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K-Fraktionen im Boden

Kategorie: Düngemittel und Nährsstoffdynamik, von WeberV (2006)

Vorkommen
Die Kalium-Gehalte im Boden betragen meist 0,2-3,3%. Umgerechnet befinden sich somit 150.000 bis 300.000 kg K2O je Hektar und einen Meter Tiefe. Die K+-Konzentration in der Bodenlösung liegt im Bereich von 2-20mg/l. Kalium liegt im Boden als K+ und KSO-4 vor. Nichtaustauschbares  K+ liegt in Mineralkalium vor. Z. B. Kalifeldspat (Orthoklas) enthält 14% und ist deshalb ein wichtiger Kalilieferant. Die Glimmer Muskovit (9.8% K+) und Biovit (8.7% K+) sind weitere Kalilieferanten. Demenstsprechend stammt Kalium primär aus dem Mineralbestand des Bodens. Der Grad der Freisetzung ist dabei abhängig von dem Verwitterungsgrad des Bodens.

Sorptionsträger
Die Dreischicht-Tonminerale stellen mit ihrer Zwischenschicht einen Puffer für Kalium dar. Deshalb liegt Kalium zu 98% als nicht austauschbares Kalium vor. Aufgrund der Tendenz zum Gleichgewicht wird jeder Nährstoffentzug aus der Bodenlösung durch Nachlieferung der austauschbaren Kationenfraktion ausgeglichen, was ein Puffersystem erzeugt. Je nach K -Konzentration in der Bodenlösung , z.B. nach K+-Düngung, wandert austauschbares K+ in die den Schichtzwischenraum der aufgeweiteten Dreischichttonminerale solange bis die Fixierungskapazität abgesättigt ist. Kalium kann weiterhin in der Schluff- und Grobtonfraktion von Vermicultiten, Illiten und Smectiten fixiert werden. Der Gehalt von K+/ Fixierungskapazität in Illit und Smectit steigt dabei mit dem Tongehalt. Die Menge an austauschbarem K+ steigt mit der K+-Konzentration der Bodenlösung an . Dies hängt von der Menge der konkurrierenden Kationen (Ca, Mg) und den Sorbenten (Tonminerale) ab. Das austauschbare K+ in der Ackerkrume liegt je nach Boden, Klima und Höhe der K+ -Düngung zwischen 100 und 1000 kg k/ha. Die K-Menge in der mikrobiellen Biomasse beträgt ca. 25-50 kg K/ha bei einer TM von 3t/ha. Die Freisetzung des K in den Zwischenschichten nimmt zu, wenn die K+-Konzentration in der Bodenlösung, z.B. durch Pflanzenentzug, sinkt. Hohe Calciumgehalte können dabei die Aufnahme von K antagonistisch verhindern.

Bedeutung, Verfügbarkeit des nichtaustauschbaren Kaliums für die Pflanze
Für die Pflanzen ist Kalium eine wichtiges Nährelement. Kalium ist ein Makronährstoff (>0,5 mg/g TM):, d. h. die Pflanze benötigt K+ in großen Mengen. Kalium hat in der Zelle eine Funktion als Cofaktor von Enzymen bei der Proteinsynthese. Weiterhin wirkt es als Osmotikum, da es Wasser bindet. Deswegen ist Kalium eine Hauptkomponente bei der Regulierung des Wasserhaushalts. Weiterhin ist Kalium an den Turgorbewegungen beispielsweise der Stomata und Blattgelenken beteiligt.

Ein Kaliummangel zeigt sich durch eine Verbleichung der Blätter (Chlorose). Später sterben die Blätter vom Rand her ab, außerdem zeigt eine Pflanze mit einer Kaliumunterversorgung eine geringe Standfestigkeit. Typisch sind auch Nekrosen, die an den Blatträndern beginnen. Um diesem Problem zu entgehen, muss Kalium zugeführt werden, dies erreicht man durch das Ausbringen von Wirtschaftsdüngern wie Jauche, Gülle und Stallmist.

Die Wurzel erreicht durch direkten Kontakt mit dem Boden (Interception) nur einen geringen Nährstoffanteil (NPK). Bei Lolium multiflorum müssen 95% des gesamt benötigten K+ zur Wurzel transportiert werden. Dabei spielen Massenfluss und Diffusion eine wichtige Rolle. Beim Massenfluss wird der Nährstoff passiv mit dem Wasser zur Wurzel transportiert. Vorangetrieben wird dieser Prozess durch Transpiration und Wasseraufnahme der Pflanze. Diffusion wird durch die Brownsche Bewegung beschrieben: Ein Nährstoff diffundiert von Stellen höherer zu niedrigerer Konzentration. Der Konzentrationsgradient wird von der Pflanze über die Verarmung des Nährstoffes sowie durch Adsorption an Bodenteilchen geschaffen. Verarmung des Nährstoffs in der Rhizosphäre. Dementsprechend erniedrigt die Pflanzenwurzel K+-Konzentration in der Rhizosphäre und baut so einen Konzentrationsgradienten auf mit dessen Hilfe der K+-Fluss aus den nichtaustauschbaren Vorrat im Schichtzwischenraum von Glimmern und Illiten ansteigt. So wird die Konyentration von Kalium in der Bodenlösung erhöht. K+ diffundiert in die Bodenlösung, weshalb der Abstand der Tonminerale zunimmt. Dementsprichend wird der Verwitterungsprozell durch die K -Aufnahme der Pflanze und durch niedrigen pH-Wert beeinflusst. Der Verlust an austauschbarem Kalium wird durch Nachlieferung von nicht austauschbarem Kalium aus Zwischenschichträumen ausgeglichen. Cs hemmt die K+-Freisetzung vollständig wohingegen ein sinkender pH-Wert und steigende Temperatur Freisetzungsförderer von Kalium sind.

