Chemie im Alltag von A-Z

Alles Leben ist Chemie: D wie Dünger

Donauchem
Dünger sind Stoffe und Stoffmischungen, die das Nährstoffangebot im Boden für Pflanzen erhöhen, wodurch höhere Erträge und ein schnelleres Pflanzenwachstum erzielt werden. Das dient dazu, eine ausreichende Versorgung der Bevölkerung zu ermöglichen.
 

Woraus bestehen Düngemittel

Es gibt fünf Hauptnährelemente in Düngern: Stickstoff (N), Phosphor (P), Kalium (K), Calcium (Ca) und Magnesium (Mg). Ein Mangel eines dieser Nährstoffe kann das Pflanzenwachstum beschränken. Diese Düngerbestandteile werden gesondert oder in Mischungen angeboten, die den Anforderungen der jeweiligen Kulturpflanzen möglichst gerecht werden sollten. Dünger, die sowohl Stickstoff, Phosphor als auch Kalium beinhalten, werden NPK- oder Volldünger genannt. 
 

Düngerarten

Man unterscheidet Dünger allgemein nach der Art, wie der düngende Stoff gebunden ist. Weitere Unterscheidungsarten sind die Form des Düngers (Feststoffdünger und Flüssigdünger) und deren Wirkung (schnellwirkender Dünger, Langzeitdünger, Depotdünger).
 

Mineralischer Feststoffdünger

Im anorganischen oder Mineraldünger liegen mit Ausnahme von Flüssigammoniakdünger die düngenden Elemente meist in Form von Salzen vor, sie sind daher in Granulat- oder Pulverform erhältlich. Viele Nährelemente können aus fossilen Lagerstätten abgebaut werden. Allerdings liegen sie im Gestein als stabile, kaum lösliche Verbindung vor. Pflanzen nehmen Nährstoffe jedoch nur in Form von in Wasser gelösten Ionen auf. Aus diesem Grund müssen etwa Rohphosphate „aufgeschlossen“ werden (Haber-Bosch-Verfahren; Phosphataufschluss).

Kunstdünger

Mineraldünger haben einen großen Produktivitätsfortschritt in der Landwirtschaft ermöglicht und werden sehr häufig eingesetzt. Ein negativer Aspekt synthetischer Dünger ist der enorme Energieaufwand bei der Herstellung. Mineralische Phosphatdüngung führt zudem zu einer Anreicherung des giftigen und radioaktiven Schwermetalls Uran im Boden und damit in der Nahrungskette, da Phosphat und Uran chemisch eng aneinander gebunden sind. Zudem kommt es zu einer Anreicherung des ebenfalls giftigen Schwermetalls Cadmium, das über die Pflanzen in die menschliche Nahrungskette gelangt. 
  • Stickstoffdünger sind meist Ammoniumnitrat, Ammoniumsulfat und Kaliumnitrat und werden aus Ammoniak und Salpetersäure hergestellt.
  • Phosphate werden grundsätzlich als Rohphosphate oder als aufgeschlossene Phosphate verwendet. Da Rohphosphate schwerlöslich sind, werden sie mit Schwefelsäure oder Phosphorsäure aufgeschlossen. Nach Aufschluss mit Schwefelsäure werden sie als Superphosphat bezeichnet während ihre Bezeichnung nach Aufschluss mit Phosphorsäure  Doppel- oder Tripelphosphat ist. 
  • Kalisalze werden im Bergbau gewonnen, aufbereitet (Kaliumchlorid-Dünger) oder zu Kaliumsulfat umgesetzt.
Die Düngung mit gasförmigem Kohlenstoffdioxid (CO2) ist eine wichtige Anwendung im Unterglasgartenbau. Grund ist der durch den photosynthetischen Verbrauch entstehende CO2-Mangel bei ungenügendem Nachschub an Frischluft, besonders im Winter bei geschlossener Lüftung, weil Pflanzen CO2 als Grundsubstanz benötigen. Dabei wird das Kohlenstoffdioxid entweder direkt als reines Gas oder als Verbrennungsprodukt aus Propan oder Erdgas eingebracht (Kopplung von Düngung und Heizung). 
 

