Kalk

Die handelsübliche Bezeichnung für Calciumcarbonat ist kohlensaurer Kalk (CaCO3). (Mit der chemischen Formel für Calciumcarbonat, CaCO3, werden außerdem die handelsüblichen technischen Produkte Kalkspat, Kalkstein, Kreide, Marmor und Kalkmergel definiert.)
Ein Kultursubstrat auf der Basis von Torf ist eine Mischung aus Säure (Torf), Base (Kalk) und Salz (Dünger). Bei der Kalkzugabe wirkt die Base Kalk neutralisierend auf die Huminstoffe des Torfes nach folgender Gleichung:
2H⁺ + CaCO3 -> Ca(HCO3)2 + Ca⁺⁺; Ca(HCO3)2 -> H2O + CO2 + Ca⁺⁺

Der Markt bietet eine Vielzahl kohlensaurer Kalke an, die in Abhängigkeit von ihrer geologischen Formation und ihrem Vermahlungsgrad deutliche Unterschiede in ihren chemischen und physikalischen Eigenschaften zeigen. Neben den Eigenschaften des eingesetzten Kalks können auch die Eigenschaften der zu kalkenden Substratausgangsstoffe, Substratzusätze und des zugesetzten Düngers erheblichen Einfluss auf die pH-Wert-Einstellung haben.
Folgende die Kalkaufwandmenge bestimmende Faktoren sind bei der Kalkzugabe zu berücksichtigen(1) :

• geologische Formation und Herkunft des Kalks
• Gehalt an basisch wirksamen Bestandteilen
• Härte des Kalks
• Mahlfeinheit (Korngröße) des Kalks
• Art, Zersetzungsgrad und Volumengewicht des Torfes
• entsprechende Eigenschaften anderer Substratausgangsstoffe
• Typ, Zusammensetzung und Menge des zugegebenen mineralischen (oder organischen) Düngers

Obwohl bestimmte Faktoren, wie die Gießwasserbeschaffenheit, die Zusammensetzung und Konzentration der Flüssigdünger, das Bewässerungsverfahren, die Temperaturführung und andere Faktoren, Einfluss auf pH-Änderungen des Substrats während der Kultur haben können, wird hier nicht weiter darauf eingegangen.

Die geologische Formation und Herkunft bestimmen die chemische Zusammensetzung und Härte des Kalks. An der chemischen Zusammensetzung der natürlich vorkommenden Kalke sind insbesondere die Carbonate, vor allem des Calciums und weniger des Magnesiums, sowie wechselnde Mengen anderer Bestandteile, wie Ton, Quarz und Verbindungen von Eisen, Mangan, Zink, Kupfer und Bor, beteiligt(2) .
In den Güte- und Prüfbestimmungen für Düngekalk nach RAL-GZ 545(3) sind Qualitätskriterien für kohlensauren Kalk festgelegt. Danach liegt der Mindestgehalt gütegesicherter Sorten bei mindestens 80 % CaCO3 + MgCO3. Höhere Gehaltsstufen sind in 5%-Stufen gestaffelt. Je nach Herkunft können Hochmoortorfe Magnesiumgehalte von nur 20 oder bis zu 190 mg/l (CaCl2) haben. Bei Verwendung von Hochmoortorf mit niedrigen Magnesiumgehalten sollte daher geprüft werden, ob kohlensaure Kalke mit höheren Magnesiumgehalten eingesetzt werden sollten.

Der Gesamtgehalt an basisch wirksamen Bestandteilen des Kalks ist mit ausschlaggebend für die Kalkwirkung im Substrat. Die Wirkung wird bedingt durch den Gesamtgehalt an CaCO3 und MgCO3 und nimmt mit steigendem Anteil nichtcarbonatischer Bestandteile ab. Somit ist bei kohlensauren Kalken der Gesamtgehalt an Calcium- und Magnesiumcarbonaten wertbestimmend.