Bestimmung der K+-Versorgung von Böden im Wasserextrakt
5g Boden wird mit 100ml vollentsalztes Wasser 1 Stunde geschüttelt. In Sand koennen dabei 106,05 mg K/kg, in Löß: 155,05 mg K/kg und in Marsch: 42,63 mg K/kg nachgewiesen werden.
Somit ist die Kaliumverfügbarkeit abhängig vom Bodentyp. Sandboden hat einen geringen Tonanteil, d. h. es liegt viel Kalium in der Bodenlösung vor und steht der Pflanze direkt zur Verfügung. Jedoch ist hier das Auswaschungsrisiko sehr groß. Die Verfügbarkeit von Kalium schwankt deshalb stark. Lössböden hingegen weisen einen hohen Gehalt an illitischen Tonen auf, die  K+ binden. Lössböden haben deshalb eine niedrigere K+-Konzentration in der Bodenlösung

Bestimmung der CAL (Ca Acetat- Ca Lactat-Essigsäure) extrahierbaren K+ , pH 3,7-41
CAL ist eine organische Säure zur Extraktion von Nährstoffen. Mit der CAL-Methode bestimmt man die austauschbaren K- und P-Mengen aus Sorptionsträgern, durch Nachahmung der Phosphor- und Kaliumaufnahme von Wurzeln. Zur Bestimmung des extrahierbaren Kaliums werden 5g Boden mit 100ml Extraktionslösung vermischt und 2 Std. geschüttelt. Mit Hilfe einer mit Essigsäure angesäuerten Lactat-Acetat-Lösung (pH 3,5) werden Kalium- und Phosphationen aus den Austauschern freigesetzt.Das geschieht bei Kalium durch Austausch mit H+ oder Ca2+-Ionen. Durch die Desorption von Ca-Ionen wird austauschbares Kalium erfasst. Phosphor wird durch den Austausch mit Lactationen oder H+ erfasst. Somit werden das adsorbierte Phosphat, sowie lösliche Ca-Phosphate mit dem organischen Acetat und Lactat gelöst. Durch die CAL Methode koennen bei Sand 2,2511 mg K/kg, bei Löß 3,3064 mg K/kg und bei Marsch: 1,2997 mg K/kg gemessen werden. Diese Werte liegen unter den mit NH4-Acetat extrahierten austauschbaren K-Mengen, da das CAL-Verfahren nur die gelösten K-Ionen und die austauschbaren K-Ionen berücksichtigt. Der gemäßigt saure pH-Bereich garantiert eine realistische Ionenfreisetzung, da bei niedrigerem pH-Wert auch nicht planzenverfügbare Ionen in Lösung gehen. Die VDLUFA gibt für die Versorgungsstufe „B“ Werte von 7 bis 12 mg K2O •100g-1 Boden für mittlere Böden und 12 bis 18 mg K2O •100g-1 Boden für schwere Böden an.

Fammenphotometrische Messung des Kaliumgehaltes
Unter zu Hilfenahme einer Eichreihe wird der Phosphorgehalt mit einem Fotometer bestimmt. Die Kaliumkonzentration wird flammenphotometrisch am AAS gemessen. In gleicher weise werden die Standarteichlösungen gemessen. Der Messwert entspricht dem K-Gehalt in mg K2O/100g Boden. Nach VDLUFA erfolgt die Angabe von Nährstoffen im Boden in mg K/100g Boden.

Bestimmung des austauschbaren K mittels Ammoniumacetat
Ammoniumacetat ist eine Austauscherlösung. Es werden 5g Boden mit 50ml 1M NH4CH3COO vermischt und eine Stunde geschüttelt. Dadurch werden pflanzenverfügbare Nährstofffe bestimmt. Bei dieser Methode wird nur eine geringe Menge an Zwischenschicht K-Ionen bzw. nicht austauschbares K aud den Tonmineralen herausgelöst. Das Zwischenschicht K, welches nicht gelöst werden kann wird durch Coloumbsche Kräfte festgelegt und liegt in dehydratisierter Form vor. Das Verfahren liefert im Vergleich zum CAL-Verfahren deutlich höhere Werte, da aufgrund der gleichen Molekülgröße von Ammonium zunehmend K durch Ammonium ausgetauscht werden kann.

