Junge Landschaft

NPK - eine neue Partei?

von:

Autor der Serie ist Uwe Bienert, Landschaftsgärtner-Meister und Ausbilder. Er hat sich bereits mit AuGaLa-Begleitheften für Kurse der überbetrieblichen Ausbildung einen Namen gemacht. galabau_bienert@gmx.de

Junge Landschaft GaLaBau
Grafik: Uwe Bienert

105. folge Unsere Serie für den Nachwuchs erläutert das wichtigste GaLaBau-Grundlagenwissen vom Abstecken bis zum Zaunbau: Diesmal geht es um das Thema Chemie, Teil 1.

In der Schule war ich eine Niete - also in Chemie. Das war immer ein Unterrichtsfach, dem für mich die Greifbarkeit fehlte. Fünf Schuljahre habe ich mich mehr schlecht als recht durchgemogelt und dieses ungeliebte Etwas dann endlich in der elften Klasse abgewählt und mich interessanteren naturwissenschaftlichen Fächern wie Biologie und Physik zugewandt. Mit Chemie hatte ich auch in vielen folgenden Jahren nichts mehr zu tun und erst während einer beruflichen Umorientierungsphase schlug der Geist meines alten Chemielehrers mit voller Wucht nochmals zu: ich wurde Landschaftsgärtner. Chemie spielt im Landschaftsgartenbau, genau wie im Leben, eine wesentliche, wenn nicht sogar die wesentliche Rolle. Alles besteht aus chemischen Elementen, alle Prozesse sind chemischen Reaktionen untergeordnet und jedes Lebewesen ist körperlich sichtbare Chemie.

Was benötigt eine Pflanze zum Wachsen?

Jeder, der diese Frage gestellt bekommt, antwortet sofort Nährstoffe - is' doch klar! Was bedeutet das eigentlich genau? Als Pflanzennährstoffe werden anorganische und organische Verbindungen bezeichnet, denen die Pflanze einzelne Elemente für ihre Versorgung entnehmen kann. In der Mehrzahl der Fälle handelt es sich um einfache anorganische Verbindungen (Wasser H²O, Kohlendioxid CO²), Anionen (z. B. Nitrat NO³-, Phosphat PO4 3- ) und Kationen (z.B. Kalium K+), die aus der Luft, dem Wasser und dem Boden über die Wurzeln oder andere Pflanzenorgane entnommen werden. Die Verfügbarkeit dieser Nährstoffe ist extrem unterschiedlich und hängt von verschiedenen Faktoren (z. B. Standort) ab. Aber auch die unterschiedliche Verfügbarkeit - also wie kommt die Pflanze an die Nährstoffe heran, sind sie für die Pflanze zugänglich, kann sie diese Nährstoffe aufnehmen - kann das Wachstum der Pflanze beeinflussen. Deshalb versucht man fehlende Elemente im Gartenbau der Pflanze zusätzlich anzubieten und diese Aktion nennt man dann - Düngung.

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Grafik: Uwe Bienert
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Wir brauchen ein Ordnungssystem

Hier meine ich nicht das uns allen aus der Schule bekannte Periodensystem, welches sicher recht wichtig und dem eingeweihten Freak auch recht verständlich ist, für unsere Zwecke aber als nicht geeignet erscheint. Wie also dann Nährstoffe unterteilen? Es gibt verschiedene Möglichkeiten:

  • eine Einteilung nach nichtmineralisch, mineralisch oder organisch wäre genauso denkbar, wie
  • eine Kategorisierung in Kernnährelemente, Hauptnährelemente und Mikronährelemente oder
  • eine Differenzierung nach Verfügbarkeit, Notwendigkeit, benötigter Menge. Um einfach die Fakten der einzelnen chemischen Stoffe zu erläutern, ist es sicher zweckmäßig alle Elemente wie unter dem zweiten Punkt zu bearbeiten. Wobei der Aspekt der Notwendigkeit eines Elementes sicher auch nochmals einer eingehenden Betrachtung unterzogen werden muss.

Die wichtigen Nährstoffe

Die für die Ernährung der Pflanze wichtigsten und lebensnotwendigen Nährstoffe bezeichnet man als Hauptnährstoffe (auch Makronährstoffe). Sie sind in größeren Mengen für das Wachstum und die Biomassebildung erforderlich sind. Neben den vier organischen Grundelementen Kohlenstoff C, Wasserstoff H, Sauerstoff O und Stickstoff N zählen auch Phosphor P, Kalium K, Schwefel S, Calcium Ca und Magnesium Mg zu dieser Gruppe.

