Zusammensetzung von Substraten

Falsch eingestellte chemische Eigenschaften können während der Kultur zu erheblichen Problemen führen. Die Kenntnis der Nährstoffgehalte, des Salzgehaltes und des pH-Wertes der Ausgangsstoffe und wie sich diese Kenngrößen beim Mischen und während der Kultur verändern können, ist eine Grundvoraussetzung jeder Rezeptur. Nachfolgend sind wesentliche Aspekte aufgeführt.

pH-Wert

Bei der Einstellung des pH-Wertes kann in manchen Fällen durch Kombination verschiedener Materialien der gewünschte pH-Wert eingestellt werden. Möglicherweise weist ein einzelner Ausgangsstoff den angestrebten pH-Wert schon auf. Ohne jedoch alle anderen Substrateigenschaften zu berücksichtigen, sind solche Formulierungen wertlos.

Nährstoffgehalt

Manche Substratausgangsstoffe bringen fast keine pflanzenverfügbaren Nährstoffe mit sich (z. B. Hochmoortorf, Blähperlit) und andere weisen erhebliche Nährstoffgehalte auf (z. B. Kompost). Substrate, die nur Hochmoortorf als Ausgangsstoff enthalten, können gezielt und problemlos aufgedüngt und aufgekalkt werden. Kommen neben dem Torf andere Ausgangsstoffe ins Substrat oder werden torffreie Substrate hergestellt, so sind ihre Nährstoffgehalte bei der Substratzusammensetzung zweckorientiert zu berücksichtigen. Allein aufgrund des hohen pH-Wertes und Salzgehaltes wird man selbst gütegesicherte Substratkomposte nie allein als Substratausgangsstoff einsetzen. Ein Substratausgangsstoff lässt sich desto eher verwenden, je besser seine negativen Eigenschaften durch andere Stoffe ausgeglichen werden können. Aber auch verschiedene torffreie Mischungen, beispielsweise aus den Ausgangsstoffen Kokosmark, Kompost, Holzfaserstoff und Rindenhumus hergestellt, sind möglich, wenn ihre Anteile so abgestimmt werden, dass sich ihre Eigenschaften ergänzen. Ein optimales Nährstoffverhältnis kann allerdings in den seltensten Fällen allein durch das Mischen verschiedener Substratausgangsstoffe eingestellt werden. Auf Düngerzusatz, häufig als Einzel- oder Mikronährstoffdünger, wird bei der Mischung verschiedener Ausgangsstoffe in der Regel nicht verzichtet werden können. Auch sei darauf hingewiesen, dass bei der Aufdüngung mit organischen Stickstoffdüngern eine ausreichend hohe mikrobielle Aktivität für die Freisetzung des Stickstoffes erforderlich ist. Bei der geringen mikrobiellen Aktivität von Torfen kann das manchmal zu Problemen führen.

Stickstoff ist das Nährelement, das aus kulturtechnischer Sicht bei Verwendung von organischen Torfalternativen die größte Beachtung verlangt. Manche organische Stoffe können ein weites C/N-Verhältnis haben und stark zur Immobilisierung von Stickstoff im Substrat neigen. Eine auf Substratanalysen basierende stickstoffbetonte Flüssigdüngung während der Kultur ist wichtig, um die Stickstoffbindung zu kompensieren. Alternativ kann auch das Substrat mit langsam fließenden Stickstoffdüngern bevorratet werden. Die Phosphat- und vor allem Kaliumgehalte von Komposten und Kokosmark können hoch sein und sind zu berücksichtigen; die Höhe der Düngerzugabe kann häufig reduziert werden.

