechslungsreich ist [5].
Gesetzliche Höchstgehalte und Trinkwassergrenzwerte
Die Verordnung (EU) 2023/915 legt verbindliche Nitrat-Höchstgehalte für ausgewählte Lebensmittel fest. Hierzu gehören insbesondere:
- frischer Spinat: 3.500 mg/kg
- haltbar gemachter, tiefgefrorener oder gefrorener Spinat: 2.000 mg/kg
- frischer Salat mit Ausnahme von Eisbergsalat: abhängig von Jahreszeit und Anbauform 3.000-5.000 mg/kg
- Eisbergsalat: abhängig von der Anbauform 2.000-2.500 mg/kg
- Rucola: abhängig von der Jahreszeit 6.000-7.000 mg/kg
- Getreidebeikost und andere Beikost für Säuglinge und Kleinkinder: 200 mg/kg im verzehrfertigen Erzeugnis
Für zahlreiche weitere Gemüsearten, darunter Rote Bete, Radieschen und Rettich, bestehen keine entsprechenden allgemeinen unionsrechtlichen Nitrat-Höchstgehalte [R 1].
Nach der deutschen Trinkwasserverordnung beträgt der Grenzwert für Nitrat 50 mg/l und für Nitrit am Zapfhahn 0,50 mg/l. Zusätzlich darf die Summe aus Nitratkonzentration geteilt durch 50 und Nitritkonzentration geteilt durch 3 den Wert 1 nicht überschreiten. Am Ausgang des Wasserwerks gilt für Nitrit ein Wert von 0,10 mg/l [R 2].
Natürliches Mineralwasser, Quellwasser und Tafelwasser dürfen mit einem Hinweis auf die Eignung für die Säuglingsernährung versehen werden, wenn unter anderem höchstens 10 mg Nitrat/l und 0,02 mg Nitrit/l enthalten sind [R 3]. Diese Kennzeichnungsvoraussetzungen sind von den allgemeinen Grenzwerten der Trinkwasserverordnung zu unterscheiden.
Düngemittel mit erhöhter Stickstoffeffizienz
Zu den Düngemitteln mit erhöhter Stickstoffeffizienz gehören unter anderem mit Nitrifikationsinhibitoren versehene Düngemittel und polymerumhüllter Harnstoff. Sie sollen die Stickstofffreisetzung bzw. Stickstoffumwandlung zeitlich besser an den Pflanzenbedarf anpassen.
Eine globale Metaanalyse von 144 Studien zu Gemüsebausystemen ergab gegenüber konventionellen Stickstoffdüngemitteln:
- eine Ertragssteigerung um 7,5-8,1 %
- eine Zunahme des Vitamin-C-Gehalts um 10,7-13,6 %
- eine Zunahme löslicher Zucker um 9,3-10,9 %
- eine Abnahme des Nitratgehalts im Gemüse um 17,2-25,1 %
- eine Abnahme der Nitratverlagerung um 45,8 %
- eine Abnahme der Lachgasemissionen um bis zu 40,5 %
Die Wirksamkeit wurde wesentlich von der Stickstoffmenge, dem Boden-pH-Wert, dem organischen Bodenkohlenstoff und der verfügbaren Stickstoffmenge beeinflusst. Nitrifikationsinhibitoren erhöhten in der Metaanalyse zugleich die Ammoniakfreisetzung um 32,4 %. Düngemittel mit erhöhter Stickstoffeffizienz ersetzen daher keine bedarfsgerechte Düngeplanung [7].
Mineralische und organische Düngung
Organische Düngemittel wie Stallmist, Gülle, Gärreste und Kompost liefern Nährstoffe und organische Substanz. Ihr Beitrag zum Humusaufbau unterscheidet sich erheblich: Kompost und Festmist enthalten im Allgemeinen einen höheren Anteil stabiler organischer Substanz als Gülle oder rasch abbaubare Pflanzenreste.
Mineralische Düngemittel stellen Nährstoffe gezielt und vergleichsweise präzise dosierbar bereit, führen dem Boden jedoch üblicherweise keine relevante organische Substanz zu. Eine ausschließlich mineralische Düngung ersetzt deshalb keine Maßnahmen zur Erhaltung von Humusgehalt und Bodenstruktur.
Eine Metaanalyse zur organischen und mineralischen Düngung zeigte, dass organische Düngemittel bzw. die kombinierte Anwendung organischer und mineralischer Düngemittel unter bestimmten Bodenbearbeitungssystemen den organischen Bodenkohlenstoff und die Pflanzenproduktivität gegenüber einer ausschließlich mineralischen Düngung erhöhen können. Die Effekte waren deutlich vom Bodenbearbeitungsverfahren, der Düngungsform und den Standortbedingungen abhängig [8]. Die Quelle belegt keine generelle Verbesserung der ernährungsphysiologischen Lebensmittelqualität durch kombinierte Düngung.