HENZE(4) stellt fest, dass die Reaktivität ein konventioneller Maßstab für die Bewertung der Lösungsgeschwindigkeit von Kalken unter streng definierten Bedingungen und nicht etwa ein Maß für die Wirksamkeit des Kalks ist. Die Reaktivitätsbestimmung dient dazu, Kalke zu identifizieren, die trotz erfüllter Mindestmahlfeinheit sehr reaktionsträge oder sehr leicht umsetzbar sind. Wertbestimmend bleibt der tatsächliche Gehalt an wirksamem CaCO3 und MgCO3, d. h. der Gehalt an basisch wirksamen Bestandteilen, der mit dem sogenannten Neutralisationswert korrespondiert. Der Gehalt an basisch wirksamen Bestandteilen wird in der Deklaration des Kalks mit aufgeführt.

Vergrößerte Darstellung von: Tabelle 56: Reaktivität von kohlensaurem Kalk und kohlensaurem Magnesiumkalk, bewertet nach Umset-zung in verdünnter Salzsäure gemäß RAL-GZ 545

Tabelle 56: Reaktivität von kohlensaurem Kalk und kohlensaurem Magnesiumkalk, bewertet nach Umset-zung in verdünnter Salzsäure gemäß RAL-GZ 545

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Die Reaktivität erlaubt also eine grundsätzliche Aussage darüber, ob ein kohlensaurer Kalk schneller wirkt als der andere.

Die physikalische und chemische Beständigkeit und damit die Wirkung des kohlensauren Kalks werden im Wesentlichen geprägt von den beiden gesteinsbildenden Mineralien Kalkspat und Dolomit. Dolomit hat eine größere Härte und ist gegen chemische und physikalische Zersetzung beständiger. Auch besteht eine Beziehung zwischen dem erdgeschichtlichen Alter eines Kalkgesteins und seiner Festigkeit und somit seiner Wirkung. Kreide ist erdgeschichtlich wesentlich jünger und damit weicher als Kalkstein oder Dolomit. Mit zunehmender Härte des Kalksteins bei gleicher Mahlfeinheit wird die Kalkwirkung verzögert. Es hat sich gezeigt, dass jedoch die Mahlfeinheit des kohlensauren Kalks den bedeutendsten Einfluss auf seine pH-steigernde Wirkung hat(1) .

Die Geschwindigkeit der physikalischen Auflösung des Kalksteins ist stark von der Mahlfeinheit (Körnung) des Kalks abhängig. Aufschlussreiche Ergebnisse hierzu ergaben bereits in den 1970er Jahren durchgeführte Kalksteigerungsversuche(2) (GÜNTHER et al. 1979). Diese belegten, dass die Mahlfeinheit beziehungsweise die Korngrößenverteilung und die damit einhergehende spezifische Oberfläche des Kalks die Hauptwirkung auf die Neutralisationsgeschwindigkeit und somit auf die pH-Anhebung haben. Da die Feinvermahlung hohe Kosten verursacht, kommt der Einstufung von Kalken in die jeweiligen Gesteinsarten große praktische Bedeutung zu(5) .

Vergrößerte Darstellung von: Abbildung 28: Einfluss der Mahlfeinheit (mm) eines kohlensauren Kalks auf die pH-Anhebung eines schwach zersetzten Hochmoortorfes (H1-H2) mit einem Vol.-Gew. von 44 g/l und einem Feuchtigkeitsge-halt von 65 % (m/m) in Abhängigkeit der Lagerungsdauer (d) bei einer Kalkaufwandmenge von 3,0 kg/m³ ohne Düngerzusatz; Lagerungstemperatur ca. 20 °C

Abbildung 28: Einfluss der Mahlfeinheit (mm) eines kohlensauren Kalks auf die pH-Anhebung eines schwach zersetzten Hochmoortorfes (H1-H2) mit einem Vol.-Gew. von 44 g/l und einem Feuchtigkeitsge-halt von 65 % (m/m) in Abhängigkeit der Lagerungsdauer (d) bei einer Kalkaufwandmenge von 3,0 kg/m³ ohne Düngerzusatz; Lagerungstemperatur ca. 20 °C

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Für die Beurteilung von Kalk zur pH-Anhebung gilt:

• Je höher der Magnesiumgehalt, desto geringer die Reaktivität.
• Die Mahlfeinheit und die herkunftscharakteristische innere Oberfläche bestimmen die Größe der spezifischen, reaktionsfähigen Oberfläche.
• Je größer die Oberfläche des Kalks, desto höher die Reaktivität.

