Stickstoff

Aus Hortipendium
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Eines der Hauptnährelemente von Pflanzen ist Stickstoff (N). Vor allem in Form von Eiweißen enthalten alle Lebewesen dieses Element. Während Menschen und Tiere den Stickstoff bereits in Form von Eiweißen durch die Nahrung zu sich nehmen, stellen Pflanzen diese gemäß ihres Bedarfes selbst her. Hierzu nehmen sie Stickstoff aus dem Boden auf, der zu 95 Prozent organisch gebunden in Form von Humus zu finden ist. Bei der Stickstoffdüngung wird dem Boden Stickstoff in Form von Nitraten (NO3-), Ammoniumsalzen (NH4+) oder Harnstoffen (CH4N2O) zugeführt

Chemische Eigenschaften

Die bekannteste Form von Stickstoff ist N2. Bei dieser Form handelt es sich um ein farbloses, geruchloses und geschmackloses Gas, das sich bei tiefen Temperaturen verflüssigen lässt. Mit 78 Prozent stellt Stickstoff den größten Anteil der atmosphärischen Luft dar. Der Name ist bezeichnend, da reiner Stickstoff die Verbrennung unterbindet und jegliches Leben erstickt.

Stickstoffkreislauf

Die zahlreichen Verbindungen, die Stickstoff eingeht, sind in einem Kreislauf miteinander verbunden.

Stickstoffkreislauf

Mineralisierung

Der in der Pflanze gebundene Stickstoff gelangt als organische Substanz in den Boden. Dies geschieht direkt oder indirekt, beispielsweise durch ein Tier, Falllaub oder Erntereste. Durch die Mikroorganismen im Boden wird die Substanz zersetzt und die darin enthaltenen Nährstoffe freigesetzt (Mineralisierung). Der Stickstoff aus der organischen Substanz wird als Ammoniak (NH3) frei und reagiert mit Wasser zu Ammonium (NH4+). Wie schnell die organische Substanz zersetzt wird, hängt vom Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis der Substanz ab.

Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis

Je enger das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis ist, desto schneller erfolgt die Mineralisierung. Ab einem Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis von mehr als 25:1 wird die Zersetzung immer stärker gehemmt. Ab einem Verhältnis von 45:1 kommt es meist zu einer Stickstoff-Festlegung, die zum Nachteil der Vegetation ist. Generell lässt sich sagen, dass krautige Pflanzenteile ein enges und holzige Pflanzenteile ein weites Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis haben.

Bei der Zersetzung von organischen Substanzen mit weiten Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnissen entziehen die Bakterien dem Boden den Stickstoff, welcher den Pflanzen dann erst wieder nach dem Tod der Bakterien zur Verfügung steht. Daher sollte bei der Verwendung von organischer Substanz mit weitem Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis eine zusätzliche Stickstoffdüngung ausgebracht werden.

Nitrifikation

Ammonium (NH4+) wird im Boden von nitrifizierenden Bakterien zunächst zu Nitrit (NO2) und anschließend zu Nitrat (NO3-) umgewandelt. Dieser Vorgang nennt sich Nitrifikation und ist der Grund dafür, dass die Pflanzen Stickstoff vor allem als Nitrat aufnehmen, obwohl dieser als Ammonium gedüngt wird.

Anders als die denitrifizierenden Bakterien benötigen die nitrifizierenden Bakterien Sauerstoff. Da der Sauerstoffgehalt im Boden nicht für eine weitgehende Nitrifikation ausreicht, sollte der Sauerstoffeintrag erhöht werden. Dies kann durch wechselnde Wasserverhältnisse in der Anlage, intervallweisen Zu- und Ablauf und konstruktive Maßnahmen, wie zum Beispiel kleine Schwellen oder Wasserfälle, erreicht werden. Auch der Bau vertikal durchströmter Anlagen und die Vergrößerung der Beetfläche pro Einwohner wirken sich positiv aus. Horizontal durchströmte Anlagen hingegen fördern die Denitrifikation.

Bindung an Bodenkolloide

Das ausgebrachte Ammonium (NH4+) kann wegen seiner positiven Ladung an die negativ geladenen Bodenkolloide angelagert und dadurch vor Auswaschung geschützt werden. Nitrat (NO3-) wiederum kann nicht angelagert werden und und liegt frei beweglich in der Bodenlösung vor. Es unterliegt somit verstärkt der Auswaschung und kann sich im Grundwasser anreichern (weitere Infos dazu auf der Seite Nitrat, Abschnitt Nitratauswaschung).

Mit steigender Stickstoffdüngung erhöhen sich somit sowohl die Gefahr der Auswaschung, als auch der Nitratgehalt in der Pflanze, der, wenn er zu hoch ist, eine gesundheitsschädigende Wirkung hat (weitere Infos dazu auf der Seite Nitrat, Abschnitt Gesundheitsschädigende Wirkung zu hoher Nitratgehalte).