Bodenversauerung und Nährstoffverfügbarkeit
Eine langfristige, nicht durch den Pflanzenbedarf und die Pufferkapazität des Bodens begrenzte Stickstoffdüngung kann zur Bodenversauerung beitragen. Dabei spielen insbesondere die Nitrifikation ammoniumhaltiger Düngemittel, Nitratverlagerung und der mit der Ernte verbundene Entzug basischer Kationen eine Rolle.
Eine Metaanalyse von 115 chinesischen Studien ergab unter langfristiger Stickstoffdüngung eine mittlere Abnahme des Boden-pH-Wertes um 15,27 %. Gleichzeitig wurden Veränderungen von Bodenenzymen, mikrobieller Diversität und Genen des Stickstoffkreislaufs beobachtet [9]. Wegen der ausschließlichen Einbeziehung chinesischer Untersuchungen sind die quantitativen Ergebnisse nicht unmittelbar auf alle europäischen Böden übertragbar. Sie stützen jedoch den grundsätzlichen Zusammenhang zwischen langfristig hoher Stickstoffzufuhr und Bodenversauerung.
Eine Bodenversauerung kann die Verfügbarkeit von Phosphor, Calcium, Magnesium und Molybdän vermindern und zugleich die Löslichkeit von Aluminium, Mangan und bestimmten Schwermetallen erhöhen. Damit können sich mittelbar auch Nährstoffaufnahme, Pflanzengesundheit und Zusammensetzung der erzeugten Lebensmittel verändern.
Phosphatdüngemittel und Cadmium
Rohphosphate enthalten abhängig von ihrer geologischen Herkunft unterschiedliche Mengen Cadmium. Bei wiederholter Anwendung cadmiumhaltiger Phosphatdüngemittel kann Cadmium in landwirtschaftliche Böden eingetragen werden. Die tatsächliche Veränderung des pflanzenverfügbaren Cadmiums hängt jedoch nicht allein vom Cadmiumgehalt des Düngemittels ab, sondern auch von Boden-pH-Wert, organischer Substanz, Ton- und Oxidgehalt, Ausgangsbelastung, Pflanzenart und weiteren Cadmiumquellen.
Eine Metaanalyse zu Cadmium-Ein- und Austrägen landwirtschaftlicher Böden zeigte, dass die atmosphärische Deposition in 75 % der ausgewerteten Fälle den größten Eintragspfad darstellte. Die eingeschlossenen Untersuchungen stammten überwiegend aus China, Japan und Europa. Mineralische und organische Düngemittel, Bewässerung sowie geogene Quellen waren weitere relevante, regional unterschiedlich gewichtete Eintragspfade [10]. Phosphatdüngemittel dürfen daher weder als alleinige noch generell als wichtigste Cadmiumquelle landwirtschaftlicher Böden bezeichnet werden.
Cadmium besitzt keine bekannte physiologische Funktion beim Menschen. Bei chronischer Aufnahme ist die Niere das empfindlichste Zielorgan; zudem kann Cadmium zur Demineralisation des Knochens (Abnahme des Mineralstoffgehalts des Knochens) beitragen. Für Nichtraucher stellen Lebensmittel die wichtigste Expositionsquelle dar. Getreide, Gemüse, Kartoffeln, Nüsse und Hülsenfrüchte können aufgrund der verzehrten Mengen wesentlich zur Gesamtaufnahme beitragen, auch wenn ihre Cadmiumkonzentrationen nicht immer besonders hoch sind [11]. Aussagen zu akuten inhalativen Cadmiumvergiftungen sind für die ernährungsmedizinische Beurteilung cadmiumhaltiger Lebensmittel nicht relevant.
Nach der Verordnung (EU) 2019/1009 dürfen anorganische EU-Makronährstoffdüngemittel mit einem Phosphorgehalt von mindestens 5 % Phosphorpentoxid höchstens 60 mg Cadmium/kg Phosphorpentoxid enthalten [R 4].
Agronomische Biofortifikation
Bei der agronomischen Biofortifikation (gezielte Anreicherung von Nutzpflanzen mit Nährstoffen durch Düngung) wird der Gehalt eines ernährungsphysiologisch relevanten Mineralstoffs im essbaren Pflanzenteil gezielt durch Düngungsmaßnahmen erhöht. Besonders untersucht sind Zink, Eisen, Selen und Jod.
