Stickstoff im Boden

1. Anwendung von Düngemitteln, die mineralischen Stickstoff in Form von Harnstoff, Ammonium, Nitrat oder als Kombination enthalten. Organische Düngemittel wie Gülle enthalten meist organischen Stickstoff und Ammonium.
2. Die Aufnahme von Nitrat erfolgt schnell aufgrund der hohen Mobilität dieser Stickstoffform. Die meisten Pflanzen bevorzugen deshalb Nitrat vor Ammonium.
3. Die Aufnahme von Ammonium erfolgt langsamer als die von Nitrat. Ammonium ist an Tonpartikel im Boden gebunden, und die Wurzeln müssen es erst erreichen. Das meiste Ammonium wird daher nitrifiziert, bevor es von den Pflanzen aufgenommen wird.
4. Bei der Nitrifikation wird Ammonium durch Bodenbakterien innerhalb einiger Tage bis mehrerer Wochen in Nitrat umgewandelt. Während dieses Prozesses werden Lachgas und Stickoxid an die Atmosphäre abgegeben.
5. Die Denitrifikation wird durch Sauerstoffmangel (Staunässe) begünstigt. Die Bodenbakterien wandeln Nitrat über Nitrit in Lachgas, Stickstoffmonoxid und Stickstoff N₂ um. Diese werden an die Atmosphäre abgegeben.
6. Bei der Immobilisierung wird mineralischer Stickstoff in die organische Bodenbiomasse eingebaut. Bodenmikroorganismen bevorzugen Ammonium als Stickstoffquelle. Der immobilisierte Stickstoff steht den Pflanzen nicht für die Aufnahme zur Verfügung, sondern muss zunächst wieder mineralisiert werden.
   Bei der Mineralisierung der organischen Substanz im Boden (und von Wirtschaftsdüngern) wird Ammonium in den Boden freigesetzt.
7. Bei der Harnstoffhydrolyse durch Bodenenzyme wird Harnstoff in Ammonium und CO₂-Gas umgewandelt. Je nach Temperatur kann die Hydrolyse einen Tag bis zu einer Woche dauern. Der pH-Wert um die Harnstoffkörner steigt während des Prozesses stark an, wodurch die Ammoniakverflüchtigung begünstigt wird.
8. Gasförmige Ammoniakverluste treten auf, wenn Ammonium in Ammoniak umgewandelt und an die Atmosphäre abgegeben wird. Ein hoher pH-Wert des Bodens begünstigt die Umwandlung von Ammonium zu Ammoniak. Erfolgt die Umwandlung an der Bodenoberfläche, dann sind die Verluste am höchsten. Diese beiden Umstände treten ein, wenn Harnstoff ausgebracht und nicht sofort eingearbeitet wurde.
9. Zur Auswaschung von Nitrat kommt es hauptsächlich im Winter, wenn Niederschläge den von den Kulturen nicht aufgenommenen und bis dahin zu Nitrat umgewandelten Stickstoff sowie im Herbst noch mineralisiertes Nitrat aus der Wurzelzone verlagern. Eine präzise an den Bedarf angepasste Düngung beugt einer Auswaschung vor.
   

Nitrat (NO₃^-) wird von den Pflanzen leicht in hohen Mengen aufgenommen. Anders als Harnstoff oder Ammonium ist es sofort als Nährstoff verfügbar. Nitrat ist sehr mobil im Boden und erreicht schnell die Wurzeln der Pflanze. Die Anwendung von Stickstoff in Form von Nitratdünger wie z.B. Kalkammonsalpeter sichert daher eine sofortige Nährstoffversorgung.

Die negative Ladung von Nitrat unterstützt die Aufnahme positiv geladener Nährstoffe wie Magnesium, Kalzium und Kalium.

Zu beachten ist, dass auch Stickstoff im Boden, der organisch, als Harnstoff oder Ammonium ausgebracht wird, im Wesentlichen zu Nitrat umgewandelt wird, bevor er von den Pflanzen aufgenommen wird. Wird Nitrat direkt angewendet, dann werden Verluste aus der Umwandlung von Harnstoff zu Ammonium und von Ammonium zu Nitrat vermieden.

Ammonium (NH₄⁺) kann von den Pflanzen direkt in geringen Mengen aufgenommen werden. Das positiv geladene Ion wird an den Bodenmineralen fixiert und ist weniger mobil als Nitrat (NO₃^-). Die Pflanzenwurzeln müssen deshalb in Richtung des Ammoniums wachsen. Der größte Teil des Ammoniums wird durch Bodenmikroben in Nitrat umgewandelt. Diese Nitrifikation ist  temperaturabhängig und kann eine bis mehrere Wochen dauern. Ein weiterer Teil des Ammoniums wird durch Bodenmikroben in der organischen Bodensubstanz immobilisiert und nur über längere Zeiträume wieder freigesetzt.

Pflanzenwurzeln können nur geringste Mengen Harnstoff direkt aufnehmen. Zunächst muss Harnstoff durch Bodenenzyme zu Ammonium hydrolysiert werden, was je nach Temperatur einen Tag bis eine Woche dauern kann. Für diese Hydrolyse wird Feuchtigkeit benötigt. Das durch Hydrolyse erzeugte Ammonium kann leichter gasförmig als Ammoniak entweichen als Ammonium aus Ammoniumnitrat. Der Grund dafür ist, dass die Hydrolyse von Harnstoff zunächst zu stark alkalischen Bodenbedingungen in der unmittelbaren Nähe des eingesetzten Harnstoffkorns führt. Diese alkalischen Bedingungen verschieben das chemische Gleichgewicht zwischen NH₄⁺ und NH₃ hin zur letzteren Form, was Verflüchtigungsverluste verursacht. Diese Verluste sind eine wesentliche Ursache für die oft geringere N-Effizienz von Harnstoff. Aus diesem Grund sollte Harnstoff bei der Anwendung möglichst sofort in den Boden eingearbeitet werden.