Bor-Bodendynamik und Bor-Quellen

Landwirte auf der Welt stehen unter zunehmendem Druck, ihre Nachhaltigkeit, die Effizienz des Düngemitteleinsatzes und natürlich ihre Produktivität zu verbessern, wenn sie im globalen Markt mitmischen wollen. Angesichts dieses Drucks ist es wichtiger denn je, alle Faktoren zu berücksichtigen, die sich auf das Wachstum und den Ertrag von Pflanzen auswirken.

Wichtigkeit von Mikronährstoffen und Verluste im Boden

Damit Feldfrüchte ihr volles Potenzial entfalten können, ist es wichtig, nicht nur Stickstoff, Kalium und Phosphor (NPK) zu berücksichtigen. Auch Mikronährstoffe sind wichtig, darunter Bor (B). In den letzten Jahren hat die Häufigkeit von Mikronährstoffmängeln zugenommen.  Es wird davon wird davon ausgegangen, dass große Flächen mit leichten Böden einen Bormangel aufweisen. Dies ist zum Teil eine Folge des intensiven Ackerbaus, der den Verlust von Mutterboden durch Erosion oder Auswaschung und somit auch des Verlusts von Mikronährstoffen nach sich zieht. Weitere Gründe für Bormangel sind übermäßige Kalkung saurer Böden, des Rückgangs des Einsatzes von Hofdünger zugunsten von chemischen Düngemitteln und der Nutzung von Grenzertragsflächen für den Ackerbau.

Bor als Pflanzennährstoff

Bor ist hauptsächlich als Borsäure (H₃BO₃) in der Bodenlösung gelöst und wird auch in dieser Form von den Pflanzenwurzeln aufgenommen. Die Verfügbarkeit von Bor und seine Aufnahme durch die Pflanzen wird jedoch von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter der pH-Wert des Bodens, die Bodenfeuchtigkeit und der Calcium- und Stickstoffgehalt des Bodens. Außerdem können übermäßige Niederschläge oder Bewässerung Bor aus dem Boden auslaugen. Bor wird natürlicherweise dem Boden durch die Zersetzung organischer Stoffe zugeführt. Auch die Beschaffenheit des Bodens beeinflusst die Verfügbarkeit von Bor. Besonders in Sandböden mit einem geringen Anteil an organischen Stoffen, ist die mangelnde Verfügbarkeit dieses Elements noch ausgeprägter.

Faktoren mit Einfluss auf die Verfügbarkeit von Bor

Der Boden

Bei der Düngung mit B in den Boden ist die Beschaffenheit des Bodens von zentraler Bedeutung. Bei Böden mit einem hohen Gehalt an Ton oder organischen Stoffen, oder bei Böden, die gekalkt wurden, wird empfohlen, eine höhere Dosis auszubringen. Dies ist auf die Adsorption von B im Boden zurückzuführen, die das Bor von den Pflanzenwurzeln fernhält. In sandigen Böden ist es im Allgemeinen die organische Substanz, die den Großteil des von den Pflanzen benötigten Bors liefert. Hohe Temperaturen, Bodenfeuchtigkeit, mikrobielle Aktivität und Bodenbelüftung begünstigen die Zersetzung organischer Stoffe und machen Bor für Pflanzen verfügbar.

Der pH-Wert

Auch der pH-Wert des Bodens wirkt sich auf die Verfügbarkeit von B aus. Zwischen pH 5 und 7, dem idealen Bereich für Kulturpflanzen, bleibt es weitgehend in der undissoziierten und damit verfügbaren Säureform. Oberhalb dieses Bereichs, zwischen pH 6 und 9, wird Bor durch Eisen- und Aluminiumoxide adsorbiert. In gekalkten Böden oder in höheren pH-Werten, kann sich Bor an Carbonat binden, in Form von Calciumborat ausfallen oder in Calciumcarbonat adsorbiert werden, wodurch es für Pflanzen nicht mehr verfügbar ist.

