Pufferungsvermögen
Kultursubstrate wie auch Blumenerden können puffernd (puffern = auffangen, abfangen, ausgleichen) auf die Nährstoffkonzentration im Substrat und auf den pH-Wert wirken. Man spricht von Nährstoffpufferung bzw. pH-Pufferung.Nährstoffpufferungsvermögen
Alle pflanzenverfügbaren Nährstoffe im Substrat sind entweder in der Substratlösung gelöst und unmittelbar pflanzenverfügbar oder an den Oberflächen der organischen bzw. anorganischen Substratteilchen adsorbiert, aber austauschbar gebundene Nährstoffe, die mittelbar pflanzenverfügbar sind. In Wasser gelöste Nährstoffe stehen mit den austauschbar gebundenen Nährstoffen in einem Gleichgewicht. Bei der Nährstoffaufnahme durch die Pflanze werden die Nährstoffe der Substratlösung entzogen. Die Folge davon ist, dass eine äquivalente Menge austauschbar gebundener Nährstoffe in Lösung geht, sie werden desorbiert.
Durch Düngung mit wasserlöslichen Nährstoffen wird der Vorgang umgekehrt; es kommt zur Adsorption der zugeführten löslichen Nährstoffe an den Oberflächen der Substratteilchen, wo sie austauschbar gebunden werden. Diese Eigenschaft bezeichnet MEINKEN(1) als Nährstoffpufferung, die durch Kationen- und in geringerem Maße durch Anionenaustausch bedingt ist.
Bei einem nicht gepufferten Substrat (z. B. 100 % Blähperlit) liegen alle pflanzenverfügbaren Nährstoffe in gelöster Form vor. Im anderen Extremfall sind alle pflanzenverfügbaren Nährstoffe austauschbar gebunden. Nährstoffe, die als Kationen oder Anionen aufgenommen werden, werden nicht gleich stark adsorbiert.
Nach BLUME et al.(2) ist Ionenaustausch die unspezifische Adsorption von Ionen an entgegengesetzt geladene Oberflächen. Die Adsorption geschieht vor allem durch elektrostatische Kräfte. Da die negative Oberflächenladung von (Böden und) Substraten überwiegt, ist der Kationenaustausch bedeutender als der Anionenaustausch.
Eine hohes Nährstoffpufferungsvermögen senkt das Kulturrisiko bei zu hohen Düngergaben, da ein Teil der gegebenen Nährstoffe austauschbar ist und so der Pflanze nicht unmittelbar zur Verfügung steht.
Kationenaustauschkapazität (KAK)
Die Kationenaustauschkapazität (KAK) eines Substrats ist seine Fähigkeit, Nährstoffe zu speichern und wieder abgeben zu können. Nach BLUME et al.(2) genauer definiert ist die effektive Kationenaustauschkapazität (KAKeff) die Summe der austauschbaren Hauptkationen (Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Al3+, H+) der organischen und anorganischen Substratkolloide mit der Substratlösung, gemessen beim aktuellen pH-Wert. Manche Analysemethoden schreiben die Messung in gepufferten Lösungen vor. Tone haben eine große spezifische Oberfläche (= die zum Kationenaustausch fähige Oberfläche) und deshalb eine hohe KAK. Die KAK wird in molc/kg-1 oder mmolc/kg-1 angegeben. Ältere Werte, angegeben in mval, können praktisch in mmolc/kg-1 übernommen werden. Als Faustregel gilt, dass die KAK in folgender Reihenfolge ansteigt:Sand → Blähperlit → Reisspelzen → Rindenhumus → Blähvermiculit → schwach zersetzter Torf → stark zersetzter Torf → 2-Schicht-Tonminerale → 3-Schicht-Tonminerale (Chlorite → Illite → Vermiculite → Smectite)
Vergrößerte Darstellung von: Mehrschichitges Tonmineral a = nicht aufgeweitet, geschrumpft; b = teilweise aufgeweitet, geringer Austausch von Kationen; c = völlig aufgeweitet, gequollen durch Wasser, starker Austausch von KationenMehrschichitges Tonmineral a = nicht aufgeweitet, geschrumpft; b = teilweise aufgeweitet, geringer Austausch von Kationen; c = völlig aufgeweitet, gequollen durch Wasser, starker Austausch von Kationen
Der überwiegend aus Quarz bestehende Sand hat eine sehr geringe spezifische Oberfläche (ca. 0,1 m²/g) und deshalb ein schlechtes Wasserhaltevermögen sowie eine sehr niedrige KAK. Bis zum 8.000-Fachen ist der Wert für 3-Schicht-Tonminerale(2) .
Substrate mit hoher KAK können die Kaliumkonzentration im Substrat gut puffern und die kontinuierliche Kaliumversorgung der Pflanze besser gewährleisten. Auch ist die Phosphatkonzentration in der Substratlösung gepuffert, weil das Anion Phosphat an variablen Ladungen gebunden werden kann, die zu hohen Anteilen auf Fe-Oxide zurückzuführen sind(4) . Bekannt ist auch, dass die P-Verfügbarkeit im Substrat dazu genutzt werden kann, kompaktere Pflanzen zu erzeugen.