Organische Dünger

Bei den organischen Düngern sind die düngenden Elemente an Kohlenstoff gebunden. Organische Dünger sind normalerweise tierischen (Abfallstoffe wie Gülle, Jauche, Guano etc.) oder pflanzlichen Ursprungs, können aber auch synthetisiert werden (z. B. Harnstoff). Sie entfalten ihre Wirkung langfristiger und werden oft weniger schnell ausgewaschen als mineralische. Eine Kennzahl für die Wirkgeschwindigkeit ist der C/N-Quotient - das Verhältnis von Kohlenstoff zu Stickstoff. Je größer die Kennzahl ist, desto langsamer wirkt der Dünger.

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Mineralische Nährstoffe und ihr Einsatz

Nährstoffaufnahme der Pflanzen

Bei der Mineralstoffaufnahme aus dem Boden ist zwischen der Ernährung von Sommer- und Winterarten sowie von mehrjährigen Pflanzen zu unterscheiden:
  • Bei Sommerarten (z.B. Kartoffeln) steigt der Bedarf an Nährstoffen je nach der Länge der Wachstumszeit schnell bis zu einem bestimmten Punkt vor der Reife an und fällt dann ab oder hört ganz auf.
  • Bei Winterarten (z.B. Wintergetreide oder -raps) unterbricht die winterliche Wachstumsruhe (Frost) die Nährstoffaufnahme.
  • Mehrjährige Pflanzen mit ausdauernden unterirdischen Organen, z.B. Gräser, Kleearten, Hopfen und Wein, speichern in den Wurzeln Nährstoffe und beschleunigen mit diesen Reservestoffen die Entwicklung im folgenden Frühjahr.
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Aufnahme von Dünger durch Bodenlösung oder Blätter
 

Nährstoffaufnahme aus der Bodenlösung

Die Pflanze nimmt die Nährsalze mit den Wurzeln aus einer wässrigen Lösung auf. Sie liegen in der Bodenlösung als elektrisch geladene Teilchen (Ionen) vor. Zusätzlich können die im Boden schwer verfügbaren Pflanzennährstoffe Eisen, Mangan, Kupfer und Zink mit organischen Stoffen wasserlösliche Chelatverbindungen eingehen und in dieser Form von den Pflanzen aufgenommen werden. Die mengenmäßige Nährstoffaufnahme der Pflanze hängt von der Leistung der Wurzelatmung ab. Leicht erwärmbare Böden mit günstigem Luft-Wasser-Haushalt bieten die besten Bedingungen für die Nährstoffaufnahme.
 

Nährstoffaufnahme durch das Blatt

Auch die Blätter einer Pflanze können Wasser und die darin gelösten Stoffe durch Kleinporen aufnehmen. Seit Jahren bewährt sich im praktischen Anbau vorrangig die ergänzende Versorgung mit Stickstoff, Magnesium und Spurennährstoffen durch das Blatt. Der Vorteil dieses Verfahrens einer gezielten Nährstoffzufuhr besteht im hohen Ausnutzungsgrad, jedoch ist die Versorgung mit Nährstoffen je Gabe nur begrenzt möglich. 
 

Gefahren des Überdüngens

Bei zu starker Ausbringung von Düngern besteht die Gefahr, dass der Boden überdüngt und dadurch nachteilig verändert wird. Dies kann zu Lasten der Erträge und der Qualität der Ernte gehen oder, in Extremfällen, zu einer Abtötung der Pflanzen durch Plasmolyse führen.

Überdies können die nicht von den Pflanzen aufgenommenen Düngerbestandteile in das Grundwasser ausgeschwemmt werden, was zu Beeinträchtigung der Wasserqualität führt. Dieses nährsalzreiche Wasser kann seinerseits zu einem Überangebot an Mineralstoffen führen, was das Algenwachstum begünstigt und dadurch Sauerstoffmangel verursacht.
 

