research collection
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Research Collection
Doctoral Thesis
Untersuchungen über die Wirkung der Erhitzung auf dieKeimfähigkeit von Unkrautsamen und auf physikalische undchemische Eigenschaften des Bodens
Author(s): Boros, Georg
Publication Date: 1954
Permanent Link: https://doi.org/10.3929/ethz-a-000089068
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Prom. Nr. 2388
Untersuchungen über die Wirkung der Erhitzungauf die Keimfähigkeit von Unkrautsamen
und auf physikalische und chemische
Eigenschaften des Bodens
VON DER
EIDGENÖSSISCHEN TECHNISCHEN
HOCHSCHULE IN ZÜRICH
ZUR ERLANGUNG
DER WÜRDE EINES DOKTORS
DER TECHNISCHEN WISSENSCHAFTEN
GENEHMIGTE
PROMOTIONSARBEIT
VORGELEGT VON
GEORG BOROS
UNGARISCHER STAATSANGEHÖRIGER
REFERENT: HERR PROF. DR. R. KOHLET
KORREFERENT: HERR PROF. DR. H. DEUEL
ZÜRICH 1954
BRUNNER & BODMER
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VORWORT
Die Anregung zu dieser Arbeit erhielt ich durch den Schweizerischen Gärtner¬
meisterverband. Die Versuche konnte ich zum Teil an der Eidg. Landwirtschaft¬
lichen Versuchsanstalt Zürich-Oerlikon, zum Teil am Institut für Pflanzenbau
der Eidg. Technischen Hochschule durchführen.
Ich habe die angenehme Pflicht, all denen meinen aufrichtigsten Dank aus¬
zusprechen, die durch ihre wertvolle Mithilfe zur Entstehung der vorliegendenArbeit beigetragen haben. In erster Linie gilt mein Dank meinem verehrten
Lehrer, Herrn Prof. Dr. R. Koblet, für sein Interesse und seine wertvollen An¬
regungen. Ferner schulde ich Dank der Leitung der Eidg. Landwirtschaftlichen
Versuchsanstalt Zürich-Oerlikon für ihre freundliche Erlaubnis, in den Labora¬
torien dieser Anstalt zu arbeiten. Im besondern danke ich Herrn Dr. E. Schütz,
Analytiker an der agrikulturchemischen Abteilung dieser Anstalt, der mir stets
mit Rat und Tat zur Seite gestanden ist. Ferner danke ich Herrn Prof. A. Linder
(E.T.H. und Universität Genf) für die wertvolle Hilfe bei der Auswertung der
Versuche nach mathematisch-statistischen Methoden, Herrn Dr. E. Frei von der
Versuchsanstalt Oerlikon für seine Ratschläge bei der Bodenuntersuchung und
Herrn C. Signer, der mir bei der Durchführung der Neubauer-Versuche behilf¬
lich war. Auch allen übrigen Helfern, die mich bei der Ausführung meiner Ar¬
beiten unterstützten, danke ich an dieser Stelle bestens.
3
INHALTSVERZEICHNIS
I. ALLGEMEINES UND FRAGESTELLUNG 6
A. Bedeutung der Bodenerhitzung 6
B.Geschichtliche Entwicklung der Praxis der Bodenerhitzung 7
C. Ueberblick über die Auswirkungen der Bodenerhitzung 8
D. Ziel der eigenen Untersuchungen 10
II. WIRKUNG DER HITZE AUF DIE IM BODEN BEFINDLICHEN
UNKRAUTSAMEN 11
A. Die Unkräuter und einige Bekämpfungsmöglichkeiten im
Gartenbau 11
B.Frühere Untersuchungen über die Hitzeempfindlichkeitder Samen 11
C. Versuchsmaterial und angewandte Methoden 13
D. Ergebnisse 14
E.Die Hitzeempfindlichkeit von Samen im Vergleich zu den
von pathogenen Organismen ertragenen Maximaltemperaturen 21
III. DIE WIRKUNG DER ERHITZUNG AUF WASSERKAPAZITAT UND
STRUKTUR DES BODENS 24
A. Allgemeines 24
B.Verwendete Böden 25
C. Die Veränderung der Wasserkapazität 26
1. Angewandte Methode 26
2. Ergebnisse 27
D. Die Veränderung der Krümelstabilität des Bodens 27
1. Untersuchungsmethode 27
2. Ergebnisse 29
IV. DIE WIRKUNG DER ERHITZUNG AUF DIE LÖSLICHKEIT
VON PHOSPHORSÄURE UND KALI 35
A. Die chemischen Verbindungen der Phosphorsäure und
des Kalis und ihre Löslichkeit 35
B. Angewandte Methoden 37
a) Verwendete Böden 37
4
b) Die Bestimmung der pflanzenaufnehmbaren Phosphor -
säure und des Kalis nach der Keimpflanzenmethode 39
c) Die Ermittlung des Gehaltes an Phosphorsäure und Kali
nach Egnér-Riehm 40
C. Ergebnisse 42
1. Vergleich des laktatlöslichen Phosphors mit dem
wurzellöslichen Phosphor 42
2. Einfluss der Dämpfung auf die Löslichkeit des Phosphors 46
3. Die Wirkung der Dämpfung auf die Löslichkeit des Kalis 46
V. DIE WIRKUNG DER ERHITZUNG AUF DIE LOSLICHKEIT
DER STICKSTOFFVERBINDUNGEN 48
A. Die Stickstoffverbindungen im Boden 48
B. Methoden zur Untersuchung der StickstoffVerbindungendes Bodens 49
C. Ergebnisse 51
ZUSAMMENFASSUNG 58
LITERATURVERZEICHNIS 60
I ALLGEMEINES UND FRAGESTELLUNG
A. BEDEUTUNG DER BODENERHITZUNG
Die Anwendung von Hitze gilt übereinstimmend als das beste und wirksamste
Mittel zur Desinfektion von verseuchten Gewachshausboden, von Anzuchterde
und von Boden fur hochwertige Freilandkulturen. Ihr Ziel ist eine rasche und
sichere Befreiung des Bodens von pflanzenschadlichen Organismen.Das Verfahren wird gewohnlich Teilentkeimung genannt. Diese Bezeichnung
ist in biologischer Hinsicht sehr zu treffend, weil durch die Erhitzung die Boden¬
flora und -fauna teilweise abgetötet und die Zahl der im Boden lebenden Arten
eingeschränkt wird.
Bei der Erhitzung des Bodens ergeben sich ausser der Abtotung krankheiter¬
regender Keime noch weitere Wirkungen. Wir erwähnen die Verschiebungen in
der Zusammensetzung der gesamten Mikrobenwelt, die Aktivierung chemisch¬
biologischer Umsetzungen, die Möglichkeit der Mobilisierung von Nährstoffen
und die Abtotung der im Boden befindlichen Unkrautsamen.
Die oben erwähnten Tatsachen konnten zu einer vorbehaltlosen Empfehlungder Bodenerhitzung fuhren. Man darf aber nicht ausser acht lassen, dass es sich
um radikale Vorgange handelt, die unter Umstanden auch ungunstige Folgen
zeitigen können. Bei unzweckmassigem Vorgehen können Stoffe entstehen, die
auf die Keimung und das Pflanzenwachstum hemmend oder sogar giftig wirken,
oder es kann eine Verschlechterung der Struktur (Verschlammung, Totbrennen
usw.) eintreten.
Aus den wissenschaftlichen Arbeiten, die sich mit der Bodenerhitzung be¬
fassen, ist ersichtlich, dass noch sehr viele Fragen der eingehenden Abklärungbedürfen. Der Boden stellt bekanntlich ein sehr kompliziertes Gebilde dar. Ins¬
besondere zeigt sich ein vielgestaltiges Ineinandergreifen der Lebensprozesse.
Bei dieser Vielzahl von wirkenden Faktoren halt es oft schwer, einen einzelnen
von allen übrigen zu trennen und dafür die zum Ziele fuhrende Untersuchungs¬methode zu finden. Fur die Beurteilung der Bodenerhitzung kommt als erschwe¬
rendes Moment der Umstand hinzu, dass die Verhaltnisse und Anforderungenvon Betrieb zu Betrieb wechseln. Dieser Umstand durfte in erster Linie dafür
verantwortlich sein, dass Versuche auf dem Gebiete der Bodenerhitzung oft kei¬
ne eindeutigen Ergebnisse zeitigten
6
B. GESCHICHTLICHE ENTWICKLUNG DER PRAXIS DER BODENERHITZUNG
Die Anwendung von Hitze zwecks Hebung der Fruchtbarkeit des Bodens und
Vernichtung schädlicher Insekten ist den Landwirten seit langem bekannt. Das
Erhitzen des Bodens wurde schon vor undenklichen Zeiten in Indien durchgeführt;der Vorgang wird "rab" genannt und ist bereits in der Veda erwähnt (1).
Das Abbrennen der Stoppeln war auch den Römern als fruchtbarkeitssteigerndbekannt und wurde von ihnen angewandt. Um die Wirkung dieser Massnahme zu
erklären, stellte VIRGIL verschiedene scharfsinnige Erklärungen auf (2).
Ein uraltes in Aegypten angewendetes Kulturverfahren, die "sheraqui"-Brache,
besteht darin, zwischen den Nilüberschwemmungen die obersten Bodenschichten
von brachliegendem Land durch Sonnenbestrahlung erwärmen zu lassen, wobei
Temperaturen von 70° C und mehr erreicht werden. Diese Methode wurde von
J.A. PRESCOTT (1920) studiert, der die fruchtbarkeitssteigernde Wirkung teil¬
weise auf mikrobiologische, teilweise auf physikalische Ursachen zurückführt.
Die Verbrennung von Stoppeln, Grasflächen, Waldstreifen oder zusammen¬
gerafften Ernteresten zwecks Steigerung der Fruchtbarkeit des Bodens findet bis
heute Anwendung. Ihre günstige Wirkung kann, ausser der teilweisen Sterilisation,
auf der Entstehung eines für das Pflanzenwachstum günstigeren C :N -Verhältnisses
beruhen. Die zurückbleibende und untergebrachte Asche übt zudem eine dün¬
gende Wirkung aus.
Die im letzten Jahrhundert durch rapide Bevölkerungszunahme entstandene
Bodenknappheit sowie die wirtschaftlichen Gegebenheiten führten vielerorts zu
einem Abgehen von der zweckmässigen Fruchtfolge. Grosse Monokulturen wur¬
den angelegt, und die bisher unbekannte "Bodenmüdigkeit" machte sich als Be¬
gleiterscheinung bemerkbar, Neue, bisher unbekannte Krankheiten und tierische
Schädlinge traten auf, deren Bekämpfung mit biologischen und chemischen Mit¬
teln kaum oder nur in unbefriedigendem Ausmasse möglich ist. Dies ist der
Grund, warum die Anwendung von Hitze in der neueren Zeit immer weitere Ver-
1 ) Like to a tender plant whose roots are fed,
On soil o' er which devouring flames have spread.Stories of the Buddahs Former Births. Uebersetzung von H.L. Francis.
2) Georgica, Buch I, 84 - 93:
Saepe etiam steriles incendere profuit agros atque levem stipulam crepitanti-bus urere flammis; sive, inde occultas vires et pabula terrae pinguia con-
cipiunt, sive illis omne per ignem excoquitur Vitium atque exsudât inutilis
umor, seu plures calor ille vias et caeca relaxât spiramenta, novas veniat
qua sucus in herbas; seu durât magis, et venas adstringit hiantis ne tenues
pluviae rapidive potentia solis acrior aut Boreae penetrabile frigus adurat.
1
breitung gefunden hat. Die Abtötung parasitischer Pilze und Bakterien kann durch
die Ausnutzung der Sonnenenergie nicht erzielt werden, es können höchstens
kleine Erdmengen völlig lufttrocken und damit nematodenfrei gemacht werden.
(SORAUER1952, S. 159)
Die entseuchende Wirkung des Bodenfeuers suchte man noch zu verbessern
durch Begiessen der Bodenoberfläche mit brennbaren Schwerölen oder unter Zu¬
hilfenahme von Flammenwerfern. Die gewünschte Wirkung dieser Massnahmen
ist im allgemeinen nur gesichert, wenn eine Erwärmung auf 60 bis 70° C bis
auf 10 cm Tiefe erfolgt und wenn diese Wärme entsprechend lang vorhält
(GARRETT 1950). Daher ist beim Bodenbrennen nicht immer ein gründlicher
Erfolg zu erwarten.
Trockene Hitze wird zur Entseuchung kleiner Bodenmengen in Pfannen ver¬
wendet. Die Gefahr der ungünstigen Beeinflussung der kolloidalen Bestandteile
des Bodens und der Verschlechterung der Kultureigenschaften ist aber bei diesem
die Bodenschädlinge sehr gründlich vernichtenden Verfahren ziemlich gross. Der
Boden muss hinreichend feucht sein, damit er während der Behandlung nicht aus¬
trocknet und Kolloidzerstörungen verhütet werden. (SORAUER 1952, S. 160).
Als Wärmeübertragungsmittel hat sich dagegen der Dampf aufs beste bewährt.
Zuerst wurden als Dampferzeuger alte Lokomotiven verwendet; dann folgten die
verschiedensten Apparate zum Dämpfen von Erde und von ganzen Treibbeeten.
Auch die Wirkung der heute in verschiedenen Ausführungen erhältlichen
elektrischen Erhitzungsgeräte, die entweder als Elektroden oder nach dem Heiz-
Elemente-Prinzip funktionieren, beruht auf dem im Boden entstandenen Dampf.Ihr Vorteil besteht in der einfachen Bedienung und in der Möglichkeit der ge¬
nauen Regelung der Behandlung nach Stärke und Dauer; doch ist ihre Anwendung
wegen des hohen Stromverbrauches und der normalerweise fehlenden Zuleitun¬
gen auf kleine Bodenmengen beschränkt.
C. ÜBERBLICK ÜBER DIE AUSWIRKUNGEN DER BODENERHITZUNG
Die Folgen der Bodenerhitzung beruhen weitgehend auf der Grunderscheinung,dass das an einen bestimmten Temperaturbereich gebundene Leben der Orga¬nismen bei dessen Ueberschreitung zerstört wird.
Die Erhitzung hat deshalb zwangsläufig eine sofortige Wirkung auf die Po¬
pulation der Organismen des Bodens. Unkrautsamen und nicht sporenbildende
pathogène Organismen werden vernichtet. Die Erscheinung wird aber durch den
Umstand kompliziert, dass die Hitze gleichzeitig die organische Substanz und
die Kolloide des Bodens beeinflusst, und es ist bis jetzt nicht möglich gewesen,die einzelnen Vorgänge auseinander zu halten.
