Nährstoffaufnahme

Aus Hortipendium
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Die Pflanzen können die Nährstoffe sowohl über die Wurzel (Bodendüngung), als auch über die Blätter (Blattdüngung) aufnehmen.

Nährstoffaufnahme durch die Wurzel

Die Wurzel kann Nährsalze nur als im Wasser gelöste Ionen aufnehmen. Aus diesem Grund sollte der Boden ausreichend feucht sein, um die Aufnahme von Mineraldüngern und von Bodelebewesen mineralisierten Verbindungen zu ermöglichen. Das Wasser im Boden spaltet die Düngersalze in Ionen. So zerfällt Kalksalpeter (Ca(NO3)2) beispielsweise in das positiv geladene Calcium-Ion (Ca2+) und in zwei negativ geladene Nitrat-Ionen (NO3-).
Die Nährsalz-Ionen sind im Boden in drei Formen zu finden:

  • als frei bewegliche, im Wasser gelöste Ionen (sehr leicht aufnehmbar)
  • austauschbar an negativ geladene Ton- und Humusteilchen gebunden (relativ leicht aufnehmbar)
  • als Reserve-Nährstoffe im Kristallgitter von Mineralen oder in schwer zersetzbarer organischer Substanz (schwer verfügbar)

Die Aufnahme der Nährstoffe kann auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Eine Aufnahmemöglichkeit ist der Wurzelsog. Der Unterdruck im Wurzelbereich, der aus der Wasserverdunstung der Blätter resultiert, führt dazu, dass die Pflanze das Bodenwasser zu den Wurzelhaaren saugt. Die im Wasser gelösten Ionen werden hierbei mit angesogen. Der Wurzelsog reicht wenige Zentimeter weit und erfasst nur frei bewegliche Ionen. Die Aufnahmemenge hängt von der Konzentration der Ionen im Bodenwasser und vom Wasserverbrauch der Pflanze ab. Die Bodenlösung im unmittelbaren Wurzelbereich verarmt durch die Ionenaufnahme der Pflanze.
Daraus resultiert die sogenannte Diffusion. Da die Ionenkonzentration in weiterer Entfernung zum Wurzelbereich um einiges höher ist, wird die Ionenverteilung ausgeglichen, indem die Ionen oder Moleküle in Richtung Wurzel nachwandern. So kommt es zu einem Ausgleich der Konzentrationen. Als Transport- und Lösungsmittel dient Wasser. Aus diesem Grund treten bei Trockenheit häufig Nährstoffmangelsymptome auf.
Auch das Wurzelwachstum kann die Nährstoffaufnahme begünstigen. So können Wurzelspitzen, die in direkten Kontakt mit Austauschern kommen, diese regelrecht "abweiden". Die Wurzel wächst gezielt zu den Austauschern hin. Der Wachstumsrhytmus, der bei jeder Pflanzenart verschieden ist, hat zur Folge, dass die Wurzeln nicht immer gleich aktiv sind. Weiß man über die Wurzelaktivität einer Pflanze bescheid, kann dieses Wissen für die optimale Terminwahl der Düngung genutzt werden. In Zeiten hoher Wurzelaktivität ist die Nährsalzaufnahme besonders gut. Dadurch lassen sich Düngungskosten einsparen und die Auswaschungsgefahr mindern.

Vorgänge in der Wurzel

Voraussetzung für die Wasseraufnahme der Wurzel ist, dass die Salzkonzentration in den Wurzelzellen höher ist als im Bodenwasser. Die Nährsalze müssen bei der Aufnahme somit in einen Bereich hoher Salzkonzentration wandern. Da dies nicht möglich ist, müssen die Ionen unter Energieverbrauch gegen ein Konzentrationsgefälle in die Wurzelhaarzellen geholt werden. Da die Zellmembran für die Ionen undurchdringlich ist, werden sie von speziellen Trägern (Carrier) hindurch transportiert und gelangen so ins Zellinnere. Die Energie für diese Vorgänge wird durch die Wurzelatmung erzeugt. Dies ist auch der Grund, weshalb die Pflanzen bei Staunässe oftmals Nährstoffmangelsymptome zeigen. Hiergegen hilft eine Bodenlockerung, da diese den Gasaustausch fördert und somit zu einer vermehrten Wurzelatmung und zu einer erhöhten Nährsalzaufnahme führt. Die Wurzel sollte außerdem ausreichend mit Reservestoffen versorgt werden.
In begrenztem Umfang kann die Pflanze Nährsalz-Ionen von der Aufnahme ausschließen. Das liegt daran, dass für bestimmte Ionen bestimmte Träger vorhanden sind, die sich an der elektrischen Ladung und dem Ionendurchmesser orientieren. Das Kalium- und das Ammonium-Ion besitzen die gleiche Ladung und ungefähr den gleichen Durchmesser. Aus diesem Grund konkurrieren sie um den gleichen Träger. Herrscht ein Überangebot an einem der beiden Ionen, wird das anderem in geringerer Menge aufgenommen. Dieses Phänomen kann zu einem Nährstoffmangel führen und nennt sich Antagonismus. Diese Erscheinung tritt beispielsweise auch in gut mit Kalk versorgten Böden oder Substraten auf. Dort sammeln sich die Calcium-Ionen aufgrund ihrer großen Konzentration in der Bodenlösung an der Wurzel an und hemmen die Aufnahme anderer Ionen, wie zum Beispiel Magnesium- und Kalium-Ionen.