Ein Kalk neutralisiert demnach die Säuren eines Ausgangsstoffes umso schneller, je feiner er vermahlen ist. Somit haben fein gemahlene Kalke Vorteile gegenüber grobkörnigen Kalken, da sich der gewünschte pH-Wert schneller einstellen lässt. Kalke mit grober Körnung sind reaktionsträge. Ihre Initialwirkung ist gering und ihre Langzeitwirkung schlecht voraussagbar. In gelagerten Substraten, die grobkörnigen Kalk enthalten, kann der pH-Wert auch noch nach Jahren ansteigen. Bei der Verwendung von sehr weichem Gießwasser (z. B. Regenwasser) sind Kalke mit einem Anteil grober Körnung aufgrund ihrer Langzeitwirkung manchmal erwünscht. Mittelfeine Kalke oder gemischte Körnungen aus feinem und gröberem Kalk haben eine relativ gute Initialwirkung und eine gewisse Langzeitwirkung. Mehlfein vermahlene Kalke zeigen eine rasche Initialwirkung. Grundsätzlich sollten Probemischungen mit unterschiedlichen Kalkmengen und pH-Messungen gemacht werden, bevor man sich für den einen oder anderen Kalk und eine bestimmte Aufwandmenge entscheidet. Aus den Probemischungen können sogenannte pH-Pufferkurven erstellt werden, die substratspezifisch den pH-Wert in Abhängigkeit von der zugesetzten Kalkmenge wiedergeben. Um einen bestimmten pH-Wert zuverlässig einstellen zu können, werden in der Regel Kalke eingesetzt, deren Anteil an Korngrößen < 0,063 mm über 50 % liegt.

Für die Herstellung eines Torfkultursubstrats sind nicht nur die bereits genannten Eigenschaften wichtig, sondern auch der Zersetzungsgrad des Torfes und sein damit einhergehendes Volumengewicht. Ferner bestimmt der angestrebte pH-Wert die benötigte Kalkmenge mit.
Eine Möglichkeit, den Kalkbedarf von Torfkultursubstraten näherungsweise rechnerisch zu ermitteln, besteht über die Rohdichtetrocken und die Trockensubstanz des Torfes. Je stärker zersetzt ein Torf ist, desto schwerer ist er und umso höher ist der Anteil an Huminsäuren, die neutralisiert werden müssen, um den gewünschten pH-Wert einzustellen. Hierbei wird die Rohdichtetrocken des Torfes in g/l herangezogen. Bei einer beispielsweise gegebenen Rohdichtetrocken von 110 g/l und einer gewünschten Kalkaufwandmenge (bezogen auf die Torftrockensubstanz) von 5 % ergibt sich rechnerisch ein Kalkbedarf von (110 g/l x 5) : 100 = 5,5 g Kalk/l Torf.

