Faktoren der Nährstoffverfügbarkeit

Transkript

1 Faktoren der Nährstoffverfügbarkeit im Boden raumberg-gumpenstein.at

2 Einleitung Ressourcenschonende und umweltverträgliche Landwirtschaft durch Düngung den Nährstoffbedarf der Pflanzen decken gleichzeitig aber die Umwelt (Atmosphäre, Pedosphäre, Hydrosphäre, Biosphäre) nicht belasten

3 Einleitung Optimierung von Düngemaßnahmen Kenntnisse über die Faktoren der Nährstoffverfügbarkeit im Boden

4 Einleitung Nährstoffverfügbarkeit im Boden Ausnutzbarkeit und Ertragswirksamkeit der Dünger Ertrag und Qualität der Ernte

5 Bodenfruchtbarkeit Fähigkeit des Bodens, den Pflanzen als Standort zu dienen und Pflanzenerträge zu produzieren wird am Ertrag und an der Qualität der Ernte sowie an deren Schwankungen (Ertragssicherheit) gemessen Begrenzende Faktoren: Wärme-, Wasser-, Sauerstoff-, Nährstoffmangel, Wasserüberschuss, ungünstige Stoffkomposition, hoher mechanischer Eindringwiderstand, geringe Bodengründigkeit, geringer Feinbodenanteil, geringer Humusgehalt Bodenfruchtbarkeit kommt nicht aus dem Düngersack

6 Nährstoffverfügbarkeit Pflanzenverfügbarkeit der Nährelemente im Boden und Nährstoffaufnahme der Pflanzen Nährstoffkonzentration in der Bodenlösung Bodenwassergehalt Kapazität des Bodens zur Nährstoffnachlieferung (mobilisierbare Nährstoffvorrat im durchwurzelten Boden)

7 Nährstoffverfügbarkeit Generell ist die Nährstoffanlieferung zu den Pflanzenwurzeln und folglich die Verfügbarkeit umso größer, je höher der Wassergehalt im Boden und die Nährstoffkonzentration in der Bodenlösung sind. Quelle: Marschner, 1998

8 Ionenkonkurrenz (Antagonismus) Konzentration eines Nährelements in der Bodenlösung versus Aufnehmbarkeit dieses Nährelements durch die Pflanzen Auch das Verhältnis zwischen den verschiedenen Nährelementen ist für die Nährstoffaufnahme von Bedeutung Verringerte Aufnahme von Magnesium durch einen Überschuss an Kalzium oder Kalium

9 Gesetz des Minimums Das Ertragspotenzial eines Standortes wird nur dann voll ausgeschöpft, wenn im Boden alle lebensnotwendigen Nährelemente in ausreichenden Mengen und in einem harmonischen Verhältnis pflanzenverfügbar sind

10 Gesetz des Minimums Ein hoher Kalium-Gehalt im Boden führt zu keinem hohen Ertrag, wenn den Pflanzen gleichzeitig zu wenig aufnehmbarer Stickstoff zur Verfügung steht. Quelle: Finck, 2007

11 Faktoren der Nährstoffverfügbarkeit im Boden Mobilisierbare Nährstoffmenge im durchwurzelten Boden Freisetzungsgeschwindigkeit der Nährstoffe aus dem verfügbaren Vorrat Transportrate der Nährstoffe zu den Pflanzenwurzeln (Massenfluss und Diffusion)

12 Faktoren der Nährstoffverfügbarkeit im Boden Entscheidende Faktoren sind: Bodentemperatur Bodenwasserhaushalt Bodenstruktur Bodenart Humus Boden-pH-Wert Pflanzenwurzeln

13 Bodentemperatur beeinflusst Nährstoffverfügbarkeit im Boden direkt über die Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Prozesse indirekt über die Mikroorganismen- und Enzymaktivität Im Bereich zwischen 5 und 30 C bewirkt eine Zunahme der Temperatur um 10 C, dass die mikrobielle Aktivität um das 2 bis 3fache ansteigt (Van t Hoffsche Regel) Für die Stickstoff-Mineralisation ist eine Bodentemperatur von ca. 25 C optimal

14 Brutto-Nitrifikationsrate im Grünlandboden in Abhängigkeit von der Bodentemperatur

15 Bodenwasserhaushalt Wassermangel bedeutet: niedrige Transportrate der Nährstoffe zu den Pflanzenwurzeln geringe Nährstoffaufnahme bei den meisten Kulturpflanzen gehemmte Nährstoffmineralisation im Boden infolge geringer mikrobieller Aktivität geringe Löslichkeit mineralischer Dünger Trockenheit bedeutet nicht nur Wasser- sondern gleichzeitig auch Nährstoffmangel für die meisten Kulturpflanzen.