Unter den Hauptnährelementen gibt es drei Elemente, die man in der Düngelehre als Kernnährelemente bezeichnet. Das sind Stickstoff N, Phosphor P und Kalium K. Dieses Trio ist für die Pflanzenernährung nicht nur von immenser Bedeutung. Sie sind tragender Bestandteil aller Volldünger, die nach ihnen sogar benannt wurden - NPK-Dünger.

Nitrogenium - der Stickstoff

Stickstoff, das chemische Element mit der Ordnungszahl 7, wird mit dem Symbol N abgekürzt. Der Ursprung die Buchstaben N leitet sich aus dem lateinischen Namen des Elementes nitrogenium ab. Die deutsche Bezeichnung Stickstoff erinnert daran, dass in reinem Stickstoff Lebewesen ersticken. Ein großer Teil der pflanzlichen Materie enthält Stickstoff. Damit ist er ein wichtiges Bauelement aller Lebewesen. Er ist das wesentliche Element der Proteine, Eiweiße und der DNS. Stickstoff ist daher auch Baustein aller Enzyme, die den pflanzlichen, tierischen und menschlichen Stoffwechsel steuern. Er ist für das Leben auf der Erde unentbehrlich.

Wo findet man N?

In der Luft. Drei Viertel, also rund 75 Prozent, der Lufthülle unserer Erde besteht aus molekularem Stickstoff. Er ist im Überfluss vorhanden und doch kann ihn nur eine kleine Anzahl von Mikroorganismen nutzen. Sie nehmen ihn auf, bauen ihn um und machen ihn für Pflanzen verfügbar, da Pflanzen gasförmigen Stickstoff der Luft nicht unmittelbar nutzen können. Diese Umwandlung in eine für Pflanzen verwertbare Form geschieht durch Knöllchenbakterien oder andere freilebende Mikroorganismen. Während Knöllchenbakterien die Symbiose mit einer Wirtspflanze (Leguminose) favorisieren und aus dem Luftstickstoff gewonnenes Ammonium bei der Pflanze gegen deren Assimilate tauschen, verwenden zum Beispiel bestimmte Bakterien (Azotobacter, Cyanobakterien) den Luftstickstoff zum Aufbau von körpereigenem Eiweiß. Diese Mikroorganismen können Licht nicht als Energiequelle nutzen und sind daher auf andere Energiequellen angewiesen. Diese sogenannten chemotrophen Mikroorganismen gewinnen ihre Energie aus der chemischen Bindungsenergie von (organischen oder anorganischen) Molekülen. Diese Methode der Energiegewinnnung wird als Chemosynthese bezeichnet. Es wird zwischen verschiedenen Gattungen von Mikroorganismen unterschieden, und zwar nach ihren Umgebungsbedingungen:

  • unter aeroben Bedingungen (d. h. in sauerstoffreicher Umwelt) werden organische Moleküle wie Ammonium (NH3) oder Aminosäuren oxidiert. Beispiele für diese Reaktionen sind zum Beispiel die Ammonifikation oder die Nitrifiaktion.
  • unter anaeroben Bedingungen (d.h. in sauerstoffarmer Umwelt, z. B. in eutrophen Gewässern) nutzen Bakterien das Nitration (NO3-) als Sauerstoffquelle, das heißt, dass Nitrat reduziert wird (Abgabe von Sauerstoff): Aus Nitrat ensteht Nitrit NO2- und hieraus das Ammoniumion (NH4+), Nitratammonifikation. Schließlich erfolgt eine Umwandlung in elementaren Stickstoff (N2), Denitrifikation. Dieser kann nicht mehr für Lebewesen genutzt werden und kann in die Atmosphäre abgegeben werden.

Aber auch andere Prozesse können den Stickstoff aus der Luft binden. So kommt es zum Beispiel bei elektrischen Entladungen, etwa bei Gewittern, zu Stickstoffoxid-Verbindungen aus Sauerstoff und Luftstickstoff, die über die Zuführung von Wasser (Regen) als Salpetersäure vom Himmel fallen und im Boden zu Nitraten umgewandelt werden. Um Luftstickstoff zu nutzen, erfanden zwei Chemiker (Fritz Haber und Carl Bosch) zu Anfang des 20. Jahrhundert die Ammoniaksynthese. Es gelang ihnen aus Luftstickstoff und Wasserstoff Ammoniak herzustellen.