Häufig setzt man der Substratmischung Spurennährstoffdüngemittel zu, auch dann, wenn manche Substratausgangsstoffe, wie Kompost, hohe Gehalte aller Spurennährstoffe enthalten können oder einzelne Mikronährstoffe im Ausgangsstoff ausreichend vorhanden sind. Beimischungen von 50 bis 200 g/m³ Substrat sind geläufig. So erspart man sich die Beimengung von Einzelmikronährstoffdüngern. Man deckt zudem in jedem Fall den Gesamtbedarf der Pflanze an allen Mikronährstoffen ab und vermeidet Mikronährstoffmangel.

Wird nur ein Ausgangsstoff verwendet, so entsprechen die physikalischen Charakteristika des Endprodukts weitgehend denen des Ausgangsstoffes. Mischprozesse und Zusätze können für Abweichungen verantwortlich sein. Substrate mit zwei oder mehr Ausgangsstoffen bilden ein Substrat, dessen physikalische Eigenschaften ganz anders als erwartet sein können. Das ist ebenfalls auf den Mischprozess und die Eigenschaften der einzelnen Ausgangsstoffe zurückzuführen.

Entscheidend für das Substrat und daher für die Auswahl der Substratkomponenten sind folgende physikalische Eigenschaften der Ausgangstoffe:

• Wasser- und Luftkapazität
• Rohdichtefeucht/Schüttdichte
• Benetzbarkeit
• Fließeigenschaften und Mischbarkeit

Wasser- und Luftkapazität

Wasser- und Luftkapazität sind von einer Reihe von Eigenschaften der Substratausgangsstoffe und -zusätze abhängig. Sind Wasser- und Luftkapazität eines organischen Substrats eingestellt und ist das Substrat vom Gärtner verarbeitet, so ist es – im Gegensatz zu einigen chemischen Substrateigenschaften – in der Kultur nicht mehr möglich, diese gezielt zu verändern. Das Gegenteil ist der Fall. Durch Bewässerungs- und Düngungsmaßnahmen bedingte Sackung, Wurzelwachstum, mikrobielle Zersetzung sowie Schrumpfung des Substrats werden die durch den Mischvorgang eingestellten physikalischen Eigenschaften des Substrats fortlaufend geändert – zu Kulturbeginn mehr als zum Kulturende. Auch durch eine wenig strukturschonende Substratverarbeitung im Betrieb (Big-Bale-Auflockerungsmaschinen, Topfmaschinen etc.) kommt es zu Veränderungen in der Substratphysik.

Gegen Kulturende wird das Substrat dadurch andere physikalische Eigenschaften aufweisen, als es zu Kulturbeginn hatte. Je größer die mikrobielle Aktivität und je höher der Anteil an leicht abbaubarer organischer Substanz im Substrat ist, desto ausgeprägter werden die Änderungen sein. Hingegen wird sich die Physik von Substraten, die ausschließlich aus inerten mineralischen Komponenten wie Blähperlit, gebrannten Tongranulaten oder Blähton bestehen, kaum während der Kultur verändern. Änderungen der Physik von Substraten auf der Basis von organischen Bestandteilen schon bei der Formulierung eines Substrats in Betracht zu ziehen, ist schwierig.

Die meisten Kulturpflanzen gedeihen gut innerhalb eines bestimmten Bereiches für Luft- und Wasserkapazität, z. B. bei einer Luftkapazität zwischen 15 und 25 % (v/v). Die eingestellte Luftkapazität der Mischung entspricht selten genau, sondern nur annähernd dem Mittelwert der einzelnen Parameter. Hat ein Ausgangsstoff beispielsweise eine Luftkapazität von 60 % (v/v) und ein anderer eine Luftkapazität von 20, und beide Stoffe werden in gleichen Volumenverhältnissen miteinander gemischt, so wird die zu erwartende Luftkapazität der Mischung sicher zwischen 30 und 50 % (v/v) liegen, aber kaum genau bei dem arithmetischen Mittel von 40 % (v/v), da die Schüttdichte und die Korngrößen der Ausgangsstoffe die physikalischen Größen des Endprodukts erheblich beeinflussen können. Auch die Mischdauer hat Einfluss auf die Substratphysik. Je länger die Ausgangsstoffe und Zusätze gemischt werden, desto homogener wird zwar das Produkt, aber die Struktur wird durch zu lange Friktion im Mischer nachteilig verändert, d. h., grobe Teilchen werden durch Abrieb zerkleinert oder können verklumpen.