Eine ausreichende Stickstoffversorgung kann bei Getreide die Aufnahme und Einlagerung von Zink und Eisen fördern [2]. Ferner können boden- oder blattapplizierte Mikronährstoffdüngemittel den Gehalt des jeweils applizierten Elements erhöhen. Die Wirksamkeit ist jedoch von Pflanzenart, Sorte, chemischer Verbindung, Applikationsweg, Boden-pH-Wert und Ausgangsversorgung abhängig [13].
Ein höherer Gesamtgehalt im Lebensmittel bedeutet nicht zwangsläufig eine entsprechend höhere intestinale Verfügbarkeit (Aufnahmefähigkeit im Darm). Phytat (pflanzlicher Speicherstoff, der Mineralstoffe binden kann), Verarbeitung, Mineralstoffspezies (chemische Form eines Mineralstoffs) und Verteilung des Mineralstoffs innerhalb des Korns beeinflussen die ernährungsphysiologische Nutzung. Agronomische Biofortifikation erfordert daher eine Bewertung von Konzentration, chemischer Bindungsform und potenzieller Verfügbarkeit sowie eine Begrenzung auf agronomisch und toxikologisch sichere Dosierungen.
Qualitätsorientiertes Düngemanagement
Eine auf Lebensmittelqualität und Ressourcenschutz ausgerichtete Düngung umfasst insbesondere:
- Bodenuntersuchung und Ermittlung des tatsächlichen Nährstoffbedarfs
- Anpassung der Düngermenge an Pflanzenart, Ertragserwartung und Standort
- vollständige Anrechnung der Nährstoffe aus Wirtschaftsdüngern, Ernterückständen und Vorfrüchten
- Teilung hoher Stickstoffgaben entsprechend dem zeitlichen Pflanzenbedarf
- Vermeidung später hoher Stickstoffgaben bei nitratakkumulierendem Gemüse
- Erhaltung eines standortgerechten Boden-pH-Wertes
- Integration organischer Substanz und geeigneter Fruchtfolgen
- Auswahl phosphathaltiger Düngemittel mit möglichst niedrigem Cadmiumgehalt
- zielgerichtete Platzierung der Nährstoffe im durchwurzelbaren Bodenbereich
- regelmäßige Kontrolle von Nährstoffbilanzen und Restnitratgehalten
Eine Metaanalyse zur Düngerplatzierung ergab gegenüber breitflächiger Ausbringung im Mittel höhere Erträge, eine verbesserte Nährstoffaufnahme und höhere Konzentrationen einzelner Pflanzennährstoffe. Die Effekte unterschieden sich nach Kultur, Düngerart, Boden und Platzierungstiefe [12].
Fazit
Mineralische Düngemittel sind für die Sicherung landwirtschaftlicher Erträge und die Korrektur einer unzureichenden Pflanzenernährung von zentraler Bedeutung. Eine bedarfsgerechte und ausgewogene Düngung kann neben dem Ertrag auch Protein-, Vitamin- und Mineralstoffgehalte pflanzlicher Lebensmittel verbessern.
Die Wirkung auf die Lebensmittelqualität ist jedoch nicht linear. Überhöhte oder unausgewogene Düngung kann die Nitratakkumulation fördern, die Proteinqualität einzelner Kulturpflanzen verändern, Bodenversauerung und Nährstoffverluste begünstigen sowie über cadmiumhaltige Phosphatdüngemittel zusätzliche Kontaminanten in den Boden eintragen.
Entscheidend ist daher nicht der Gegensatz zwischen mineralischer und organischer Düngung, sondern ein standort-, boden- und kulturspezifisches Nährstoffmanagement. Ziel ist eine ausreichende Versorgung der Pflanze bei möglichst geringer Nitratverlagerung, geringer Emission reaktiver Stickstoffverbindungen, Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und Kontrolle unerwünschter Begleitstoffe.
Literatur
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Rechtliche Grundlagen
- Verordnung (EU) 2023/915 der Kommission vom 25. April 2023 über Höchstgehalte für bestimmte Kontaminanten in Lebensmitteln und zur Aufhebung der Verordnung (EG) Nr. 1881/2006, konsolidierte Fassung. EUR-Lex
- Verordnung über die Qualität von Wasser für den menschlichen Gebrauch (Trinkwasserverordnung – TrinkwV), Anlage 2: Chemische Parameter. Gesetze im Internet
- Verordnung über natürliches Mineralwasser, Quellwasser und Tafelwasser (Mineral- und Tafelwasser-Verordnung), § 15 und Anlage 6. Gesetze im Internet
- Verordnung (EU) 2019/1009 des Europäischen Parlaments und des Rates vom 5. Juni 2019 mit Vorschriften für die Bereitstellung von EU-Düngeprodukten auf dem Markt, konsolidierte Fassung. EUR-Lex