8
Die augenfällige Wirkung der richtig durchgeführten Bodendämpfung ist bei
manchen Böden eine erhebliche Steigerung der Fruchtbarkeit. Dies wirkt sich
bereits in der Jugendentwicklung der Pflanzen deutlich aus. Unmittelbar nach
der Behandlung kann allerdings, besonders auf schweren und nährstoffreichen
Böden, eine temporäre Verzögerung der Keimung und eine Verlangsamung des
Wachstums der Pflanze eintreten, auf die jedoch nach einigen Wochen ein in¬
tensiveres Wachstum folgt.WAKSMAN (1948) versucht, die Vermehrung der Produktion infolge Er¬
hitzung des Bodens wie folgt zu erklären:
1) direkte Stimulation
2) indirekte Stimulation (durch das Entfernen von Fettstoffen oder die erhöhte
Auflösung von Kohlenhydraten, Stickstoff- und Phosphorverbindungen und
durch das Abtöten von Pilzen, Protozoen usw. werden die organischen Stoffe
durch die Wirksamkeit der Bakterien leichter mobilisiert)
3) Veränderung des mikrobiologischen Gleichgewichtes4) Zerstörung von Protozoen; dadurch wird ein Faktor ausgeschieden, welcher
die Bakterienbildung begrenzt.5 ) Zerstörung von Toxinen
6) Zerstörung von pathogenen Bakterien und Pilzen
7) Erhöhte Stickstoffbindung.Die Verzögerung der Keimung und des ersten Wachstums hängt von zahl¬
reichen Faktoren ab, z. B. vom Bodentypus, von der Pflanzenart und von äus¬
seren Bedingungen.Die Empfindlichkeit der Pflanzenarten gegen derartige Dampfschäden ist
verschieden; so erwies sich nach ROBINSON (1944) der Rotklee als stark, die
Tomate als weniger und der Buchweizen als kaum empfindlich. Nach DARBIS-
HIRE and RUSSELL (1907) stellen die Leguminosen die einzige Klasse von
Pflanzen dar, welche auf die teilweise Sterilisation ungünstig reagieren. Manche
Böden zeigen schon nach mehrtägiger Aufbewahrung bei 45 bis 50° C Vergif¬tungswirkungen; manche bleiben bei steriler, trockener Aufbewahrung langeZeit giftig (SORAUER 1952, S. 75). Ob es sich hierbei um die Bildung von be¬
sonderen Toxinen handelt, ist bis heute nicht eindeutig erwiesen.
RUSSELL and PETHERBRIDGE (1913) und JOHNSEN (1919) vertreten die
Auffassung, dass die NH~-Bildung durch die Teilsterilisation erhöht wird. Nach
WALKER and THOMPSON (1949) stellt dieser Faktor die hauptsächlichste toxi¬
sche Wirkung dar, aber daneben kommt auch die Wirkung von Abbauprodukten
organischer Verbindungen, z.B. die Zunahme des wasserlöslichen oder austausch¬
baren Mangans, in Betracht (SCHREINER und LATHROP 1912). Nach DESHUSSES
(1949) können anfänglich hohe Nitritkonzentrationen entstehen, die sich mögli¬cherweise auf die Pflanzen giftig auswirken.
9
Andere Arbeiten zeigten, dass auch die Bodenstruktur durch die Dam¬
pfung leiden kann. Abgesehen von der häufigen Verschlammung vermindert
nach SORAUER (1952, S. 176) die Erwärmung die Bodenkapillantat und die
wasserhaltende Kraft, so dass leicht Austrocknungsschaden entstehen können.
Auf schweren Lehmboden können durch das Dampfen eine Erhöhung der Volu-
mengewichte, eine Herabsetzung der Porosität oder Strukturverschlechterungenbis zur Kulturunfahigkeit eintreten (REINHOLD, NOLL und HAUSRATH 1941).
D. ZIEL DER EIGENEN UNTERSUCHUNGEN
Das Hauptziel der partiellen Sterilisation besteht darin, einen fur die Kultur
ungunstigen biologischen Bodenzustand zu verbessern. Ihre Bedeutung fur die
Vernichtung der pathogenen Lebewesen ist unbestritten.
Die meisten Bodenarten, die fur partielle Sterilisation in Frage kommen,
wie z.B. Komposterde, sind stark mit Unkrautsamen angereichert. Zur Bekäm¬
pfung derselben wird das Hitzeverfahren häufig vor andern Möglichkeiten (che¬
mische Mittel) bevorzugt. Es ist nicht abgeklärt, welche Temperaturen und
welche Erhitzungsdauer fur die Abtotung der verschiedenen Unkrautarten erfor¬
derlich sind Es ist aber aus betriebstechnischen Gründen nicht gleichgültig, ob
man die Erde auf 70 ° oder auf 98 ° C erwärmt und ob diese Temperaturen wah¬
rend zehn Minuten oder wahrend einer halben Stunde aufrecht erhalten werden
müssen, damit sie die gewünschte Wirkung auf die Unkrautsamen ausüben.
Die Veränderungen der physikalischen und chemischen Bodeneigenschaftendurch zunehmende Hitze-Einwirkung sind ebenfalls noch wenig abgeklärt Bei
der Verwendung partiell sterilisierter Erde fur Aussaaten ist es von grosster Wich¬
tigkeit, dass diese fur das Pflanzenwachstum gunstige Struktureigenschaften auf¬
weist. Verschlammungen und Austrocknungen können sich fur die Keimlingesehr nachteilig auswirken
Schliesslich wird immer wieder darauf hingewiesen, dass durch die Erhitzung
wichtige Pflanzennahrstoffe in leichter aufnehmbare Form übergeführt werden.
Wenn dies tatsächlich zutrifft, fragt es sich, ob eventuell die Mehrkosten fur eine
längere Behandlungszeit tragbar waren.
Wir suchten mit unseren Untersuchungen einen Beitrag zur Losung folgender
Fragen zu leisten
1 ) Wie verändert sich die Keimfähigkeit der Samen ausgewählter Unkrautarten
bei trockener und feuchter Erhitzung ?
2 ) Wie wird die Struktur verschiedener Bodenarten bei Erhitzung in feuchtem
und trockenem Zustand beeinflusst 9
3) Wie verändert sich die Loslichkeit der Nährstoffe unter dem Einfluss der Bo¬
denerhitzung '
10
II WIRKUNG DER HITZE AUF DIE IM BODEN
BEFINDLICHEN UNKRAUTSAMEN
A DIE UNKRÄUTER UND EINIGE BEKÄMPFUNGSMÖGLICHKEITEN IM
GARTENBAU
Mit dem Namen "Unkraut" bezeichnet man diejenigen Pflanzen, die sich
zwischen die Nutzpflanzen hineindrangen und sich durch Minderung des Ertragesoder der Qualität der Produkte schädlich auswirken Die Unkräuter, in diesem
Sinne des Wortes, sind nicht nur überflüssige, sondern schädliche Gewächse, de¬
ren Bekämpfung eine zeitraubende und kostspielige Angelegenheit darstellt Sie
haben die Fähigkeit, sich rasch zu vermehren und neue Wachstumsgebiete zu
erobern Ihr grosses Anpassungsvermögen in bezug auf Boden, Licht und Nah¬
rung sowie auf wechselnde Warme- und Witterungsverhaltnisse erlaubt es ihnen,
als Konkurrenten unserer Kulturpflanzen aufzutreten.
Diese vom naturwissenschaftlichen Gesichtspunkte aus gesehen mustergültig
ausgestatteten Pflanzen können kaum auf einem Gebiete des Pflanzenbaues einen
so grossen Einfluss auf das Wachstum und die Leistungsfähigkeit der Kulturpflanzenausüben wie auf demjenigen des sehr intensiv betriebenen Gartenbaues
In Jungpflanzenbetrieben besteht nebst den direkten Schadenwirkungen die
Gefahr, dass durch die zum Versand gelangenden Pflanzenballen schlummernde
Samen verschleppt werden, wodurch leicht weit entfernt liegende Betriebe ver¬
seucht werden können In Aussaat-, Pikier- und Pflanzenbeeten können die Un¬
kräuter meist nur von Hand bekämpft werden Chemische Mittel und maschinel¬
le Einrichtungen können nicht oder nur in sehr beschranktem Ausmasse Anwen¬
dung finden. Um sich die kostspielige Hack- und Jatarbeit zu ersparen, versucht
man häufig, die im Boden enthaltenen Unkrautsamen durch Hitze abzutöten
B. FRÜHERE UNTERSUCHUNGEN ÜBER DIE HITZEEMPFINDLICHKEIT DER
SAMEN
Die Widerstandsfähigkeit der Samen gegenüber extremen Temperaturen ist
eines der interessantesten Probleme der Pflanzenphysiologie. Die ersten grund¬
legenden Untersuchungen wurden von HABERLAND (1863) durchgeführt. Er hat
lufttrockene Samen von Mais, Panicum miliaceum und Panicum ger-
11
manic um während 48 Stunden einer Temperatur von 100° C. ausgesetzt. Die
Schädigung hat sich teils in verspäteter Keimung, teils in Vernichtung der Keim¬
fähigkeit ausgewirkt.Die älteren Angaben sind recht verschiedenartig. HABERLAND hat im Jahre
1873 nochmals bei 50 bis 60° R getrocknete und alsdann in versiegelten Fla¬
schen aufbewahrte Getreidesamen verschiedener Jahrgänge auf ihre Keimfähig¬keit geprüft und festgestellt, dass künstlich bei 50 bis 60° R getrocknete Samen
ihre Keimfähigkeit viel länger behalten als luftgetrocknete. Die im einzelnen
abweichenden Ergebnisse sind nach HABERLAND auf die Verschiedenheit des
Wassergehaltes der einzelnen Jahrgänge zurückzuführen. Auch DETMER (1880)
sieht die Ursache der Verschiedenheiten in den Ergebnissen im verschiedenen
Wassergehalt des für den Versuch verwendeten Saatgutes.Zahlreiche Untersuchungen erweisen übereinstimmend, dass Vortrocknung
durch vorsichtige und langsame Temperaturerhöhung die Samen so beeinflusst,
dass sie nachher viel höhere Temperaturen ohne Schaden ertragen können als
Samen, die nicht vorgetrocknet waren. HÖHNEL (1877)entzog 9,55% Wasser
enthaltenden Samen im Verlauf von 50 Stunden bei einer allmählich von 35 auf
65,5°
gesteigerten Temperatur 7,77% Wasser. Hierauf Hess er die Temperaturinnerhalb dreier Stunden auf 100° C. ansteigen und kühlte nach weiterer ein¬
stündiger Einwirkung bei 100° C die Samen allmählich wieder ab. So behandelte
Samen von Weizen, Roggen und Mais zeigten noch bemerkenswert hohe Keimungs¬
prozente (79, 87 und 48%). Nach dreitägiger Vortrocknung im Exsikkator über
Schwefelsäure ertragen nach JUST (1877) Hafer und Gerste noch ein 48 stündi¬
ges Aussetzen bei 100° C. 110° C waren bei 24 stündiger Behandlung für Gerste
tödlich, während Hafer dann noch 37% Keimfähigkeit zeigte.Ganz anders als getrocknete Samen verhalten sich gequollene der Tempera¬
turerhöhung gegenüber.HABERLAND (1877) erhitzte die Samen der wichtigsten Kulturgräser nach
24 stündiger Quellung auf verschiedene Temperaturen. Er stellte fest, dass nach¬
stehende Hitzebehandlung zum Verlust der Keimfähigkeit führte ;
Weizen bei 50 C während 10 Stunden
Roggen bei 50° C während 5 Stunden
Gerste bei 40°C während 5 Stunden
Hafer bei 50°C während 5 Stunden
Mais bei 55 ° C während 10 Stunden
Panicum miliaceum bei 50° C während 10 Stunden
Andropogon sorghum bei 55 C während 5 Stunden
Ein besonderes Verhalten zeigen die hartschaligen Samen, wie z. B. dieje¬
nigen gewisser Medicago-Arten, die ein halbstündiges Liegen in Wasser von
120° C ertragen, ohne ihre Keimfähigkeit zu verlieren (WIRTINGER 1927).
12
Es handelt sich hier um Samen, die infolge Undurchlässigkeit der Schale auch
bei Vorhandensein von Feuchtigkeit nicht oder nur sehr langsam quellen.
PORODKO (1927) versucht, die durch die Hitze-Einwirkung entstandenen
Keimfähigkeitsverschiebungen bei vorgequellten Samen mathematisch auszu¬
drücken. Da der Zweck jener Arbeit aber nicht die Feststellung der noch ertrag¬baren höchsten Temperatur grenzen war, können seine Angaben für unsere Ziel¬
setzung wenig aussagen.
Ueber die schädliche Wirkung von heissem Wasserdampf berichten schon
EDWARDS und COLLIN (1834), dass Samen von Weizen, Roggen und Gerste in
Wasserdampf von 75° C lebensunfähig werden, während Wasserdampf von 62
nicht mehr nachteilig wirkt.
Eingehende Untersuchungen über die Dauer der Keimfähigkeit von Hafer und
Gerste in dampfgesättigter Atmosphäre stellte JUST (1877) bei verschiedenen
Temperaturen an. Er stellte fest, dass ein zweistündiger Aufenthalt in dampf¬
gesättigter Atmosphäre bei 50° C sowohl beim Hafer wie bei der Gerste bedeu¬
tende Schädigungen verursacht; im Verlaufe von drei Tagen wurden alle Samen
abgetötet.
C. VERSUCHSMATERIAL UND ANGEWANDTE METHODEN
Zweck unserer Untersuchung war, festzustellen, welche Höchsttemperaturenvon einigen Unkrautsamen unter verschiedenen Bedingungen, nämlich bei ver¬
schiedenen Wassergehalten sowie trockener und feuchter Hitze, ertragen werden
können.
Bei der Auswahl des Versuchsmaterials haben wir darauf geachtet, Arten aus
verschiedenen Familien in die Versuche einzubeziehen. Wir haben Material aus
zwei Jahrgängen zur Untersuchung verwendet, also Samen, die während ihrer
Entwicklung verschiedenen Bedingungen ausgesetzt waren. Die Samen wurden
nach dem Einsammeln getrocknet und gereinigt. Der grössere Teil wurde bei
Zimmertemperatur in Düren aufbewahrt, der kleinere in Töpfe zwischen Quarz¬
sand eingeschichtet und im Freiland eingeschlagen überwintert ( stratifiziert ).
