Pflanzenproduktion II (Fach) / Pflanzenernährung (II) (Lektion)

Planzenproduktion II => Pflanzenernährung

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• Lebensnotwendige chemische Elemente höherer Pflanzen Grundelemente der organischen Substanz: C, O, H Makronährstoffe: N, K, P, S, Ca, Mg Mikronährstoffe: B, Cu, Fe, Mn, Zn, Mo
• Kriterien für die Notwendigkeit eines Elements Auftreten von Mangelsymptomen, die bei Zufuhr des betreffenden Elements zu beheben sind Das Element darf durch ein anderes Element nicht voll ersetzbar sein (K ist durch Na teilweise ersetzbar) Es muss wenigstens eine Funktion des Elements im Stoffwechsel der Pflanze bekannt sein
• Möglichkeiten zur Ermittlung der Nährstoffbedürftigkeit chemische Methoden: der zu untersuchende Boden wird mit einem Extraktionsmittel aufsgeschüttelt die Menge der gelösten Nährstoffe ist ein Maß für die Verfügbarkeit für die Pflanzen biologische Methoden: man kann aus dem Wachstum und dem Mineralstoffgehalt der Kulturpflanzen auf die Nährstoffbedürftigkeit enes Bodens Schlüsse ziehen 
• Warum Durchführung von Gefäßversuchen? kontrollierte Wachstumsbedingungen: Wassergehalt des Bodens Licht Temperatur Luftfeuchtigkeit CO2 → Gleichbehandlung aller Varianten Platzersparnis Zeitersparnis
• Bodenkulturversuche Sandkulturversuche Wasserkultur- oder Nährlösungsversuche Ermittlung verfügbarer Nähr- und Schadstoffe Prüfung der Wirkung von Düngemitteln Prüfung der Wirkung von Pflanzenschutzmitteln Fragen zur Nährstoffdynamik (Sorption; Desorption) Klärung physiologischer Fragen Versuche mit Mikronährstoffen Klärung physiologischer Fragen Versuche mit Mikronährstoffen
• Schritte bei der Anlage eines Gefäßversuchs im Boden Planung des Versuchs: festlegen der Varianten und Anzahl der Wiederholungen Auswahl des Bodens: richtet sich nach Versuchsfrage Vorbereitung des Bodens: Trocknen, mech. Zerkleinerung, Sieben, Mischen Ansetzen der Gefäße: a) Bodeneinwaage b) Nährstoffzugabe Bestimmung der max. Wasserkapazität des Bodens Einstellen d. gewünschten Wasserkapazität bei dem in die Gefäße gefüllten Boden Aussaat: nachdem d. Boden an Oberfläche abgetrocknet ist, wird aufgelockert und mit einer Matrize werden Reihen markiert, in die der Samen gelegt wird  Falls erforderlich, Vereinzeln der Pflanzen
• Berechnung der Nährstoffeinwaage: gedüngt werden sollen 0,17g P als KH2PO4 0,77g K als KH2PO4 und KNO3 Atom- bzw. Molekulargewichte: P:30,97 KH2PO4: 136,09 P-Berechnung: 136,09 =   x                             30,97      0,17 x = 0,77 (0,74) → 0,77/0,74g KH2PO4 , da P 0,17g
• Stickstoffbindungsformen im Boden mineralisch (etwa 5% vom Gesamt-N) organisch (etwa 95% vom Gesamt-N)
• anorganische N-Bindungsformen im Boden Nitrat NO3- Ammonium NH4+
• allgemeine Formel einer Aminosäure COOH I                                                         NH2 — CH  I R            
• Auswahl an N-Dünger(s) Ammoniumdünger (mäßig-schnell): "Ammoniumsulfat", (NH4)2SO4 Nitratdünger (schnell): "Kalksalpeter", Ca(NO3)2 Ammonnitratdünger (schnell u. langsam): ("Ammoniumnitrat"), "Kalkammonsalpeter", "Ammonsulfatsalpeter": NH4NO3, NH4NO3 + CaCO3, (NH4)sSO4 + NH4NO3 