Entsprechend den Pflanzenbedürfnissen ist es wichtig, ein bestimmtes Verhältnis zwischen Wasser- und Luftkapazität einzustellen. Will man beispielsweise in einem Containersubstrat die Dränfähigkeit des Substrats wegen hoher jährlicher Niederschläge sicherstellen, so wird man auf gut luftführende Ausgangsstoffe zurückgreifen und z. B. grob fraktionierten Torf, Torffasern, Holzfaserstoffe, Rinde oder Rindenhumus einsetzen. Tabelle 60 verdeutlicht, dass bei zwei Basismischungen ohne Zusatz von Düngern oder Kalk dieselbe Luftkapazität eingestellt wurde [AV = 25 % (v/v)], sie sich jedoch in der Wasserkapazität und den chemischen Eigenschaften ganz erheblich unterscheiden können. Es ist immer die Gesamtheit aller Eigenschaften zu betrachten.

Vergrößerte Darstellung von: Tabelle 60: Vergleich einiger Analysewerte zweier Basissubstrate ohne Kalk- und Düngerzusatz

Tabelle 60: Vergleich einiger Analysewerte zweier Basissubstrate ohne Kalk- und Düngerzusatz

Schüttdichte

Werden Substratausgangsstoffe mit gleicher Schüttdichte und ähnlicher Struktur (Partikelgröße und -form) in gleichen Verhältnissen miteinander gemischt, kann bei schonendem Mischvorgang davon ausgegangen werden, dass die Mischung eine Schüttdichte haben wird, die den Ausgangsstoffen entspricht. Bei der Mischung aus beispielsweise 100 l Torf und 100 l Kokosmark gleicher Schüttdichte wird das Volumen der Mischung etwa 200 l sein (Anmerkung: Das Volumen wird mittels der Schüttdichte berechnet.) Anders verhält es sich bei der Kombination eines leichten mit einem schweren Material. Bei der Mischung von beispielsweise einem Kubikmeter mäßig zersetztem Torf (Schüttdichte 200 g/l) und 200 Litern Sand (Schüttdichte 1.600 g/l) wird die Endmischung nicht 1.200, sondern vielleicht nur 900 Liter ergeben, da aufgrund der sehr hohen Schüttdichte des Sandes der Torf erheblich verdichtet wird. In den Hohlräumen zwischen den Torfpartikeln wird Sand eingelagert, was zudem zur Abnahme der Luftkapazität der Mischung führt. Ähnliche Effekte bekommt man mit Ton, Kompost oder Rindenhumus, wenn sie leichterem Weißtorf zugemischt werden.

Benetzbarkeit und Feuchtigkeitsgehalt

Die Benetzbarkeit eines Substrats ist vor allem bei der Pflanzenkultur in kleinen Einheiten wichtig, da diese aufgrund ihres geringen Substratvolumens recht schnell austrocknen können. Es ist daher wichtig, dass sich das Substrat wieder rasch und durchdringend befeuchten lässt. Ausgetrocknete Torfe sind schwer zu befeuchten. Schon bei der Torfgewinnung muss darauf geachtet werden, dass der Torf nicht zu stark trocknet. Der Substrathersteller oder Kultivateur wird keinen Torf allein verwenden wollen, der einen Feuchtigkeitsgehalt unter 50 % (m/m) aufweist, da sonst die Wasseraufnahme stark erschwert ist. Mischkomponenten wie Ton oder Sand erleichtern die Wiederbefeuchtung des Substrats, sind aber in Abhängigkeit des Verwendungszweckes des Substrats nicht immer erwünscht. Tenside werden zur Brechung der Oberflächenspannung häufig verwendet. Überdosierungen können zu Pflanzenschäden führen und sind zu vermeiden.

Der Feuchtigkeitsgehalt der Ausgangsstoffe spielt eine weitere Rolle. Bei der Torfgewinnung kommt es aus Witterungsgründen in manchen Jahren zwangsläufig zur Ernte von sehr nassem Torf. Bei Verwendung eines solchen Rohstoffes ist das Endprodukt auch unvorteilhaft schwer. Ein Beispiel: Bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 50 % (m/m) hat beispielsweise ein mäßig zersetzter Torf eine Schüttdichte von 180  kg/m³. Liegt der Feuchtigkeitsgehalt bei 70  % (m/m), ermittelt man eine Schüttdichte von 300 kg/m³ (Tabelle 61). Bei gleichem Volumen müssen bei einem Feuchtigkeitsgehalt von 70 % (m/m) 120 kg mehr je Kubikmeter Torf bewegt werden als bei einem Feuchtigkeitsgehalt von nur 50 % (m/m). Für den Produzenten von Industriesubstraten machen sich solche Gewichtsunterschiede bei den Transportkosten und beim Verbraucher wegen des hohen Gewichtes durch schlechtere Handhabung bemerkbar. In solchen Fällen versucht der Substratproduzent trockene Ausgangsstoffe dem feuchten Material zuzumischen.

Zu feuchte Substratausgangsstoffe sind beim Mischvorgang keine idealen Mischkomponenten, da sich Zusätze wie Kalk und Düngemittel mit nassen Ausgangsstoffen nicht gut vermengen lassen. Während des Mischvorgangs lassen sich trockenere Ausgangsstoffe bei gleicher Mischzeit homogener mischen als zu feuchte, da trockeneres Material freier beweglich ist als nasses.

Vergrößerte Darstellung von: Tabelle 61: Schüttdichte eines schwach zersetzten Hochmoortorfes, eines stark zersetzten Hochmoortor-fes und eines Holzfaserstoffes bei unterschiedlich eingestellten Feuchtigkeitsgehalten (Schmilewski, un-veröffentlicht)

Tabelle 61: Schüttdichte eines schwach zersetzten Hochmoortorfes, eines stark zersetzten Hochmoortor-fes und eines Holzfaserstoffes bei unterschiedlich eingestellten Feuchtigkeitsgehalten (Schmilewski, un-veröffentlicht)

Zu trocken verarbeitete Substratausgangsstoffe können durch Staubentwicklung zu gesundheitlichen Problemen führen (z. B. Hautreizung, Reizung der Atemwege) oder ihre Handhabung erschweren. Stoffe wie Blähperlit und Blähvermiculit sind meistens produktionsbedingt trocken und stauben bei der Verarbeitung. Gleiches triff für trockenen Torf oder Ton zu. Durch Befeuchtung trockener Ausgangsstoffe wird die Staubbildung verringert.

Fließeigenschaften

Manche Substrate müssen ein besonders gutes Fließverhalten haben, um beispielsweise optimal in Anzuchteinheiten gefüllt und verteilt werden zu können. Das Fließen eines Substrats kann nicht methodisch bestimmt werden. Lässt sich ein Substrat innerhalb einer vorgegebenen Zeit nicht optimal transportieren, weil es innerhalb eines Arbeitsablaufes nicht optimal fließt, so ist es für seinen Einsatzzweck nicht optimiert. Die Aufgabe des Transportes erfüllen heute meistens automatische Füllmaschinen. Hierbei ist die leichte, ungehemmte Beweglichkeit des zu verarbeitenden Substrats vorrangig. Feine Substratausgangsstoffe wie Sand oder Blähperlit können als Fließhilfsmittel dienen, die die homogene Verteilung in die Kulturgefäße ermöglichen.