Die Töpfe wurden mit einer Erdschicht von nur 8 bis 10 cm zugedeckt, um den
Witterungseinflüssen (Frost und Temperaturschwankungen) möglichst viel Gel¬
tung zu verschaffen. Im zeitigen Frühjahr wurden die Töpfe ausgegraben und
im Kühlschrank bei 5° C bis zum baldigen Versuchsbeginn aufbewahrt.
Die Samen wurden einerseits trocken, andererseits nach 15 stündigem Vor¬
quellen, in Filtrierpapierdüten (je Art dreimal 100 Körner) bei 60, 70 und
80 ° C während zehn Minuten und bei 90°C während fünf Minuten der Wirkung
der Hitze ausgesetzt. Die Hitzebehandlung wurde in einem Wasserbad durchge-
13
führt, dessen Temperatur genau regulierbar war. Diejenigen Samen, die der
trockenen Hitzebehandlung unterworfen waren, wurden in trockenes, die zur
feuchten Hitzebehandlung bestimmten in feuchtes Filtrierpapier eingewickeltund in ein Reagenzglas geschoben. Die Reagenzgläser wurden mit Watte zuge¬
stopft und mit Hilfe eines Einsatzes in das Wasserbad gestellt. Die Temperaturen
wurden im Wasser und in den Reagenzgläsern mit Hilfe eines Thermometers
kontrolliert. Die Zeit, die bis zur Erreichung der gewünschten Temperatur ver-
floss, wurde nicht in die Behandlungszeit eingerechnet. Nach der Hitzebehand¬
lung liessen wir den Samen in den Reagenzgläsern allmählich abkühlen.
Die aus dem Jahre 1951 stammenden, im Frühjahr 1952 in obiger Weise be¬
handelten Samen wurden nach erfolgter Abkühlung neben unbehandelten Kontroll¬
proben in gedämpfte (unkrautfreie) Komposterde ausgesät. Von jedem Verfahren
setzten wir 3 x 100 Samen zur Keimung an. Die Töpfe wurden in einem Kalt¬
kasten in den Boden eingesenkt und mit einem Fenster zugedeckt. Die Giess-,
Lüftungs- und Schattierarbeiten wurden der Witterung entsprechend durchgeführt.Nach erfolgter Keimung wurden die einzelnen wachstumsfähigen Keimlinge mit
Hilfe einer Pincette ausgezählt und notiert.
Die aus dem Jahrgang 1952 stammenden Samen wurden ähnlich überwintert
und behandelt, doch wurden die Keimungsversuche im Keimungslaboratoriumder Eidg. Landwirtschaftlichen Versuchsanstalt Zürich-Oerlikon durchgeführt.Die Poa annua wurde in Tonschalen, alle anderen Arten in Filtrierpapier
geprüft.Schon beim Vorversuch hatten wir festgestellt, dass einige Arten bei nor¬
maler Zimmertemperatur (18 bis 21° C) nur verzögert oder überhaupt nicht
keimten. Um ein frühes und möglichst vollständiges Auskeimen der Samen zu
erreichen, haben wir wechselnde Temperaturen (tagsüber ca. 28° C, über Nacht
ca. 20° C) verwendet.
D. ERGEBNISSE
In den nachfolgenden Tabellen haben wir die Resultate von sieben Arten
zusammengestellt (A m ara nth us deflexus, Capsella Bursa pas to-
ris, Galinsoga parviflora, Matricaria ma tricarioides,
Panicum Crus galli, Poa annua, Polygonum Persicaria).
14
00
00
00
00
00
00
02
00
77
59
57
56
15
21
10
18
23
67
19
67
-
44
.
49
_
97
_
86
00
00
00
00
04
02
01
00
46
68
25
34
14
15
12
17
20
62
16
57
-
41
-
54
_
99
_
96
07
08
06
05
012
517
512
418
723
028
16
31
12
38
31
59
26
42
64
86
67
89
-
45
-
30
-
97
-
95
Behandlung
-
Hitze
Feuchte
Trockene
Feuchte
Trockene
1952
Jahrgang
1951
Jahrgang(Hirtentäschel)
L.
pastoris
Bursa
Capsella
2Tabelle
°/o
in
Keimzahlen
Behandlung
-
Hitze
Feuchte
Trockene
Feuchte
Trockene
1952
Jahrgang
1951
Jahrgang
Fuchsschwanz)
(niedergestr
eckt
er
L.
deflexus
Amarantus
1Tabelle
C°
90
Minuten
5
°C
80
Minuten
10
°C
70
Minuten
10
°C
60
Minuten
10
Unbeh.
(str
atif
izie
rt)
überwintert
Freien
Im
C°
90
Minuten
5
°C
80
Minuten
10
C70°
Minuten
10
°C
60
Minuten
10
Unbeh.
St.
15
Vorgequellt
aufbewahrt
trocken
Samen
C°
90
Minuten
5
°C
80
Minuten
10
C70°
Minuten
10
°C
60
Minuten
10
Unbeh.
Vorquellen
Ohne
aufbewahrt
trocken
Samen
Keimfähigkeit
die
auf
Erhitzung
der
Wirkung
00
00
00
00
00
00
00
00
00
018
49
58
20
28
17
23
25
31
21
24
_65
-68
_
52
_
48
00
00
00
00
00
00
00
00
07
04
56
49
14
19
15
16
30
42
32
38
-
77
-
72
-
53
_
44
015
013
03
02
027
832
07
45
455
17
70
14
18
12
15
43
79
51
75
50
59
58
61
-
64
-61
-
47
-
51
Behandlung
-
Hitze
Behandlung
-
Hitze
Feuchte
Trockene
Feuchte
Trockene
Feuchte
Trockene
Feuchte
Trockene
1952
Jahr
gang
1951
Jahrgang
1952
Jahrgang
1951
Jahr
gang
Kamille)
(echte
Knopfkraut)
(kleinblütiges
L.
icarioides
tr
am
Matricaria
Cav.
parviflora
Galinsoga
4Tabelle
3Tabelle
C°
90
Minuten
5
°C
80
Minuten
10
C70°
Minuten
10
C60°
Minuten
10
Unbeh.
(str
atif
izie
rt)
überwintert
Freien
Im
C°
90
Minuten
5
°C
80
Minuten
10
C70°
Minuten
10
C60°
Minuten
10
Unbeh.
St.
15
Vorgequellt
aufbewahrt
trocken
Samen
C°
90
Minuten
5
C80°
Minuten
10
C70°
Minuten
10
°C
60
Minuten
10
Unbeh.
Vorquellen
Ohne
aufbewahrt
trocken
Samen
Keimfähigkeit
die
auf
Erhi
tzun
gder
Wirkung
00
00
00
00
00
00
05
03
39
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44
51
40
48
34
40
36
41
69
72
60
64
-
43
-
37
_
75
_
73
00
00
00
00
00
00
06
04
58
79
19
38
21
35
12
20
15
17
21
45
38
47
-
34
_
28
-
53
_
66
00
02
018
016
07
05
027
022
12
28
16
47
30
56
35
54
54
51
60
56
31
68
49
70
-
41
-
35
-
58
-
69
Behandlung
-
Hitze
Behandlung
-
Hitze
Feuchte
Trockene
Feuchte
Trockene
Feuchte
Trockene
Feuchte
Trockene
1952
Jahrgang
1951
Jahrgang
1952
Jahrgang
1951
Jahrgang
Risp
engr
as)
(ein
jähr
iges
L.
annua
Poa
6Tabelle
(Hühnerfuss-Hirse)
L.
galli
Crus
Panicum
5Tabelle
C°
90
Minuten
5
°C
80
Minuten
10
C70°
Minuten
10
°C
60
Minuten
10
Unbeh.
(str
atif
izie
rt)
überwintert
Freien
Im
°C
90
Minuten
5
C80°
Minuten
10
C70°
Minuten
10
°C
60
Minuten
10
Unbeh.
St,
15
Vorg
eque
llt
aufbewahrt
trocken
Samen
C°
90
Minuten
5
C80°
Minuten
10
C70°
Minuten
10
C60°
Minuten
10
Unbeh.
Vorquellen
Ohne
aufbewahrt
trocken
Samen
Keimfähigkeit
die
auf
Erhitzung
der
Wirkung
00
00
415
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19
24
16
20
30
35
24
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49
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00
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20
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41
-
45
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10
17
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19
27
12
21
26
31
24
30
-
41
-
44
Behandlung
-
Hitze
Feuchte
Trockene
Feuchte
Trockene
1952
Jahrgang
1951
Jahrgang
Knöterich)
(pfirsichblätteriger
L.
Persicaria
Polygonum
7Tabelle
C°
90
Minuten
5
°C
80
Minuten
10
C70°
Minuten
10
°C
60
Minuten
10
Unbeh.
(str
atif
izie
rt)
überwintert
Freien
Im
C°
90
Minuten
5
°C
80
Minuten
10
C70°
Minuten
10
°C
60
Minuten
10
Unbeh.
St.
15
Vorg
eque
llt
aufbewahrt
trocken
Samen
C°
90
Minuten
5
°C
80
Minuten
10
°C
70
Minuten
10
°C
60
Minuten
10
Unbeh.
Vorquellen
Ohne
aufbewahrt
trocken
Samen
Keimfähigkeit
die
auf
Erhi
tzun
gder
Wirkung
Wie aus den aufgeführten Zahlen ersichtlich ist, lassen sich die Ergebnissein folgende Punkte zusammenfassen :
1) Wir können bestätigen, dass die Widerstandsfähigkeit der untersuchten Arten
gegen erhöhte Temperaturen von ihrem Wassergehalt abhängig ist. 90° C
trockene Hitze-Einwirkung war auf trockene, ruhende Samen sehr keimschä¬
digend. Es überlebten nur noch geringe Prozentsätze der untersuchten Samen.
Die Samen ertrugen also im lufttrockenen Zustand nicht so hohe Temperatu¬
ren, wie dies auf Grund der Literatur hätte erwartet werden können. Immer¬
hin ist zu bemerken, dass Temperaturen von 100 bzw. 110° C, wie sie von
HÖHNEL (1877) und JUST (1877) verwendet wurden, wohl deswegen nicht
tödlich wirkten, weil die Samen durch schonende Vortrocknung auf einen
Wassergehalt gebracht worden waren, der unter demjenigen des lufttrockenen
Zustandes lag.2) Samen mit erhöhtem Wassergehalt (vorgequellte und im Freien überwinterte)
sind gegenüber trockener Hitze viel empfindlicher als trockene Samen. Kei¬
ne der untersuchten Arten konnte eine Hitze-Einwirkung von 90 ° C während
5 Minuten überstehen. Eine Temperatur-Einwirkung von 80° C während 10
Minuten wurde nur von Samen von A mar an tus deflexus, CapsellaBursa pastoris, Panicum Crus galli und Polygonum Persi-
caria überstanden. Auch bei diesen Arten überlebten nur geringe Prozent¬
sätze.
3) Feuchte Hitze wirkte stärker schädigend als trockene. Nach Angaben von
GRÄFE (1927) verlieren die Leguminosen und Getreidearten bei einer 15 Mi¬
nuten dauernden feuchten Hitze-Einwirkung von 75° C ihre Keimfähigkeit.In unseren Versuchen hat feuchte Hitze von 90 ° C während 5 Minuten bei
lufttrockenen, ruhenden Samen in allen Fällen tödlich gewirkt. Die Ein¬
wirkung von 80° C während 10 Minuten konnten immerhin geringe Prozent¬
sätze der Samen von A mar antus deflexus, Polygonum Persica-
ria und teilweise von Capsella Bursa pastoris, Galinsoga
parviflora und Matricaria matricarioides überstehen. Die
Wirkung der feuchten Hitze auf Samen, die einen hohen Wassergehalt haben,
war ganz intensiv. Nur vereinzelte gequollene Samen von PolygonumPersicaria konnten eine feuchte Hitze-Behandlung von 80° C während
10 Minuten überdauern.
4) Die Anwendung von trockener Wärme bis zu 60° C wirkte bei trocken aufbe¬
wahrten, ruhenden Samen einiger untersuchter Arten keimungsfördernd, so
bei Matricaria matricarioides, Capsella Bursa pastoris,
Galinsoga parviflora und zum Teil bei Panicum Crus galli.
19
unbehandelt
bei 60° C während 10 Minuten trocken erwärmt
n n. n.
4 8 12 20 28 Tage
Fig. 1: Keimungsverlauf von Matricaria matricarioides, Ernte 1951,
trocken aufbewahrt.
Keimungsversuch mit 300 Samen, bei Wechseltemperatur.
Der Verlauf der Keimung bei M a tri caria matricarioides, deren
trocken aufbewahrte, ruhende Samen einerseits unbehandelt gelassen, anderer¬
seits während zehn Minuten auf 60°C trocken erwärmt und anschliessend zur
Keimung angelegt wurden, ist in Fig. 1 dargestellt.Bemerkenswert ist der schnellere Keimungsverlauf bei den erhitzten Samen
und das höhere Gesamtergebnis.Mit diesem Verhalten der erhitzten Samen sucht KINZL (1913) das massen¬
hafte Auftreten von C apsella Bursa pastoris nach sehr heissem Sommer -
wetter zu erklären. Die keimungsfördernde Wirkung der massigen Hitze spieltbei den Nachreifevorgängen eine wichtige Rolle, die in diesem Zusammenhangvon zahlreichen Autoren untersucht wurde. Die New York State ExperimentStation hat 1886 gezeigt, dass die Keimkraft von Maissamen durch eine einigeStunden dauernde Erwärmung bei 32 bis 38° C sehr erheblich erhöht wurde. Auch
bei Weizen kann das Schwitzen und die damit verbundene massige Erwärmungund Wasserabgabe in enge Beziehung zu der erhöhten Keimfähigkeit gebrachtwerden. Durch oftmaliges Umschaufeln des Getreides bei erhöhter Temperatur
20
(Darren) lässt sich nach LEHMANN und AICHELE (1931, S. 292) ein rascherer
Keimungsverlauf erreichen.
So ergab sich die Frage, ob die Temperaturerhöhung oder die Trocknung die
Keimungsförderung bewirke. Die Versuche von HILTNER und KINZEL (1906),welche eine Nachreifebeschleunigung bei Weizen durch Trocknung im Vakuum
oder über Schwefelsäure ergaben, sprechen für die Wirkung des Wasserentzugesselbst. Andererseits finden HARRINGTON und CROCKER bei Andropogonhalepensis ( 1923) durch Trocknung allein jedenfalls eine nur geringe Be¬
schleunigung der Nachreife, und KIESSLING (1911) sieht die Wirkung in der
Temperaturerhöhung. LAKON (1917) hat darauf hingewiesen, dass Heisswasser-
beizung bei unreifen Gerstensamen eine-Erhöhung der Keimenergie veranlasst.
