Wenn der Topf aber nun ein Loch hat ...

Wenn der Topf aber nun ein Loch, dann stopf's zu, liebe, liebe Liese!" Dieses sehr alte Kinderlied hat im Grunde den Inhalt eines Themas umschrieben, dass ein ganz berühmter Prominenter für uns Gärtner als Gesetz entdeckt hat. Neugierig? Na, dann weiterlesen!

Zu unserem gärtnerischen Grundwissen gehört es auch sich um die Pflanzenernährung Gedanken zu machen. Während sich die Obst- und Gemüsegärtner, selbstverständlich auch die Landwirte, eher aus dem Blickwinkel des Ertrages (also wie hoch ist das Ernteergebnis) beschäftigen, ist der Ertrag bei allen anderen Gartenbaubranchen, uns eingeschlossen, im Prinzip die gesamte Pflanzenentwicklung mit ihrem Aussehen und ihrer Vermehrung.

Von den Anfängen

Gedanken über eine Ertragsteigerung sind so alt wie der Ackerbau. Immer versuchten Menschen sich damit zu beschäftigen: Wie kann ich mehr aus dem Boden für die Ernährung der Familie herausholen?

Vorherrschend war lange Zeit eine Theorie, nach der sich die Pflanze von Humus ernährt – die sogenannte Humustheorie. Die Fruchtbarkeit eines Bodens wurde mit ihrem Humusgehalt gleichgesetzt. Als Hauptursache des Unfruchtbarwerdens eines Bodens wurde also die Verarmung an Humus angesehen.

Der französische Universalgelehrte Jean-Henri Hassenfratz (1755–1827) entwickelte diese Theorie weiter. Er stellte fest, dass eine Pflanze ihren Bedarf an Kohlenstoff nicht aus der Luft entnimmt, sondern aus den dunkel gefärbten Humusstoffen des Bodens. Außer diesen Humusstoffen benötige sie sonst nur Wasser zum Wachstum. Das Resultat seiner Beobachtung war, dass Pflanzen auf tiefgründigen Böden mit viel Humus besser wachsen und der Humus von den Pflanzen gleichzeitig aufgezehrt wird. Der Zweck einer Düngung ist also, den Boden mit humusbildenden Stoffen (pflanzlichen und tierischen Produkten) anzureichern.

Später wurde dieser Gedanke von dem Mediziner Albrecht Thaer aufgegriffen. Er stellte klar, dass die anorganischen Stoffe nur Reizmittel seien, aber keine für die Pflanzenentwicklung unentbehrlichen Nährstoffe.

Hier musste die Wissenschaft klärend eingreifen

Der Einfluss von wissenschaftlichen Betrachtungen nahm mit der Weiterentwicklung von Chemie und Biologie schnell zu.

Durch den deutschen Agrarwissenschaftler Carl Sprengel wurde die Humustheorie mittels der Mineralstofftheorie und des Minimumgesetzes 1826 widerlegt.

Sprengel konnte mit neuen Analysemethoden nachweisen, dass die düngende Wirkung des Humus vornehmlich auf die in ihm enthaltenen Nährstoffe zurückzuführen ist. Diese Ergebnisse führten "den alten Carl" direkt zur Frage der Mineralstoffernährung der Pflanzen. Vor allem durch den Vergleich von Daten aus Boden-, Pflanzen- und Düngemittelanalysen kam er zu dem Ergebnis, dass die in den Pflanzen vorhandenen Mineralstoffe als lebensnotwendige Nährstoffe angesehen werden müssen.

Sein 1828 wissenschaftlicher Bericht mit dem Titel "Von den Substanzen der Ackerkrume und des Untergrundes . . . " war der entscheidende Durchbruch zur neuzeitlichen Lehre von der Mineralstoffernährung der Pflanzen und damit die Basis für eine auf naturwissenschaftlichen Grundlagen fußende Düngerlehre.

In diesem Beitrag findet sich eine bahnbrechende Aussage, die über ein Jahrhundert in Vergessenheit geriet:

"Wenn eine Pflanze zwölf Stoffe zu ihrer Ausbildung bedarf, so wird sie nimmer aufkommen, wenn nur ein einziger an dieser Zahl fehlt, und stets kümmerlich wird sie wachsen, wenn einer derselben nicht in derjenigen Menge vorhanden ist, als es die Natur der Pflanze erheischt"

Sprengel hatte damit als Erster das "Gesetz vom Minimum" (Minimumgesetz) klar und eindeutig formuliert. Dieser Fassung des Minimumgesetzes fehlten jedoch die wichtigen nichtstofflichen Faktoren wie zum Beispiel Wärme oder Licht.

