Bedeutung der Nährelemente für die Pflanze

Bedeutung der Nährelemente
für die Pflanze

Guido Kossmann, Bayreuth

Im Folgenden soll hauptsächlich auf Nährelemente und deren Mineralstoffe eingegangen werden, die von der Pflanze in Form von Ionen oder als gelöste Moleküle aufgenommenen werden und im Mangelfall mittels Mineralstoffdüngung nachgeliefert werden können (Marschner, 2002).

Ein großer Anteil der, bei der Verbrennung pflanzlicher Biomasse zurückbleibenden Asche (10 %) besteht aus Salzen der metallischen Hauptnährelemente K, Ca und Mg sowie des nicht-metallischen P. Diese Salze können, in Wasser gelöst, wiederum als für das Pflanzenwachstum wichtige Mineralstoffe fungieren. Zu den Mineralstoffen zählen auch die bei der Verbrennung gasfömigen Verbindungen des nicht metallischen N und S sowie die Salze der metallischen Spuren(-nähr)-elemente Fe, Mn, Zn, Cu, B und Mo, (Tab. 2).

Während die Hauptnährelemente in pflanzlicher Biomasse mit Gehalten > 0,1 % vorliegen, weisen Spurenelemente lediglich Gehalte < 0,1 ‰ in der pflanzlichen Biomasse auf (Finck, 1991).

Tab. 2 Gehalte von Nährelementen in der Biomasse von Kulturpflanzen aus Finck (1991) und Minimalgehalte dieser Nährelemente für Elodea spec. aus Walstadt(1999) bezogen auf Trockenmasse (TM))

		Gehalte in Biomasse		Kritische Gehalte 2)
		von Kulturpflanzen 1)		für Elodea occidentalis 3)

Hauptnährelemente [g kg^-1]	N	5,0	-	30	16,0
	P	1,0	-	3	1,4
	K	10,0	-	30	8,0
	S	0,7	-	3	0,8
	Ca	3,0	-	20	2,8
	Mg	1,0	-	10	1,0

Spurennährelemente [mg kg^-1]	Cl	200,0	-	10 000	k.A.
	Fe	50,0	-	100	60,00
	Mn	40,0	-	60	4,00
	Zn	30,0	-	50	8,00
	B	5,0	-	50	1,30
	Cu	5,0	-	10	0,80
	Mo	0,2	-	1	0,15

Die aus dem Wasser in Form von Mineralstoffen aufgenommenen Haupt- und Spurennährelemente sind für die Pflanzenernährung essentiell, da Pflanzen nicht in der Lage sind diese Mineralstoffe selbst zu synthetisieren Finck, 1991).

Mineralstoffe treten im Wasser hauptsächlich als Bestandteil verschieden gut löslicher Salze auf. Salze erhalten ihre gute Löslichkeit durch die Tatsache, dass sie in geladene Ionen aufspalten und sich mit einer Wasserhülle (Hydrathülle) umgeben können. Als Bestandteil gelöster Salze liegen Mineralstoffe im Wasser entweder als negativ geladene Anionen (z.B. NO₃^-, H₂PO₄^- ), oder als positiv geladene Kationen (NH₄⁺, K⁺) vor (Scheffer et al, 2002). Auch in Pflanzen liegen Mineralstoffe häufig in Form gelöster Ionen vor (Tab. 3).

Tab. 3 Einbau von Mineralstoffen aus Larche (1994) und Physiologische Hauptfuntkionen von Nährstoffelementen in Pflanzen aus BErgmann (1992)


	Einbau in die Pfanze	Physiologische Funktion
N	Freies NO₃^-, Aminosäuren, Nukleinsäuren	Osmoregulation4), DNS-Bestandteil5), Protein-,Vitaminsynthese

P	Freies Ion, verschiedene org. Verbindungen	DNS-Bestandteil, Energiestoffwechsel, Membranintegrität

K	Freies Ion (Plasma)	Osmoregulation (Transpiration), Mineralstofftransport

S	Freies Ion, in Eiweißen, Enzyme, Co-enzymen	Aminosäuresynthese, N-Stoffwechsel, Photosynthese, Osmoregulation

Ca	Freies Ion, verschiedene org. Verbindungen	Zellwandintegrität, Osmotischer Antagonist zu Na⁺/K⁺

Mg	Freies Ion, Chlorophyll -und Enzymbestandteil	Energietransfer, Aktivator von 300 Enzymreaktionen

Cl	Freies Ion, meist im Plasma	Osmoregulation, O₂- Stoffwechsel

Fe	Enzymbestandteil	C- Stoffwechsel (z.B.Chlorophyllbildung), Energiestoffwechsel

Mn	Enzymbestandteil	C- Stoffwechsel, Energiestoffwechsel

Zn	Enzymbestandteil	Enzymaktivator, O₂- Stoffwechsel, Strahlungschutz

B	Org. Verbindungen	Membranstabilisierung, Osmotischer Antagonist zu Na⁺/K⁺

Mo	Enzymbestandteil	N-Stoffwechsel, P-Stoffwechsel, Energiestoffwechsel

Cu	Enzymbestandteil	Photosynthese, Membranintegrität, Holzstoffsynthese

Im Nährstoffwechsel der Pflanze verläuft eine Vielzahl biochemischer Reaktionen unter Katalyse (beschleunigt) ab. Enzyme übernehmen die Rolle der Katalysatoren biochemischer Reaktionen. Ihre prostetische Gruppen (funktionelle Gruppen) beinhalten meist Nährelemente, die durch ihre besonderen chemisch-physikalischen Eigenschaften Enzymfunktionen ermöglichen. Diese Funktion kann auch an das Vorhandensein spezifischer Mineralstoffe gebunden sein, ohne dass diese Bestandteile des Enzyms sind (Enzymaktivatoren, z.B. Mg, Tab. 3).
Nährelemente spielen auch beim Energiestoffwechsel der Pflanze eine entscheidende Rolle. So erfolgt die Umwandlung von Sonnenenergie in chemische Energie unter massgeblicher Beteiligung von Mg₂⁺ im Chlorophyll Die Speicherung chemischer Energie erfolgt unter Nutzung von PO4 (Finck, 1992, Marschner, 2002).
Da Nährelemente in Form verschiedener Mineralstoffe unterschiedliche physiologische Funktionen ausüben können, wird folgend der Begriff Mineralstoff als eine lösliche Nährelementform mit pflanzen-physiologischer Bedeutung gefasst.

1) Die Gehalte werden in g (mg) pro kg TM für Getreidestroh/Zuckerrübenblätter angeben

2) Kritische Gehalte = Minimalgehalte, die für ein ungestörtes Pflanzenwachstum notwendig sind

3) Elodea occidentalis (nuttallii)

4) Osmoregulation: über die Konzentrationen von K⁺ / Na⁺ und Ca₂⁺ sowie Cl^-, SO₄^2- kann der Quellungsgrad der Zellen durch Wasseraufnahme und -abgabe (Osmose) gesteuert werden

5) DNS = Desoxyribonukleinsäure, Träger genetischer Information in der Zelle