Feuchtigkeitsgehalt des Bodens

Das Bodenwasser kann zu einem begrenzenden Faktor für die Boraufnahme durch Pflanzen werden, denn Bor muss in der Bodenlösung vorhanden sein, damit es aufgenommen werden kann. Unter trockenen Bedingungen ist der Boden weniger feucht, so dass die Pflanzenwurzeln das Bor nicht aufnehmen können. Unter trockenen Bedingungen verringert sich die Aufnahme nicht nur durch schlecht verfügbare Bodenlösung, zusätzlich verringert sich unter trockenen Bedingungen die Mineralisierung organischer Stoffe, wodurch die Verfügbarkeit von Bor weiter sinkt. Bei starken Niederschlägen wiederum besteht die Gefahr der Auslaugung, vor allem in sandigen Böden. Ein Prozess, der in nicht gekalkten Böden stärker ausgeprägt ist.

Mobilität in der Pflanze

Nachdem Bor von den Wurzeln aufgenommen wurde, bewegt es sich innerhalb der Pflanze in durch das Xylem von den Wurzeln zu den Sprossen. Im Phloem, das für den Transport von den Blättern zum Rest der Pflanze sorgt, gilt Bor als praktisch unbeweglich. Dies bedeutet, dass Bormangelsymptome in jungem Gewebe und an den Wachstumspunkten auftreten.

Funktionen von Bor in der Pflanze

Bor spielt eine wichtige Rolle bei einer Vielzahl von Pflanzenfunktionen, darunter:

• Stabilität der Plasmamembran
• Nukleinsäure-Stoffwechsel
• Verlagerung von Zuckern
• Auxin-Regulierung
• Gewebedifferenzierung
• Wurzelstreckung
• Synthese von Phenolverbindungen
• biologische Stickstofffixierung und
• Wachstum der Pollenschläuche.

Mangel und Toxizität von Bor

Pflanzen zeigen Bormangelsymptome in neuen Geweben und Wachstumspunkten (apikalen Meristemen), was zu einer Verringerung der Pflanzengröße, einer Verformung der Blätter und sogar zum Absterben der terminalen Knospe führt, was bei vielen Nutzpflanzen zu Ertragseinbußen führt.

Der Grad von Mangel und Toxizität von Bor in der Pflanze ist relativ schmal. Durch überschüssiges Bor beginnen die Pflanzen unter Bortoxizität zu leiden. Dies ist häufiger in trockenen Regionen der Fall, wenn das Ausgangsmaterial des Bodens marinen Ursprungs ist, oder wenn zu viel Bor über Boden- oder Blattdünger zugeführt wurde. Zu den Symptomen der Bortoxizität gehören gesprenkelte Chlorose und später nekrotische Flecken in Bereichen von großer Transpiration, z.B. an den Rändern älterer Blätter.

Bor mildert die Metalltoxizität

Saure Böden, wie wir es in Moorgebieten kennen, schränken das Wachstum und die Etablierung von Kulturpflanzen ein, was hauptsächlich auf die Auswirkungen des Säuregehalts im Boden zurückzuführen ist. Unter den Komponenten des Säuregehalts sind Metalle, wie z.B. Aluminium, Mangan, Eisen, die die Produktivität der Pflanzen limitieren. Zusätzlich zu den phytotoxischen Wirkungen von  hohen Metallgehalten im Boden verringert es in der Bodenlösung auch die Zellteilung und die Fähigkeit der Wurzeln, sich zu strecken, was zu dickeren, deformierten und brüchigen Wurzeln führt. Metalltoxizität beeinträchtigt auch die DNA-Synthese, verringert die Zellteilung und -replikation, verändert die Durchlässigkeit der Plasmamembran und führt zu Veränderungen in den Funktionen der Mitochondrien und des Golgi-Komplexes, wodurch das Wachstum und die Entwicklung der Pflanzen beeinträchtigt werden.