Bei der industriellen Substratherstellung wird nach bestimmten Aufkalkungsmodulen oder nach langjährigen Erfahrungswerten aufgekalkt. Der pH-Ausgangswert der Substratausgangsstoffe und der Ausgangsmischung muss bekannt sein. Zu beachten ist, dass insbesondere die organischen Substratausgangsstoffe, aber auch der Kalk aufgrund ihres natürlichen Charakters in ihren kalkbedarfsbestimmenden Eigenschaften mehr oder weniger stark schwanken können. Kontrollmessungen des pH-Wertes der fertigen Mischung während der Produktion sind daher unabdingbar und werden nach Herstellung jeder Charge durchgeführt und nach Sollwerten für jede Mischung beurteilt.
Substratausgangsstoffe, Substratzusätze und Kalk werden überwiegend als feste Substanzen gemischt. Die Ausgangsstoffe haben einen nicht immer gleichen Feuchtigkeitsgehalt. Der Neutralisationsvorgang erfolgt als Ionenreaktion in der wässrigen Lösung der Ausgangsstoffe, und das umso langsamer, je niedriger der Feuchtigkeitsgehalt der Ausgangsstoffe ist. Beispielsweise steigt bei verhältnismäßig trockenen Torfen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 50 % (m/m) der pH-Wert langsamer an als bei Torfen mit einem recht hohen Feuchtigkeitsgehalt von 70 % (m/m) bei sonst gleichen Ausgangsverhältnissen. Auch bei anderen Substratausgangsstoffen ist der Feuchtigkeitsgehalt bei der Einstellung des pH-Wertes wichtig.

Steigende Kalkmengen im Substrat führen nicht zu einem linearen Anstieg des pH-Wertes, was auf die puffernde Wirkung der Substratausgangsstoffe und -zusätze zurückzuführen ist. Des Weiteren wird die angestrebte pH-Anhebung eines Substrats nicht unwesentlich durch zugegebene Dünger beeinflusst. Die bei der pH-Anhebung bremsende Wirkung eines Düngers hängt von der zugegebenen Menge und der Art des Düngemittels ab. Physiologisch sauer wirkende Stickstoffdüngemittel, wie Harnstoff oder Ammoniumsulfat, benötigen selbst Neutralisationskapazität. Kalidünger wirken pH-neutral. Das Phosphatanion PO4^3- wirkt puffernd. Änderungen des pH-Wertes im Kulturverlauf müssen demnach ständig beobachtet werden. Neben den verwendeten Düngemitteln zur Flüssigdüngung hat auch die Carbonathärte des Gießwassers einen großen Einfluss auf den pH-Verlauf während der Kultur.
Bei der industriellen Substratherstellung werden sehr oft fein vermahlene, vollwasserlösliche Mehrnährstoffdünger mit Spurenelementen verwendet. Ein solcher praxisüblicher NPK-Dünger wurde in einem Aufkalkungs- und -düngungsversuch als Zusatz zu stark zersetztem Hochmoortorf (Schwarztorf) verwendet. Der Torf wurde mit unterschiedlichen Mengen eines sehr feinkörnigen kohlensauren Kalks und unterschiedlichen Mengen eines wasserlöslichen NPK-Düngers aufbereitet. Die nach drei Tagen ermittelten Messwerte sind in den Abbildung 29 bis Abbildung 32 dargestellt. Sie zeigen die Wechselwirkungen des Kalks und Düngers auf den pH-Wert (CaCl2) und die elektrische Leitfähigkeit (gemessen in Wasser 1 : 3,6) auf.

Um bestimmte physikalische oder chemische Substrateigenschaften zu erzielen, werden inzwischen für viele Einsatzbereiche andere Substratausgangsstoffe und -zusätze dem Torf zugegeben oder torffreie Substrate produziert. Da der pH-Wert von Ausgangsstoffen wie Holzfaserstoffen, Kokosmark, Kompost oder Rindenhumus höher ist als der des Torfes und diese Stoffe mehr oder weniger hohe Gehalte an CaCO3 haben können, wirken sie sich zwangsläufig pH-Wert-erhöhend auf die Mischung aus, wodurch der Kalkbedarf geringer ist als bei reinen Torfsubstraten. Da sich der Einfluss der verschiedenen Mischkomponenten auf den Kalkbedarf nur annähernd vorhersagen lässt, empfiehlt es sich, pH-Pufferkurven zu erstellen und den pH-Wert von Probemischungen über einen längeren Zeitraum zu erfassen. So lassen sich unerwünschte Abweichungen vom angestrebten pH-Wert des Substrats erkennen und korrigieren.