Die keimungsfördernde Wirkung massiger Erhitzung ist daher wohl nicht eine
Folge der Austrocknung, sondern eher eine Art Reizwirkung, die nicht sicher
abgeklärt ist.
Die gärtnerische Praxis hat übrigens das Abbrühen von Samen der Schmetter¬
lingsblütler (C a r a g ana , Cytisus, Robinia usw.) schon lange einge¬führt, weil diese sonst spät und unregelmässig keimen. Die Samen werden in
Leinenbeutel gepackt und in einem Gefäss aufgehängt. Dann wird heisses Wasser
darüber gegossen, worauf das Saatgut in dem allmählich abkühlenden Wasser je
nach Erfahrung 6 bis 24 Stunden hängen gelassen wird. Daraufhin erfolgt sofort
die Aussaat. Bei noch schwerer keimenden Samen, wie Gymnocladus, kann
das warme Wasser nach 6 bis 8 Stunden erneuert werden. Diese Behandlung för¬
dert die Keimung recht gut sowohl bezüglich Schnelligkeit, wie auch bezüglich
Gleichmässigkeit des Auflaufens.
E. DIE HITZEEMPFINDLICHKEIT VON SAMEN IM VERGLEICH ZU DEN VON
PATHOGENEN ORGANISMEN ERTRAGENEN MAXIMALTEMPERATUREN
Unsere Versuche zeigten, dass zum Abtöten der Unkrautsamen in gequolle¬nem Zustande eine feuchte Hitzebehandlung von 80 C während zehn Minuten
bei den meisten Arten ausreicht. Eine Ausnahme machte Polygonum Per -
si cari a,
die bei dieser Temperatur bei vorgequelltem Material immerhin
noch 8, bei im Freien überwinterten 5% Samen aufwies, welche die Hitze zu
überstehen vermochten. Die feuchte Behandlung bei 90° tötete dagegen alle
gequollenen Samen ab.
Da die Bodendämpfung in erster Linie die Vernichtung der pathogenen Or¬
ganismen zum Ziel hat, soll ein Vergleich zwischen der Hitzeempfindlichkeitder Samen und der Literaturangaben über die für die Abtötung von Krankheits¬
erregern erforderlichen Temperaturen gezogen werden.
21
In der Tabelle 8 haben wir nach NEWHALL, CHUPP und GUTERMAN (1931)
einige Zahlen aus Kulturen herangezogener Organismen wiedergegeben.
Tabelle 8
Zur Abtötung von Krankheitserregern und Schädlingenerforderliche Temperaturen
Grad
CelsiusMinuten
Actinomyces scabies 54 10
Cladosporium fulvum 70 1
Fusarium lycopersici 65 10
Phoma apiicola 49 10
Plasmodiophora brassicae 60 30
Pythium de Baryanum 65 10
Rhizoctonia solani 55 - 60 60
Heterodera marioni 48 10
Ditylenchus dipsaci 52 11
Agriotes spp. 55 10
Im Boden liegen die Abtötungstemperaturen mindestens um 10 bis 20 C
höher (VON KOOT und WICK 1947); jedoch reicht zur Abtötung von Bakterien
und Protozoen eine Temperatur von 63° C, zur Abtötung von Pilzen eine solche
von 70 bis 75°C in leichten und mittleren Böden, und von 100 C in schweren
Böden (15 bis 40 Minuten anhaltend) aus. Für schwere Böden werden von FUCHS
(SORAUER 1952) folgende Abtötungstemperaturen angegeben : Thielavia
b a s i c o 1 a 85 bis 95°C während einer Stunde, wenn nur Chlamydosporen vor¬
handen sind, dagegen 100° C während 45 Minuten in Gegenwart von infizierten
Pflanzenresten; für Actinomyces scabies 100° C während 40 Minuten,
für Rhizoctonia solani 80° C und für S clerot-inia sclerotiorum
60 °C je 30 Minuten.
Wenn wir die oben angegebenen Zahlen mit den Temperaturen vergleichen,die zum Abtöten der Unkrautsamen nötig waren, können wir feststellen, dass die
Unkrautsamen im grossen und ganzen hitzeempfindlicher sind als die pflanzen -
schädlichen Bodenmikroorganismen.Eine allfällige rasche Abkühlung kann die Erhaltung der Keimfähigkeit der
Unkrautsamen begünstigen. Nach LEHMANN und AICHELE (1931) kann die
keimschädigende Wirkung der Heisswasserbeize durch Abwaschen des Saatgutesmit kaltem Wasser bis zu einem gewissen Grade aufgehoben werden.
22
Ueber den Temperaturverlauf wahrend des Dämpfens im praktischen Gärtne¬
reibetrieb liegen eingehende Untersuchungen vor (NEWHALL, CHUPP und
GUTERMAN 1931). In der obersten Erdschicht (bis zu 25 cm) werden mit al¬
len Verfahren Temperaturen von über 80 ° C, mit Rosten solche von über 90 °C
am Ende der 30 Minuten dauernden Dampfzeit erreicht. Andere Messungen zei¬
gen, dass diese Temperaturen bei guter Abdeckung des Bodens, der entscheiden¬
de Bedeutung zukommt, mehrere Stunden gehalten werden können.
In Beantwortung unserer Fragestellung konstatieren wir, dass eine feuchte
Hitzebehandlung von 90°C wahrend fünf Minuten fur die Abtotung der Unkraut¬
samen, der lufttrockenen wie derjenigen mit erhöhtem Wassergehalt, ausreicht.
Wenn aus gedämpftem Boden Unkräuter emporschiessen, so muss man daraus
auf eine unvollständige Arbeitsweise schliessen, und es muss befurchtet werden,
dass auch eventuell vorhandene Pilze nicht abgetötet wurden.
23
III. DIE WIRKUNG DER ERHITZUNG AUF WASSERKAPAZITÄT
UND STRUKTUR DES BODENS
A. ALLGEMEINES
Die günstige Beschaffenheit der Bodenstruktur ist die Voraussetzung für ein
üppiges Pflanzenwachstum. Bei einer optimalen Bodenstruktur werden den Pflan¬
zen die besten Wasser-, Wärme- und Luftverhältnisse geboten; ausserdem ist die
richtige Ausnützung der Nährstoffe gewährleistet.Ein wichtiger Punkt bei der Betrachtung der Struktur ist ihre Stabilität. Es
ist bekannt, dass viele Böden, z. B. Sandböden, sich in mittelfeuchtem Zustand
leicht krümeln lassen; sobald aber Wasser im Ueberschuss vorhanden ist, zer¬
fallen die Aggregate in ihre Einzelteile, oder sobald der Boden austrocknet, ge¬
nügt die kleinste Erschütterung, um den Aufbau der Krümel zu zerstören, weil
nach dem Verdunsten der Wasserhäute, die zwischen den Partikeln adsorbiert
waren, keinerlei verklebende Substanzen mehr für den Zusammenhalt sorgen.
Solche lose Zusammenballungen bezeichnet TJULIN als falsche oder unbestän¬
dige Krümel, die nichts mit wahrer Krümelstruktur oder beständiger Krümel¬
bildung zu tun haben, weil die für die Krümelbildung wesentlichen Kolloide
fehlen.
Bei der wahren Krümelstruktur sind mit Hilfe der Ton- und Humuskolloide
die Bodeneinzelteilchen zu kleinen Aggregaten zusammengeschlossen, wobei
die Kolloide gleichsam einen tapetenartigen Ueberzug auf den Aggregaten bil¬
den. Diese Bodenaggregate können unter gewissen Bedingungen verkitten und
schliesslich Schalen bilden, oder sie können durch feine Wurzelhaare, durch
Algen- und Pilzfäden sowie durch die Abbau- und Autolysenprodukte der Bakte¬
rien zu eigentlichen Krümeln zusammengeschlossen werden. Diese biologisch¬chemischen Vorgänge hat SEKERA als "Lebendverbauung" bezeichnet, was inso¬
fern zutreffend ist, als erst die durch organische Substanzen verbundenen Krümel
und Krümelverbände eine erhöhte Widerstandskraft gegenüber der zerstörenden
und verschlämmenden Wirkung des Wassers besitzen.
24
B. VERWENDETE BÖDEN
Die für unsere Versuche ausgewählten Erden stammten aus dem Grossvorrat
der Eidg. Landw. Versuchsanstalt Zürich-Oerlikon, wo sie für Gefässversuche
verwendet werden. Es handelt sich um vier Böden, von denen in Tabelle 9 eini¬
ge physikalische und chemische Eigenschaften aufgezeichnet sind.
Tabelle 9
Kurze Charakterisierung der Böden
BezeichnungpH CaCO Humus Ton « 2>t) Schluff (2-20A)
0,2
17,4
3,3
2,5
25,5
23,4
37,7
20,4
0,24 4,2 18,4 24,0
7,0 11,21 22,0 14,0
Erde von Oberglatt 6,6
Erde vom Hochschul- 7,8
areal (E.T.H.)
Erde von Kloten 7,05
(Flugplatzgebiet)Komposterde 7,65
Die Frage, ob bei einem Bodenmaterial Einzelkorn- oder Krümelstruktur vor¬
liegt, ist nicht allein ausschlaggebend für eine Beurteilung darüber, ob die Struk¬
turform des Bodens für das Pflanzenwachstum günstig oder ungünstig ist. Die Grös¬
se der Aggregate spielt hier eine ausschlaggebende Rolle. Ein Boden, bei dem
grobe Schollen den Hauptanteil der Aggregate bilden, ist praktisch kein Boden
mit Krümelstruktur ; sein Gefüge ist denkbar ungünstig. Umgekehrt verhält sich
ein Boden, der in sehr kleine Krümelchen zerfällt, nicht wesentlich anders als
ein feinkörniger, nicht gekrümelter Boden. Russische Forschungen, vor allem
diejenigen von DOJARENKO (1926) und seiner Schule, haben auf breiter experi¬menteller Basis festgestellt, dass ein Gemisch von Krümeln, deren Durchmesser
1 bis 3 mm beträgt, die für das Pflanzenwachstum optimalen Krümelgrössen auf¬
weist.
Aus diesem Grund haben wir aus unserem Versuchsmaterial in lufttrockenem
Zustand mit Hilfe eines Siebsatzes die Bestandteile von über 4 mm Durchmesser
und die feinen von weniger als 0,5 mm Durchmesser entfernt. Dabei wurde da¬
rauf geachtet, dass durch die mechanische Wirkung des Siebens möglichst wenig
wasserunbeständige Scheinkrümel entstanden.
25
C. DIE VERÄNDERUNG DER WASSERKAPAZITÄT
1. Angewandte Methode
Unter der Masseinheit "Wasserkapazität" verstehen wir diejenige Menge Was¬
ser, die von einer bestimmten Menge trockener Erde bei bestimmten Versuchs¬
anordnungen, wie sie weiter unten beschrieben werden, entgegen der Wirkungder Schwerkraft zurückgehalten wird.
Die infolge der Kapillarität durch den Boden festgehaltene Wassermenge ist
nicht allein bestimmt durch die Grösse und Gestalt der Bodenhohlräume, sondern
hängt auch von äusseren Umständen ab: von der Art der Wasserzufuhr und der Ab¬
leitung des Ueberschusses. Die Wasserkapazität wird dann zur Kennzahl der
Bodenstruktur, wenn ihre Bestimmung unter Einhaltung genau definierter Versuchs¬
bedingungen vorgenommen wird.
Die Versuchsanordnung die wir zur Bestimmung der Wasserkapazität benützten,
war die folgende : Ueber einem Grundwasserspiegel ruht eine kapillar mit Wasser
gesättigte Sandschicht, deren Oberfläche 10 mm über dem Grundwasserspiegelliegt. Auf die Sandoberfläche werden die in kleine Burgerzylinder eingefülltenBodenproben gelegt. Als Sandbehälter verwendeten wir eine flache Wanne aus
rostfreiem Blech, in der durch eine automatische Nachfliessanlage für einen
gleichbleibenden Grundwasserspiegel gesorgt wurde. Der Sand wurde mit einem
dünnen Fliesspapier zugedeckt, um das eventuelle Anhaften von Sandkörnchen
an der Bodenprobe zu vermeiden. Die kleinen, 100 cm3 fassenden Burgerzylin¬der waren an ihrem untern Ende mit Hilfe eines Gummiringes von einem dünnen
Nylongewebe abgeschlossen und samt dem Deckel tariert. In den so ausgerüste¬ten Burgerzylinder wurden die lufttrockenen, gesiebten Proben (50, 75 oder 100 g
je nach dem spezifischen Gewicht des betreffenden Bodens) eingewogen. Die
Proben wurden in eine flache Glasschale gelegt und diese langsam mit Wasser
gefüllt, so dass die Luft von unten nach oben von dem steigenden Wasser ver¬
drängt wurde.
Nach vollständiger Sättigung mit Wasser wurden die Proben aus dem Wasser¬
bad genommen und zum Absickern auf die Sandbank gestellt.- Zwecks Verhinde¬
rung der Verdunstung wurde jeder Zylinder mit einem Deckel versehen. Dann
wurde die ganze Einrichtung in einem kühlen Raum bei einer Temperatur von
10° C aufgestellt, um die rasche Entwicklung der niederen Organismen hintan¬
zuhalten. Bei einem Vorversuch zeigte es sich, dass sich das Gleichgewicht zwi¬
schen Wasser und Boden nach einer Absickerungszeit von 24 Stunden einstellt,
indem nach Ablauf dieser Zeit keine nennenswerten Gewichtsveränderungen fest¬
gestellt werden konnten. Nach 24 Stunden wurden die Proben gewogen, und aus
der Gewichtszunahme wurde die Wasserkapazität berechnet. Diejenigen Proben,
26
die nach dem Versuchsplan bei 50 70 der Gesamtwasserkapazitat gedampft werden
sollten, wurden mit Hilfe einer Wasserstrahlpumpe und einer Saugnutsche auf den
gewünschten Wassergehalt gebracht.Die vorbereiteten Bodenproben der ausgewählten vier Versuchsboden wurden
in lufttrockenem Zustand bei 5 Obiger und bei 100 701ger Absatugung der Wasser -
kapazitat wahrend 10, 20 und 30 Minuten in einem 10 1-Dampftopf gedampft.(Die Aufheizungszeit war in der Behandlungszelt nicht eingeschlossen. ) Nach
langsam erfolgter Abkühlung wurden sie mit Wasser gesattigt, dann 24 Stunden
auf die Sandbank gestellt und wieder gewogen Auf diese Weise wurde die Zu-,
bzw. Abnahme des WasserhaltungsVermögens pro 100 g lufttrockener Erde be¬
stimmt. Die Versuche wurden viermal wiederholt.
