Elektrische Leitfähigkeit und Salzgehalt

Alle Kultursubstrate, Blumenerden und deren Ausgangsstoffe enthalten lösliche Stoffe, die, wenn sie mit Wasser in Berührung kommen, in Lösung gehen. Mit Ausnahme von sehr reinem, entmineralisiertem Wasser enthalten alle Wässer bestimmte Mengen an Salzen – so auch das Substratwasser. Manche Salze haben eine vorteilhafte Wirkung auf das Pflanzenwachstum und sind lebensnotwendig. Eine nachteilige Wirkung tritt auf, wenn diese Salze in zu hohen Konzentrationen auf Pflanzen einwirken, d. h. von diesen aufgenommen werden und zu Überschusssymptomen führen. Jedoch reagieren die verschiedenen Pflanzenarten sehr unterschiedlich auf die Salzkonzentration im Substrat. Je nach Wachstumsstadium, ob Keimling, Jungpflanze oder ausgewachsene Pflanze, ist die Empfindlichkeit der Pflanzen unterschiedlich.

Hierbei sind Salzverbindungen von Bedeutung, die in Wasser löslich sind und dabei ganz oder teilweise in
Kationen (z. B. NH4+, K+, Ca2+, Mg2+, Cu2+, Na+) und
Anionen (z. B. NO3-, PO4-, MoO42-, SO42-, Cl-) zerfallen.

Die im Substrat enthaltenen löslichen Salze, ob natürlich vorhanden oder als Nährsalze zugegeben, lassen sich nur durch eine chemische Analyse genau bestimmen. In manchen Fällen sind solche Analysen zu zeitaufwendig und kostspielig. Daher wird oft über die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der Salzgehalt ermittelt. Hierbei nutzt man die Eigenschaft der Ionen, elektrische Ladungen zu transportieren, und bestimmt mittels der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit eines Wasserextraktes oder einer Aufschwemmung den Salzgehalt des Substrats. Gemäß den Normen DIN 11540(1) und DIN EN 13038(2) wird die elektrische Leitfähigkeit definiert als die Fähigkeit eines wässrigen Extraktes einer Probe, als Funktion der Ionenkonzentration Strom zu leiten. Das Symbol G steht für ‚elektrische Leitfähigkeit‘. Im angelsächsischen Raum spricht man von ‚Electrical Conductivity‘, weshalb dort wie auch in anderen Ländern häufig die Abkürzung ‚EC‘ verwendet wird.

Bei der Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit (G) wird der elektrische Widerstand mit einer Leitfähigkeitsmesszelle gemessen. Über die Messzelle wird eine Spannung zwischen zwei Elektroden erzeugt. Die eigentlich gemessene Spannung wird nicht angezeigt, sondern es erfolgt eine sofortige Umrechnung in den Grad des Widerstandes bezogen auf die erzeugte Spannung. Man rechnet also mit dem Kehrwert des spezifischen Widerstandes. Mit zunehmender Ionenkonzentration der Lösung wird der spezifische Widerstand kleiner.

Die Angabe der elektrischen Leitfähigkeit (G) erfolgt nach obigen Normen in Millisiemens pro Meter (mS/m). In Deutschland wird meistens die Einheit Mikrosiemens/cm (µS/cm) verwendet. Dabei sind beispielsweise 100 µS/cm = 10 mS/m.

Nachteil der Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit ist, dass der gemessene Wert keine Auskunft über die Art der vorhandenen Anionen oder Kationen gibt. Auch werden neben den rein düngenden („nützlichen“) solche erfasst, die meist als unerwünscht beurteilt werden (z. B. Cl und Na). Ferner werden bei der Messung die organischen Säuren von Torf, Kompost, Rindenhumus etc. erfasst. Enthält ein Substrat oder Ausgangsstoff hohe Konzentrationen solcher Säuren, so wird ein höherer G-Wert gemessen, der nicht einem Äquivalent an mineralischen Salzen entspricht. Die Huminsäuren des Torfes beispielsweise können bei der G-Messung und der Umrechnung in den Salzgehalt zu Fehlinterpretationen führen; je höher die Menge an Huminsäuren, desto höher fällt der Wert für die elektrische Leitfähigkeit aus. Vielfach wird der Salzgehalt mit dem Nährstoffgehalt des Substrats korreliert, was grob auch nachvollziehbar ist. Jedoch ist die Interpretation des Salzgehaltes aus genannten Gründen schwierig.

Gemäß den oben genannten Normen ist die Berechnung des Salzgehaltes mithilfe des ermittelten G-Wertes nicht vorgegeben. Entsprechend dem VDLUFA-Methodenbuch Band II.2(3) ist die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit nach VDLUFA-Methode und die Umrechnung des EC-Wertes in den (Gesamt-)Salzgehalt festgelegt. Der Salzgehalt wird als KCl/l-Substrat oder Ausgangsstoff angegeben.

Für die Produktionskontrolle im Betrieb wird in der Regel das Volumenverfahren des VDLUFA zur Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit verwendet. Gemäß dieser Schnellmethode werden sowohl Ausgangsstoffe als auch Fertigprodukte geprüft. Dabei wird eine Suspension von Substrat zu entmineralisiertem Wasser im Verhältnis 1 : 3,6 angesetzt. Anhand der gemessenen Werte lassen sich Proben grob einstufen.

Vergrößerte Darstellung von: Grobe Einstufung von Produkten entsprechend ihrem elektrischen Leitfähigkeitswert (G), gemessen bei 20 °C

Grobe Einstufung von Produkten entsprechend ihrem elektrischen Leitfähigkeitswert (G), gemessen bei 20 °C

(1) DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E. V. (2005): DIN 11540 Torfe und Torfprodukte im Gartenbau und Garten- und Landschaftsbau – Prüfverfahren, Eigenschaften, Technische Lieferbedingungen. Ausgabe 2005-04. Beuth Verlag GmbH, Berlin.
(2) DIN DEUTSCHES INSTITUT FÜR NORMUNG E. V. (2012b): DIN EN 13038 Bodenverbesserungsmittel und Kultursubstrate – Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit; Deutsche Fassung EN 13038:1999. Beuth Verlag GmbH, Berlin.
(3) VDLUFA VERBAND DEUTSCHER LANDWIRTSCHAFTLICHER UNTERSUCHUNGS- UND FORSCHUNGSANSTALTEN (2000): Handbuch der Landwirtschaftlichen Versuchs- und Untersuchungsmethodik (VDLUFA-Methodenbuch) – Methodenbuch Band II.2 – Die Untersuchung von Sekundärrohstoffdüngern, Kultursubstraten und Bodenhilfsstoffen, Erste Auflage, 2000, mit 1. Ergänzungslieferung, 2008, und 2. Ergänzungslieferung, 2014, VDLUFA-Verlag, Darmstadt.