Es wurde vorgeschlagen, dass Bor dank seiner Rolle bei der Aufrechterhaltung von Membranen und Zellwänden zur Abschwächung dieser negativen Auswirkungen eingesetzt werden kann. Bor fördert auch die Bildung von Proteinen und Pektinverbindungen in der Nähe der Wurzeln, wodurch die Toleranz der Pflanze gegenüber toxischen Metallwerten erhöht wird. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich, die in einer Aluminiumlösung gewachsen waren, um 69 % größer waren, wenn der Lösung Bor zugesetzt wurde. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass Bor unter Bedingungen mit hohem Metallgehalt das antioxidative System stimuliert, insbesondere die Enzyme Katalase, Peroxidase, Ascorbatperoxidase und Glutathionreduktase, die die Auswirkungen von auf die Wurzeln und die Konzentration in Blättern und Wurzeln verringern.

Bodenanalyse

Bodenanalysen sind wichtig, um die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Boden zu beurteilen. Die Bodenanalyse wird zwar immer noch nur in begrenztem Umfang eingesetzt, aber sie nimmt zu und trägt zu erheblichen Ertragssteigerungen bei. Die Bodenanalyse zeigt, dass der Borgehalt im Boden typischerweise zwischen 7 und 80 mg/L schwankt, wobei aufgrund der Dynamik des Bors im Boden-Pflanzen-System nur zwischen 0,1 und 3 mg/L für die Pflanzen verfügbar sind.

Tabelle 1: Borklassifizierung in brasilianischen Böden

In Brasilien werden bis zu 90 % der Böden in der brasilianischen Savanne und in São Paulo (SP) als durchschnittlich bis niedrig im Borgehalt eingestuft (siehe Tabelle 1). In den meisten Empfehlungshandbüchern wird ein angemessener Borgehalt in brasilianischen Böden für die meisten Kulturen mit 0,6 mg/L angegeben, außer in den südlichen Bundesstaaten zeigen sich niedrigere Werte, aufgrund des höheren organischen Anteils im Boden (siehe Tabelle 2). Bei einem Vergleich für Sojabohnenerträge im Jahr 2016 zeigte sich jedoch, dass Flächen mit Erträgen von über 78 Sack/ha einen Borgehalt in den Schichten 0-20 und 20-40 cm von über 0,8 bzw. 0,7 mg/dm3 aufwiesen. Dies unterstreicht die Bedeutung von Bor für die Erzielung höherer Erträge und hat mehr Erzeuger ermutigt, Bor-Düngemittel einzusetzen.

Quellen für Bordünger

Die meisten borhaltigen Düngemittel haben einen Gehalt von annähernd 10 % Bor. Wie bereits erwähnt, hängt die Verfügbarkeit des Bors jedoch von der Form des Produkts ab. Die wichtigsten Ursprungsgesteine, die Bor enthalten sind: Ulexit, Colemanit, Hydroboracit und Kernit. Die Löslichkeit und Stabilität dieser Quellen sind in Abbildung 1 unten dargestellt. Zusätzlich zu den intrinsischen Unterschieden zwischen diesen Gruppen gibt es auch Unterschiede innerhalb dieser Gesteinsgruppen. Der Herstellungsprozess kann sich auf die Löslichkeit des Produkts im Feld und damit auf die Verfügbarkeit von Bor für Pflanzen auswirken. So können verschiedene Produkte zwar einen ähnlichen Borgehalt aufweisen, aber in Bezug auf die Verfügbarkeit für die Pflanzen kann es große Unterschiede geben.

Figure 1: Löslichkeit und Stabilität von B-Urprungsgesteinen.

Bei Ulexit gibt es zwei Arten von Herstellungsverfahren, entweder durch Calcinierung oder durch Ansäuerung. Bei der Calcinierung wird das Rohmaterial bei hohen Temperaturen getrocknet, um den Borgehalt im Dünger durch Dehydrierung zu erhöhen. Die Löslichkeit dieser Düngemittel ist di im Allgemeinen gering, d. h. das Bor ist für die Pflanzen nicht so leicht verfügbar.