NPK - und weiter?

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106. folge Unsere Serie für den Nachwuchs erläutert das wichtigste GaLaBau-Grundlagenwissen vom Abstecken bis zum Zaunbau: Diesmal geht es um das Thema Chemie, Teil 2.

Viele werden sagen: Da muss doch noch mehr sein als NPK, die Kernnährelemente Stickstoff (N), Phosphor (P) und Kalium (K), wenn es um Pflanzennährstoffe geht. In der Tat: Es gibt noch sechs weitere Hauptnährelemente: Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Schwefel, Kalzium und Magnesium.

Die nicht-mineralischen Nährstoffe

Ohne sie geht gar nichts: Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H) sind die nicht-mineralischen Nährstoffe. Sie sind für Pflanzen in Form von Gasen (CO², O², aus der Luft oder in Wasser gelöst) und Wasser (H²O) verfügbar. Ohne Kohlenstoff ist Leben nicht möglich. Dieses Element bildet zusammen mit Wasserstoff das Grundgerüst aller organischen Stoffe. Der Kohlenstoff für Pflanzen stammt in erster Linie aus Kohlendioxid CO², das sie über Luft- oder Schwimmblätter aus der Luft oder über submerse Blätter aus dem Wasser aufnehmen. Die Quelle für Wasserstoff ist das Wasser (H²O). Der Wasserstoff wird bei der Lichtreaktion der Photosynthese unter Zufuhr von Lichtenergie von den Wasser-Molekülen abgespalten (Photolyse des Wassers), dabei wird Sauerstoff-Gas O² freigesetzt. Bei der lichtunabhängigen Reaktion der Photosynthese wird der Wasserstoff (als Proton, H+) dann zusammen mit CO² in organische Verbindungen eingebaut. Sauerstoff ist ebenfalls Grundbestandteil vieler organischer Verbindungen und wird außerdem für die Energiegewinnung benötigt. Der in organische Stoffe eingebaute Sauerstoff stammt, wie auch der Kohlenstoff, aus dem aufgenommenen CO². Für die Atmung wird Sauerstoff-Gas (O²) aus der Luft oder dem Wasser aufgenommen, dabei kann auch der bei der Photosynthese freiwerdende Sauerstoff genutzt werden. Pflanzenwurzeln brauchen Sauerstoff zur Atmung, sonst können sie ihre Funktionen nicht mehr wahrnehmen und sterben schließlich ab. Darum ist für Pflanzen Bodendurchlüftung wichtig und Staunässe des Bodens schädlich.

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Die drei übrigen Elemente

Calx: Das Kalzium

Der Name "Calcium" leitet sich vom lateinischen calx ab. So bezeichneten die Römer Kalkstein, Kreide und den daraus hergestellten Mörtel.

Wo findet man Ca?

In der Umwelt kommt Calcium nur in gebundener Form vor. Calciumhaltige Minerale wie Calcit und Gips sind in großen Mengen vorhanden. Calciumverbindungen sind wasserlöslich, wobei die Löslichkeit von Calcium im Grundwasser wesentlich vom Kohlensäure-Überschusses bestimmt wird. Mit Wasser reagiert es heftig unter Bildung von Calciumhydroxid und Wasserstoff. An der Luft verbrennt es zu Calciumoxid. Fein verteiltes Calcium ist selbstentzündlich.

Was macht Kalzium mit Pflanzen?

Calcium oder auch Kalzium wird von der Pflanze als zweiwertiges Kation Ca²+ aufgenommen und ist ein essenzieller Pflanzennährstoff mit vielen Funktionen im Pflanzenorganismus. Es spielt eine entscheidende Rolle zum Beispiel für die Zellteilung, die Entwicklung der Zellwände und -membranen, die Aufnahme und Verarbeitung von Nitrat und den Stärke-Stoffwechsel, ebenso dient Ca2+ als Gegen-Ion für anorganische und organische Anionen in den Zell-Vakuolen sowie als Botenstoff im Zellplasma. Calcium ist auch Bestandteil oder Regulator von Enzymen. Fein vermahlener Kalk oder Dolomit wird als Düngekalk in der Land- und Forstwirtschaft oder als Futterkalk in der Tierhaltung eingesetzt.

Sulpur: Der Schwefel

Schwefel (lateinisch sulpur) ist ein seit langem vom Menschen genutztes Element. Chinesen und Ägypter wendeten um etwa 5000 v. Chr. Schwefel zum Bleichen von Textilien, als Arzneimittel und zur Desinfektion an.

Wo findet man S?

Natur kommt er sowohl gediegen als auch in Form seiner anorganischen Verbindungen vor, in diesen vor allem als Sulfid oder Sulfat. Schwefel kommt in vielen Erdsphären (Lithosphäre, Hydrosphäre, Erdatmosphäre und Biosphäre) vor.

Was macht Schwefel mit Pflanzen?