Stickstoffverluste

Bakterien benötigen Sauerstoff zum Atmen. Können sie diesen aufgrund von Staunässe oder Bodenverdichtungen nicht aus der Luft beziehen, nutzen manche Bakterien den Sauerstoff aus den Stickstoff-Verbindungen. Bei Sauerstoffmangel im Boden (Staunässe) verbrauchen manche Bakteriengattungen (Pseudomonas und Bacillus) daher Sauerstoff aus dem Nitrat (NO3-). Dadurch wandelt sich das Nitrat (NO3-) in molekularen Stickstoff (N2) um und entweicht gasförmig aus dem Boden. Es kommt somit zu beträchtlichen Stickstoffverlusten. Dieser Vorgang wird Denitrifikation genannt.

Bodenart Maximale Verluste in % der N-Düngung
sandige Böden 11 - 25
Tonböden 16 - 31
Moorböden 19 - 40

Stickstoffverluste können auch in Form von Ammoniak (NH3) erfolgen. Ammoniak (NH3) ist eine gasförmige Stickstoffverbindung und entweicht in die Atmosphäre. Je höher der pH-Wert ist, desto größer sind auch die Verluste an Ammonium-Stickstoff (NH4). Ammoniumhaltige Dünger sollten deshalb nicht zusammen mit Kalkdüngern ausgebracht werden. Des weiteren sollte bei einem pH-Wert von über 7,5 nicht gedüngt werden.

Luftstickstoff

Der Luftstickstoff kann nur von wenigen Pflanzen genutzt werden, da der molekulare Stickstoff (N2) chemisch zu stabil ist. Pflanzen können diese Form des Stickstoffs nur indirekt, nämlich durch bestimmte Bakterien nutzen, die den Stickstoff direkt in Nährsalze umwandeln.

Die Knöllchenbakterien, die in einer Symbiose mit den Leguminosen leben, können den Stickstoff aus der Luft binden und der Pflanze zur Verfügung stellen. Des weiteren können einige frei lebende Bakterien und Strahlenpilze, die in Symbiose mit einigen Gehölzen leben, den Stickstoff der Luft nutzen. Dieser Vorgang nennt sich biologische Stickstoffbindung.

Ein weiterer Teil des Kreislaufs sind die Stickstoffoxide (NOx), die als Folge von elektrischen Entladungen (Gewitter) mit dem Niederschlag in den Boden gelangen. Da Gewitter in den Tropen besonders häufig vorkommen, hat die Zufuhr von Stickstoff aus der Atmosphäre dort eine höhere Bedeutung.

Unter hohen Drücken und Temperaturen wird gemäß des Haber-Bosch-Verfahrens Ammoniak aus Stickstoff aus der Luft und Wasserstoff gewonnen. Dieses dient als Ausgangssubstanz für Stickstoffdünger. Problematisch ist hierbei jedoch der hohe Energieaufwand.

Nitrate aus Abgasen gelangen mit dem Niederschlag auf die Erdoberfläche. Diese Niederschläge werden als "Saurer Regen" (z.B. HNO3) bezeichnet und führen dem Boden etwa 40 bis 50 kg Stickstoff pro Hektar und Jahr zu.


Mangelerscheinungen

Stickstoff-Mangelssymptome an der linken Brokkolipflanze

Da Stickstoff eine große Bedeutung für das Wachstum, die Entwicklung und die Ertragsbildung einer Pflanze hat, treten die Mangelsymptome sehr schnell und eindeutig auf.

Die älteren Blätter verfärben sich hell- bis gelbgrün (Chlorose). Dies ist auf die verringerte Blattgrünbildung zurückzuführen, da Stickstoff ein Bestandteil des Chlorophylls ist. Da Stickstoff bei Mangel in die jüngeren Blätter verlagert wird, weisen hauptsächlich die älteren diese Symptome auf.

Des weiteren kann es zu einem Kümmerwuchs kommen, da der Stoffwechsel der Pflanze gebremst wird. Sowohl das Längen- und Triebwachstum, als auch das Dickenwachstum der Stengel und Sprosse sind gehemmt. Dies kann mit der Rolle von Stickstoff in der Bildung von Eiweißen und Enzymen begründet werden. Bei Getreide ist die Bestockung vermindert und auch das Wachstum der Blätter ist stark gehemmt. Des weiteren ist bei Getreide die Ähren- und Blütenanlage reduziert und bei Obstbäumen die Lebens- und Befruchtungsfähigkeit der Blüten verkürzt.