Im Boden, im sogenannten A-Horizont, findet sich organisch gebundener Stickstoff in lebender Wurzelmasse, abgestorbener Pflanzenmasse, Humusstoffen und Bodenlebewesen. Dieser gebundene Stickstoff macht rund 95 Prozent des Gesamtstickstoffs im Boden aus. Die restlichen fünf Prozent sind anorganischer Stickstoff in Form von Ammonium oder Nitrat und Nitrit. Der Gesamtstickstoffgehalt der Böden ist stark abhängig von deren Kohlenstoffgehalt (Stichwort C/N-Verhältnis). Er wird durch Klima, Vegetation, Bodenart, Geländegestalt und Maßnahmen des Landwirts, wie Bodenbearbeitung, beeinflusst.

Was macht Stickstoff mit Pflanzen?

Stickstoff wird in die Photosyntheseprodukte eingebaut, um unter anderem Eiweiße herzustellen, und fördert so das Wachstum. Eine wichtige Bedeutung kommt dem Stickstoff als essentieller Bestandteil der DNS und des Chlorophylls zu. Die Aufnahme des Stickstoffs erfolgt meist in Form von Ammonium- oder Nitratsalzen.

Phosphorum - der Phosphor

Phosphor, der Lichttragende, ist ein chemisches Element mit dem Symbol P und der Ordnungszahl 15. Lichttragend, weil weißer Phosphor in Verbindung mit Sauerstoff leuchtet. Phosphor tritt in vier Varianten als weißer, roter, schwarzer und violetter Phosphor auf. Die Arten unterscheiden sich nicht nur in ihren Kristallstrukturen, sondern auch durch sehr große Unterschiede in ihren physikalischen Eigenschaften und ihrer Reaktivität. Da die anderen Modifikationen sehr schwer direkt zu gewinnen sind, wird zunächst immer weißer Phosphor produziert und dieser dann in andere Arten umgewandelt. Diese können durch hohen Druck und hohe Temperatur ineinander überführt werden. Phosphorverbindungen sind für alle Lebewesen essenziell und bei Aufbau und Funktion der Organismen in zentralen Bereichen beteiligt (DNA und der Energieversorgung in den Zellenzellulären). Die biogeochemische Umsetzung von Phosphor erfolgt im Rahmen des Phosphorkreislaufs.

Wo findet man P?

In der Natur kommt Phosphor ausschließlich in gebundener Form in Phosphaten der Erdkruste vor. Typische phosphorhaltige Gesteine sind die Apatite. Die wichtigsten Phosphate sind in dieser Gruppe Fluorapatit und Phosphorit. Die größten Vorkommen an Phosphat-Mineralien findet man in Afrika, in China und den USA.

Außer in Mineralien kommt Phosphor auch in Guano vor. Dieser Kot von Meeresvögeln existierte im südamerikanischem Raum in meterdicken Schichten (Chile/Peru) und konnte einen Phosphoranteil von bis zu 60 Prozent vorweisen. Diese Vorkommen sind mittlerweile fast völlig erschöpft.

Was macht Phosphor mit Pflanzen?

Phosphor gehört zu den lebensnotwendigen Elementen der Pflanzen, da er eine zentrale Stellung im Energiehaushalt einnimmt und ein wichtiger Bestandteil lebensnotwendiger Zellbestandteile ist. Er ist Teil verschiedener Zellmembranen wie dem Plasmalemma und dem Tonoplast, die wiederum für die Aufrechterhaltung der Zellstruktur von Bedeutung sind. Als Baustein der Nukleinsäuren (DNS und RNS) ist Phosphor für die Steuerung der Erbinformationen und Lebensvorgänge unersetzlich. Weitere wichtige P-Verbindungen sind bei den Energieträgern und Engerietransformatoren der Zellen zu finden. Des Weiteren fördert Phosphor die Blüten- und Fruchtbildung. Da er die Bodenteilchen verkittet, unterstützt Phosphor außerdem die Krümelbildung des Bodens.

al-qalya - das Kalium

Der Name Kalium lässt sich aus dem Arabischen (al-qalya = Pflanzenasche) herleiten. Es ist das Element mit dem Symbol K und der Ordnungszahl 19. In der Erdhülle gehört Kalium zu den zehn häufigsten Elementen und kommt in zahlreichen Mineralen der Erdkruste vor.

