Der Zusammenhang zwischen Bodenchemie und Sekundärelementen

Die Grundlagen der Bodenchemie

Die Bodenchemie spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Gesundheit und Produktivität von Kulturpflanzen. Durch das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Bodenpartikeln und Nährstoffen können Landwirte ihre Düngepraxis optimieren, um den Ertrag und die Qualität der Ernte zu verbessern.

Die Bodenchemie dreht sich um die Wechselwirkungen zwischen Bodenpartikeln und verschiedenen Ionen. Diese Wechselwirkungen werden hauptsächlich durch Elektrostatik bestimmt, bei der sich positive und negative Ladungen gegenseitig anziehen und gleiche Ladungen abstoßen. Dieses Grundprinzip hilft bei der Erklärung von zwei Schlüsselprozessen in der Bodenchemie: der Ausfällung und der Adsorption/Desorption.

Ausfällung

Eine Ausfällung entsteht, wenn Kationen (positiv geladene Ionen) und Anionen (negativ geladene Ionen) in der Bodenlösung zusammenkommen, um ein Salz zu bilden, das dann aus der Lösung ausfällt. Dieser Prozess ist entscheidend für die Bildung von Mineralien im Boden. Wenn sich beispielsweise Kationen wie Calcium und Magnesium mit Anionen wie Carbonat und Sulfat verbinden, bilden sie Ausfällungen wie Calciumcarbonat und Magnesiumsulfat.

Adsorption und Desorption

Bodenpartikel, insbesondere Ton und organische Substanzen, haben geladene Oberflächen, die Kationen und Anionen anziehen und festhalten. Zum Beispiel können negativ geladene Tonpartikel Kationen wie Kalium, Kalzium und Magnesium adsorbieren. Dieser Prozess ist für die Aufrechterhaltung der Nährstoffverfügbarkeit im Boden unerlässlich. Adsorption bezieht sich auf die Bindung von Ionen an die Oberfläche von Bodenpartikeln, während Desorption die Freisetzung dieser Ionen zurück in die Bodenlösung ist.

Bodenbeschaffenheit und -zusammensetzung

Die Bodenbeschaffenheit, die durch die Anteile von Sand, Schluff und Ton bestimmt wird, beeinflusst seine chemischen Eigenschaften erheblich. Ton, organische Substanz, Eisen- und Aluminiumoxid sowie Karbonate sind die wichtigsten Bestandteile des Bodens, die sich auf seine Fruchtbarkeit auswirken.

Ton-Partikel

Tone haben eine große Oberfläche und meist eine starke negative Ladung, wodurch sie sich effektiv an Kationen festhalten können. Verschiedene Arten von Tonen, wie Kaolinit und Montmorillonit, variieren in ihrer Ladungsintensität und Nährstoffspeicherkapazität. Tone bestehen aus winzigen mineralischen Partikeln, die einen erheblichen Einfluss auf die Bodenchemie haben. Kaolinit zum Beispiel hat eine relativ schwache negative Ladung, während Montmorillonit und Illit viel stärkere negative Ladungen haben. Dieser Ladungsunterschied wirkt sich auf die Fähigkeit des Bodens aus, Nährstoffe zu speichern und auszutauschen.

Organische Substanz

Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Bodens, die organische Substanz, besteht aus großen Molekülen mit negativ geladenen Stellen, wie z. B. Carboxyl- und Phenolgruppen. Diese negativ geladenen Standorte spielen eine wichtige Rolle für die Nährstoffretention und die Bodenfruchtbarkeit. Organische Substanz verbessert auch die Bodenstruktur und die Wasserspeicherkapazität. Die Huminfraktion der organischen Substanz enthält große, hydrophobe Moleküle, während die fulvine Fraktion aus kleineren Molekülen besteht, die entweder hydrophob oder hydrophil sein können.

Eisen- und Aluminiumoxide und -hydroxide

Diese Oxide können entweder kristallin oder amorph sein. Amorphe Oxide gelten als junge Oxide, die gerade dabei sind, zu kristallineren Formen zu reifen. Sie tragen in der Regel eine positive Ladung und können daher Anionen wie Phosphat und Sulfat fixieren, die die Nährstoffverfügbarkeit im Boden beeinträchtigen können.

Karbonate

Magnesium- und Calciumcarbonate sind in Böden mit hohem pH-Wert weit verbreitet, sie regulieren den pH-Wert, setzen Calcium- und Magnesiumkationen frei und können Anionen ausfällen.