Schwefel wird von Pflanzen als Sulfat-Ion (SO4²-) aufgenommen. Es ist unter anderem essenziell für die Chlorophyll-Bildung, den Photosynthese-Prozess, die Atmung, die Verwertung von Phosphor und anderen Nährstoffen. Schwefel ist Bestandteil der schwefelhaltigen Aminosäuren und daher auch Baustoff für Proteine. Sulfat-Ionen können in großen Mengen in den Vakuolen der Pflanzenzellen gespeichert werden.

Das Magnesium

Magnesium ist eines der zehn häufigsten Elemente der Erdkruste. Die Herkunft der Elementbezeichnung wird in der Literatur unterschiedlich dargestellt.

Wo findet man Mg?

Magnesium kommt in der Natur wegen seiner Reaktionsfreudigkeit nicht in elementarer Form vor. Als Mineral tritt es überwiegend in Form von Carbonaten, Silicaten, Chloriden und Sulfaten auf. In Form von Dolomit ist ein Magnesiummineral sogar gebirgsbildend, so zum Beispiel in den Dolomiten.

Was macht Magnesium mit Pflanzen?

Dieses Metall spielt eine entscheidende Rolle bei der Photosynthese. Magnesium bildet das Zentral-Atom des Chlorophyll-Moleküls. Magnesium hat viele weitere Funktionen im pflanzlichen Organismus, zum Beispiel für die Aktivierung vieler Enzyme, die Bildung von Proteinen, DNA und RNA, Kohlenhydraten, Fetten und Vitaminen, den Phosphat-Transport, den Kohlenhydrat-Stoffwechsel und die Energie-Übertragung. Innerhalb von Pflanzen ist Magnesium in den Wachstumszonen in der höchsten Konzentration enthalten.

Mangel an Magnesium äußert sich teilweise ähnlich wie Eisenmangel, zum Beispiel durch Blasswerden des Blattgewebes zwischen den Blattnerven, während diese grün bleiben. Aber während von der Eisenmangel-Chlorose zuerst die jüngsten Blätter betroffen sind, zeigen sich Magnesiummangel-Symptome meist zuerst bei den älteren Blättern.

Da war doch noch etwas?

Die Spurenelemente: Sie unterteilt man in "essenzielle" und "wahrscheinlich essenzielle" Spurenelemente. Beginnen will ich mit den vier noch nicht genau nachgewiesenen "wahrscheinlich essenziellen" Spurenelementen: Natrium, Aluminium, Silizium und Cobalt):

Alumen: Das Aluminium

Der Elementnahme leitet sich vom lateinischen Wort alumen für Alaun ab. Zwei Begriffe sind für das Element in Gebrauch: Aluminium und Aluminum. Weltweit dominiert ersterer, während in Nordamerika der zweite Begriff geläufiger ist.

Wo findet man Al?

Aluminium ist mit einem Anteil von 7,57 Prozent nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element der Erdkruste und damit das häufigste Metall. Allerdings kommt es aufgrund seines unedlen Charakters praktisch ausschließlich in gebundener Form vor. Die größte Menge befindet sich chemisch gebunden in Form von Alumosilicaten. Das einzige wirtschaftlich wichtige Ausgangsmaterial für die Aluminiumproduktion ist Bauxit.

Was macht Aluminium mit Pflanzen?

Aluminium in Form verschiedener Salze (Phosphate, Silikate) ist Bestandteil vieler Pflanzen und Früchte, denn gelöste Al-Verbindungen werden durch Regen aus den Böden von den Pflanzen aufgenommen.

Cobaltum: Das Kobalt oder Cobalt

Cobalt (von lateinisch cobaltum "Kobold") ist ein ferromagnetisches Übergangsmetall. Cobalterze und Cobaltverbindungen sind schon seit sehr langer Zeit bekannt und wurden vorwiegend zum Färben von Glas und Keramik verwendet.

Wo findet man Co?

Cobalt ist ein seltenes Element mit einer Häufigkeit in der Erdkruste von ca. 0,004 Prozent. Das Element ist stets mit Nickel vergesellschaftet. Cobalt findet sich als Spurenelement in den meisten Böden. Es gibt eine Reihe Cobalterze, in denen sich das Cobalt durch Verwitterung oder andere Prozesse angereichert hat.

Was macht Cobalt mit Pflanzen?

Cobalt und damit auch Nickel werden von Pflanzen nur in so geringen Mengen benötigt, dass sie Düngern nicht eigens zugesetzt werden müssen. Die als Verunreinigungen in Düngesalzen enthaltenen Nickel- und Cobaltmengen reichen für die Versorgung der Pflanzen aus. Die beiden Metalle werden von Pflanzen als Ni²+- und Co²+-Ion aufgenommen. Sie sind Bestandteil verschiedener Enzyme, beispielsweise der Urease, die Nickel enthält und den Abbau von Harnstoff (Urea) zu Ammoniak und Kohlendioxid katalysiert, oder der Cobalt-haltigen, Dipeptide in zwei Aminosäuren spaltenden Dipeptidasen. Auf Landpflanzen wirken erhöhte Nickelkonzentrationen im Boden toxisch bzw. bewirken Eisen- und Zinkmangel. In Gebieten mit nickelreichem Serpentingestein gedeiht oft eine spezielle Flora von Nickel-resistenten Pflanzenarten.