Wo findet man K?

Kalium kommt in der Natur nur als Kation in Kaliumverbindungen vor. Das liegt daran, dass es nur ein Außenelektron besitzt und dieses sehr bereitwillig abgibt, um eine stabile und energiearme äußere Elektronenschale zu erlangen.

Was macht Kalium mit Pflanzen?

Kalium wird nicht in organische Strukturen eingebaut. Hauptsächlich wird es in den Vakuolen gespeichert. Durch seine Eigenart die Zellsaftkonzentration zu erhöhen hat es eine wichtige Rolle in der Osmoregulation und am Öffnungs- und Schließmechanismus der Spaltöffnungen. Die Zelle kann durch die verbesserter osmotische Saugkraft mehr Wasser aufnehmen und dieses besser vor der Verdunstung schützt. Durch die Erhöhung der Zellsaftkonzentration kommt es außerdem zu einer Senkung des Gefrierpunktes, was eine Erhöhung der Frostresistenz zur Folge hat.

Kalium unterstützt die Festigung des Pflanzengewebes, die Aktivität vieler Enzyme und beeinflusst viele Stoffwechselvorgänge. Es fördert die Reduzierung von löslichen Zuckern und Aminoverbindungen, was die Nahrungsgrundlage saugender Insekten verringert und damit zur Befallsminderung beiträgt. Kalium erhöht die Standfestigkeit und Resistenz gegenüber Schaderregern, wie Pilzen und Insekten. Es ist außerdem notwendig beim Transport von Assimilaten im Phloem und ist beteiligt an der pH-Regulation in den Chloroplasten.

Nochmals zur Notwendigkeit

Bei der Einteilung der Nährstoffe muss man auch eine Differenzierung nach Notwendigkeit der einzelnen Elemente in Betracht ziehen. Da wären erstens: essentielle notwendige Nährstoffe wie zum Beispiel unser Kalium. Diese Elemente sind neben den Kernelementen der organischen Substanz (C, O, H, N und P) und K, S, Ca, Mg, Mo, Cu, Zn, Fe, B, Mn, Cl bei höheren Pflanzen, Co, Ni lebensnotwendig.

Zweitens sind da die alternativ erforderlichen, substituierbaren Nährstoffe. Dabei geht es vor allem um unterschiedliche Bindungsformen eines Kernelements. Am Beispiel unseres Stickstoffes wären da seine Bindungen als Nitrat, Ammonium oder Aminosäure zu nennen.

Drittens sind da die nützlichen Nährstoffe, wie zum Beispiel Na-Ionen als teilweiser Funktionsersatz für K-Ionen. Und viertens die entbehrlichen Nährstoffe - das sind Nährelemente, die in der Natur vorkommen (etwa 70 an der Zahl), aber für die Pflanzenernährung keine Rolle spielen. Als Beispiel wäre hier das Jod J zu nennen, das für Menschen und Tiere lebensnotwendig ist, für Pflanzen aber entbehrlich. Uwe Bienert

Nächsten Monat lesen Sie: "NPK - und weiter?"

Quellen

Farbatlas Krankheiten und Schädlinge an Zierpflanzen, Obst und Gemüse, (Bernd Böhmer, Walter Wohanka; Ulmer-Verlag),
Der Gärtner 1 (Martin Degen, Karl Schrader; Ulmer-Verlag),
Schädlinge & Krankheiten (Pippa Greenwood, Andrew Halstead; Dorling Kinderley Verlag),
Einheimische Laubgehölze (Hecker, Quelle & Meyer Verlag Wiebelsheim),
Grundkurs Gehölzbestimmung (Lüder, Quelle & Meyer Verlag Wiebelsheim),
Taschenlexikon der Gehölze (Schmidt/Hecker, Quelle & Meyer Verlag Wiebelsheim),
International standard ENA 2010-2015 (M.H.A. Hoffmann, ENA’s European Plant Names Working Group),
Wikipedia,
www.hortipendium.de

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