Die organische Substanz von Substraten, aber vor allem Tone haben die Fähigkeit zur Adsorption/Desorption von Nährstoffen. Dabei sind Art und Menge dieser Stoffe entscheidend.
Die KAK ist pH-abhängig, wobei die KAK der organischen Substanz stärker vom pH-Wert beeinflusst wird als die von Tonen. Bei steigendem pH-Wert steigt die KAK an. Je höher das Pufferungsvermögen eines Substrats, desto geringer ist die Gefahr unerwünschter Nährstoffkonzentrationen in der Substratlösung(5) . Gut gepufferte Substrate tragen somit zu einer ausgeglichenen Nährstoffversorgung der Pflanzen bei und vermindern das Kulturrisiko. Bei zu hohen Düngergaben werden Salzschäden eher vermieden, weil weniger Nährstoffe unmittelbar der Pflanze zur Verfügung stehen. Gleiches gilt bei der Verwendung von salzhaltigem Gießwasser. Neben dem Schutz vor Verlusten durch Nährstoffauswaschung kann eine Nährstoffpufferung bei
- salzempfindlichen Pflanzen,
- Kulturen mit langer Standzeit und
- Kulturen mit weniger intensivem Betreuungs- und Kontrollaufwand
das Kulturergebnis günstig beeinflussen
Anionenaustauschkapazität (AAK)
Die Anionenaustauschkapazität, d. h. die Anlagerung von Nährstoffen, die als Anionen vorliegen (z. B. Nitrit, Sulfat, Molybdat, Borat), spielt bei der Substratherstellung eine untergeordnete Rolle. Bekannt ist aber, dass die P-Konzentration in der Substratlösung auch gepuffert ist, weil das Anion Phosphat an variablen Ladungen gebunden werden kann, die zu hohen Anteilen auf Fe-Oxide zurückzuführen sind(4) . Die P-Verfügbarkeit im Substrat kann dazu genutzt werden, kompaktere Pflanzen zu erzeugen.pH-Pufferungsvermögen
Die Fähigkeit eines Bodens, Substrats oder Substratausgangsstoffes, auf den pH-Wert ausgleichend zu wirken, wenn alkalische (pH-anhebende) oder sauer wirkende (pH-senkende) Mittel auf das Substrat einwirken, nennt man pH-Pufferung(1) (2) (5) . Ein hohes pH-Pufferungsvermögen im Substrat ist anzustreben.
Spurenelementmangel (insbesondere Fe-Mangel), hervorgerufen durch einen zu hohen pH-Wert, kann nur durch chelatisierte Spurenelementdünger und durch pH-absenkende Mittel (z. B. ammoniumstickstoffbetonte Dünger) behoben werden. Die Wirkung der in der Tabelle gelisteten Mittel hängt zum einen vom pH-Wert des Mittels, zum anderen vom Pufferungsvermögen des Substrats ab.
Im Substrat natürlich vorkommende Substanzen können pH-puffernd wirken. Huminstoffreiche Substrate haben ein gutes pH-Pufferungsvermögen, da sie einen hohen Anteil variabler Ladungen besitzen und somit pH-senkende Wasserstoffionen gut binden können(1) . Rindenhumus und Schwarztorf können als gut pH-puffernd angesehen werden. Die Autorin führt weiter aus, dass der Carbonatgehalt eines Substrats sich auf den pH-Wert auswirkt, da Carbonate Wasserstoffionen neutralisieren. Auch sollen Säuren, die beim Abbau organischer Substanzen entstehen, einer pH-Anhebung entgegenwirken.
(1) MEINKEN, E. (1992): Das Pufferungsvermögen von Rindenkultursubstraten. In: Wie sieht das Substrat der Zukunft aus? Festschrift 10 Jahre Gütegemeinschaft „Rinde für Pflanzenbau“ e. V. S. 40-51.
(2) BLUME, H.-P., BRÜMMER, G.W., HORN, R., KANDELER, E., KÖGEL-KNABNER, I., KRETZSCHMAR, R., STAHR, K. & WILKE, B.-M. (2010): Scheffer/Schachtschabel: Lehrbuch der Bodenkunde. 16. Auflage, Nachdruck 2013; Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg.
(3) WITT, H. H. (1987): In: Sachweh, U. (Hrsg.): Der Gärtner 1 – Grundlagen des Gartenbaus. Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart; 520 S.
(4) SCHELLHORN, M., SCHENK, M., SCHMILEWSKI, G., BINNER, I., DULTZ, S., WALSCH, J., SCHMIDT, E., BELOW, M. & MEYER, M. (2013): Bedeutung von Toneigenschaften für die Wahl der Tonbeimengung in gärtnerischen Torfsubstraten. Telma 43: 19-38.
(5) DULTZ, S., SCHELLHORN, M., WALSCH, J., BELOW, M., SCHMILEWSKI, G., SCHENK, M., BINNER, I., SCHMIDT, E., MEYER, M. & FRANKE, R. (2012): Control mechanisms of clays and their specific surface area in growing media – assessment of clay properties and their parametrization for the optimization of plant quality. Final report to project number 03G0722A funded by the Bundesministerium für Bildung und Forschung in the frame of the special program ‚Mineral surfaces – from atomic processes to industrial application‘ of the R&D program ‚Geotechnologien‘.
