Essentielle Mineralstoffe

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1 Essentielle Mineralstoffe Justus v. Liebig: Justus v. Liebig Die Nährstoffe können sich nicht gegenseitig vertreten. Der edarf an mineralischen Nährstoffen ist artverschieden. Gesetz vom Minimum Der jeweils in geringster Menge vorhandene Nährstoff bestimmt die Höhe des Pflanzenwachstums. i.e.: Das Wachstum wird durch den Nährstoff begrenzt, der am wenigsten zur Verfügung steht. Fruchtbar bleibt ein oden nur, wenn die ihm entzogenen mineralischen Pflanzennährstoffe vollständig ersetzt werden. 3 Kriterien, für Lebensnotwendigkeit eines Elements ( Nährstoff ) nach Arnon und Stout (1939): 1. Ohne dieses Element kann die Pflanze ihren Lebenszyklus nicht vollenden. 2. Das Element muss direkt im Stoffwechsel der Pflanzen mitwirken. 3. Das Element ist im Molekül eines essentiellen Pflanzenbestandteils oder eines Metaboliten enthalten. Überblick = Electr. Conductivity, dh deutsche Härtegrade (Chelat) 1

2 Nährstoffe: % in der TM 16 Elemente: Nährelement C, H, O Makronährstoffe Mikronährstoffe, Ni * * Durchschnittl. Konzentrationsbereiche von Nährelementen in der Trockensubstanz von lättern in Kulturpflanzen * 1 ppm = 0,0001% = µg/g Makronährstoffe In großen Mengen benötigte Nährstoffe Primäre Sekundäre N P K Ca Mg S Mikronährstoffe: Fe Mn Cu Zn Ni Mo Cl Na als funktionelle Mikronährstoffe bezeichnet: V Co Si z.. für Stabilität, od. für menschl. Ernährung 2

3 Nährstoffe Definition Alle Elemente, die für das Wachstum und für eine normale Entwicklung der Pflanze notwendig sind, und die in ihrer Funktion von keinem anderen Element ersetzt werden können. Makronährstoffe Mikronährstoffe (Spurenelemente) CO 2, HCO 3 NO 3, NH FeChelat, Fe 2 H 2 O, H P 2 O, PO 2 ZnChelat, Zn 2 O 2, H 2 O SO 2 MoO 2 Rot = Nichtmetalle Grün = Alkali, Erdalkalimetalle lau = Schwermetalle K, Mn 2 Ca 2 CuChelat, Cu 2 Mg 2 Ni 2 (Na ) (OH) 3, (OH), H 2 O 3, HO 3 2 (Si) (Se) (Cl Halogen). Periodensystem 3

4 Wechselwirkungen im oden (Antagonismen u. Synergismen) Konkurrenz und gegenseitige Förderung der Nährstoffaufnahme zwischen den Nährstoffen im oden Hohe Gehalte an: Stickstoff Phosphor Kalium Magnesium Kalzium verringern die Verfügbarkeit von: Cu Zn, Fe Mg K, Ca Mg, K,, Fe, Zn, Mn Ca hemmt die Aufnahme von K und Mg v.a. auf öden mit hohem: phwert CaAnteil an der CEC (> 90%) Carbonatgehalt: CaCO 3 H 2 O HCO 3 OH Ca 2 basische Reaktion Quantität und Intensität Quantität (Q) Die Menge eines Nährstoffes, die in kurzfristigem Gleichgewicht mit der odenlösung steht Gesamt = Gesamtmenge im oden Labil = "relativ" reaktive Fraktion Löslich = in der odenlösung gelöst (=Intensität) Die Quantität ist abhängig von (notieren): 1. Primären Mineralien: SiO 2, Fe 2 O 3, Al(OH) 3, CaCO 3, MgCO 3 Glimmer (=Mica) (K), Feldspat (K) Apatit (P) 2. Sekundären Tonminerale und adsorbierte Ionen Kaolinit, Illit, Montmorillonit, Vermiculit 3. Organischer MasseAnteil Intensität (I) Die effektive IonenKonzentration (=Aktivität) in der odenlösung

5 Intensität = Aktivität der Lösung definiert durch: Aktivität (a) effektive Konzentration (C) a = γc γ = Aktivitätskoeffizient (0 1) Je höher die Gesamt Ionenstärke (incl. Stoff ) umso geringer der Aktivitätskoeffizient: Verdünnte Lösung a C A A A A A Konzentr. Lösung a < C A A A A A Quantität und Intensität PufferKapazität Düngemittel P K Quantität Inten sität Pfl. Aufnahme 5

6 Kationenaustauschkapazität Mobile Nährstoffe: wasserlöslich (ungebunden) meist <2% Diffusion und Massenfluss Massenfluss Diffusion N, Ca, K (Mg) mobile Nährstoffe P, K Cu immobile Nährstoffe (Schilling S. 29) Die MikroNährstoffe (ausser und Cl) sind im oden sehr immobil Sie können nur bei kurzem Abstand von den Wurzeln aufgenommen werden. 6