Netjerj: Das Natrium

Der deutsche Begriff Natrium ist vom ägyptischen "netjerj" abgeleitet. Unter Normalbedingungen ist Natrium ein wachsweiches, silberglänzendes und hochreaktives Metall. Wegen seiner starken Reaktivität wird metallisches (elementares) Natrium meistens in Paraffinöl oder Petroleum gelagert, bei größeren Mengen in luftdicht verschlossenen Stahlfässern.

Wo findet man Na?

Auf der Erde ist Natrium mit einem Anteil an der Erdkruste von 2,36 Prozent das sechsthäufigste Element. Es kommt aufgrund seiner Reaktivität nicht elementar, sondern stets in Verbindungen, den Natrium-Salzen, vor. Ein großer Speicher von Natrium ist das Meerwasser. 1 l Meerwasser enthält durchschnittlich 11 g Natriumionen. Natrium kommt in großen Salzlagerstätten vor. Es existieren vor allem große Lagerstätten an Natriumchlorid (Steinsalz), die durch das Austrocknen von Meeresteilen entstanden sind. Sie stellen die wichtigste Quelle zur Gewinnung von Natrium und seinen Verbindungen dar.

Was macht Natrium mit Pflanzen?

Bei Pflanzen spielt Natrium eine untergeordnete Rolle. Je nach Standort haben sich aber davon unabhängig Pflanzen entwickelt, die von einer Natriumaufnahme profitieren können. Diese Pflanzen, Halophyten genannt, kommen besonders in Küstenregionen oder anderen Gebieten vor, in denen der Boden eine hohe Natriumkonzentration aufweist. Halophyten wie die Zuckerrübe, Kohl und viele Gräser sind salztolerant, da sie das Natrium aus dem Zentralzylinder heraus in die Vakuolen der Blattzellen transportieren können, wo es als osmotisch wirksames Ion für eine Erhöhung des Turgors sorgt und dadurch statt des Kaliums die Zellstreckung und das Blattflächenwachstum positiv beeinflusst. Natrium substituiert damit zu einem Teil Kalium, zu einem anderen Teil wirkt es aber auch zusätzlich wachstumsfördernd.

Pflanzen, die Natrium nicht aus dem Zentralzylinder heraus in die Blattzellen transportieren können, akkumulieren es im Xylemparenchym. Zu diesen sogenannten natrophoben Pflanzen gehören unter anderem Buschbohne und Mais. Das Natrium, gelangte es in die Blattzellen, könnte nicht in die Vakuolen transportiert werden, sondern verbliebe im Zellplasma und würde dort das wichtige Kalium verdrängen (natriuminduzierter Kaliummangel). Das würde schließlich zu einer Hemmung der Photosynthese führen. Die Akkumulation von Natrium im Zentralzylinder der Wurzel und im Stengelgewebe wirkt sich aber bei hoher Natriumkonzentration negativ für die Pflanze aus. Durch die Erhöhung des osmotischen Wertes wird sie bei der Wasseraufnahme und dem Wassertransport behindert. Es kommt zu einer Wasser- und Nährstoffunterversorgung der Blätter, was zu einer Verringerung der Photosyntheseleistung führt.

Silex: Das Silizium

Der Name entstammt dem lateinischen Ausdruck silicia (dt. Kieselerde), verknüpft mit silex (dt. Kieselgestein). Silicium ist ein klassisches Halbmetall, weist daher sowohl Eigenschaften von Metallen als auch von Nichtmetallen auf. Reines, elementares Silicium besitzt eine grauschwarze Farbe und weist einen typisch metallischen, oftmals bronzenen bis bläulichen Glanz auf.

Wo findet man Si?

Die gesamte Erde besteht zu etwa 15 Massenprozent aus Silicium; insbesondere der Erdmantel setzt sich zu einem beträchtlichen Anteil aus silicatischen Gesteinsschmelzen zusammen. Die Erdkruste besteht zu etwa 25,8 Gewichtsprozent aus Silicium; damit ist es das zweithäufigste chemische Element nach dem Sauerstoff. Hier tritt Silicium im Wesentlichen in Form silicatischer Minerale oder als reines Siliciumdioxid auf. So besteht Sand vorwiegend aus Siliciumdioxid. Quarz ist reines Siliciumdioxid.

Was macht Silizium mit Pflanzen?

Viele Pflanzen enthalten in ihren Stängeln und Blättern Siliciumdioxid. Bekannte Beispiele sind hier der Schachtelhalm und die Bambuspflanze. Durch das aufgebaute Siliciumdioxidgerüst erhalten diese zusätzliche Stabilität. Uwe Bienert

Literatur

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.hortipedium.de

 Uwe Bienert
Autor

Landschaftsgärtner-Meister und Ausbilder

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