Die Art dieser Bodenbestandteile, die Menge der einzelnen Bestandteile, die Art und Weise, wie sie interagieren, all das definiert die chemischen Eigenschaften von Böden und wie sie mit verschiedenen Ionen in der Bodenlösung interagieren. Um die richtige Nährstoffquelle für eine bestimmte Pflanze auszuwählen, ist es notwendig, diese Chemie zu verstehen.

pH-Wert und Reaktivität des Bodens

Der pH-Wert des Bodens ist ein kritischer Parameter, der die Bodenchemie und die Nährstoffverfügbarkeit beeinflusst. Er misst den Säuregehalt oder die Alkalität der Bodenlösung, wobei ein pH-Wert über 7 alkalisch und unter 7 sauer ist. Der pH-Wert des Bodens beeinflusst die Ladung und Reaktivität der Bodenpartikel, was sich wiederum auf die Nährstoffverfügbarkeit auswirkt.

Variable Beladung von Bodenbestandteilen

Mineralien, Enzyme und andere reaktive Partikel im Boden haben einen bestimmten pH-Punkt, bei dem ihre Ladung von negativ zu positiv wechselt, den sogenannten Point of Zero Charge (PZC). Zum Beispiel haben natürliche Oxide typischerweise einen PZC von etwa 8,5-9, wodurch sie in den meisten landwirtschaftlichen Böden positiv geladen sind. Für Tone und organische Stoffe ist der PZC viel niedriger, etwa 2-3, was bedeutet, dass sie in typischen landwirtschaftlichen pH-Bereichen normalerweise negativ geladen sind und daher Kationen adsorbieren.

Diese negative Ladung ist nicht immer gleich, ihre Intensität wird stark vom pH-Wert beeinflusst. Je niedriger der pH-Wert, desto mehr Protonen befinden sich in der Lösung, und diese Protonen neutralisieren einen Teil dieser negativen Ladung und die Oberfläche hat weniger Kapazität, Kationen anzuziehen. Wenn der pH-Wert höher ist, gibt es mehr Hydroxid und die negative Ladung ist stärker. Diese Oberflächen haben eine höhere Fähigkeit, Kationen anzuziehen.

Auswirkungen auf die Nährstoffverfügbarkeit

Der pH-Wert des Bodens beeinflusst die Löslichkeit und Verfügbarkeit von Nährstoffen. In sauren Böden können Phosphatanionen mit Eisen und Aluminium ausfällen, während sie in alkalischen Böden mit Kalzium und Magnesium ausfällen können. Die Einstellung des pH-Werts des Bodens kann die Anionen- und Kationenaustauschkapazität der Böden, d. h. die Verfügbarkeit von Nährstoffen, verändern.

Management des pH-Werts des Bodens in verschiedenen Regionen

Die Diversität des pH-Werts des Bodens bedeutet, dass wir nicht in allen Situationen die gleichen Arten von Düngemitteln verwenden können. Die Steuerung des pH-Werts des Bodens ist für die Optimierung der Nährstoffverfügbarkeit und die Verbesserung der Ernteerträge unerlässlich. Verschiedene Regionen haben unterschiedliche Bodentypen und pH-Werte, die maßgeschneiderte Düngepraktiken erfordern.

Alkalische Böden

In alkalischen Böden, die sich durch einen hohen pH-Wert und aktives Kalziumkarbonat auszeichnen, ist es wichtig, säuernde Düngemittel wie Produkte auf Ammoniumbasis zu verwenden, um den pH-Wert zu senken und die Nährstoffverfügbarkeit zu verbessern. Diese Böden weisen oft hohe Nitrifikationsraten und eine hohe Phosphorfixierung durch Kalzium auf, was spezifische Bewirtschaftungspraktiken erfordert. Das Vorhandensein von aktivem Calciumcarbonat erhöht die Aktivität von Calciumionen, was zu einer höheren Stickstoffverflüchtigung und Phosphorfällung führt.

Saure Böden

In sauren Böden, die oft eine hohe Aluminium- und Eisenionenaktivität aufweisen, ist es entscheidend, ausreichend Kalzium und Magnesium zuzuführen, um Nährstoffmängel zu vermeiden und den Säuregehalt des Bodens zu reduzieren. Diese Böden können auch die Verwendung von nicht säuernden Düngemitteln wie Nitraten erfordern, die den pH-Wert leicht erhöhen können, oder auch Harnstoff, der eine neutrale Wirkung auf den pH-Wert hat. Saure Böden weisen oft langsamere Nitrifikationsraten und eine starke Phosphorfixierung durch Adsorption an Oxide auf, weshalb es wichtig ist, die Nährstoffausbringung sorgfältig zu steuern.

Bedeutung von Sekundärelementen

Die Bedeutung von NPK für die Pflanzenernährung ist bekannt, aber wenn wir uns auf sekundäre Elemente wie Kalzium, Magnesium und Schwefel konzentrieren, sehen wir zum Beispiel, dass die Konzentration von Kalzium, die Pflanzen benötigen, höher ist als die von Phosphor. Außerdem werden Magnesium und Schwefel oft in den gleichen Mengen wie Phosphor benötigt. Sie als “zweitrangig” zu bezeichnen, ist also eine etwas irreführende Bezeichnung.

