Pflanzennährstoffe, das Gold des Bodens
Das Nährstoffmanagement ist im Pflanzenbau von zentraler Bedeutung. Für Stoffwechsel und Biomasseproduktion benötigen Pflanzen neben Licht und Wasser auch Mineralstoffe bzw. Pflanzennährstoffe. Diese werden aufgenommen, wenn sie als Ionen im Bodenwasser gelöst sind. Liegen sie zudem in ausgewogener Menge und im richtigen Verhältnis zueinander vor, können Pflanzen optimal wachsen. Schon die Unterversorgung mit nur einem Nährstoff führt zu Ertragseinbußen und Qualitätsverlusten.
Bereits 1828 identifizierte der Agrarwissenschaftler Carl Sprengel erstmals zwölf wichtige Nährstoffe. Justus von Liebig zeigte dazu, dass Pflanzen Nährstoffe aus dem Boden aufnehmen. Daraus leitete er 1855 das „Gesetz des Minimums“ ab, bei dem Wachstum und Ertrag von dem Nährstoff begrenzt werden, der gemessen am Pflanzenbedarf in der geringsten Menge vorliegt.
Nach heutigem Stand benötigen Pflanzen 14 Mineralstoffe, die nicht durch andere Stoffe ersetzt werden können. Dabei wird differenziert nach Hauptnährstoffen und Spurennährstoffen.
Pflanzennährstoffe und die Bedeutung für die Bodenfruchtbarkeit
Spurennährstoffe – Chlor, Eisen, Mangan, Bor, Zink, Kupfer, Molybdän und Nickel – unterstützen die Stoffwechselvorgänge und die Fotosynthese. Darüber hinaus verbessern sie die Widerstands- und Keimfähigkeit. Spurennährstoffe werden im Vergleich zu Hauptnährstoffen in geringeren Mengen (etwa 5–500 g/ha) von den Pflanzen benötigt. Hauptnährstoffe – Stickstoff, Kalilum, Calcium, Magnesium, Phosphor und Schwefel – werden demgegenüber in größeren Mengen (20–250 kg/ha) benötigt.
Die einzelnen Hauptnährstoffe haben unterschiedliche Funktionen und Wirkungsweisen:
- Stickstoff sorgt für Wachstum von Trieben und Blättern und ist Baustein von Eiweiß und Chlorophyll. Ein Mangel führt zu Wachstumshemmungen, zu hellen Blättern bis hin zum Absterben. Ein Überschuss bewirkt Massewachstum zu Lasten der Früchte. Auch sind die Pflanzen anfälliger gegenüber Krankheiten.
- Kalium reguliert den Wasserhaushalt, erhöht Standfestigkeit sowie Faserqualität und verbessert die Widerstandsfähigkeit gegen Kälte. Ein Mangel stört den Wasserhaushalt, sodass die Blätter welken. Zudem entsteht eine erhöhte Anfälligkeit gegenüber Krankheiten. Haltbarkeit und Geschmack von Gemüse sind schlechter und der Vitamingehalt verringert sich. Einen Überschuss können Pflanzen dagegen gut verarbeiten.
- Calcium reguliert ebenfalls den Wasserhaushalt, stabilisiert das Pflanzengewebe und verbessert die Fruchtqualität. Ein Mangel bewirkt Chlorose an jungen Blättern und ein gestörtes Wachstum. Ein Überschuss verursacht keine nennenswerten Schäden.
- Magnesium ist für die Bildung des Blattgrüns (Chlorophyll) essenziell. Es ist am Aufbau von Kohlehydraten, Fetten und Proteinen beteiligt. Ein Mangel führt zu Stoffwechselstörungen mit Ausbleichen der Blätter und zur Wachstumshemmung. Ein Überschuss ist eher selten.
- Phosphor fördert die Blüten- und Fruchtbildung, begünstigt das Wurzelwachstum, verbessert die Winterfestigkeit und ist unentbehrlich für den Energiestoffwechsel. Phosphatmangel zeigt sich als Wachstumshemmung. Längerer Mangel führt zur rötlichen Färbung der Blätter, die schließlich absterben. Ein Überschuss wirkt sich in der Regel nicht negativ aus.