• Nenne P-Dünger Superphosphat teilaufgeschlossene P-Dünger weicherdiges Rohphosphat Thomasphosphat ("Abfall")
• Gradmesser für die Bodenreaktion ist...? die pH-Zahl neutral: 7, höher: alkalisch/basisch, niedriger: sauer
• Gliederung und Anteile der Düngemitteltypen Naturkalk: kohlensaurer Kalk Branntkalk Mischkalk = ca. 74% Industriekalk: Hüttenkalk Konverterkalk = ca. 10% Andere Kalke: = ca. 6%
• Wirkungsspektrum der Kalkdüngung im Boden: physikalisch: Aggregatstabilisierung Infiltration/Regenverdaulichkeit Befahrbarkeit Durchlüftung chemisch: pH-Regulierung/ Neutralisation von Immissionen Schwermetallfestlegung Nährstofflieferung Ca und Mg Kalkung = pH-Regulierung (mikro-)biologisch: erhöhte mikrobielle Aktivität > erhöhte Mineralisierung der organischen Substanz > erhöhte Nährstoffnachlieferung (N, S)
• zeitliche Verteilung der Kalkung da nicht in jedem Jahr gekalkt werden muss, bietet sich die Kalkung in bestimmten Stadien der Fruchtfolge besonders an: Kalkung zu Pflanzen mit besonderer Vorliebe für höheren pH-Wert (Bspe. Raps, Zuckerrüben) Kalkung auf die Getreidestoppeln, da danach auf durch das Pflügen eine gute Einmischung erfolgt vor stärkerer Bodenbearbeitung, z.B. Grünlandumbruch
• Einfluss der Kalkung eines Bodens auf die Nährstoffversorgung der Pflanzen Kalkung: verbessert: Luftversorgung Ca-Versorgung Verfügbarkeit von P und Mo schafft: Voraussetzung für bakterielle Stickstoffbindung verringert: Verfügbarkeit von Zn, Mn, Cu beseitigt: Säuretoxizität
• Ursachen für Fe-Mangelchlorose extrem niedrige Fe-Gehalte im Boden (=absoluter Fe-Mangel) hohe Ca-Gehalte im Boden : Ca hemmt Fe-Aufnahme indirekt CaCO3 erhöht pH-Wert des Bodens Schwermetalle im Boden
• Mn liegt im Boden folgendermaßen vor: Mn in der Bodenlösung austauschbares Mn → aktives Mn (pflanzenverfügbar) leicht reduzierbares Mn schwer reduzierbares Mn (braunsteinähnliche Form) silikatisch gebundenes Mn → inaktives Mn
• Wie liegt Mn vor? als Mn2+, Mn3+ und Mn4+; Pflanze entzieht Mn4+ Stabilität der Mn-Oxide wird vom pH-Wert des Boden beeinflusst Abnahme der Mn2+-Konzentration um den Faktor 100 pro steigender pH-Einheit
• Nenne Mn-Dünger Mangansulfat Mangan-Chelat Manganoxid Mangandünger Jost, granuliert
• Zn-Salze Sulfid: ZnS: Zinkblende "Sphalerit" Carbonat: ZnCO3: Galmei "Smithsonit"
• Zn in der Bodenlösung großer Teil (oft > 50%) des Zn liegt in komplexer Bindung mit niedermolekularen organischen Säuren vor  Erhöhung des pH-Wertes führt zur Reduzierung der Zn-Gehalte
• Auf welchen Böden ist mit Zn-Mangel zu rechnen? auf sauren, ausgewaschenen Sand- und sandigen Lehmböden, v.a. aif podsolierten Böden, insb. nach hohen P-Gaben und/oder Aufkalkung auf neutralen und Carbonatböden mit niedrigen verfügbaren Zn-Gehalten und geringer Zn-Beweglichkeit und hohen Gehalten an organischer Substanz auf meliorierten Böden bei Einmischung von Zn-armen Unterboden in die Krume