Bestimmung des nachlieferbaren K mittels HCl
HCl ist eine anorganische Säure zur extraktion von Nährstoffen. Es werden 5g Boden mit 100ml 1M HCl, 1 Std. geschüttelt. Durch diese Methode wird leicht verfügbares nicht austauschbares K bestimmt. Das Ergebnis der Extraktion mit HCl kann bei Sand bei 394,929 mg K/kg, bei Löß: 612,202 mg K/kg und bei Marsch 304,227 mg K/kg betragen. Diese Methode ist nicht selektiv da in der organischen Substanz eingeschlossene Mengen mit erfasst werden. Die Werte sind sehr hoch, da Salzsäure auch das nichtaustauschbare k aus den Zwischenschichten herauslöst. Dementsprechend sind bei diesem Messverfahren die Werte am höchsten, da auch nichtaustauschbare K durch die hohe Acidität der Salzsäure aus den Tonmineralen herausgelöst wird.

Unterschiede zwischen Ton-, Sand- und Marschböden in der Kaliumversorgung<

Parabraunerde aus Löss ist entstanden durch Entkalkung, Verwitterung und Tonverlagerung aus den oberen in die unteren Horizonte. Sie ist nährstoffreich mit hohem Transformationsvermögen. Parabraunerde ist Kaliumreich, da sie eine hohe Anzahl an Feldspaten, Glimmer oder Tonmineralen enthalten kann. Die K-Auswaschung ist in tonhaltigen Böden (10% Ton) mit Dreischichttonmineralen zu vernachlässigen.

Sandboden weist eine geringe Austauschkapazität auf. Dementsprechend gering ist die Nährstoffversorgung. Weiterhin ist Sandboden gut erwärmbar und es besteht eine starke Auswaschungsgefahrvon Nährstoffen, da Sandboden ein geringes Pufferungsvermögen aufweist. Sandboden enthält bis zu 150kg Kalium. Die K-Konz ist gleich der K-Aktivität, da Sandboden aufgrund einer geringen Anzahl an Feldspaten, Glimmer oder Tonmineralen Kaliumarm ist. In Sandböden kann je nach Sickerwassermenge die K-Auswaschung auf jährlich 20-50kg K/ha ansteigen. Die K+-Konzentration fällt schneller ab und ist leichter aufzufüllen. Deshalb steigt bei Zugabe von Kalium der Kaliumgehalt in der Bodenlösung fast linear zur zugeführten Kaliummenge an. Denn der Sandboden hat kaum Bindungsstellen für das Kalium. Er besitzt also ein geringes Pufferungsvermögen.

Marsch hat eine natürliche und gute Nährstoffversorgung. Kalk kommt bis in die Krume vor. Marsch ist ein aus Sand und Schlick bestehende Anschwemmung an Flachküsten und Flussmündungen, die von starken Gezeiten geprägt werden. Aufgrund seines hohen Kalkanteils ist der Marschboden sehr fruchtbar. Der Entzug und die Zugabe eines Nährstoffs ändert nicht die Konzentration in der Bodenlösung. D. h. der Kaliumgehalt in der Bodenlösung eines Tonbodens bleibt lange annähernd konstant (bei kaliumfixierenden Böden bis zu 10.000 kg Kaliumzufuhr/ ha), da K+-Ionen in die Zwischenschichten der reichlich vorhandenen Tonminerale eingelagert werden.

Quellen:

  • Scheffer, Schachtschabel, Lehrbuch der Bodenkunde, Verlag Enke, 14. Aufl, S. 256ff.
  • Diez, Weigelt, Böden unter landwirtschaftlicher Nutzung, Verlagsunion Agrar, 2. Aufl., S.20f., 48ff., 106ff.
  • Steffens, Agrikulturchemisches Praktikum, Verlag Grauer, S.123ff.
  • Wegener, Bodenkundliche Laborübungen, S.135f.
  • Schlichting, Bodenkundliches Praktikum, Verlag Blackwell Wissenschaft, 2. Aufl., S.124, S.138f., S.254
  • Bayrische Landesanstalt für Landwirtschaft: „Verbindliche Hinweise zur Bodenuntersuchung in Bayern“
  • Entrup, Oehmichen, Lehrbuch des Pflanzenbaus, Band 1: Grundlagen, Verlag TH Mann, S. 60f
  • Campell, Reece, Biologie, Spektrum Verlag, 6. Auflage, S.95ff.
  • Reeb D. 2004: „Analyse des Humus- und Nährstoffhaushaltes ackerbaulich genutzter Böden des Lehr- und Versuchsbetriebes Gladbacherhof“, Bachelorarbeit verfasst im Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung II der Universität Giessen.
May 28th, 2006
Topic: Crop Science, Plant nutrition Tags: None

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