- Schwefel wird für den Aufbau von Eiweißen und Vitaminen benötigt. Er begünstigt zudem die Stickstoffwirkung. Schwefelmangel behindert das Wachstum durch verringerte Bildung von Chloroplasten und Chlorophyll, was zur Vergilbung führt. Schwefelüberschuss schädigt nicht direkt, kann aber eine Versauerung des Bodens zur Folge haben.
Pflanzennährstoffquellen und ‑verluste
Jeder Wachstumszyklus entzieht dem Boden Nährstoffe. Damit dieser nicht verarmt und das Pflanzenwachstum gehemmt wird, müssen Nährstoffe durch Düngung ersetzt werden. Dabei wird Art, Menge und Zeitpunkt am Pflanzenbedarf und Nährstoffgehalt des Bodens ausgerichtet.
Die wichtigsten Mineraldünger sind Stickstoff, Phosphat, Kalium und Kalk. Sie enthalten die gleichen Nährstoffe, wie sie in der Natur vorkommen. Laut Untersuchungen bleibt der Boden auch bei ausschließlicher Mineraldüngung fruchtbar. Mineraldünger enthalten Nährstoffmengen, die unabhängig von den Jahreszeiten verfügbar sind. Sie ermöglichen eine verlustarme Düngung und lassen sich gleichmäßig ausbringen. Darüber hinaus können Mineraldünger die Kosten für die Produktion von Nahrungsmitteln senken, da sich der Ertrag pro Fläche erhöht. Andererseits begünstigen Mineraldünger die Konzentration auf wenige Fruchtarten, stickstoffsammelnde Leguminosen werden weniger angebaut. Wird nur Mineraldünger verwendet, sind Maßnahmen zur Erhaltung des Humusgehaltes erforderlich. Intensive Mineraldüngung fördert zudem in Grünlandbeständen das Wachstum hochwertiger Futtergräser. Weniger konkurrenzstarke Arten bleiben zurück, die Artenvielfalt nimmt ab.
Beim Wirtschaftsdünger hingegen entsteht ein Nährstoffkreislauf, der sowohl ökologisch als auch ökonomisch sinnvoll ist. Daher hat die Wiederverwertung der im Betrieb anfallenden organischen Nährstoffe seit jeher Priorität. Auch trägt die organische Substanz dazu bei, den Humusgehalt des Bodens zu stabilisieren. Allerdings schwankt der Nährstoffgehalt erheblich, eine exakte Düngeplanung ist nur schwer möglich, zumal die Nährstoffe zeitlich und mengenmäßig nicht immer bedarfsgerecht zur Verfügung stehen. Die Umsetzung im Boden ist ebenfalls schwer kalkulierbar, die Nährstoffwirkung lässt sich nicht sicher voraussagen. Durch Freisetzung der Nährstoffe und Entweichen von Ammoniak wird die Umwelt belastet. Da Wirtschaftsdünger nur zu bestimmten Zeiten im Jahr sinnvoll eingesetzt werden können, müssen sie verlustarm gelagert werden. Jedoch ist der Lagerraum oft begrenzt. Daher besteht die Gefahr, dass sie zu Zeiten ausgebracht werden, die für die Pflanzenernährung nicht optimal sind. Auch kommt es oft zur Überdüngung, da Wirtschaftsdünger bevorzugt auf hofnahen Flächen angewendet werden.
Trotz bedarfsgerechter Düngung lassen sich Nährstoffverluste nicht vollständig vermeiden. Hier ist insbesondere zu berücksichtigen Phosphat und Gewässereutrophierung, Stickstoffauswaschung in das Grundwasser und in Oberflächengewässer, Ammoniakverflüchtigung und Stickstoffverluste in Form von Lachgas.
Die Düngung nach guter fachlicher Praxis kann Nährstoffverluste minimieren und dauerhaft hohe Erträge erzielen. Zudem kann dadurch die Erntequalität verbessert sowie der Pflanzenschutz und die Widerstandsfähigkeit günstig beeinflusst und die Bodenfruchtbarkeit erhalten werden.
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