Schwefel

Schwefel wird von den Wurzeln nur als Sulfatanion aufgenommen. Es ist wichtig für die Aminosäure- und Proteinsynthese. Es ist auch entscheidend für die Synthese von Vitaminen, Hormonen und Abwehrstoffen in Pflanzen. Schwefel ist relativ unbeweglich, so dass Mängel typischerweise bei neuem Wachstum auftreten und von einem ungeübten Auge mit Stickstoffmangel verwechselt werden können. Bis vor kurzem war es kein Nährstoff, über den gesprochen wurde, da der Boden aufgrund der Luftverschmutzung ausreichend vorrätig war. Dies hat sich jedoch dramatisch geändert und die Schwefeldüngung ist heutzutage ein Muss.

Kalzium

Calcium wird als Kation resorbiert. Es ist wichtig für den Aufbau der Zellwand, die Nährstoffaufnahme und die Wurzelentwicklung. Zu den Mangelerscheinungen gehören Verbrennungen an den Blattspitzen und Blütenendfäule bei Früchten wie Tomaten und Paprika. Kalzium ist in Pflanzen unbeweglich, was bedeutet, dass es nicht von älterem zu neuerem Gewebe transportiert wird, so dass Mängel oft in neuen Blättern auftreten. Kalzium spielt auch eine entscheidende Rolle bei der Aufrechterhaltung der strukturellen Integrität der Zellmembranen und der Erleichterung der Zellteilung und -verlängerung.

Magnesium

Magnesium ist ein wichtiger Bestandteil des Chlorophylls und ein Enzymaktivator. Mangelerscheinungen sind die Gelbfärbung älterer Blätter (intervenale Chlorose) und eine verminderte Photosynthese. Magnesium ist in Pflanzen mobil und kann bei Bedarf in Gebiete mit neuem Wachstum gelangen. Es ist auch an der Proteinsynthese und der Aktivierung verschiedener Enzyme beteiligt, die für den pflanzlichen Stoffwechsel unerlässlich sind.

Polysulfat: eine einzigartige Quelle für Schwefel, Kalzium, Magnesium und Kalium

Polysulfat ist ein natürlicher Mineraldünger, der Schwefel, Kalium, Magnesium und Kalzium liefert. Es wird exklusiv von ICL aus 1200m Tiefe unter der Nordsee vor der englischen Küste abgebaut. Seine Langzeitfreisetzung trägt zu einer anhaltenden Nährstoffverfügbarkeit und einer reduzierten Auswaschung bei, was ihn zu einer ausgezeichneten Wahl zur Verbesserung der Pflanzenleistung im Laufe der Zeit macht.

Eigenschaften mit verlängerter Freisetzung

Polysulfat löst sich allmählich im Boden auf und sorgt so für eine gleichmäßige Versorgung mit Nährstoffen über einen längeren Zeitraum. Diese Eigenschaft der Langzeitfreisetzung trägt dazu bei, Nährstoffverluste durch Auswaschung zu reduzieren, insbesondere in Regionen mit hohen Niederschlägen oder Bewässerung. Die allmähliche Auflösung von Polysulfat stellt sicher, dass den Pflanzen während ihres gesamten Wachstumszyklus Nährstoffe zur Verfügung stehen.

Nährstoffzusammensetzung

Polysulfat enthält mehrere essentielle Nährstoffe, was es zu einem vielseitigen Dünger für verschiedene Kulturen macht. Sein ausgewogenes Nährstoffprofil unterstützt die allgemeine Pflanzengesundheit und verbessert die Effizienz anderer Düngemittel, die in Kombination verwendet werden. Polysulfat ist kein Gemisch aus verschiedenen Sulfaten, sondern ein einzelnes Mineral, das von Natur aus Kalium-, Magnesium- und Kalziumsulfate in seiner kristallinen Struktur enthält.

Praktische Anwendungen

Polysulfat kann in einer Vielzahl von landwirtschaftlichen Umgebungen als Basisdünger verwendet werden, der auf den Boden ausgebracht wird. Als natürlicher Mineraldünger ist Polysulfat auch für den Einsatz im ökologischen Landbau geeignet und zertifiziert. ICL hat viele Feldversuche mit Polysulfat an verschiedenen Kulturen durchgeführt. Die Ergebnisse finden Sie hier.

Schlussfolgerung

Das Verständnis der Bodenchemie und des Nährstoffmanagements ist unerlässlich, um die Ernteerträge zu optimieren und nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken zu gewährleisten. Durch die Kontrolle des pH-Werts des Bodens und die Behebung von Mängeln an sekundären Elementen können Landwirte die Bodengesundheit verbessern und die Pflanzenleistung steigern. Innovative Lösungen wie Polysulfat bieten einen ausgewogenen und effizienten Ansatz für die Düngung, indem sie Nährstoffe in einer Form mit verlängerter Freisetzung liefern, die die Auswaschung reduziert und die langfristige Bodenfruchtbarkeit unterstützt.