• Cu-Vorkommen "gediegen": als Cu-Metall in Lagerstätten in gebundener Form: einfache Sulfide: Cu2S (Kupferglanz) komplexe Sulfide: CuFeS2 (Kupferkies) Oxid: Cu2O (Cuprit) Carbonat: CuCO3 x Cu(OH)2 (Malachit = Patina) Silikat: CuSiO3 x H2O (Chrysocallas) Sulfat: CuSO4 x Cu(OH)2 (basisches Cu-Sulfat)
• Cu-Verfügbarkeit beeinflusst durch: pH-Wert des Bodens (Nimmt mit steigendem pH-Wert ab): Gehalt an organischer Substanz im Boden (Festlegung des Cu durch Bindung an stabile organische Moleküle (z.B. Humin-/Fulvosäure → Carboxylgruppen; phenolische OH-Gruppen) Festlegung durch hohe Gehalte an organischer Substanz ist praxisrelevanter als Festlegung bei hohem pH-Wert
• Kupfermangelböden Einteilung: Böden mit absolutem Cu-Mangel aus Ausgangsmaterial mit geringem Cu-Gehalt Böden mit ausreichend Cu-Gehalt, bei denen Cu aber in nicht verfügbarer Form vorliegt  Bspe. für Cu-Mangelböden: Sandböden: Mangel geht auf geringe Cu-Gehalte im Quarz und anderen silikatreichen Mineralen zurück und ebenfalls auf geringe Sorptionskapazität dieser Böden organische Böden: Moorböden sowie Mineralböden mit mehr als 10% organischer Substanz Cu-Mangel, weil das meiste Cu als unlösliche organische Komplexverbindungen vorliegt  Kalkböden: hoher Gehalt an freiem Calciumcarbonat führt zu hohen pH-Werten und somit zu geringer Cu-Verfügbarkeit
• Molybdän in Lagerstätten als MoS2 (Mo-Sulfid) Mo-enthaltende Mineralien: Biotit, Feldspäte Böden aus sauren Ausgangsgesteinen meist Mo-reicher als Böden aus basischen Gesteinen Mo in Bodenlösung: vom pH-Wert beeinflusst; nimmt ab mit sinkendem pH-Wert; Mo-Konz. steigt um Faktor 100 pro steigender pH-Einheit  liegt im Gegensatz zu anderen Mikronährstoffen als Anion vor sorptiv gebundenes Mo: Adsorption des Mo-Anions vorwiegend an Fe-Oxide und zwar wie beim Phosphat in Form von Ligandenaustausch oder in unspezifischer Bindung schwerlösliches Mo: ist in Kristallgittern von Mineralien gebunden (z.B. Biotit) und somit nicht direkt für Pflanzen verfügbar ; macht etwa 50-80% des Gesamt-Mo aus
• Borhaltige Minerale Kernit (wichtigstes Bormineral) Borax Borocalcit
• B-Gehalt in der Bodenlösung unterhalb pH 6 fast ausschließlich in Form der undissozierten schwachen Borsäure bei höheren pH-Werten Bildung einer Lewis-Säure Grund für geringe B-Konzentration der Bodenlösung beruht auf seiner starken Sorption durch: organische Substanz Al- und Fe-Hydroxide Tonminerale
• Verarmung von Nährstoffen im Wurzelraum Zone für mobile Nährstoffe weiter von Wurzeln weg Zone inmobiler Nährstoffe direkt an Wurzel dran
• Welche Prozesse bestimmen den Nährstofftransport zur Wurzel? mobile Nährstoffe: (NO3-; SO42-) → "Massenfluss" (Bodenlösung): bestimmt durch Transpiration immobile Nährstoffe: (H2PO4-, Cu, Mo, Zn, Mn, Fe < B, K) → "Diffusion"
• Nährelementtransport durch Diffusion dU = L • In dt U = Nährstoffkonzentration L = Wurzellänge (alternativ: Oberfläche) I = Influx Diffusion im Boden für Nährstoffaufnahme i.d.R. >> als Beitrag durch Massenfluss 1. Fick'sche Gesetz: FD = -De dC/Dr   C = diffusibler Nährstoff, De = effekt. Diffusionskoeffizient, r = Abstand zur Wurzel                                                  