Austauschvorgänge

Anionen, wie zum Beispiel SO42- und NO3-, sind meist frei in der Bodenlösung zu finden. Kationen hingegen sind an Ton- und Humusteilchen gebunden. Sie können nur von der Pflanze aufgenommen werden, wenn diese sie durch Abgabe von H+-Ionen von den Austauschern verdrängt. Die H+-Ionen sind ein Abfallprodukt der Wurzelatmung. Mithilfe der H+-Ionen kann die Pflanze an Austauscher gebundene Nährstoffe und in begrenztem Umfang Reserve-Nährstoffe freisetzen.
Auch die Abgabe der HCO3--Ionen hat einen Grund. Um die vorherrschende elektrische Ladung in den Pflanzenzellen auch bei Ionenaufnahme zu erhalten, muss für jedes Anion ein HCO3--Ion und für jedes Kation ein H+-Ion abgegeben werden.
Pflanzen sondern außerdem weitere Verbindungen ab, mit denen Nährsalze verfügbar gemacht werden können. Hierzu gehören beispielsweise die sogenannten Chelate, die festgelegte Ionen befreien und an die Pflanzenwurzel abgeben.

Veränderungen der Bodenreaktion durch die Nährsalzaufnahme

Wenn das Kation eines Mineraldüngersalzes schneller von der Pflanze aufgenommen wird, als das Anion, gibt sie zum Ausgleich der Ladung verstärkt H+-Ionen ab. Dadurch sinkt der pH-Wert der Bodenlösung. In diesem Fall handelt es sich um ein physiologisch saures Düngemittel. Diese Reaktion findet meist dann statt, wenn das Kation einwertig und das begleitende Anion zweiwertig ist. Typische Beispiele hierfür sind Kaliumsulfat (K2SO4) und Schwefelsaures Ammoniak ((NH4)2SO4). Bei Schwefelsaurem Ammoniak kommt noch hinzu, dass die nicht direkt von der Pflanze aufgenommenen Ammonium-Ionen (NH4+) im Boden zu Nitrat (NO3-) umgewandelt werden. Hierbei werden nochmals H+-Ionen freigesetzt.
Eine bevorzugt Anionen-Aufnahme hingegen führt zu einer verstärkten Abgabe von HCO3--Ionen. Dadurch hebt sich der pH-Wert. In diesem Fall spricht man deshalb von physiologisch alkalischen Düngemitteln. Beispielhaft dafür sind Natriumnitrat (NaNO3) und Kalksalpeter (Ca(NO3)2).
Jeder Mineraldünger hat einen bestimmten Einfluss auf die Bodenreaktion, Bei der Düngung mit Schwefelsaurem Ammoniak bewirken die freigesetzen H+-Ionen einen Kalkverlust. Diese Nebenwirkung ist unerwünscht und muss später durch eine entsprechende Kalkung ausgeglichen werden. Nichtsdestotrotz hat dieser Säurestoß auch den Vorteil, dass Spurennährelemente besser verfügbar werden.

Nährstoffaufnahme über das Blatt

Die Blätter der Pflanzen können Nährstoffe in wässriger Lösung direkt aufnehmen. Generell wäre sogar die ausschließliche Ernährung über die Blätter möglich. Über den Regen erhalten Pflanzen eine gewisse Düngung, die jedoch nur gering ist. Eine ausschließliche Pflanzenernährung über das Blatt ist in der Regel zu aufwendig. Dennoch spielt die Blattdüngung in einigen Sparten eine wichtige Rolle.
Überraschend ist, dass die Spaltöffnungen der Blätter bei der Nährstoffaufnahme keine Rolle spielen. Sieht man sich den Aufbau der Wachsschicht genauer an, findet man Wachsplättchen, die in ein Grundgewebe eingelagert sind. Normalerweise liegen sie schuppenartig lückenlos beieinander und behindern so den Wasserdurchgang, bzw. die Verdunstung. Bei hoher Luftfeuchtigkeit quillt das Grundgewebe auf, wodurch zwischen den Wachsplättchen feinste Poren entstehen. Durch diese kann die Nährlösung in das Blatt eindringen und erreicht schließlich die Zellmembranen der obersten Zellschicht. Ab hier verläuft die Nährstoffaufnahme genau wie bei der durch die Wurzel. Auch die anderen oberirdischen Organe, wie Stängel oder Früchte, sind in der Lage, Nährstoffe aufzunehmen. Da die Blätter jedoch die größte Oberfläche und einen regen Stoffwechsel haben, nehmen sie die wichtigste Rolle ein.

Quellen

Martin Degen, Karl Schrader (2002): Grundwissen für Gärtner. Ulmer Verlag. Stuttgart. ISBN 3800111888