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  • Stickstoff (N)
    714.0067
    N
  • Ionenform
  • Anion/Kation
    NO3-
  • Blatt
  • Ursprung: Luft
  • > 40 mm um die Wurzel

Stickstoff

(N)

Zusammen mit Kohlenstoff spielt Stickstoff eine wichtige Rolle bei der Bildung von organischem Material. Auch wenn 78 % unserer Atemluft aus Stickstoff besteht, kann unser Stickstoffbedarf nur durch pflanzliches und tierisches Eiweiß gedeckt werden. Mit der Ausnahme von Leguminosen, werden Pflanzen durch die Mineralisierung von organischer Substanz mit Stickstoff versorgt. Die Entdeckung der chemischen Synthese von Ammoniak (Haber-Bosch-Verfahren, Nobelpreis 1918 und 1931) hat die Landwirtschaft revolutioniert. Ohne dieser mineralischen Stickstoffversorgung, würde sich die weltweite landwirtschaftliche Produktion in etwa halbieren.
N
Pflanze
Pflanze
Boden
Boden
Kulturen
Kulturen
Ursprung
Ursprung
Kernaussagen
Kernaussagen
BEDEUTUNG FÜR DIE PFLANZE
Zusammen mit anderen Elementen (Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, usw.) bildet Stickstoff einen Bestandteil der Aminosäuren zum Proteinaufbau. Stickstoff ist ein wichtiges Element zur Zellbildung und Photosynthese (Chlorophyll). Er trägt maßgeblich zum Pflanzenwachstum bei. Er beeinflusst die Qualität, vor allem den Proteingehalt der Pflanzen.
AUFNAHMEMECHANISMUS
Stickstoff wird von der Pflanze hauptsächlich als Nitrat (NO3-) aus der Bodenlösung aufgenommen. Organischer Stickstoff, Ammoniak- und Harnstoff werden im Boden durch mikrobielle und physikalisch-chemische Prozesse langsam in Nitrat umgewandelt. Durch Aufnahme von Wasser aus dem Boden als Ausgleich für Verdunstungsverluste wird Nitrat von der Pflanze passiv absorbiert, welches zu den Blättern aufsteigt, wo es in eine organische Form umgewandelt und dann in der Pflanze verteilt wird.
INTERAKTIONEN, SPEZIFISCHE WIRKSAMKEIT
Stickstoff ist im allgemeinen der erste Begrenzungsfaktor für das Pflanzenwachstum, mit Ausnahme der Hülsenfrüchtler, die als einzige botanische Pflanzenfamilie den Stickstoff direkt aus der Luft aufnehmen können. Dies geschieht in Symbiose mit Bakterien.
Die Menge und die Qualität des Humus sowie die Versorgung mit frischem organischem Material sind entscheidend für die natürliche Versorgung der Pflanzen mit Stickstoff. Die Mineralisierung des organisch gebundenen Stickstoffs ist von der biologischen Aktivität im Boden abhängig und diese unter anderem vom pH-Wert, Durchlüftung, Feuchtigkeit und Temperatur es Bodens. Im Vergleich zum organischen Stickstoff ist der Anteil des mineralischen Stickstoffs im Boden sehr gering. In gemäßigtem Klima werden 1-2 %der organischen Reserven in die für die Pflanze verfügbare Mineralform umgewandelt.

Ammonium, nitrate, and urea are the three forms of nitrogen (N) contained in fertilizers. While nitrate (NO3-) and ammonium (NH4+) are immediately available for the crops after application (1), urea needs to be converted (hydrolysis, 7) to NH4+.

Nitrate is the preferred N-form, as it is water soluble and therefore immediately plant available (2). It enhances the uptake of cations, such as K+, Ca2+, Mg2+. Part of the ammonium can as well be directly taken up by the crops (3) and depending on soil characteristics, NH4+ is also converted into NO3- (nitrification, 4).

Denitrification is a process where NO3- is reduced to nitrite (NO2-), nitric oxide (NO), nitrous oxide (N2O) and N2. This reaction is mediated by anaerobic bacteria, and therefore occurs in anoxic environments and is thus scarce in well-aerated agricultural soils. As anion, NO3- is also quite mobile in the soil and can be leached with excess rainfall (leaching, 9). Therefore, it is important to split high amounts of N fertilization into several smaller application rates and to fertilize at the right time, when the demand of the crop is high.

The soil microorganisms consume mainly NH4+ but also NO3(immobilization, 6). The presence of carbon-rich but nitrogen-poor organic matter (for instance straw) enhances immobilization. However, this proportion of N is not lost and becomes plant available later when biomass including the microbial biomass decomposes (mineralization, 6).

After soil application, urea ((NH2)2CO) breaks down to two molecules of ammonia (NH3) and one molecule of carbon dioxide (CO2). The gaseous NH3 can escape into the atmosphere (volatilization, 8). The reaction of NH3 with water (H20) to form NH4 releases a hydroxide ion (OH-) and thus increases the soil pH. Ammonia volatilization is particularly high in alkaline soils (pH > 7). Therefore this temporarily increase in soil pH facilitates high volatilization losses even on acidic soils.

Sensitivitätsstabelle

Sensitivitätsskala:
  • Hoch

  • Verhältnismäßig

  • Moderat

N
Kohl
Karotte
Grüner Salat
Körnermais
Silomais
Tomate
Winterraps
Winterweizen
Kartoffel
Gurke
Zuckerrübe
Sommergerste
Erdbeere
Wintergerste
Flachs
Sonnenblume
Apfel
Brine
Kirschen
Sauerkirsche
Weinreben

Sensibilitätsstabelle & Symptome

Empfindlichkeitstabelle

Stickstoff ist als Nährstoff für das Pflanzenwachstum unbedingt erforderlich, da es der Pflanze ermöglicht, Proteine (z.B. Chlorophyll, Enzyme und Vitamine) zu bilden. Als Hauptfaktor des Pflanzenwachstums bestimmt er außerdem die Qualität. 