2. Ergebnisse
Eine Uebersicht über die durch die Dampfung hervorgerufenen Veränderungenfindet sich in Tabelle 10 auf der folgenden Seite.
Wie aus den Zahlen hervorgeht, reagierten die untersuchten Boden auf die
Dampfung verschieden. Zwei unserer vier Versuchsboden (3 und 4) zeigten als
Folge der Dampfung in lufttrockenem Zustand eine deutliche Abnahme der Was-
serkapazitat. Die Ergebnisse sind in beiden Fallen gesichert. Bemerkenswert ist,
dass bei jedem dieser beiden Boden nach der Dampfung in lufttrockenem Zu¬
stand die Benetzung bedeutend herabgesetzt war. Die verschiedene Dauer der Be¬
handlung (in unserem Fall 10, 20 und 30 Minuten) war nur von geringem Em-
fluss.
Die Ergebnisse zeigen, dass das Wasserhaltungsvermogen der in trockenem
Zustand gedampften Erde stark zurückgehen kann, was die Austrocknungsgefahrbei Aussaaten wesentlich erhöht. Dagegen behalten die in feuchtem Zustand bei
einem Wassergehalt von 5O70 bzw. IOO70 der Wasserkapazitat behandelten Boden
ihr Wasserhaltungsvermogen bei; vielfach steigt dieses sogar noch an.
D. DIE VERÄNDERUNG DER KRÜMELSTABILITÄ'T DES BODENS
1. Untersuchungsmethode
Zur Ermittlung des Einflusses, den das Dampfen auf die echten, beständigenKrümel ausübt, verwendeten wir die mechanische Einrichtung, die vom Agri¬kulturchemischen Institut der E.T.H. zur Verfügung gestellt wurde. Die Proben
wurden durch Bewegung unter Wasser mittels vier übereinander gestellter Siebe
mit Maschenweiten von 0,5, 1,2 und 4 mm Durchmesser in vier Fraktionen von
echten, d.h. wasserbeständigen Krümeln zerlegt Der Wasserstrom, der bei den
27
Tabelle 10
Wasserkapazität in je 100 g Trockenboden
Gedämpft
Behand¬Ï nfttrorkpn
bei einem Gedämpft bei
lungs¬dauer
gedämpftWassergehaltvon öO^o der
Wasserkapazität
voller Wasser-
kapazität
Min. Mittelwert aus 4 Versuchen
1. Erde von Oberglatt 0 48,7 48,7 48,7
10 48,0 53,7 51,1
20 50,1 54,3 59,2
30 47,0 53,6 58,3
2. Erde vom Hochschul¬ 0 42,4 42,4 42,4
areal (E.T.H.) 10 42,7 39,8 39,8
20 43,0 40,4 46,4
30 42,3 40,8 45,0
3. Erde von Kloten 0 37,4 37,4 37,4
(Flugplatzgebiet) 10 33,1 41,2 36,0
20 32,2 42,3 45,4
30 31,0 43,0 46,0
4. Kompost 0 99,6 99,6 99,6
10 91,4 98,9 98,3
20 90,5 105,2 100,3
30 90,5 104,8 100,9
Kleinste gesicherte Differenz*): 1. Erde von Oberglatt 1,52
2. Erde vom Hochschulareal (E.T.H.) 1,22
3. Erde von Kloten (Flugplatzgebiet) 2,07
4. Komposterde 6,07
*) Wir haben die kleinste gesicherte Differenz bei der Sicherheitsschwelle von
P = 0, 05 berechnet.
28
Auf- und Abwärtsbewegungen der Siebe durch die Bodenproben dringt, ist also
sowohl mechanisches Sortierungsmittel der einzelnen Krümelgrössen bzw. der
Einzelbestandteile, als auch Zerstörungsmittel aller nur scheinbaren, weil nicht
widerstandsfähigen Zusammenballungen. Zur Untersuchung gelangten Durch¬
schnittsproben einer grösseren Bodenmenge mit natürlicher Struktur. Die ver¬
wendeten Proben waren wassergesättigt und entsprachen 50, 75 bzw. 100 g luft¬
trockenem Boden.
Zur Untersuchung haben wir dieselben Durchschnittsproben verwendet, die
zur Bestimmung der Wasserkapazität gedient haben. Die wassergesättigten Pro¬
ben wurden sorgfältig auf das oberste Sieb mit der grössten Maschenweite ge¬
bracht ; darauf wurde der Siebsatz durch den mechanischen Antrieb in den Was¬
serbecken auf- und abwärts bewegt. Die Krümel sinken auf diese Weise leicht
auf den Boden der Siebe der entsprechenden Maschenweiten ab. Ein Teil der
kleineren Krümel, bzw. Einzelkörner, sowie diejenigen Aggregate, die schon
bei der Berührung mit Wasser zerfallen, sinkem zum grössten Teil durch das
unterste Sieb.
Wir haben für unsere vergleichenden Untersuchungen über Krümelgrösse und
Widerstandsfähigkeit der Krümelstruktur gegen Wasser mit 48 Auf- und Abwärts¬
bewegungen in der Minute gearbeitet und das Wasser genau zehn Minuten langauf die Proben einwirken lassen. Da die Wassertemperatur auch einen Einfluss
auf die Krümelung ausübt, haben wir die Becken immer mit Wasser von Zim¬
mertemperatur gefüllt.Nach Abschluss der Siebung unter Wasser wurden die Siebe mit den auf ihnen
liegenden KrUmelfraktionen sorgfältig auf einen in einer Saugnutsche liegendenRundfilter gespült und im Trockenschrank bei 60° C bis zur Gewichtskonstanz
getrocknet.
2. Ergebnisse
Die Ergebnisse der ermittelten Anteile der Krümel-, bzw. Einzelkorngrössen,in g auf 100 g Trockenboden umgerechnet, sind in der Tabelle 11 zusammen¬
gestellt.
29
Tabelle 11
Aggregatanalyse der unbehandelten und gedämpften BodenprobenAnteile der verschiedenen Grössenklassen in je 100 g Trockenboden
Sieb-
weiten
mm 0
1. Erde von
Oberglatt
2. Erde vom
Hochschulareal
(E.T.H.)
3. Erde von
Kloten (Flug¬
platzgebiet)
4. Kompost¬
erde
Reihe 1 : N icht behandelte Böden
4,0 6,1 1,8 3,0 4,7
2,0 25,3 7,3 13,3 17,1
1.0 25,2 13,2 29,5 25,0
0,5 19,0 16,5 31,3 28,6
0,5* 24,5 61,2 23,0 24,6
Reihe 2 : Nach 10 Min. Dämpfzeit im lufttrock. Zustand
4,0 7,8 2.6 3.2 4,6
2,0 30,6 11,7 17,5 22,6
1,0 27,1 23,1 33,5 30,4
0,5 17,6 30,3 28,0 29,5
0,5 16,9 32,4 17,9 12,9
Reihe 3 : Nach 20 Min. Dämpfzeit im lufttrock. Zustand
4,0 8,1 5,5 3,8 4.0
2,0 26,3 12,9 15,4 20,2
1,0 29,4 28,8 32,2 31,2
0,5 20,1 26,3 28,6 31,7
0,5 16,2 26,5 19,9 13,0
Reihe 4 : Nach 30 Min. Dämpfzeit im lufttrock. Zustand
4,0 7,6 5,3 3,7 3,5
2,0 25,1 16,3 14,9 22,6
1,0 29,4 26,1 32,4 31,7
0,5 21,9 23,6 29,2 30,5
0,5 16,0 28,7 19,9 11,9
') Aus der Differenz errechnet.
30
Tabelle 11( Fortsetzung)
Sieb¬
weiten
mm 0
1. Erde von
Oberglatt
2. Erde vom 3. Erde von
Hochschulareal Kloten(Flug-
(E.T.H.) platzgebiet)
4. Kompost¬erde
Reihe 5: Nach 10 Min. Dämpfzeit bei einem Wassergehaltvon 50"jo der Wasserkapazität
4,0 7,2 2,3 4,3 3,2
2,0 25,2 10,1 18,0 16,6
1,0 28,4 17,1 33,4 23,6
0,5 20,3 20,6 25,9 26,5
0,5 18,9 49,0 18,4 30,1
Reihe 6: Nach 20 Min. Dämpfzeit bei einem Wassergehaltvon 50^0 der Wasserkapazität
4,0 6,6 2,8 4,3 3,2
2,0 21,5 11,6 18,7 18,1
1,0 29,7 16,8 34,4 26,3
0,5 21,3 18,7 26,6 27,0
0,5 20,9 50,1 15,9 25,5
Reihe 7 : Nach 30 Min. Dämpfzeit bei einem Wassergehaltvon öO^o der Wasserkapazität
4,0 7,4 2,8 3,7 2,9
2,0 28,0 11,9 14,4 17,0
1,0 25,5 17,4 31,0 24,7
0,5 18,2 20,4 29,9 31,5
0,5 20,9 47,6 21,1 23,9
Reihe 8 : Nach 10 Min. Dämpfzeit bei voller Wasserkapaz
4,0 8,2 3,0 3,4 3,4
2,0 24,1 10,1 14,8 16,0
1,0 28,8 17,1 31,3 24,6
0,5 16,7 20,8 27,2 28,6
0,5 22,2 48,9 23,2 27,5
31
Tabelle 11 (Schluss)
Sieb-,
2. Erde vom 3. Erde von
1. Erde von„ , , , , ,„ ,„,
4. Kompost¬weiten
„, ,Hochschulareal Kloten(Flug-
.
Oberalatt„ „, TT N , , . ,
erdemm 0
6(E.T.H.) platzgebiet)
Reihe 9: Nach 20 Min. Dämpfzeit bei voller Wasserkapazität
4,0 8,0 5,5 3,7 3,6
2,0 30,9 21,0 18,5 12,5
1.0 33,0 28,0 33,0 24,2
0,5 18,7 22,4 26,3 35,1
0,5 9,4 23,1 18,5 24,5
Reihe 10: Nach 30 Min. Dämpfzeit bei voller Wasserkapazi
4,0 8,5 7,6 4,0 3,0
2,0 38,0 26,7 15,5 14,6
1,0 28,3 27,1 31,3 24,3
0,5 15,7 17,5 27,9 32,1
0,5 9,5 21,1 21,4 26,0
Kleinste gesicherte Differenz: 1. Erde von Oberglatt 3,1
2. Erde vom Hochschulareal (E.T.H. ) 2,4
3. Erde von Kloten(Flugplatzgebiet) 2,5
4. Komposterde 2,4
Wie oben erwähnt, liegt die für das Pflanzenwachstum optimale KrUmelgrössezwischen 1 und 4 mm Durchmesser. Wir haben die Zahlen der Tabelle 11 nach
diesen Gesichtspunkten ausgewertet. In der Tabelle 12 wurde der prozentualeAnteil des Bodens mit der optimalen KrUmelgrösse in Prozenten des gesamtenuntersuchten Bodens eingetragen.
32
Tabelle 12
Wirkung der Erhitzung auf die Stabilität der Krümelstruktur
(Zusammenfassung aus Tabelle 11)
Behand¬
lungs¬dauer
Lufttrocken
gedämpft
Krümel von
Gedämpftbei einem
Wassergehaltvon 50 «fr
der Wasser -
kapazitätKrümel von
Gedämpftbei voller
Wasser -
kapazität
Krümel von
Min. 1-4 mm 1-4 mm 1-4 mm
<Ü> * °lo
1. Erde von Oberglatt 0 50,5 50,5 50,5
10 57,7 53,6 52,9
20 55,7 51,2 63,9
30 55,5 53,5 66,3
2. Erde vom Hochschul¬ 0 29,7 29,7 29,7
areal (E.T.H.) 10 34,8 27,2 27,2
20 41,7 28,4 49,0
30 42,4 29,3 53,8
3. Erde von Kloten 0 42,8 42,8 42,8
(Flugplatzgebiet) 10
20
51,0
47,6
51,4
53,1
46,1
51,5
30 47,3 45,4 46,8
4. Komposterde 0
10
42,1
53,0
42,1
40,2
42,1
40,6
20 52,4 44,4 36,7
30 54,3 41,7 38,9
Die Beständigkeit der Krümelstruktur ist demnach durch die Dämpfung Ver¬
änderungen unterworfen.
1) Durch die Dämpfung hat beim Boden 1 (Oberglatt) die Krümelbeständigkeit
gegenüber der verschlämmenden Wirkung des Wassers sowohl in lufttrockenem
wie in wassergesättigtem Zustande zugenommen. Bei 5Obiger Sättigung der
Wasserkapazität war die Wirkung am kleinsten. Die Krümelbeständigkeitwurde hier nur in geringem Masse erhöht. Durch die Zunahme der Behand¬
lungszeit wurde beim wassergesättigten Boden die Wirkung vergrössert.
33
2) Beim Boden 2 verursachte die Erhitzung des lufttrockenen Bodens eine Er¬
höhung der Krümelstabilität. Wurde der Boden dagegen in wassergesättigtemZustande während zehn Minuten erhitzt, so sank die Krümelbeständigkeitetwas, nahm dann aber bei längerer Erhitzungszeit wieder bedeutend zu.
3) Beim Boden 4 (Komposterde) wurde die Krümelstabilität der lufttrocken
erhitzten Proben erhöht, bei den wassergesättigten dagegen-rerlnziert. Mit
der Verlängerung der Behandlungszeit nahm die krümelzerstörende Wirkungim wassergesättigten Boden zu. Bei 50<7oiger Sättigung wurde - von kleineren
Schwankungen abgesehen - die Krümelstabilität nicht verändert.
Es ist anzunehmen, dass die ungleiche Wirkung der Dämpfung bei den unter¬
suchten Böden von den unterschiedlichen kolloidalen Komplexen und den Aus¬
tauschionen abhängt. Die lufttrockenen und die bei 50% Wassersättigung ge¬
dämpften Böden behielten ihre Krümelstruktur. Dagegen kann bei Böden, die
bei hohem Wassergehalt gedämpft wurden, ein Teil der Krümel zerfallen. In
unseren Untersuchungen war dies bei der Komposterde der Fall. Dieser Zerfall
der Krümelanteile kann beim Giessen Verschlammungen und bei Austrocknung
Verkrustungen hervorrufen.
