Elemente und Moleküle, Schulbuch

92 5 GRoSSteCHNISCHe CHeMIe 5.3 DÜNGEMIttEL Gesetz vom Wachstumsminimum • Nährstoffe • Volldünger • Phosphate • Eutrophierung • Energieaufwand Pflanzen benötigen für ihr Wachstum vor allem Wasser, Kohlenstoffdioxid aus der Luft und Licht. Aus Wasser und Kohlenstoffdioxid bauen sie in einer endothermen Gesamtreaktion, der Fotosynthese, den Großteil ihrer körpereigenen Substanzen auf. Die Energie für die Reaktion liefert das Licht. Dabei wird Sauerstoff freigesetzt. Auf diese Weise kann die Pflanze nur Verbindungen erzeugen, die aus den Elemen- ten Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen. Wichtige körpereigene Sub- stanzen der Pflanze – zB die Eiweißstoffe und das Chlorophyll – enthalten aber noch andere Elemente. Die wichtigsten davon sind Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magne- sium und Calcium. Daneben werden noch eine Reihe weiterer Elemente in geringe - ren Mengen benötigt. Man nennt sie daher Spurenelemente (Abb. 92.1). Da Elementumwandlungen nicht möglich sind, müssen alle für das Pflanzenwachs- tum benötigten Elemente in Form von Verbindungen der Pflanze zur Verfügung stehen. Sie werden hauptsächlich über die Wurzeln aus dem Boden aufgenommen. Justus von Liebig (1803–1873) hat dies schon 1840 erkannt und im Gesetz vom Wachstumsminimum formuliert. Demnach wird das Pflanzenwachstum durch den Nährstoff begrenzt, von dem im Verhältnis zum Bedarf am wenigsten zur Verfügung steht. Eine verstärkte Gabe anderer Nährstoffe kann den Mangel nicht ausgleichen (Abb. 92.2). In nicht landwirtschaftlich genutzten Böden regulieren sich Nährstoffangebot und Pflanzenwachstum von selbst. Durch das Absterben und Verrotten von Pflanzen kommen die Nährstoffe wieder in den Boden zurück und stehen neuen Pflanzen zur Verfügung. Bei landwirtschaftlicher Nutzung wird mit der Ernte Nährstoff entzogen. Dieser muss durch Düngen dem Boden wieder zugeführt werden, wenn die Frucht- barkeit erhalten werden soll (Abb. 92.3). Im „biologischen Ackerbau“ wird dies vor allem mit Gründüngung erreicht. Dabei werden Pflanzen angebaut, die nicht zur Ernte bestimmt sind, sondern auf dem Feld verrotten und so die Bodenfruchtbarkeit verbessern. Auch das Düngen mit Stallmist und Kompost verfolgt denselben Zweck. Diese arbeitsintensiven Methoden, die auch den Ertrag verringern – wo Gründüngerpflanzen wachsen, kann nicht zugleich ge- erntet werden – , werden in der traditionellen Landwirtschaft nur mehr in geringem Maße angewandt. Spezialisierung auf reinen Ackerbau oder reine Viehzucht, der Trend zu immer größeren Betrieben und der Wunsch nach hohen Erträgen hat zum verstärkten Einsatz von Mineraldüngern geführt. Mineraldünger sind industriell hergestellte Nährsalze. Sie enthalten meist die drei wichtigsten Elemente Stickstoff, Phosphor und Kalium. Diese Elemente werden von den Pflanzen am meisten benötigt. Düngemittel, die diese drei Elemente enthalten, bezeichnet man auch als NPK-Dünger. Stickstoff Stickstoff wird von der Pflanze in Form von Nitrat-Ionen aufgenommen. Ammonium- Ionen werden im Boden durch den Luftsauerstoff zu Nitrat oxidiert, auch Harnstoff und Eiweißstoffe (Gründüngung) wandeln sich im Boden über Ammonium-Ionen in Nitrat um (Abb. 92.4). Als Düngesalze – heute von der Industrie als Pflanzennähr- stoffe bezeichnet – werden vor allem Ammoniumnitrat und Ammoniumsulfat ein- gesetzt. Sie werden meist durch direkte Reaktion zwischen Ammoniak und Salpe - tersäure bzw. Schwefelsäure gewonnen. Daneben findet Harnstoff Verwendung (in Europa in geringerem Umfang). (Siehe Seite 83) Phosphor Phosphor nimmt die Pflanze als Phosphat auf. Als Rohstofflieferant dienen die Phos - phatlagerstätten in Nordafrika und Florida. Sie enthalten Calciumphosphat Ca 3 (PO 4 ) 2 (Phosphorit) bzw. Apatit [Ca 5 F(PO 4 ) 3 und Ca 5 OH(PO 4 ) 3 ]. Auch die Schlacke von be- stimmten Stahlherstellungsverfahren enthält so viel Calciumphosphat, dass sie für die Düngemittelherstellung brauchbar ist. Die wasserunlöslichen Phosphate müssen mit Salpetersäure oder Schwefelsäure aufgeschlossen werden. N P K P K N idealer Bedarf zu wenig Stickstoff Nähr- stoffe Nähr- stoffe ERNTE DÜNGUNG B o d e n NO 3 – NH 4 + Boden- bakterien Stickstoffdünger Abb. 92.4: Stickstoffdüngerwirkung Abb. 92.3: Nährstoffaustausch Abb. 92.2: Liebig´sches Minimum-Gesetz Abb. 92.1: Pflanzennährstoffe H O C N P K Mg Ca Cellulose, Stärke Proteine, Fette Chlorophyll Elektrolyt, Enzyme RNA, DNA, ATP Proteine etc. Cellulose, Stärke Proteine, Fette Cellulose, Stärke Proteine, Fette Elektrolyt Wasser Wasser Luft (CO 2 ) Boden Mineraldünger Luft (CO 2 ) Boden Mineraldünger Mineraldünger Element Notwendig für Synthese von: Nimmt Pflanze auf aus: Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv