Bodenanalysemethoden

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Hauptartikel: Grundlagen der Bodenanalyse im Zierpflanzenbau


Alle angewandten Methoden der Bodenanalyse haben das Ziel, den pflanzenverfügbaren Vorrat an Nährstoffen zu ermitteln, indem sie die Pflanzenwurzel simulieren sollen. Da ein chemisches Verfahren niemals die Eigenschaften eines lebenden Systems haben kann, bedürfen die Ergebnisse, die den Versorgungsgrad beurteilen sollen, der Interpretation.

Die zu untersuchenden Größen sind Einzelnährstoffe (im wesentlichen Stickstoff, Phosphat, Kalium und Magnesium), Salzgehalt und pH-Wert. Bei Freilandböden kommt noch das Volumengewicht und in größeren Abständen der Humusgehalt dazu. Nur so ist ein sachgerechtes Düngungsprogramm durchzuführen.


Grenzen des Aussagewertes von Bodenanalysen

  1. Grundsätzlich ist die Beurteilung des Pflanzenbestandes mit einzubeziehen (niedrige Werte können ausreichen, Mangel trotz hoher Werte).
  2. Das Düngungssystem ist zu beachten (Intervall-, Bewässerungsdüngung)
  3. Die Wachstumsphase ist zu berücksichtigen
  4. Der pH-Wert ist zu berücksichtigen
  5. Die Bodenanalyse ist nur eine Momentaufnahme, die Nährstoffdynamik wird nicht erfasst (Antagonismus, Nachlieferung, Freisetzung u.a.)
  6. Die Interpretation ist auch von der Substratzusammensetzung abhängig (Tongehalt, Pufferung, Austauschkapazität)
  7. Die Optimalbereiche sind auffallend groß

Gärtnerische Substrate

Die verfügbare Nährstoffmenge wird genau erfasst, da in Torfsubstraten der überwiegende Teil der vorhandenen Nährstoffe in der Bodenlösung gelöst ist. Daher kann von dem Untersuchungsergebnis direkt auf die pro m3 oder pro Gefäß zur Verfügung stehende Nährstoffmenge umgerechnet werden. Fehlbedarf oder Überschuss werden mit Hilfe der vom VDLUFA aufgestellten Richtwerte als alleiniges Mittel zur Düngerbedarfsermittlung oder zur Dauer der Unterlassung der Düngung herangezogen.
Die Richtwerte geben an, wie hoch ein Substrat zu Beginn der Kultur im Endtopf mit Einzelnährstoffen und Gesamtsalz bevorratet werden kann, und zwar für Pflanzengruppen, die sich in ihrer Salzempfindlichkeit unterscheiden.


Gewächshausböden

Schwieriger ist die Beurteilung des Analysenergebnisses in ton- und humusreichen Böden, weil neben den Nährstoffen in der Bodenlösung auch die austauschbar gebundenen Ionen und gelegentlich weitere Anteile aus der organischen oder mineralischen Reserve erfasst werden. Das gilt besonders für Phosphat und Kalium. In den letzteren Fällen sind enge Beziehungen zwischen Bodenanalyse und Düngerbedarf nur schwer zu finden, da Nachlieferung und Festlegung nicht sicher zu erfassen sind.
In Gewächshausböden sind wegen der meist kurzen Kulturzeiten die leicht löslichen, mobilen Nährstoffe wichtiger als die mobilisierbaren Reserven. Da diese den größten Anteil der verfügbaren Nährstoffe ausmachen, kann annährerungsweise das Analysenergebnis als die zur Verfügung stehende Nährstoffmenge angesehen werden.


LUFA-Methoden

Nährstoffe

Eine bestimmte Menge lufttrockener Boden wird eine vorgegebene Zeit in einer Extraktionslösung geschüttelt. Die Lösung simuliert die Pflanzenwurzel, die gelösten Ionen gelten als verfügbar. Im Filtrat werden mit Hilfe verschiedener Messgeräte die einzelnen Nährionen bestimmt (photometrisch, flammenphotometrisch oder durch Atomabsorption).
Die Angabe des Messwerts erfolgt in mg Nährstoff/100 g Boden bei Freilandböden bzw. in mg Nährstoff/l Substrat bei Gewächshausböden und Substraten.


Substrate und humose Gewächshausböden

Der Messwert wird in mg/l Boden, bzw. Substrat angegeben.
Für Stickstoff, Phosphat und Kalium ist die CAT-Methode (1,1 g CaCl2 und 0,79 g DTPA pro l) geeignet. Diese milde Extraktionslösung ist für stark durchwurzelte Böden und Substrate geeignet. Da die Lösung nicht gepuffert ist, werden relativ hohe Anteile am Gesamtvorrat gemessen, die beim aktuellen pH-Wert möglicherweise nicht verfügbar sind.
Der Phosphatgehalt wird richtig wiedergegeben, es besteht eine korrekte Beziehung zwischen Messwert und Pflanzenwachstum. Die Grenzwerte liegen bei 30 bis 40 mg pro l.
Bei der Stickstoffanalyse wird der mineralische Nitrat- und Ammoniumstickstoff erfasst. In den praxisüblichen, biologisch wenig aktiven Torfsubstraten bilden diese Stickstoffformen den Hauptanteil. Die Nachlieferung aus der organischen Reserve ist gering.
In biologisch aktiven Böden und Substraten läuft der Abbau der organischen Substanz und damit die Mineralisierung weiter. Da ein starker Einfluss des C/N-Verhältnisses besteht, verändert sich der Stickstoffgehalt nach der Probenahme während des Versands aufgrund der Mineralisation bei hoher Temperatur. Daher müssen diese Bodenproben gekühlt zum Untersuchungsinstitut gelangen, um aussagefähige Ergebnisse zu erhalten.
Die Methode ist bei gärtnerischen Erden allen anderen überlegen, besonders bei tonhaltigen Substraten.


Gewachsene Böden im Freiland und unter Glas

Angabe des Messwerts in mg/ Nährstoff/ 100 g Boden.

Phosphat und Kalium werden nach der CAL-Methode (Calcium-Ammonium-Lactat) bestimmt . Das Lösungsmittel besteht aus 0,1 m Calciumlactat, Calciumacetatlösung und Essigsäure, pH-Wert 3,7 bis 4,1. Es handelt sich um eine Methode für wenig intensive Durchwurzelung. Die Lösung ist aggressiv, da sie auch die Wurzelrinde entleert, also auch Ionen erfasst, die bereits aufgenommen sind. Leicht verfügbares Phosphat wird gelöst, aber Apatit nicht angegriffen, daher ist der Gehalt in der Bodenlösung geringer als gemessen. Da die Lösung gepuffert ist, werden die Nährstoffe entsprechend des pH-Werts gelöst.

Magnesium wird in einer 0,025 n Calcium-Chloridlösung erfasst. Es kommt zu einem Ionenaustausch zwischen Calcium und Magnesium, wodurch sorbierte Ionen erfasst werden.

Spurennährstoffe wie Eisen, Mangan, Zink werden bei Schwermetallen überwiegend mit Komplexbildnern (Chelatoren) gemessen, z.B. EDTA 0,05 m, DTPA 0,005 m.

Kupfer wird mit Salpetersäure 0,43 n bzw. Komplexbildnern ermittelt.

Bor und Molybdän wird durch eine fünfminütige Extraktion mit heißem Wasser festgestellt. Das Verhältnis Wasser : Boden beträgt 1 : 1.


Salzgehalt

Die Kenntnis des Salzgehalts im Boden oder Substrat gibt bereits den ersten Hinweis auf eine mögliche Fehlernährung. Erfasst werden alle in einer Lösung (Bodenlösung, Gießwasser, Düngerlösung) vorhandenen Ionen, also auch solche, die keine Nährionen sind (Natrium, Chlorid). Daher gibt die Messung nur Aufschluss über den Gesamtsalzgehalt, nicht aber über die Zusammensetzung der Lösung. Zwischen der zugeführten Düngermenge und dem Wert der Leitfähigkeit treten Abweichungen auf. Sie sind zurückzuführen auf den Salzgehalt des verwendeten Gießwassers und die spezifische Leitfähigkeit des Düngemittels (Angaben der Düngemittelhersteller beachten).

Bei den LUFA's wird der Salzgehalt im Boden oder Substrat als elektrische Leitfähigkeit in Mikro-Siemens/cm (µS/cm) gemessen und in mg Salz/l (als KCl, 20° C) umgerechnet. Der Salzgehalt erscheint auf dem Ergebnisbogen in mg/l. Die Bezeichnung EC ist der Einheit mS/cm gleichzusetzen, 1 EC = 1 mS/cm = 1000 µS/cm.


Der Messbereich der Geräte muss zur Erfüllung aller Aufgaben von 0 bis 199 mS/cm reichen und drei verschiedene Stufen umfassen:

  • 0,00 - 1,99 mS/cm: für die Messung des Salzgehalts in Substraten und im Gießwasser
  • 0,00 - 19,9 mS/cm: für die Konzentration der Düngerlösung
  • 0,00 - 199 mS/cm: für die Konzentration der Stammlösung


Die Umrechnung des Messwerts in mg Salz/100 g Boden bzw. l Substrat geschieht über:

  • µS x 0,64 = mg Salz (KCl)
  • 1 mS = 640 mg KCl / l


Das Messergebnis ist abhängig von der Temperatur. Eine manuelle oder automatische Temperaturkompensation ist ein unabdingbares Auswahlkriterium beim Kauf eines Geräts.
10 g Untersuchungsmaterial werden mit 100 ml dest. Wasser in einer 250 ml Kunststoffflasche zwei Stunden geschüttelt, anschließend wird blank filtriert. Ab 200 mg /100 g Boden sind bei karbonatfreien Böden Salzschäden möglich.
Bei Substraten wird ein gleiches Verhältnis zwischen Material und Wasser verwendet.
Überhöhte Salzgehalte können während der Kulturzeit nur durch Auswaschung beseitigt werden. Dazu wird bei Topfpflanzen auf Durchlauf gegossen und in gewachsenen Böden mit 300 bis 500 mm gewässert. Vor Beginn der Kultur kann durch Zugabe von Torf der Salzgehalt auf den jeweiligen Richtwert verdünnt werden, wenn eine Boden- oder Substratanalyse durchgeführt wurde.

pH-Wert

Alle Untersuchungsinstitute messen den pH-Wert mittels Glaselektrode in einer Bodensuspension, die mit destilliertem bzw. entionisiertem Wasser, Calciumchloridlösung oder Kaliumchloridlösung versetzt wurde. Da die unterschiedlichen Lösungen meist zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, muss auf dem Analysenbogen das Ergebnis und die Messlösung angegeben werden (pH (H2O), pH (CaCl2) oder pH (KCl)), da es sonst zu Fehlinterpretationen kommen kann (beispielsweise für eine Kalkungsempfehlung).
Die Messung basiert auf einem festgelegten Verhältnis zwischen Boden und der Messlösung (Verhältnis 1:2,5; gewichtsbezogen!) bzw. Substrat und Messlösung (1:2,5; volumenbezogen!). Die Konzentration der Extraktionslösung entspricht etwa den Verhältnissen in der Bodenlösung, so dass auch die leicht austauschbaren Wasserstoffionen erfasst werden und in den Messwert eingehen.
Daher ist der pH-Wert der Salzlösung 0,5 bis 1,0 pH-Einheiten niedriger als der pH-Wert von wässrigen Bodensuspensionen. Ist die Differenz niedriger (< 0,3 pH-Einheiten), enthält der Boden bzw. das Substrat viele leicht lösliche Nährstoffe.
Die elektrometrische Messung mit Hilfe von pH-Elektroden ist genauer, aber teurer als die Messung mit z.B. Teststäbchen. Voraussetzung für eine zuverlässige Messung ist die Eichung der Elektrode mit entsprechenden Eichlösungen (beispielsweise bei pH 4 und pH 7). Als Elektroden stehen solche aus Kunststoff und Glas zur Verfügung. Kunststoffelektroden werden aufgrund von Alterungsprozessen nach ca. zwei Jahren unbrauchbar. Bei Glaselektroden sollte die Glasmembran ständig feucht gehalten werden, z. B. durch Eintauchen in eine 3 m KCl-Lösung. Die Temperaturkompensation kann für gärtnerische Belange vernachlässigt werden.
10 g Mineralboden bzw. 20 ml Substrat werden in einen 100 ml Becher gefüllt und 25 ml bzw. 50 ml 0,01 m CaCl2-Lösung (bzw. entionisiertes Wasser oder 0,01 m KCl) zugegeben. Es kommt zum Austausch sorbierter H+-Ionen.
Nach mehrmaligem Umrühren wird nach zwei bis drei Stunden in der Suspension gemessen und das Ergebnis als pH-Wert (pH (CaCl2), pH(H2)O) oder pH(KCl)) angegeben.


Schnelltestmethoden

Schnelltestmethoden, die jeder Betrieb selbst durchführen kann, dürfen nicht das Ziel haben, die bewährten Laboruntersuchungen zu ersetzen. Die klassische Bodenuntersuchung auf Stickstoff, Phosphat, Kalium, Magnesium, pH-Wert und Salzgehalt hat ihre Bedeutung als Kontrollinstrument erhalten.

Schnelltestmethoden sind geeignet für Zwischen- und Vorabinformationen bei Ernährungsstörungen und liefern zuverlässige Ergebnisse.
Nicht geeignet zur Untersuchung sind Phosphat, Kalium und Magnesium, für die zwar bereits vorbereitete Extraktionslösungen und teure Messgeräte angeboten werden, deren Handhabe aber viel Sachverstand und Zeit für die Einarbeitung verlangt. Zusätzlich müssen die Messelektroden gewartet und vor der Messung geeicht werden. Daneben entstehen Entsorgungsprobleme für die verbrauchten Extraktionslösungen.


Untersuchungsmöglichkeiten
Anforderungen
  • schnell und einfach durchführbar
  • Ergebnis muss reproduzierbar und einstufbar sein
  • Methode muss eichfähig sein (Kontrolle der Messergebnisse)
  • Methoden müssen preisgünstig sein
Einsatzmöglichkeiten
  • Orientierungshilfe bei Substratlieferung
  • Kontrolle von Düngerlösungen und Düngerprogrammen
  • Kontrolle von Stammlösungen
  • Messung des Salzgehaltes in Substraten und im Gießwasser
  • Vorabinformation bei Schadensfällen
Risiken
  • Verzicht auf die Bodenanalyse
  • nicht standardisiertes Messverfahren
  • unsachgemäß gelagerten Messelektroden
  • Messung ohne vorherige Eichung


Salzgehalt

Es kommen Einstichelektroden zum Einsatz, die tendenzielle Informationen liefern. Die Elektroden werden direkt in den Boden oder das Substrat gesteckt und der Messwert in µS/cm abgelesen. Dieser ist erheblichen Schwankungen unterworfen, wenn das Verhältnis zwischen Boden/Substrat und der Lösung nicht definiert ist, da der Bodenwassergehalt das Ergebnis der Messung stark beeinflusst.
Brauchbare Ergebnisse gibt es, wenn das Substrat eine Stunde vor der Messung auf maximale Wasserkapazität gebracht wird, die Einstichtiefe standardisiert ist und das Gerät geeicht wurde (Überprüfung in einer Lösung mit bekanntem Salzgehalt).
Daneben sind Einstichelektroden mit anderer Dimension auf dem Markt, z.B. Aktivitätsmesser. Das Ergebnis muss über mitgelieferte Tabellen bewertet werden. Ein Vergleich mit einem konventionellen Ergebnis häufig nicht möglich. Damit ist keine Kontrolle der eigenen Messung möglich.


pH-Wert

Es kommen Einstichelektroden zum Einsatz. Die Elektrode wird direkt in den Boden/das Substrat gesteckt. Dabei ist für guten Bodenschluss zu sorgen. Das Substrat muss vor der Messung gut durchfeuchtet werden. Der Messwert wird direkt nach Stabilisierung abgelesen.
Die Geräte liefern brauchbare Näherungsergebnisse, die aber stark vom Bodenwassergehalt beeinflusst werden.
Geeignete Indikatorstäbchen sind "nicht blutende" Stäbchen mit drei Reaktionszonen. Nur diese liefern brauchbare Näherungswerte (Abweichung ± 0,5 pH-Einheiten), z.B. Acillit (pH 0 bis 6), Neutralit (pH 5 bis 10).

  • Herstellung einer Substratprobe aus 20 ml Substrat und 50 ml CaCl2-Lösung (0,01 m); mehrmals umrühren und nach 30 Minuten filtrieren → Umkehrfiltration
  • Herstellung einer Bodenprobe aus 10 g Mineralboden und 25 ml CaCl2-Lösung
  • Stäbchen 1 bis 10 Minuten in das Filtrat eintauchen, abschütteln, pH-Wert durch Farbvergleich ermitteln


Nitratstickstoffgehalt

Nitratschnelltest.jpg

In gewachsenen Böden im Gewächshaus wird aufgrund des durch den Nitratschnelltest ermittelten Düngungsprogramms die Verlagerung von Nitrat in tiefere Bodenschichten bis in das Grundwasser derart reduziert, dass eine Umweltbelastung ausgeschlossen werden kann und gleichzeitig die optimale Versorgung der Pflanze gewährleistet ist.

Durchführung des Nitratschnelltests für Substrate
Aufbereitung der Probe 200 ml Substrat mit 885 ml 0,02 n CaCl2-Lösung versetzen; mehrfach umrühren, nach 30 Min. messen
Messung Umkehrfiltration vornehmen;   der Messwert entspricht mg N pro l


Zur Bestimmung des Nitratgehalts von Lösungen werden Nitratteststäbchen verwendet, nachdem das Nitrat vorher mit Nitratfreiem Wasser aus dem Boden extrahiert wurde. Der Test geschieht durch einen Farbvergleich der Färbungszone mit einer aufgedruckten Richtskala auf der Packung. Rückschlüsse auf den Ammonium- bzw. Gesamtstickstoffgehalt sind nicht möglich. Nachteil dieses Verfahrens ist der weite Messbereich bei den höheren Werten (über 100 mg Nitrat/l). Genauere Analysenwerte sind mit dem Nitracheck Reflektometer zu erzielen, der die Farbabstufung der Stäbchen stufenlos ermittelt.
Da die Messwerte streuen, ist aus mindestens drei Messungen der Mittelwert zu bilden. Der abgelesene Wert entspricht dem Nitratstickstoffgehalt in kg/ha.
Mit zunehmender Bodenfeuchte müssen zum Messwert Zuschläge gemacht werden. Zur Erfassung des Nitratgehalts eines Bodens, von dem mehrere Horizonte untersucht wurden, werden die Messwerte der einzelnen Horizonte addiert.
Die Probenahme geschieht wie bei den Standardmethoden. Die zu untersuchende Bodenschicht(en) richten sich je nach der Kultur, dem Entwicklungsstadium und der Durchwurzelungstiefe. Die Vereinbarung sieht die Verwendung von drei Bodenschichten (0-30 cm, 30-60 cm, 60-90 cm) als nutzbare Bodenschicht vor.
Der Messwerts pro Fläche [kg/ha] muss auf das Bodenvolumen [mg/l] umgerechnet werden.

mg/l = \frac{kg/ha} {3}

Beispiel: der Messwert beträgt 200 kg/ha
die Berechnung beginnt mit der Ermittlung des Bodenvolumens unter 1 ha Fläche
Volumen = 100 [m] x 100 [m] x 0,3 [m] = 3.000 m3

Über einen Dreisatz wird die fehlende Nährstoffmenge/m2 berechnet:

3.000.000 l enthalten 200.000.000 mg N
1 l enthält x mg N

x = \frac{200000000} {3000000} = \frac{200} {3} = 66,6 mg N

Dieser Wert ist noch in Dünger umzurechnen.

Quelle

Ulrich Harm (2007): Neustadter Heft: Bodenanalyse und Düngung im Zierpflanzenbau. Herausgeber DLR Rheinpfalz. Neustadt an der Weinstraße.