Konnte oben festgestellt werden, dass das Dämpfen im trockenen Zustand
in einigen Fällen eine Verminderung der Wasserkapazität zur Folge hatte, so
zeigte sich jetzt, dass die Erhitzung bei der vollen Wasserkapazität bei bestimm¬
ten Böden zu einer Herabsetzung der Krümelstabilität führte. Bei einem Wasser¬
haushalt, der 50% der vollen Wasserkapazität entspricht, konnten dagegen keine
dem Pflanzenwachstum ungünstige Veränderungen der physikalischen Bodenei¬
genschaften nachgewiesen werden.
34
IV. DIE WIRKUNG DER ERHITZUNG AUF DIE LÖSLICHKEIT VON
PHOSPHORSÄURE UND KALI
A. DIE CHEMISCHEN VERBINDUNGEN DER PHOSPHORSÄURE UND DES
KALIS UND IHRE LÖSLICHKEIT
Phosphor ist ein wichtiger Bestandteil der Pflanzensubstanzen. In der Zelle
findet er sich nur als Orthophosphat und soweit er organisch gebunden vorkommt,
als Phosphorsäureester verschiedener Alkohole. Hierzu gehören die Phosphatide,die Pentophosphorsäureester der Nukleinsäuren sowie verschiedener Zuckerphos¬
phate, die vorübergehend bei Atmung und Gärungen auftreten. (SCHMALFUSS)
Die Pflanze vermag von den verschiedenen Verbindungen des Phosphors nur
die höchstoxydierte Form (PgO;.) und von dieser wieder nur die höchste Hydrata¬tionsstufe, die Orthophosphorsäure zu verwerten. Ihre Aufnahme durch die Wur¬
zeln erfolgt in Form von Phosphationen (H PO.-. HP04 ,PO. ) und hängt
von der Löslichkeit der betreffenden Phosphate ab.
Der Phosphor im Boden ist ausschliesslich als Orthophosphat vorhanden,
meist an Kalzium oder auch an Aluminium und Eisen gebunden. Ueber die im
Humus festgelegte oder von den Bodenkolloiden sorbierte Phosphorsäure ist nach
Menge und Art der Bindung nur wenig bekannt.
Die Löslichkeitsverhältnisse der anorganischen Phosphorverbindungen sind
meist sehr kompliziert gestaltet; doch ist der Grundvorgang, der die Löslich¬
keit schwerlöslicher Kalziumphosphate bestimmt, die Hydrolyse oder genauer
gesagt das hydrolytische Gleichgewicht, das zwischen den Kalziumphosphatenmit verschiedenem Wasserstoffgehalt herrscht und im Prinzip durch die Pauschal¬
gleichung Ca3(PO) +4HO Ca (H PO )+ 2 Ca (OH) dargestelltwird.
In der Form von Kalkphosphaten liegt die Phosphorsäure in kalkgesättigtenBöden von neutraler bis alkalischer Reaktion vor. Wegen des Kalkreichtums des
Bodens handelt es sich dabei hauptsächlich um das tertiäre Phosphat Ca»(PO. )q,
das wahrscheinlich in der Gestalt des äusserst schwer löslichen Hydroxylapatitsdie Hauptmenge der Phosphorsäure des Bodens ausmacht. Daher können auf sol¬
chen Böden wegen der geringen Löslichkeit der Phosphate bei den Pflanzen Phos¬
phormangelerscheinungen auftreten. Denn auch die leichter löslichen Dünge-
phosphate, wie Monokalziumphosphat Ca(H2P04)2 oder Dikalziumphosphat
35
CaHPO. wandeln sich in kalkreichen Böden nach und nach in das unlösliche4
Trikalziumphosphat um. Wird der Boden hingegen arm an Basen und sauer, so
geht die Phosphorsäure zunächst in die löslichen Kalkphosphate, schliesslich
aber in die Form von Eisen- und Aluminiumphosphaten über, die bei saurer
Reaktion gleichfalls sehr schwer löslich sind.
Das Löslichwerden der Bodenphosphorsäure kann reichliche Kohlensäurebil¬
dung durch Bodenatmung oder den Anbau von Pflanzen, die ein Wurzelsystemmit hoher Atmungsintensität besitzen, begünstigen. Aber auch die Humusstoffe
selbst fördern die Aufnehmbarkeit der Phosphorsäure einerseits durch die Um¬
setzung von Huminsäuren mit Kalkphosphaten, anderseits durch ihre Kolloidna¬
tur, indem sie als Schutzkolloid die Tonerde- und Eisenverbindungen gegen
Verbindungsbildung mit der Phosphorsäure abschirmen.
Bei den Kaliverbindungen im Boden können wir unterscheiden (vergl. L.
WIKLANDER 1954) abgesehen vom Kalium der Bodenorganismen - zwischen
1. Kalium in der Bodenlösung2. Austauschbarem Kalium
3. Festgelegtem Kalium
4. Gitterkalium.
1. Das Kalium der Bodenlösung. Dieser Anteil findet sich in
der Bodenlösung, in Form von Ionen löslicher Verbindungen vor. Die Konzentra¬
tion des Kalis der Bodenlösung ist je nach Bodenart sehr unterschiedlich. Auch
bei ein und demselben Boden von einem Zeitpunkt zum andern variiert sie stark,
sie ist von verschiedenen Faktoren abhängig, wie; Menge des sorbierten K,
Feuchtigkeitsgehalt des Bodens, Art und Konzentration der anderen anwesenden
Ionen, Aufnahme durch die Pflanzen usw. Das Kalium der Bodenlösung befindet
sich im Gleichgewichtszustand mit dem austauschbaren K, von dem es schwer
zu unterscheiden ist und von welchem es etwa 1% ausmacht.
2. Das austauschbare Kalium umfasst den Kaliumanteil, welcher
durch die Bodenteilchen sorbiert ist und das durch neutrale Salze ausgetauschtwerden kann. Es befindet sich in einer für die Pflanzenwurzeln leicht aufnehm-
baren Form und nimmt deshalb während der Vegetationsperiode stark ab. Der
Gehalt an austauschbarem Kali in einem Boden durch mehrere Faktoren bestimmt:
Tongehalt, Mineralzustand, Verwitterungs- und Auswaschungsverhältnisse, Kul¬
turart, Düngung, Kalkzustand usw. Im allgemeinen liegt der Gehalt des aus¬
tauschbaren Kaliums in mineralischen Böden unter 1% des Gesamtkaliumgehaltes.In organischen Böden bildet die austauschbare Form den hauptsächlichsten Teil
des Gesamtkaliums.
3. Das festgelegte Kalium ist der Kaliumanteil, der nicht mehr
durch neutrale Salze umgetauscht werden kann. Das festgelegte Kalium wird
36
zwischen den Schichtoberflächen von primären Illitmineralen in der normaler¬
weise von K als Gitterbestandteil eingenommenen Lage festgehalten. Durch
Auswaschung und Verwitterung wird ein Teil des Gitterkaliums freigelegt und
gegen andere mehr oder weniger zur Einnahme dieser Lage geeignete Ionen ein¬
getauscht. Wird Kalium zugeführt, so wandert K in die normalen Lagen zu¬
rück, das Gitter bildet sich wieder und das Kali wird festgelegt. NH.,welches
die gleiche Grösse und Wertigkeit hat wie K+ zeigt dasselbe Verhalten und wird
in normalen K+- Lagen festgehalten. Auch HgO(=H++ HO) kann vakante
K+ - Lagen einnehmen. NH.+ und H+ hindern demnach die K+ - Festlegung,während andere Ionen, wie Ca++ und Mg++ diese Reaktion fördern, wenn sie
sich in normalen K - Lagen befinden.
Dementsprechend wird die Festlegung von K und NFL in sauren Böden nur
schwach oder gleich null, sie nimmt aber mit der Verbesserung des Kalkzu¬
standes zu. Das festgelegte Kalium scheint sich im Gleichgewichtszustand mit
dem austauschbaren Kalium zu befinden und kann langsam in diese Form über¬
gehen und so pflanzenaufnehmbar werden. Das festgelegte Kalium bildet eine
Uebergangsform zwischen dem austauschbaren Kalium und dem Gitterkalium
des Illits und der Glimmermineralien.
4. Das Gitterkalium stellt den grössten Teil des Gesamtkaliums in
mineralischen Böden dar. Die kaliliefernden Mineralien sind in der Tonfraktion
vor allem Illit und wasserhaltiger Glimmer und Feldspat. Die Hauptmenge der
Kaliverbindungen des Bodens wird durch die Verwitterung pflanzenaufnehmbar ;
und deswegen hängt die freiwerdende Kalimenge mit Feinheit und dem Kristall¬
aufbau der Silikatmineralien eng zusammen.
In der Praxis wird vielfach angenommen, dass durch das Erhitzen des Bodens
wichtige Pflanzennährstoffe, die in schwerlöslicher Form vorhanden sind, "mo¬
bilisiert" und für die Kulturpflanzen leicht aufnehmbar gemacht werden. Die
Verfügbarkeit der Nährstoffe im Boden ist aber von gewissen Faktoren abhängig,wie Adsorption, Bildung von schwerlöslichen und leichtlöslichen Stoffen, etc.
Diese Faktoren werden durch die Erhitzung nicht in der gleichen Richtung be¬
einflusse Daher muss das Experiment entscheiden, ob eine Mobilisierung statt¬
findet oder nicht.
B. ANGEWANDTE METHODEN
a) Verwendete Böden
Um die Veränderung der Löslichkeit der sich im Boden befindlichen Phos¬
phor- und Kaliverbindungen durch die Dampfeinwirkung verfolgen zu können,
haben wir den folgenden Weg beschritten:
37
Es wurden drei Boden von der Eidg. Landw Versuchsanstalt Zurich-Oerlikon
untersucht Es handelte sich um eine neutrale, eine alkalische und eine saure
Erde Ihre genaueren Daten, den pH- Wert und den Kalkgehalt betreffend, sind
m der untenstehenden Tabelle verzeichnet.
Tahelle 13
Sauregrad und Karbonatgehalt der verwendeten Boden
pH CaCOg
1 Erde von Kloten 7,05 0,2470
(Flugplatzgebiet)2. Erde fur Gefassversuche 5,45 0°Jo
3 Erde vom Hochschul- 7,8 17,4°/o
areal(E.T H.)
Wir haben diese Boden einerseits fur sich allein, andererseits nach Zusatz
von Rohphosphat und Kalifeldspat verwendet. Die Wahl erfolgte aus zwei Grün¬
den
1. Dank der Zugabe der genannten Phosphorsaure- und Kali-Lieferanten er¬
halten wir sowohl ein Bild von der Ausnutzung der Phosphorsaure und des Kalis
im Rohphosphat, bzw. Kalifeldspat (Boden mit Zusatz dieser Stoffe), als auch
einen Hinweis auf die Losungsverhaltnisse und die Ausnutzbarkeit der Boden-
phosphorsaure und des Bodenkahs (Boden ohne Zusatz).
2 Die verwendeten schwerlöslichen Kalziumphosphate und Kalifeidspate stel¬
len Modellsubstanzen dar, die auch im Kulturboden zu den Hauptquellen fur die
Phosphor- und Kaliversorgung der Pflanzen gehörenNatürlich dürfen wir nicht ausser Betracht lassen, dass im Boden der Gehalt
an löslicher Phosphorsaure durch eine Bindung an Sesquioxyde und durch ortli¬
che Sorption an die Tonkolloide unübersichtlich beeinflusst wird
Als Zusatz verwendeten wir bei der Phosphorsaure sehr fem gemahlenes Roh-
phosphat(im Handel als Renophosphat bekannt, 0,2 g/100 g lufttrockene Fein¬
erde), was einer P90,- -Zugabe von 57,6 mg entspricht. Bei der Kalizugabe ver¬
wendeten wir feingemahlenen Kalifeldspat mit einer Korngrosse von ca. 0,05 mm
0 der von der Porzellanfabrik Langenthai in verdankenswerter Weise zur Verfu¬
gung gestellt wurde, 15 g auf 100 g lufttrockene Feinerde.
Die einige Tage vorher angefeuchteten Boden mit und ohne Dungerzusatzwurden in einem Dampftopf wahrend 15 Minuten erhitzt und nach der Abkühlungauf die Veränderung des pH-Wertes und des Nährstoffgehaltes hin untersucht.
Da der Aziditatsgrad des Bodens, wie schon oben erwähnt, einen grossen Ein-
38
fluss auf die Löslichkeit der Phosphorsäure ausübt, wurde die Bestimmung der
Bodenreaktion bei unseren Untersuchungen einbezogen. Um die eventuellen
Veränderungen der ursprünglichen Bodenreaktion zu kennen, die möglicherwei¬se durch den Dampf und die Düngerzugabe hervorgerufen werden können, ha¬
ben wir unsere Versuchsböden vor und nach der Dämpfung sowie nach 28 - tä-
gigem Stehenlassen nachkontrolliert. Die pH - Messungen wurden mit der Glas¬
elektrode durchgeführt. Me aus Tabelle 14 hervorgeht, wurde der Aziditäts¬
grad des Bodens sowohl durch das Dämpfen als auch durch die Düngerzugabenicht oder in nicht messbarer Weise beeinflusst.