Aufgrund des Überschusses an Kohlenhydraten kommt es oftmals auch zu einer erhöhten Anthozyanbildung. Dies führt zu orange- bis purpurroten Verfärbungen.

Im Gegensatz zu dem verkürzten Triebwachstum, sind die Wurzeln bei Stickstoffmangel lang, jedoch nur wenig verzweigt.

Neben den genannten Symptomen kann es außerdem zu Blattfall und Notblüten kommen. In der folgenden Tabelle sind die typischen Stickstoffmangelsymptome verschiedener Pflanzen aufgelistet.

Pflanze Symptome
Getreide dünne und kurze Halme, blass- bis gelbgrüner Bestand, ältere Blätter sterben vorzeitig ab (Braunfärbung), rötlich-braune Verfärbungen an den Basalteilen, sehr geringe Bestockung
Mais hell- bis gelbgrüne Pflanzen, ältere Blätter vergilben und verdorren, Stengel bleiben dünn und kurz
Kartoffel verkleinerte hellgrüne Blätter, Pflanzen bleiben klein, ältere Blätter vergilben, vorzeitiger Blattfall, wenige und dünne Stengel, Starrtracht, geringer Knollenansatz
Zucker- und Futterrüben spärlicher Wuchs, starr aufrechtstehende Blätter, blass- bis gelbgrün, ältere Blätter vergilben und verfärben sich dunkel- bis purpurrot
Kohlrüben blassgrüne Färbung der jüngeren Blätter, gelbe bis rotviolette Färbung der älteren Blätter
Raps jüngere Blätter färben sich blassgrün, ältere Blätter färben sich gelbgrün bis rotviolett, dünne Stengel, spärlicher Blütenansatz
Flachs starr aufrechtstehende Stengel, enganliegende kleine Blätter, vorzeitiger Blattfall, dürftige Verzweigung und Blütenbildung
Markstammkohl blassgrüne Färbung, gelbe bis rotviolette Verfärbung der älteren Blätter
Stangenbohnen klein, blassgrüne junge Blätter, vergilbte ältere Blätter, Stengel und Blattstiele neigen zur Rotfärbung
Kohl kleinbleibend, blassgrüne bis blassblaugrüne aufrechtstehende junge Blätter, gelb bis rotviolett verfärbte ältere Blätter, vorzeitiger Blattfall
Möhren dünne Blattstiele, junge Blätter blassgrün, ältere Blätter gelb bis rot, vorzeitiges Absterben der Blätter, gehemmtes und dürftiges Wachstum
Sellerie Zwergwachstum, blassgrüne Blätter, ältere Blätter sterben ab
Gurken dünne, hartfaserige Stengel, Blätter sind blassgrün bis gelb, Früchte sind kürzer, blassgrün und am Blütenende eingeschrumpft
Tomaten aufrechter starrer Habitus, kleinbleibende Blätter, dünne, hartfaserige, purpurrote Stengel, Blüten fallen vorzeitig ab
Salat Zwergwachstum, bildet häufig keinen Kopf aus, gelbgrüne Blätter, bei manchen Sorten purpurrote oder braune Verfärbung
Zwiebeln kleinbleibend, Starrtracht, hellgrüne Blätter
Äpfel, Birnen, Kirschen, Pflaumen schmale blassgrüne Blätter, ältere Blätter sind gelb bis orangefarben, vorzeitiger Blattfall, kurze dünne Zweige, gehemmtes Triebwachstum, geringer Fruchtknospenansatz, spärliche Blütenbildung, kurze Befruchtungsdauer, vorzeitiges Verfärben der Früchte
Aprikosen blass-gelbgrüne Blätter, kurze, dünne Zweige, überreichliche Blüte, wenig Fruchtansatz, kleine Früchte
Pfirsiche kurze, dünne, steif erscheinende Zweige, braun- bis purpurrote Rinde, gelbgrüne Blätter (ältere rötlichgelb, teilweise mit nekrotischen Flecken), vorzeitiger Blattfall, kleine und oftmals missgeformte Früchte
Reben Blätter färben sich unregelmäßig blassgrün bis gelb, abwärts gerollte rötliche Randnekrosen, rosarot verfärbte Blattstiele, verkümmerte Triebspitzen
Citrus-Arten kleine, blass- bis gelbgrüne Blätter, kurze und dünne Zweige, ungleichmäßiges Absterben der Zweige, gedrungener einseitiger Wuchs, blasse Früchte, vorzeitige Reife, Schale ist dick und grob textuiert
Erdbeeren gedrungener Wuchs, kleine gelbgrüne Blätter, starre aufrechtstehende Blattstiele, wenige Ausläufer, ältere Blätter färben sich vom Rand her rot, Blattzähne sterben ab, reduzierte Blüten- und Fruchtbildung, kleinbleibende Früchte
Tabak schlanke Stengel, jüngere Blätter sind starr aufgerichtet und hellgrün, ältere Blätter färben sich orange, Blätter sterben ab
Hopfen kleine blassgrüne Blätter, von der Basis her vergilbend, rotgefärbte Blattstiele
Kleine Flamingoblume aufgehellte Blätter, Blattspitzen sterben ab und färben sich dunkelbraun
Chrysanthemen Blätter sind klein, gelbgrün und vergilben und vertrocknen mit fortschreitendem Stickstoffmangel, verholzte Stengel
Gerbera auffallend kleine hellgrüne Blätter mit rötlichen Flecken
Gummibäume kleine gelbgrün bis gelblich verfärbte Blätter, rötlich verfärbte Stiele und Hauptblattadern, bräunlich gestreifte und gepunktete Blattspreiten
Nelken kurze Stengel, kurze Internoiden, kleine blassgrüne bis gelbliche Blätter, Blätter sterben mit hellbrauner Verfärbung ab, kümmerliche kleine Blüten
Poinsettien gelblichgrüne Blätter mit gelben Randaufhellungen und Hauptadern, abgestorbene Blattspitzen, rötlich verfärbte Stiele, Brakteenausbildung ist unterdrückt
Rosen geringes Wachstum, Blätter vergilben von der Triebspitze ausgehend, Blattfall, spärliche Knospenausbildung, blasse Blütenfarben
Usambaraveilchen steife, meist nach unten gebogene olivgrüne bis gelbliche Blätter, verkürzte Blattstiele, jüngere Blätter bleiben klein, geringe bis keine Blütenbildung
Laub- und Nadelbäume stark aufgehellte, gelbgrüne, gleichmäßige Blatt-/Nadelfarbe, vorzeitiges Vergilben, bei Laubbäumen verstärkte Anthozyanbildung, kleine und nur spärlich ausgebildete Blätter/Nadeln, fallen vorzeitig ab, verstärktes Wurzelwachstum im Gegensatz zum Spross, geringe Astausbildung, schütterer Blatt-/Nadelbesatz, unregelmäßiger Fruchtbesatz