16 Massenfluss und Diffusion Quelle: Lerch, 1991 Quelle: Kull, 1993

17 Bodenwasserhaushalt Wasserüberschuss bedeutet: langsame und geringe Bodenerwärmung schlechte Bodendurchlüftung (Sauerstoffmangel) gehemmte Nährstoffaufnahme bei den meisten Kulturpflanzen gehemmte Nährstoffmineralisation im Boden infolge reduzierter biologischer Aktivität gasförmige Stickstoff-Verluste durch Denitrifikation

18 Bodenwasserhaushalt Wasserüberschuss bedeutet: geringe Nitratbildung im Boden hohe Konzentration an Mangan, Eisen und Phosphor in der Bodenlösung, insbesondere in sauren Böden hohe Transportrate der Nährstoffe zu den Pflanzenwurzeln

19 Einfluss des Bodenwassergehaltes auf Ammonifikation, Nitrifikation und Denitrifikation Quelle: Brady & Weil, 1999

20 Brutto-Nitrifikationsrate im Boden in Abhängigkeit vom Bodenwassergehalt

21 Bodenstruktur

22 Bodenstruktur Günstig ist eine krümelige Struktur im Oberboden, weil die Aufnahme, Speicherung und Versickerung von Niederschlags- und Schneeschmelzwasser Durchlüftung und Durchwurzelbarkeit optimal sind.

23 Bodenstruktur Quelle: Sekera, 1984

24 Bodenstruktur Ungünstig ist eine dicht gelagerte, plattige Struktur im Oberboden: erhöhte Gefahr einer pflanzenschädigenden Staunässebildung Hemmung des Wurzelwachstums bei Kulturpflanzen wegen Sauerstoffmangel, Kohlendioxidüberschuss und erhöhtem mechanischen Eindringwiderstand schlechte Ausnutzung der vorhandenen Wasser- und Nährstoffvorräte infolge geringer Durchwurzelbarkeit

25 Bodenstruktur Hemmung der mikrobiellen Aktivität aufgrund von Sauerstoffmangel und zu weniger Hohlräume erhöhte Gefahr von gasförmigen Stickstoff-Verlusten durch Denitrifikation in Hanglagen verstärkter Oberflächenabfluss von Regen- und Schneeschmelzwasser, somit erhöhte Gefahr der Abschwemmung von gedüngten Nährstoffen

26 Bodenstruktur krümelige Struktur plattige Struktur

27 Bodenstruktur In stark verdichtete Bodenschichten können Pflanzenwurzeln nicht oder nur sehr spärlich eindringen (geringerer durchwurzelbarer Bodenraum) Böden mit krümeliger Struktur im Oberboden stellen ihre Nährstoffe den Pflanzen besser zur Verfügung als verdichtete Böden mit plattiger Struktur im Oberboden

28 Lufthaushalt des Bodens Indikatoren für Sauerstoffmangel (schlechte Durchlüftung) im Boden: grauer Reduktionshorizont, Verfahlung (Ausbleichung) Rost- und Reduktionsflecken, Roströhren, Konkretionen üble Gerüche (insb. durch H 2 S) dichte, grobe Plattenstruktur Krusten an der Bodenoberfläche ungleichmäßige Durchwurzelung (wurzelfreie Zonen) aufwärtswachsende Wurzeln, seitliches Ausweichen unverrottete organische Reste im Boden

29 Seitliches Ausweichen dicker Wurzeln (Ölrettich) bei Auftreffen auf verdichtete Bodenschichten

30 Diagnostische Merkmale für gute Regenwurmröhren Wurzelgänge Risse und Spalten Bodendurchlüftung gleichmäßige Durchwurzelung poröse, lockere, feinaggregierte Krümelstruktur Erdgeruch

31 Bodenart Texturdreieck nach ÖNORM L 1061

32 Ertrag in Abhängigkeit von der Bodenart

33 Humus Nahrungs- und Energiequelle für heterotrophe Bodenorganismen Nährstoffträger (insb. N und S) und Energiespeicher Wasser- und Nährstoffspeicher trägt zur Ausbildung einer günstigen Bodenstruktur bei (Krümelstruktur) erhöht biologische Aktivität im Boden erhöht insb. bei sandigen Böden die Austauschkapazität, Aggregatstabilität, das Porenvolumen und die Wasserspeicherkapazität und verbessert bei tonreichen Böden den Gashaushalt (Luftkapazität)

34 Humus vermindert die Lagerungsdichte und erhöht die Porosität eines Bodens (bessere Luft- und Wasserdurchlässigkeit) vermindert Verdichtungsempfindlichkeit (höhere mechanische Belastbarkeit)

35 ph-wert ph = - lg [H 3 O + ] mol l -1 ph [H 3 O + ] [OH - ] alkalisch neutral sauer sauer sauer Eine ph-wert-erniedrigung um eine Einheit bedeutet eine Verzehnfachung von [H 3 O + ]. ph 3 ist nicht doppelt so sauer wie ph 6, sondern tausendmal!