Einfluss von Dünger auf Boden und Lebewesen

Düngemittel können sowohl Einfluss auf chemische und Physikalische Bodeneigenschaften, aber auch auf Bodenlebewesen haben. Besondere Stickstoff-Dünger tragen zur Bodenversauerung bei. Gut geplante Düngungsmaßnahmen und eine ausreichende Bodenversorgung mit organischen und mineralischen Düngern fördern die Menge und Vielfalt der Bodenlebewesen und sind somit ausschlaggebend für die Bodenfruchtbarkeit.


 

Düngungseinfluss auf den Boden

  • Stickstoff: Förderung des Bodenlebens 
  • Phosphor: Förderung der Krümelbildung; Bodenstabilisator; Brücken zwischen Humusteilchen 
  • Kalium: K+ Ionen wirken in hoher Konzentration krümelzerstörend, weil Sie Ca2+ Ionen verdrängen (Antagonismus) 
  • Magnesium: Wie Ca, Förderung der Krümelstabilität durch Verdrängung der Hydroniumionen von Austauscherplätzen 
  • Calcium: Stabilisiert Krümelstruktur/ Förderung des Bodenlebens/ pH-Regulierung 
  • Schwefel: Förderung des Bodenlebens

Düngungseinfluss auf das Wasser

Eine Verschlechterung der Wassergüte durch Düngung kann erfolgen bei
  • Nitratanreicherung/-belastung des Grundwassers durch Stickstoff-Auswaschung,
  • Nährstoffanreicherung, insbesondere Phosphatanreicherung, in mit der Folge einer Eutrophierung des Gewässers
Nitrat (NO3-) ist im Trinkwasser unerwünscht, weil es unter bestimmten Umständen in das gesundheitlich bedenkliche Nitrit umgewandelt wird. Um die gesundheitlichen Risiken weitgehend auszuschließen, sollen die Nitratgehalte im Trinkwasser möglichst niedrig sein. Der aktuelle Grenzwert für Nitrat im Trinkwasser liegt laut der österreichischen Trinkwasserverordnung (BGBl. II Nr. 304/2001 idgF) bei 50 mg/l.
 

Phosphatbelastung der Oberflächengewässer 

Eutrophierung bezeichnet einen Zustand von stehenden Gewässern, der durch hohen Nährstoffgehalt und ein dadurch verursachtes üppiges Auftreten von Wasserpflanzen und Algen gekennzeichnet ist. Meistens ist die Eutrophierung durch hohe Phosphatzufuhr bedingt, da eine starke Phosphat-Zufuhr das Wachstum von Algen und Wasserpflanzen steigert. Durch den Abbau abgestorbener Algen- und Pflanzenrest wird viel Sauerstoff verbraucht, wodurch es zu Sauerstoffmangel und somit zum Fischsterben kommen kann (tote Zonen).
Phosphate gelangen durch Abwasser aus Wohngebieten (Waschmittel) bzw. Auswaschung von Phosphat sowie Abschwemmung von Boden und Düngern in Oberflächengewässer. Auch im Zusammenhang mit dem Bodenabtrag durch Wassererosion oder bei unsachgemäßem Einsatz von wirtschaftseigenen Düngern kann Phosphat ins Wasser gelangen.

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Einfluss von Dünger auf die Luft

Nach der Ausbringung organischer und anorganischer Dünger kann Stickstoff gasförmig in Form von Ammoniak an die Luft abgegeben werden, was zu einem stechenden Geruch führt.

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www.donauchem.at

Weiterführende Links/Quellen:
https://www.chemie.de/
https://www.uni-regensburg.de/chemie-pharmazie/
https://www.plantura.garden/gartentipps/gartenpraxis/mineralischer-duenger-vorteile-nachteile-beispiele
https://www.plantura.garden/gartentipps/stickstoffdunger-herstellung-anwendung-des-n-dungers
https://www.landschafftleben.at/
Donauchem

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