Bei eingeschrängter Stickstoffversorgung werden die Pflanzenteile kleiner und die Erträge geringer. 

Neben der Varietät spielt Stickstoff die wichtigste Rolle bei der Ausbildung eines hohen Proteingehalts im Getreide. Stickstoffmangelbeeinträchtigt die Entwicklung der Pflanze stark. Die Verluste hängen von der Stärke und Dauer des Mangels ab (Gesamtzeit des Mangels und betroffene Zyklusperioden). Ein früher Mangel zu Beginn des Halmwachstums wirkt sich besonders nachteilig auf den Ertrag aus, da der Stickstoffbedarf zu diesem Zeitpunkt am höchsten ist. 

Symptome

Eine unzureichende Stickstoffversorgung führt zu einer verringerten Proteinsynthese, was das Wachstum und die Entwicklung der Pflanze beeinträchtigt.

Pflanzen mit Stickstoffmangel zeigen aufgrund einer unzureichenden Chlorophyllsynthese eine Gelbfärbung und Austrocknung älterer Blätter. 

Überschuss & Bedarf

Überschuss

Eine übermäßige Stickstoffversorgung ist ebenfalls nicht wünschenswert, weder für die Pflanze (Halmstabilität) noch aus ökonomischer- (Verschwendung) oder ökologischer Sicht (Auswaschung).

Aus diesem Grund wurden zahlreiche Tools entwickelt, mit denen die Dosierung für einen optimalen Ertrag errechnet werden kann. Borealis L.A.T empfiehlt den N-Pilot®.

Bedarf

Der Stickstoffbedarf der Pflanze hängt von der Pflanzenart, der Sorte und vom Zielertrag ab. Er ist eng verknüpft mit der gewünschten Biomasse, die das ökonomische Ertragsergebnis bestimmt.

Die Stickstoffdüngung kann je nach Bedarf der Pflanze und der im Boden verfügbaren Menge präzise berechnet werden.


PRODUKTIONSPROZESSE

Obwohl die Ammoniaksynthese bereits im Jahr 1909 zum ersten Mal gelungen war, hat sie erst nach dem zweiten Weltkrieg an Bedeutung gewonnen. Heute wird Ammonium, der Ausgangsstoff für alle Stickstoffdünger, über das Haber-Bosch Verfahren gewonnen. Dieser Prozess hatte einen enormen Einfluss auf die Menschheit und würde oft als die wichtigste Erfindung des 20. Jahrhunderts bezeichnet. Beide Erfinder, Fritz Haber und Carl Bosch, haben den Nobelpreis erhalten. 

Der Prozess verwandelt atmosphärischen Stickstoff durch eine Reaktion mit Wasserstoff (H2) in Ammoniak (NH3) um. Der Wasserstoff stammt hauptsächlich von Methan (CH4) und die Synthese ist daher ein energieaufwendiger Prozess. 

Ammoniumnitrat entsteht durch eine Säure-Base-Reaktion von Ammonium mit Salpetersäure (HNO3). Das Ergebnis ist ein kristallines weißes Salz mit hoher Löslichkeit in Wasser. Kalkammonsalpeter (NAC) ist das Produkt aus einer Reaktion von Kalksalpeter (Calciumnitrat, Ca(NO3)2) mit Ammonium. Harnstoff wird aus Ammonium und Kohlendioxid (CO2) gewonnen und AHL ist eine Kombination aus Harnstoff und Ammoniumnitrat. Die Löslichkeit der beiden Produkte gemeinsam ist viel Höher als die der einzelnen Komponenten. Daher wird AHL als flüssige Lösung in der Landwirtschaft verwendet. 

GEHALT IM BODEN

Die Bestimmung des mineralischen Stickstoffs im Boden durch eine Bodenanalyse zum Winterende (Anfang der Vegetationsperiode) ermöglicht ein Abschätzen der Stickstoffverfügbarkeit für die Pflanzen während der Vegetationsperiode. Während der Vegetationsperiode hilft der N-Pilot® bei der Dosierung der optimalen Stockstoffdüngung.

GEHALT AN ORGANISCHER SUBSTANZ
Stickstoff kommt im Boden hauptsächlich in organischer Form vor, und der Gehalt an organischem Material im Boden ist der Hauptindikator für das Mineralisierungspotenzial des Stickstoffs. Mineralisierungs-Modellierungstools helfen dabei, die Dynamik der Stickstoffversorgung abzuschätzen.
TEXTUR
Sandige Böden sind anfällig für eine Stickstoffauswaschung.
KLIMA
Niederschläge im Winter und die Häufigkeit und Intensität der Niederschläge bestimmen das Risiko der Stickstoffauswaschung. Sowohl Trockenheit als auch ein Zuviel an Niederschlag können die Stickstoffversorgung negativ beeinflussen, entweder durch eine geringere Aufnahme durch die Pflanze oder durch eine geringere Mineralisierung organischer Substanz. Ein erfolgreiche Stickstoffdüngung hängt stark von einer ausreichenden Wassermenge nach der Ausbringung ab; generell werden 10-15 mm Wasser benötigt, damit sich der granulierte Dünger vollständig auflöst. Dabei ist besonders auf die gasförmige Verflüchtigung von Ammoniak zu achten.
pH
In sauren Böden ist die Aktivität nitrierender Bakterien verlangsamt, wodurch die Mineralisierung reduziert wird.