Tabelle 14
Veränderung des pH-Wertes vor und nach der Dämpfung
Ur-Nach der Dämpfung 4 Wochen nach der Dämpfung
sprüng Ohne Mit Ohne ]Mit
liches Düngerzusatz Düngerzusatz
pHMittel Mittel Mittel Mittel
Erde für
Gefäss-
versuche
( Kloten D )
7,1
7,4
7.4
7.4
7,4
7,5
7,5
7.4
7.6
7,5
7,6
7,6
7.6
Erde von
Kloten
(Flugplatz¬
gebiet)
5,5
5,4
5,6
5,5
5,5
5,6
5,5
5,2
4,9
5,1
5,8
5,2
5,5
Erde vom 7,9 8,1 8,3 7.8
Hochschul - 7.8 8,0 8,0 8,1 8,0
areal(E.T.H.) 8,1 8,0 8,0 8.2
b) Die Bestimmung der pflanzenaufnehmbaren Phosphorsäure und des Kalis
nach der Keimpflanzenmethode
Zur Bestimmung der pflanzenaufnehmbaren Phosphorsäure und des Kalis
durch die Keimpflanzenmethode haben wir 100 g lufttrockener Feinerde ent¬
sprechende Bodenmengen verwendet. Die Proben ohne Zusatz wurden, nach Ver¬
mischung mit 50 g Grobsand und nach Anfeuchten, mit 100 Roggenkörnern be¬
pflanzt. Die Düngergaben wurden vor dem Sandzusatz gut mit den Böden ver-
39
mischt. Nach dem Sand- und Wasserzusatz und vor der Saat wurden die Proben
fünf Tage lang bedeckt stehen gelassen. Zu den Keimpflanzenversuchen wurden
Blindversuche mit den gleichen Korngewichten und unter den gleichen Versuchs¬
bedingungen angestellt. Der Sand des Blindversuches wurde mit sehr ver -
dünnter Ammonnitratlösung (40 Jf/ml) angefeuchtet; der Wasserverlust wurde
während der Versuchsdauer ständig ersetzt. Die Kulturen wurden bei guten Be -
lichtungsverhältnissen und ausgeglichener Temperatur von 19 bis 21°C im Sou¬
terrain der Versuchsanstalt Oerlikon aufgestellt. Nach 14 - tägiger Vegetations¬dauer wurden die Kulturen "geerntet". Die Erde und der Sand wurden sorgfältig
ausgewaschen, das Wurzelwerk und die Blätter an der Luft getrocknet und bis zur
Weiterverarbeitung aufbewahrt. In einem späteren Zeitpunkt veraschten wir in
Porzellanschalen das trockene Pflanzenmaterial, zuerst über der Gasflamme
eines Pilzbrenners bis die Hauptmenge des organischen Materials verbrannt war,
nachher im elektrischen Muffelofen bei 600° C während einer Stunde. Die Asche
wurde in ca. 10 ml 10°/oiger Salzsäure aufgelöst und auf dem Wasserbade er¬
wärmt. Alle Lösungen wurden auf 50 ml aufgefüllt. In diesen Lösungen wurden
nach der Methode von Lorenz-Gisiger die Phosphorsäure und - flammenphoto-metrisch - das Kali bestimmt.
c) Die Ermittlung des Gehaltes an Phosphorsäure und Kali nach Egnér -Riehm
Als chemische Methode zur Ermittlung des Phosphorgehaltes der Böden ist
neuerdings diejenige von Egnér-Riehm zur Anwendung gekommen (HERMANN
und LEDERLE 1944). Sie verwendet als Extraktionsmittel eine Kalziumlaktat¬
lösung (50 ml halbnormale Laktatlösung auf 1000 ml), die mit Salzsäure auf
eine pH - Zahl von 3,7 gepuffert wird. Wir untersuchten parallel, welche Unter¬
schiede sich nach diesem Verfahren bei natürlichen und gedämpften Böden mit
und ohne Düngerzusatz ergaben.Die Untersuchungen nach dem Laktatverfahren wurden in Anlehnung und
unter Benützung der beschriebenen Laboratoriumseinrichtungen und Apparaturen
des Verfahrens, wie sie von Egnér-Riehm zur Bestimmung des Phosphorsäure-zustandes angegeben werden, ausgeführt. 5 g lufttrockene Feinerde werden mit
280 ml Laktatpufferlösung 11/2 Stunden lang ausgeschüttelt. Nach dem Schütteln
wird filtriert und im Filtrat die Phosphorsäure kolorimetrisch nach R. HERMANN
und P. LEDERLE (1944) als Molybdänblau bestimmt, das sich durch die Reduk¬
tion der Phosphormolybdänsäure mittels Photo-Rex-Zinnchlorurlösung* bildet.
Die Ermittlung des Kaliums erfolgte flammenphotometrisch unter Benützung des
Zeiss- Gerätes von Schuknecht-Waibel. Der hohe Kalkgehalt der Extraktionslö-
*) = Monomethyl-para-amino-phenolsulphat
40
sungen zwingt zu einer Ausfallung des Kalziums als Oxalat, da bei dem verwen¬
deten Flammenphotometer das Licht der Kalziumbande nicht genügend aus-
filtnert werden kann.Die Kalibestimmungen verliefen planmassig und ohne
Schwierigkeiten.Bei der Bestimmung der Phosphorsaure hatten wir mit der zuerst angewandten
Methode von R. HERMANN und P. LEDERLE keinen Erfolg ; trotzdem wir genau
nach den Vorschriften und mit der grossten Sorgfalt arbeiteten, konnten wir kei¬
ne reproduzierbare und eimgermassen zeitbeständige Blaufärbung erreichen Un¬
sere Eichkurve wies bei jeder Mess-Sene zu grosse Schwankungen auf, und die
Laktatbodenauszuge wurden meist trübe Bei der genaueren Untersuchung dieser
unerwünschten Erscheinung zeigte es sich, dass die Fehler wegen des verschie¬
denen CaCO -Gehaltes unserer Versuchsboden auftraten. Wahrend das pH der
zum Ausschütteln verwendeten Laktatlosung 3,5 betrug, wies das pH der Losun¬
gen nach dem Ausschütteln folgende Verschiebungen auf:
1. Bei der Erde von Kloten (Flugplatzgebiet) pH =3,9
2. Bei der Erde fur Gefassversuche pH = 3,8
3 Bei der Erde vom Hochschulareal (E.T.H.) pH = 6,5
Schon H. RIEHM weist daraufhin, dass die Treffsicherheit und Leistungs¬
fähigkeit der Doppellaktatmethode auf CaCOg- haltigen Boden stark zurückgehtDies zeigte sich auch beim Boden von der E.T.H. (17,4% CaC03) mit dem
relativ hohen Karbonatgehalt. Die Ursache der auftretenden Trübungen lasst sich
dadurch erklaren, dass die Azidität des Laktatauszuges zu gering war, so dass
sich Trübungen durch unlösliche Zinnsalze bemerkbar machten. So waren wir
gezwungen nach einer fur unsere Zwecke besser geeigneten Methode zu suchen.
Wir arbeiteten furderhin mit der von W A. PONS, M.F. STANSBURY und
L CAROLL(1953) ausgearbeiteten Methode.
Bei dieser Methode wird die zu untersuchende Flüssigkeit, in unserem Falle
die laktathaltige Bodenlosung, in einen Scheidetrichter pipettiert und mit einer
schwefelsauren Ammoniummolybdatlosung versetzt. Dazu wurden 10 ml Iso-
butylalkohol gegeben und wahrend zwei Minuten geschüttelt. Die gebildete Phos-
phormolybdänsaure lost sich im Isobutylalkohol, und nach dem Ablassen der
wasserigen Phase wurde mit N/1 Schwefelsaure ausgewaschen. Die störenden
Begleitstoffe wurden so entfernt. Dann gaben wir die SnCl -Losung zu, wodurch
die Reduktion der Phosphormolybdansaure zu Molybdanblau erfolgt Nach er¬
neutem Ablassen der wasserigen Phase wurde der Isobutylalkohol, der das aus
der Phosphormolybdansaure entstandene Molybdanblau gelost enthielt, mit
95folgern Aethylalkohol auf 50 ml verdünnt und die Farbintensitat im Beckman-
Spektrophotometer durch Extinktionsmessung festgestellt. Die Farbintensitat der
Losung ist gut zeitbestandig (bis 19 Stunden halten sich die blauen Losungen im
Dunkeln unverändert). Die Standardkurve folgt dem Lambert-Beerschen Gesetz,
und die grosste Abweichung macht nur — 1,25 aus (Fig. 4).
41
C. ERGEBNISSE
Mr verglichen die Gehalte der Böden an Phosphorsäure und Kali in a) unbe¬
handeltem und b) gedämpftem Zustand sowie vier Wochen nach der Dämpfungmit und ohne Düngerzugabe.
Die Versuche wurden dreifach angelegt, und die Ergebnisse wurden in mg
P Oc und K„0 in 100 g lufttrockener Feinerde umgerechnet.Tabelle 15 gibt Auskunft über die Wirkung der Dämpfung auf die PqO,- " und
die KO- Löslichkeit und über die Unterschiede zwischen Laktatlöslichkeit und
Wurzellöslichkeit.
Auf Grund der Befunde kann festgestellt werden, dass sich die Böden je nach
Beschaffenheit und Säuregrad verschieden verhielten.
1. Vergleich des laktatlöslichen Phosphors mit dem wurzellöslichen Phosphor
a) Beim neutralen Boden wurden von den verabreichten 57,6 mg PoOc auf
100 g lufttrockene Feinerde, die in Form von 200 mg Renophosphat zugegeben
wurden, nach dem Laktatverfahren 44,5 mg PO- wieder gefunden. Die Roggen¬
pflanzen konnten dagegen im Boden mit Rohphosphatzusatz nur 2,82 mg P„Oc
mehr aufnehmen als aus dem ursprünglichen Boden.
Die Ursache dieses grossen Unterschiedes in der Löslichkeit nach dem Laktat¬
verfahren und der Keimpflanzenmethode liegt in der Methode, wie dies schon
LEDERLE (1944) erwähnt. Er hat festgestellt, dass zwar allgemein eine Paralle¬
lität in den Ergebnissen der beiden Methoden festzustellen ist, dass jedoch die
absoluten Werte beim Laktatverfahren fast durchwegs höher liegen als bei der
Keimpflanzenmethode. Die Löslichkeit der Phosphorsäure ist nach Bodenart,
nach der Natur der zugesetzten Phosphate und nach der Menge des zur Verfügungstehenden Nährstoffes bei den beiden Verfahren verschieden (vergl. auch Fig. 3).
In unserem Fall hat die Salzsäure, die mit der Laktatpufferlösung zugegebenwurde, das Kalziumhydroxyd durch Neutralisation aus dem Gleichgewichtssystementfernt, was die gefundenen hohen laktatlöslichen Phosphormengen erklärt. In
diesem Falle scheinen die Werte der Keimpflanzenmethode ein zuverlässigeresUrteil über die Aufnehmbarkeit der Phosphorsäure zu geben als diejenigen des
Laktatverfahrens.
b) Beim sauren Boden konnten wir von den in Form von Kalziumphosphat
zugegebenen 57,6 mg PpO durch das Laktatverfahren 41,59 mg zurückgewinnen;auch bei der Keimpflanzenmethode wurden von den Roggenpflänzchen 12,42 mg
mehr aufgenommen als beim Boden ohne Zusatz. Das hohe Lösungsvermögen der
sauren Böden für die Phosphate ist allgemein bekannt. Unser saurer Versuchsboden
(Nr. 2) hat der Erwartung entsprechend reagiert.
42
Wellenlänge des Lichtes für die Messung : 730 m
Spaltöffnung ; 0.4 mm
Kuvette : 1.000 cm
I x = Lichtintensität nach Durchtritt
I o ="
vor
gemessene Werte
zu verschiedenen Zeiten
grösste Abweichung von log k = 0.008
=*1.8T P2°5
0.280
.2 0.260
0.240
0.220
0.200
0.180
Beckman - Spektrophotometer Modell DU
PgOg in 50 ml
Fig. 2: Eichkurve für die Phosphorsäurebestimmung
mg P20550
40
30
20 «
10
A Laktatlöshch
B Wurzellöslich
ohne DUngerzugabe
u mit Düngerzugabe
mg KzO
20
15
10 «
AB AB
Erde von Kloten Erde für Gefâssversuche Erde vom Areal der E.T.H.
Fig. 3 Unterschied zwischen Laktat- und Wurzellöslichkeit beim Phosphor
34.7
n
IUIA B
Erde von Kloten
B B
Erde für Gefàssversuche Erde vom Areal der E.T.H.
Fig. 4 Unterschied zwischen Laktat- und Wurzellöslichkeit beim Kali
(Gedampfte Erde nach 4- wöchiger Lagerung)
1,64
1,64
1,64
1,28
1,28
1,28
2,92
2,92
2,92
0,73
0,73
0,73
Differenz
gesi
cher
te
Kleinste
34,70
15,50
16,50
14,35
3,03
4,30
39,50
16,00
14,40
21,93
6,35
5,80
33,30
14,00
15,20
2,64
1,30
3,07
1,12
1,12
1,12
22,00
17,00
15,00
16,00
00
15
12,70
15,00
14,30
9,302
Düngerzugabe
mit
Boden,
gmg/100
KO
4.
0,74
0,74
0,74
10,00
5,00
4,30
6,70
3,00
3,00
4,70
2,50
2,502
Düngerzugabe
ohne
Boden,
gmg/100
KO
3.
10,03
11,12
9,05
2,70
9,83
14,80
25,15
10,20
17,23
15,02
2,70
24,76
30,10
44,04
3,02
3,69
4,27
2,70
45,15
47,86
48,04
Boden)
gmg/100
(57,5
Düngerzugabe
mit
Boden,
gmg/100
PO
2.
6,02
0,28
1,25
8,45
1,35
2,42
2,60
1,45
0,50
0,50
0,50
10,14
1,12
3,22
11,16
1,48
4,53
10,12
2,45
3,46
Düngerzugabe
ohne
Boden,
gmg/100
P?0
1.
Differenz
0»Tj»n
fr
Unbe
..
Nach
Ge-
Unbe-
Tagen
28
dämpft
handelt
°
Tagen
28
dämpft
handelt
gesicherte
Nach
Ge-
Unbe-
,
Nach
7,8
Hochschulareal
vom
Erde
3.
5,4
Gefässversuche
für
Erde
2.
0,
7Kloten
von
Erde
1.
7,8
Hochschulareal
vom
Erde
3.
5,4
Gefässversuche
für
Erde
2.
,0
7Kloten
von
Erde
1.
7,8
Hochschulareal
vom
Erde
3.
5,4
Gefässversuche
für
Erde
2.
7,0
Kloten
von
Erde
1.
7,8
Hochschulareal
vom
Erde
3.
5,4
Gefässversuche
für
Erde
2.
7,0
Kloten
von
Erde
1.
pH
Kleinste
Wurzellöslich
Laktatlöslich
Kalis
des
und
Phosphorsäure
der
Löslichkeit
die
auf
Erhitzens
des
Einfluss
15-.
Tabelle
Nr.
Boden
c) Bei der alkalischen Erde (Nr. 3) war die Phosphorsäurelöslichkeit bedeu¬
tend geringer. Immerhin konnten durch das Laktatverfahren 15,03 mg zurückge¬wonnen werden. Der wurzellösliche Anteil war sehr gering. Bei der Keimpflan¬
zenmethode konnte nur eine Zunahme um 0,17 mg PoO ermittelt werden.o
2. Einfluss der Dämpfung auf die Löslichkeit des Phosphors
Die Einwirkung der Dämpfung auf die Löslichkeit der Phosphorsäure, die in
schwerlöslichen Verbindungen vorhanden ist, zeitigte keine eindeutigen Ergeb¬nisse.
a) Beim neutralen Boden ohne Düngerzugabe stieg durch die Dämpfung so¬
wohl die laktatlösliche wie auch die wurzellösliche Phosphormenge. Während
der vierwöchigen Lagerung aber setzte ein rückläufiger Vorgang ein, und der
Gehalt an löslicher P^Oj. ging nach beiden Verfahren zurück.