• Komponenten des Wurzelmodells nach Barber Wurzeloberfläche und -geometrie: k = Rate des Längenwachstums r0= durchschnittlicher Wurzelradius r1= durchschnittliche Halbdistanz zwischen Wurzeln Aufnahmekinetik: lmax= max. Aufnahemrate pro Einheit Wurzeloberfläche bei hoher Konzentration Km= Konzentration bei 1/2 lmax Cm= Minimalkonzentration bei Aufnahme C = 0 Bodenparameter: Ci= Anfangskonzentration der Bodenlösung b = Pufferkapazität des Bodens für Ci De= Diffusionsrate für Ion im Boden V0= Flußrate der Bodenlösung zur Wurzel (Massenfluß)
• Temperatur und Wurzelwachstum bei 20ºC am stärksten
• Nährstoffaufnahme und Transpiration Transpirationszunahme → i.d.R. Steigerung der Ionenaufnahme Gründe: Steigerung sowohl für passive als auch überwiegend aktiv aufgenommene  Ionen
• Bewertung der Wirkung von Mineraldünger, Gülle und Ernterückständen/Gründüngung gehemmt durch Mineraldünger: NH4+, Harnstoff, sehr gute Wirkung, Granulate Gülle: NH4+, gut ernterückstände, Gründüngung: <C/N, gut, höhere NI-Menge Hemmung: Nitrosomonas Nitrosolobus Nitrospira ..
• N-Dynamik: Einflussfaktoren und Verlustformen -> beteiligte Prozesse Nitratauswaschung Ammoniakverluste Denitrifikationsverluste langfristige Festlegung Ausnutzung durch den Pflanzenbestand
• Ammoniakverluste: weitere Einflussfaktoren NH3-Konzentration im Luftraum über der Lösung → Windgeschwindigkeit Löslichkeit (NH3-Partialdruck in der Lösung) → Temperatur NH3-Konzentration der Lösung → Bodenfeuchte, Ausbringmenge
• Faktoren der N-Ausnutzung nach AHL und Harnstoffapplikation NH3-Verlust: Windgeschwindigkeit Harnstoffhydrolyse pH, Temperatur, Feuchte NH4-Immobilisierung NH4-Sorption NH3 → NO2- → NO3-
• Effizienz von AHL teilweise geringere Effizienz von AHL im Langzeitexperiment ggüber Granulaten/Prills von Harnstoff & KAS, insb.: bei Verdünnung und feintropfiger Anwendung zu Kulturen mit frühzeitiger N-Aufnahme (Winterweizen usw) auf Böden niedriger Bonität NH3-Verluste als entscheidener Grund auszuschließen Unterschiede in der N-Effizienz oberflächig applizierter N-Dünger (AHL, Harnstoff, NH4NO3) abhängig von Bodenfeuchte während der ersten Wochen nach der Düngung; trockene Phasen fördern Immobilisierung des flüssig applizierten N-Düngers  Lösungen mit niedrigen N-Gehalten und feintropfiger Applikation (große Kontaktfläche Dünger/Boden) unterscheiden sich am meisten von Düngergranulaten Wachstumsbedingungen und Dauer der verbleibenden Vegetationsperiode beeinflussen wesentlich die Verwertung des restlichen N über Remobilisierung des Dünger-N schwächere N-Wirkung von AHL demnach auf das in ungünstigen Wachstumsphasen höhere Immobilisationsrisko von oberflächig applizierten Düngerlösungen  zurückzuführen dieses Risiko lässt sich durch eine großtropfige Anwendung konzentrierter Düngerlösungen vermindern

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