Die Sternstunde des Justus von Liebig

Betonen sollte man an dieser Stelle, dass Liebig nicht der Entdecker, allerhöchstens der "Wiederentdecker" des Minimumgesetzes ist. Man könnte sagen, er entwickelte es weiter. Er arbeitete heraus, dass das Wachstum eines Organismus oder einer Pflanze durch die knappste Ressource begrenzt wird. Das bedeutet, dass selbst wenn andere Faktoren wie Wasser, Licht und Nährstoffe in genügender Menge vorhanden sind, das Pflanzenwachstum immer nur so stark sein kann, wie es die knappste Ressource zulässt. Das Minimumgesetz ist seit Mitte des 19. Jahrhunderts eine wichtige Grundlage der Biologie. Damals waren viele Böden in Mitteleuropa durch intensive Nutzung stark ausgelaugt. Die Einführung von Mineraldünger führte zu erheblichen Ertragssteigerungen, die heute fünf- bis sechsmal höher sind.

Im Zusammenhang mit dem Minimumgesetz muss man auch das Gesetz des abnehmenden Grenzertrags beachten. Dieses Gesetz wirkt sowohl in der Biologie als auch in der Wirtschaft. Es zeigt, dass mehr nicht immer besser ist und es eine Grenze gibt, ab der Investitionen oder Ressourcenzuwendungen weniger effektiv oder sogar kontraproduktiv sein können. Dieses Prinzip hilft bei der Entscheidungsfindung sowohl im Bereich der nachhaltigen Landwirtschaft und des nachhaltigen Gartenbaus als auch bei der effizienten Gestaltung von Produktionsprozessen in der Wirtschaft.

Vom Minimum zum Optimum

Mit der Zeit stellte sich heraus, dass das Minimumgesetz nicht immer gleich gilt. In Göttingen setzte der Pflanzenbauwissenschaftler Georg Liebscher seine in Jena begonnenen Experimente über das Düngerbedürfnis der Kulturpflanzen fort. 1895 formulierte er ein allgemeingültiges pflanzenphysiologisches Gesetz – das "Gesetz vom Optimum" (Optimumgesetz):

"Pflanzen nutzen den Produktionsfaktor, der im Minimum vorliegt, umso besser, je optimaler die anderen Faktoren sind."

Liebschers Gesetz vom Optimum bedeutete einen wichtigen Erkenntnisfortschritt auf dem Gebiet der Entwicklungsphysiologie der Kulturpflanzen.

Zurück zum Topf

1909 veröffentlichte Eilhard Alfred Mitscherlich (Mitscherlich Gesetz) seine Arbeit über das Minimumgesetz und das Gesetz des abnehmenden Ertrags:

"Jeder Wachstumsfaktor kann den Ertrag mit einer spezifischen Intensität steigern, aber je näher man dem Höchstertrag kommt, desto geringer wird der zusätzliche Ertrag im Verhältnis zum Aufwand."

Im Mittelpunkt der Forschungstätigkeit Mitscherlichs an der Universität Königsberg standen Untersuchungen über die den Pflanzenertrag bestimmenden Wachstumsfaktoren. Neben chemischen Bodenanalysen zur Ermittlung der Lösungsgeschwindigkeit von Pflanzennährstoffen, führte er umfangreiche Gefäßversuche durch, um auch den Einfluss physikalischer und biologischer Wachstumsfaktoren auf den Ertrag der Kulturpflanzen zu quantifizieren.

Mitscherlichs bedeutendste wissenschaftliche Leistung ist aber das von ihm formulierte Ertragsgesetz, das Wirkungsgesetz der Wachstumsfaktoren. Im Gegensatz zu dem von Carl Sprengel und Justus von Liebig aufgestellten Minimumgesetz konnte Mitscherlich nachweisen, dass die Ertragshöhe von sämtlichen Wachstumsfaktoren abhängig ist.

Nach seinen Forschungsergebnissen kann jeder einzelne Wachstumsfaktor mit einer ihm spezifischen Intensität (Wirkungsfaktor) die Ertragshöhe steigern. Mit zunehmender Annäherung an den Höchstertrag wird jedoch durch eine weitere Steigerung eines bestimmten Wachstumsfaktors im Vergleich zum Aufwand der Mehrertrag deutlich geringer.

"Klugscheißer"-Wissen aus Wikipedia

Die von Mitscherlich aus diesen Erkenntnissen abgeleitete Darstellung der Ertragssteigerungskurve als Logarithmische Verteilung fand in der Landbauwissenschaft weltweites Interesse.

"Die logarithmische Verteilung ist eine Wahrscheinlichkeitsverteilung in der Stochastik, der Mathematik des Zufalls. Sie ist univariat, eine diskrete Wahrscheinlichkeitsverteilung und kommt aus dem Bereich der Versicherungsmathematik. Sie ist interessant als Schadenshöhenverteilung, wird aber kaum zur Bestimmung der Schadensanzahlen benutzt." Alles klaro!

Uwe Bienert

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