7 % Anteile der NährstoffAufnahmeMechanismen Direkter Wurzel Kontakt Massen fluss Diffusion Stickstoff 1 79 (NO 3 ) 20 Phosphor 2 9 Kalium Calcium Magnesium Schwefel Eisen 53 k.a. Mangan 133 ca. 200 extrapoliert Zink 33 k.a. or Kupfer extrapoliert (nach Schilling) Molybdän k.a. = keine Angabe = Einjährige experimentelle Daten: NH Düngung würde zur vermehrten Aufnahme durch Diffusion führen Mobilität der Nährstoffe in oden und Pflanze Ø Gehalt in der Form Mobilität Element Trockenmasse als Ion im oden in der Pflanze C O 5.0% 5.0% H N K Ca P S Mg 6.0% % 1.0% 0.5% % % 0.2% NH NO 3 K Ca HPO H 2 PO SO Mg Cl Fe Mn Zn Cu Mo Ni 100 ppm 100 ppm 50 ppm 20 ppm 20 ppm 6 ppm 0.1 ppm x ppm Cl Fe Fe Mn Zn H 3 O 3 Cu MoO Ni in Pfl. als Anion Na Si Al Na H SiO 6 Al 7

8 Ertragskurve Ertrag Ausdünnungs effekt b a c d e A akuter Mangel verdeckter Mangel C optimale Versorgung D Luxuskonsum E Depression NährelementKonz. eziehungen zw. MineralstoffGehalt zu Ertrag bei steigendem Angebot des betreffenden Nährelements (Prevot und Ollagnier 1957) Einstufungsbereiche a, b, c, d, e Gehaltsklassen A,, C, D, E NPK Dünger Kg/ha in verschiedenen Ländern 2002/03 SubSahara Afrika 8 Entwicklungsmärkte Entwickelte Märkte Euroasien Afrika Ozeanien Zentral Amerika Süd Afrika Nord Afrika West Asien Latein Amerika Ost Europa Süd Amerika Welt Nord Amerika Süd Asien Asien West Europa Ost Asien Übergangsmärkte Welt Farmer in der sub SaharaRegion Afrikas benutzen 8Kg/ha Dünger jährlich. Weltweiter Durchschnitt 93Kg/ha Länder der Grünen Revolution wie Asien benutzen 100 bis 200 Kg/ha Dünger

9 NPK Mineraldüngereinsatz in der EU Österreich: hoher Grünland Anteil Mischbarkeit von Düngemitteln N Verluste durch chemische Reaktionen: Reaktion von CaO und Ca(OH) 2 mit N Düngern: 2 NH R Ca(OH) 2 CaR 2 2 H 2 O 2 NH 3 Immobilisierung von wasserlöslichem P Ca Superphosphat PLöslichkeit Verschlechterte StreuEigenschaften durch H 2 O Aufnahme Verhärten von KaliSalzen mit N Düngern bedingte Mischbarkeit NO 3 haltige Dünger nicht mit Düngern mit freien Mineralsäuren (= HNO 3, H 2 SO, HCl, bedingt: H 3 PO, H 2 SO 3, H 2 CO 3 ) nitrose Gase 9

10 Mischtafel für Düngemittel KalkSalpeter AmmonSulfat AmmonSulfatSalpeter KalkAmmonSalpeter Harnstoff KalkStickstoff Superphosphat ThomasPhosphat GlühPhosphat RohPhosphat 0er, 60er KCl KaliSulfat Kalk (Carbonat) = edingt Mischbar = NICHT Mischbar KalkSalpeter AmmonSulfat AmmonSulfatSalpeter KalkAmmonSalpeter Harnstoff KalkStickstoff Superphosphat GlühPhosphat ThomasPhosphat RohPhosphat 0er, 60er KCl KaliSulfat Mischtafel nach Finck 1979 Kalk (Carbonat) Umrechnung Alte Tradition (19. Jh.): Angabe des Gehaltes an Elementen in Düngern, als deren Oxid berechnet, also: K 2 O und P 2 O 5 (!...)...Nichts davon ist tatsächlich enthalten erechnung der ReinnährstoffGehalte in Düngern Gegeben P, gesucht P 2 O 5 z.. In einem Düngemittel wurde ein bestimmter PGehalt ermittelt: Wie errechnet sich die Angabe als P 2 O 5? Geg.: P: Relative Atommasse: 30, = 31 g/mol O: Relative Atommasse: 15,999 = 16 g/mol P 2 O 5 : 2*31 5*16 = 12 g/mol Multiplikationsfaktor = Anteil des P am P 2 O 5 = 2*31 g/mol = 0,36 3% 12 g/mol 10