Klimawissen
22.07.2025

Planetary boundaries: balancing nutrient flows

A machine applies fertilizer on a field.
A machine applies fertilizer on a field.
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Dusan Kostic / Adobe Stock

Life could not exist without nitrogen and phosphorus. Like other important nutrients, these chemical elements circulate in cycles between land, water, air and living things – in quantities that ecosystems have adjusted to over the course of evolution. But humans have caused serious imbalances in these cycles. There is too much nitrogen and phosphorus in circulation. At the same time, there is a growing shortage of phosphorus.

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Darstellung der 9 Planetaren Grenzen 2023
Darstellung der 9 Planetaren Grenzen 2023
Darstellung der 9 Planetaren Grenzen
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Azote for Stockholm Resilience Centre, based on analysis in Richardson et al 2023

Zu den essentiellen Elementen für alle Lebewesen gehören Stickstoff und Phosphor. Stickstoff ist essentieller Bestandteil des Erbguts und von Aminosäuren, aus denen alle Proteine aufgebaut sind. Phosphorverbindungen dienen im Stoffwechsel von Mikroorganismen, Pflanzen und Tieren unter anderem als wichtige Energieträger. In der Natur stehen allen Lebewesen begrenzte Mengen dieser essentiellen Stoffe zur Verfügung. Biologische Gleichgewichte sind darauf ausgerichtet, limitierte Nährstoffe optimal auszuschöpfen. Arten, Artengemeinschaften und Ökosysteme haben ihren Bedarf daran angepasst.

Verfügbarer Stickstoff verdoppelt

Die einzigen Lebewesen, die auf natürlichem Weg Stickstoff aus der Luft fixieren können, sind Bakterien. Meistens leben sie an den Wurzeln bestimmter Pflanzen wie Erbse oder Lupine, an die sie den Stickstoff abgeben. Aber auch aquatische Cyanobakterien (Blaualgen) können Stickstoff fixieren. In Form von Futter- und Nahrungsmitteln steht er dann Tier und Mensch zur Verfügung. Andere Mikroorganismen geben bei der Zersetzung organischen Materials elementaren Stickstoff wieder in die Atmosphäre ab.

Fachliche Prüfung und Beratung zu diesem Beitrag: Prof. Dr. Doris Vetterlein, UFZ; Prof. Dr. Hans-Jörg Vogel, UFZ; PD Dr. Reinhard Well, Thünen Institut für Agrarklimaschutz

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