Symptome der Überversorgung

Stickstoffüberschuss festzustellen, ist nicht immer einfach, da der Übergang von einer optimalen zu einer hohen bis überhöhten Stickstoffversorgung fließend ist.

Bei einer Stickstoffüberversorgung kommt es zu üppigem Wachstum. Das Gewebe ist schwammig und weich und weist eine geringe Resistenz gegen Krankheitserreger auf.

Da es zur verstärkten Bildung von Blattgrün kommt, färben sich die Blätter dunkler.

Durch eine verzögerte Ausreife sind die Pflanzen anfällig für Frostschäden.

Gemüse und Obst weist einen hohen Nitratgehalt auf.

Die Erträge sind bei Stickstoffüberschuss meist reduziert.

Des weiteren ist die Bildung von Zuckern vermindert, was bei vielen Pflanzenarten, so wie der Zuckerrübe problematisch ist. Es kommt zur Anreicherung von Amiden in Gemüse und anderen Pflanzen und damit verbunden zu Gemachcksminderungen.

Hohe NO3-- oder NH4+-Anreicherungen führen zu Blattrandchlorosen und -nekrosen. Der NH4-Überschuss führt eher zu weißbraunen Blattrandnekrosen, Nitratüberschuss (NO3-) hingegen zu braunen Verfärbungen. Bei Nitratüberschuss zeichnet sich oftmals zu Beginn ein Chlorosestreifen zwischen dem dunkelgrünen Blattgewebe und der nekrotischen Zone ab. Die Nekrosen greifen später auch auf die Interkostalflächen und auf die gesamte Blattspreite über, bis das Blatt schließlich mit nach unten gebogenen Rändern abstirbt.


Quellen

  • Martin Degen, Karl Schrader (2002): Grundwissen für Gärtner. Ulmer Verlag. Stuttgart. ISBN 3800111888
  • Holger Seipel (2007): Fachkunde für Gärtner. Verlag Dr. Felix Büchner. Hamburg. ISBN 9783582041555
  • Hans Jessen, Helmut Schulze (1997): Botanik in Frage und Antwort. Verlag M. & H. Schaper. Hannover. ISBN 3794401867
  • Prof. Dr. Rolf Röber, Prof. Dr. Klaus Schaller (1985): Pflanzenernährung im Gartenbau. Ulmer Verlag. Stuttgart. ISBN 3800151278
  • Werner Bergmann (1988): Ernährungsstörungen bei Kulturpflanzen. VEB Gustav Fischer Verlag. Jena. ISBN 3334002489


Weblinks