36 Boden-pH-Wert insbesondere vom Carbonatgehalt des bodenbildenden Lockersediments oder Festgesteins abhängig Ist das Ausgangsmaterial der Bodenbildung carbonathaltig (z.b. Kalk, Dolomit, Mergel) die Böden weisen meist eine schwach saure bis leicht alkalische Bodenreaktion auf

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39 Boden-pH-Wert Ein abnehmender ph-wert verbessert die Löslichkeit mineralischer Dünger beschleunigt die chemische Verwitterung der Minerale verbessert die Löslichkeit und Bioverfügbarkeit der meisten Mikronährelemente (insbesondere Mangan, Zink, Eisen) im Boden erhöht die Löslichkeit von Schadelementen (z.b. Aluminium) und toxischen Schwermetallen (z.b. Cadmium, Blei) im Boden

40 Boden-pH-Wert Ein abnehmender ph-wert reduziert die Nitratbildung verringert die Kationenaustauschkapazität im Oberboden

41 Boden-pH-Wert Ein zu hoher Karbonatgehalt im Boden und eine alkalische Bodenreaktion bedeuten: selektiver Nährelementmangel bei einigen Kulturpflanzen (z.b. Mangel an Kalium, Eisen, Mangan, Zink, Phosphor) höhere gasförmige Stickstoff-Verluste durch Verflüchtigung von Ammoniak

42 Boden-pH-Wert Die beste Bioverfügbarkeit von Nährelementen ist bei einer schwach bis mäßig sauren Bodenreaktion gegeben (ph CaCl 2 : ).

43 Beziehung ph-wert - KAK eff KAK eff (mval kg -1 ) R 2 = 0,7 n = ,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 ph (CaCl 2 )

44 Beziehung ph-wert - Ca-Sättigung Ca-Sättigung (%) R 2 = 0,8 n = 50 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 ph (CaCl 2 )

45 Beziehung ph-wert - Al-Sättigung Al-Sättigung (%) R 2 = 0,6 n = 50 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 ph (CaCl 2 )

46 Pflanzenwurzeln Wurzelausscheidungen (mobilisieren Nährstoffe im wurzelnahen Boden) Wurzelwachstumsrate Größe der aufnahmeaktiven Wurzeloberfläche Wurzellänge bzw. Wurzeltiefgang Mykorrhizapilze

47 Pflanzenwurzeln Je größer die Wurzeldichte (Anzahl von Feinwurzeln pro m² Boden) im Boden ist, desto mehr Wasser und Nährstoffe können aus dem Boden aufgenommen werden. gleichmäßige und intensive Durchwurzelung des Bodens

48 Räumliche Nährstoffverfügbarkeit im Boden Quelle: Brady & Weil, 1999

49 Schlussfolgerungen Nährstoffgehalt im Boden wichtiger, aber nicht der einzige ertragsbegrenzende Faktor Ursachen für ein schlechtes Pflanzenwachstum: niedriger mobilisierbarer Nährstoffvorrat und/oder geringe Freisetzungs- und Nachlieferungsrate der Nährstoffe zu den Pflanzenwurzeln Schadstoffe und/oder ungünstige Verhältnisse der einzelnen Nährelemente

50 Schlussfolgerungen geringe Anzahl und/oder Aktivität der Bodenorganismen geringe Durchwurzelung niedrige durchschnittliche Bodentemperatur, häufiger und/oder langandauernder Wasserüberschuss bzw. Wassermangel stark verdichteter Oberboden geringe Bodenmächtigkeit, geringer Feinbodenanteil, geringe Humusmenge

51 Rendzina

52 Pararendzina

53 Ranker

54 Tschernosem

55 Braunerde

56 Kalkbraunlehm

57 Parabraunerde Quelle: Diez/Weigelt, 1987

58 Brauner Auboden Quelle: Diez/Weigelt, 1987

59 Vergleyter Grauer Auboden

60 Pseudogley Quelle: Diez/Weigelt, 1987

61 Typischer Gley

62 Rost- und Reduktionsflecken

63 Niedermoor

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