Bei dem mit Rohphosphat versetzten Boden blieb auch die vorübergehende
Steigerung der Löslichkeit aus.
b) Beim sauren Boden (Nr. 2) bewirkte die Dämpfung einen deutlichen Rück¬
gang der Löslichkeit der Phosphorsäure. Nur beim Boden mit Rohphosphatzusatzkonnte durch die Keimpflanzenmethode eine vorübergehende Steigerung fest¬
gestellt werden, aber nach vier Wochen ging die Löslichkeit auch hier unter die¬
jenige der unbehandelten Erde zurück.
Es besteht die Möglichkeit, dass die Hitze in diesem Falle beschleunigendauf die im Boden vor sich gehenden Alterungserscheinungen wirkt und dass die
Phosphorsäure in schwerer hydrolysierbare Verbindungen (Bildung von Hydroxy-
apatit) überging.c) Beim alkalischen, stark karbonathaltigen Boden war die Phosphorsäure¬
löslichkeit durch die Hitzeeinwirkung nach dem Laktatverfahren beim Boden
mit Rohphosphatzusatz rückläufig; nach der Keimpflanzenmethode stieg sie
zuerst an, um dann wieder zurückzugehen.
3. Die Wirkung der Dämpfung auf die Löslichkeit des Kalis
Bei den drei Versuchsböden, die wir zur Untersuchung verwendet haben,
nahm das aufnehmbare Kali fast durchgehends zu. Mit der Keimpflanzenme¬thode wurde im mit Kalifeldspat versetzten Boden meistens mehr lösliches Kali
festgestellt als mit der Laktatmethode. Die Unterschiede wurden in Fig. 4 dar¬
gestellt. Besonders auffallend ist die hohe Kaliaufnahme der Roggenpflänzchenbeim stark karbonathaltigen Boden. (Diese ist jedoch nur ein bescheidener Bruch¬
teil aus der zugeführten Kalimenge. )
Auffallend ist, dass während der 28-tägigen Lagerung der gedämpften Erde
die Löslichkeit nach der Laktatmethode weiter zunahm, während der Gehalt an
46
wurzellöslichem Kali, ermittelt nach der Keimpflanzenmethode, teilweise zu¬
rückging. (Tabelle 15)
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass im allgemeinen die Löslichkeit
der Phosphorsäure durch die Dämpfung eher zurückging, während sich beim Ka¬
li ein massiger Anstieg bemerkbar machte.
47
V. DIE WIRKUNG DER ERHITZUNG AUF DIE LÖSLICHKEIT
DER STICKSTOFFVERBINDUNGEN
A. DIE STICKSTOFFVERBINDUNGEN IM BODEN
Der Ursprung der StickstoffVerbindungen, die man im Boden findet, kann
nicht auf die Muttergesteine des Bodens zurückgeführt werden. Eruptivgesteinesind stickstofffrei; Sedimentgesteine weisen nur Spuren von diesem Element auf,
die vollkommen ungenügend wären, um den Gehalt der aus ihnen entstandenen
Böden an gebundenem Stickstoff zu erklären.
Eine mögliche Quelle sind das Ammoniak und die Salpetersäure, die durch
die Niederschläge auf den Boden gebracht werden. Dieser Beitrag ist meist ge¬
ring; unter westeuropäischen Bedingungen macht er nach ROBINSON (1939)
nur etwa 4 kg Salpeter pro ha aus. Nur in den Tropen kann er auf 30 bis 35 kgSalpeter pro Hektar geschätzt werden.
Der Hauptteil der Stickstoffverbindungen, die man im Boden findet, stammt
von pflanzlichen Resten und Bodenorganismen ab. Man kann zwei Gruppen unter¬
scheiden:
1. Anorganische Stickstoffverbindungen, meist als Ammoniak- und Nitrat¬
stickstoff vorliegend und in dieser Form die beiden Endglieder des Abbaues von
organisch gebundenem Stickstoff darstellend;
2. organische StickstoffVerbindungen.Die mengenmässig grössere organische Gruppe kann man in folgende Unter¬
gruppen einteilen : (RUSSELL 1936)
1. Stickstoffhaltiges Material, dessen Ursprung auf die Bodenbildung und
-absetzung zurückgeht. Diese ursprünglich hauptsächlich aus Protein bestehen¬
den Verbindungen haben mit der Zeit bedeutende Verwandlungen durchgemachtund sind gegen chemische und biologische Einflüsse sehr widerstandsfähig ge¬
worden.
2. Leicht zersetzbares Protein von Pflanzenzellen und Mikroorganismen, die
noch nicht abgebaut wurden.
In allen Böden liegt ein kleiner Teil des Bodenstickstoffes in der Form von
verhältnismässig einfachen Verbindungen vor, wie Aminosäuren, Amiden, Am¬
moniumsalzen und Nitraten. Diese Verbindungen, und zwar hauptsächlich die
Ammoniumsalze und Nitrate, sind es, welche die Pflanzen gewöhnlich als ihre
48
Stickstoffquelle benützen.
Es ist seit langem bekannt, dass Nitrate durch die Zersetzung stickstoffhalti¬
ger organischer Substanz erzeugt werden. Arbeiten, insbesondere von R. WARING-
TON und S. WINOGRADSKY, zeigten, dass der Abbau eine Vereinfachung der
Stickstoffverbindungen darstellt, und zwar nach dem folgenden Schema: stick¬
stoffhaltige, organische Substanz—^-Aminosäuren und Amide—»• Ammonium¬
salze.Die Ammoniumverbindungen werden ihrerseits in Nitrite u. Nitrate um¬
gewandelt (Nitrifikation).Die Umwandlung der Nitrite in Nitrate erfolgt rascher als die Umsetzung der
Ammoniumsalze in Nitrites aus diesem Grunde treten in den Böden kaum Nitrite
in freiem Zustande auf. Die gesamthafte Umsetzung der Ammoniumsalze zu
Nitraten erfolgt unter Bedingungen, die für die Nitrifikation günstig sind, schnel¬
ler als die Ammonifikation.
Der gesamte Stickstoffgehalt ist in gewöhnlichen Ackerböden meist gering.Nach RUSSELL (1936) beträgt er im Durchschnitt ca. 0,15%. Grössere Mengenvon organischem Stickstoff finden sich in humusreichen Torf- und Moorböden.
Ammoniak findet sich in Ackerböden nach RUSSELL nur ungefähr zu 0,002%
in freier oder gebundener Form, hingegen kann in stark gedüngten Acker- und
Gartenböden das Zehnfache dieser Menge vorkommen.
Die als Nitrat vorhandene Stickstoffmenge unterliegt grossen Schwankungen.Im Ackerland kann man nach RUSSELL von 0,0002% bis 0,002%, in guten
Gartenböden bis 0,006% oder mehr finden. Waldböden können ganz arm an
Nitrat sein. Die Schwankungen sind bedeutend, weil der Nitratstickstoff durch
die Pflanzen rasch aufgenommen oder durch den Regen ausgewaschen wird. An¬
dererseits kann er durch bakteriologische Tätigkeit bei günstigen Bedingungenrasch neu gebildet werden.
B. METHODEN ZUR UNTERSUCHUNG DER STICKSTOFFVERBINDUNGEN
DES BODENS
Für unsere Versuche verwendeten wir dieselben drei Versuchsböden, die für
die Phosphor- und Kaliuntersuchung gebraucht wurden. Von jedem Boden wurden
zwei Versuchsreihen ausgeführt, die eine mit, die andere ohne Düngung.
Düngerzugabe: Als stickstoffhaltige Dünger verwendeten wir Ammon-
sulfat, Kalksalpeter und Hornmehl. Von Ammonsulfat und Kalksalpeter stellten
wir zuerst, wegen ihrer starken Hygroskopizität, eine Stammlösung von bekannter
Konzentration her. Die Stickstoffgaben zu den Bodenproben betrugen bei Ammon¬
sulfat 56,4 mg, bei Kalksalpeter 58,3 mg und bei Hornmehl 50 mgN/100 g
lufttrockener Feinerde. Die Proben wurden nach der Düngerzugabe angefeuchtet
49
und 15 Minuten im Kochtopf gedämpft.Zur Untersuchung der Veränderungen des Stickstoffgehaltes und der Verschie¬
bungen des Nitrat- und Ammoniakgehaltes, wie sie durch die Dämpfung ent¬
stehen können, sowie zur Ermittlung einer möglichen Bildung von Nitrit, haben
wir den folgenden Weg beschritten :
Der Gesamtstickstoffgehalt wurde nach der Methode Kjeldahl bestimmt. Die
gefundenen Durchschnittswerte aus fünf Bestimmungen waren die folgenden :
Tabelle 16
Erde für Gefässversuche (Kloten D) 300,1 mg N/100 g lufttrockene Feinerde
Erde von Kloten (Flugplatzgebiet) 339,5 mg N/100 g lufttrockene Feinerde
Erde vom Hochschulareal (E.T.H. ) 132,2 mg N/100 g lufttrockene Feinerde
Jeder Boden wurde im unbehandelten Zustand, nach der Dämpfung und vier
Wochen später auf Ammoniak, Nitrat und Niuit untersucht. Zur Bestimmung der
verschiedenen Verbindungsformen des Stickstoffes wurde eine Menge, die 25 g
lufttrockener Feinerde entsprach, mit 500 ccm 1 n Chlorkalziumlösung während
dreissig Minuten auf der Schüttelmaschine geschüttelt. 200 ml des Filtrates
(= 10 g Erde) wurden in einen Destillierkolben gegeben und zuerst mit frisch
geglühtem Magnesiumoxyd versetzt, und durch eine erste Destillation wurde
das Ammoniak in eine Vorlage von 10 ml n/14 Schwefelsäure hinübergetrieben.Der Ammoniakgehalt wurde durch Rücktitration der unverbrauchten Säure be¬
stimmt. Hierauf wurden in den Destillierkolben ca. 30 gDeward'sche Legierung
(15 Teile Kupfer, 5 Teile Zink + 45 Teile Aluminium) gegeben und nochmals
in eine neue Vorlage destilliert. Der Nitrat- und Nitritgehalt wurde so, nach
erfolgter Reduktion zu Ammoniak, ermittelt,
Zum Nachweis des eventuell gebildeten Nitrites verwendeten wir das von der
chemischen Fabrik Merck hergestellte "Nitrin" (= o-Aminobenzalphenylhydra-
zon). Dieses Reagens gibt mit Nitriten eine spezifische Violettfärbung, die schon
nach kurzer Zeit in eine intensiv-gelbe bis dunkelgelbe, beständige Farbtönung
übergeht. Diese in zwei Phasen verlaufende Farbreaktion ist auch in gefärbtenund trüben Flüssigkeiten, als Ringprobe ausgeführt, ausgezeichnet erkennbar.
Weder Eisen, Mangan, Chloride, Sulfate, noch andere das Nitrit nicht zerstö¬
rende Substanzen beeinflussen die Reaktion. Die Prüfung unserer Böden mit
Nitrin ergab in jedem Falle ein negatives Resultat, d. h. Nitrit war abwesend.
Zur Feststellung des "mineralisierbaren" Stickstoffes wurden in Anlehnungan DESHUSSES (1949) je 25 g Erde plus 25 g grober Glassand gemischt und in
einer Weithalsflasche von 500 ccm Inhalt angefeuchtet. Die Flaschen bewahrten
wir 28 Tage im Thermostaten bei einer Temperatur auf, die tagsüber 28° C,
50
über Nacht 20 °C betrug. Das verdampfte Wasser wurde regelmässig ersetzt.
Nach 28 Tagen wurde mit 400 ml Kalziumchloridlösung (Normalkonzentration)
der Inhalt in Schüttelflaschen gespült, auf 500 ml aufgefüllt und 30 Minuten
ausgeschüttelt. Der Ammoniak- und Nitratstickstoff wurde wie oben bestimmt.
C. ERGEBNISSE
Wir verglichen die Gehalte unserer drei Versuchsböden mit verschiedenem
Säuregrad in bezug auf Ammonium und Nitrat in ungedämpftem bzw. gedämpf¬tem Zustand, und zwar sogleich nach der Behandlung (a,b) und vier Wochen
später (c,d). Die Versuche wurden dreifach angelegt. Die Ergebnisse sind in Ta¬
belle 17 und Figur 5 zusammengestellt. Die Zahlen geben den Gehalt an Am¬
monium- und Nitrat- N in mg an, bezogen auf 100 g lufttrockene Feinerde.
Wie aus den Zahlen ersichtlich ist, konnten wir bei allen drei Versuchsböden
ohne Düngerzugabe nach der Dämpfung einen erhöhten Ammoniumgehalt fest¬
stellen. Auch beim Nitrat zeigte sich eine steigende Tendenz. Während der
vierwöchigen Lagerung im feuchten Zustand nahm der Gehalt an löslichen Stick¬
stoffverbindungen sowohl bei der gedämpften als auch bei der nicht gedämpftenErde bedeutend zu. Der Gehalt an löslichem N war aber im gedämpften Boden
nur wenig grösser als im unbehandelten.
Bei Hornmehlzusatz wurde als Folge der Dämpfung nur eine geringe Erhöhungdes Gehaltes an Ammoniumverbindungen festgestellt, aber nach vier Wochen
hatten sich in den gedämpften Böden beim neutralen Boden 28,7, beim sauren
14,1 und beim alkalischen 23,7 mg löslicher anorganischer Stickstoff gebildet.Bei der Lagerung des ungedämpften Bodens war eine mindestens ebenso starke
Zunahme des Gehaltes an löslichem Stickstoff eingetreten.Der Ammonsulfatzusatz wurde in der ungedämpften Erde während der vier
Wochen dauernden Bebrütung beim neuualen und alkalischen Boden zum grössten
Teil in Nitrat umgesetzt. Der Ammoniumgehalt betrug beim neutralen Boden
noch 3,5, beim alkalischen noch 1,7 mg. Beim sauren Boden ging dagegen die
Nitrifizierung sehr langsam vor sich, so dass praktisch die gesamte zugegebene
Ammoniakmenge in Ammoniumform wieder gefunden wurde. Nach der Dämp¬
fung wurde die Nitrifizierung beim neutralen Boden stark gehemmt. 32,7 mg
Stickstoff wurden in Ammoniakform wiedergefunden. Beim sauren Boden war
die Nitrifizierung auf ein Minimum herabgesetzt, so dass 46 mg Ammoniak
nach vier Wochen noch unumgesetzt geblieben waren. Beim alkalischen Boden
wurde die Umsetzung am wenigsten, aber doch noch ziemlich stark gehemmt.Hier wurden noch 28,2 mg Stickstoff in Ammoniakform gefunden (im nicht
gedämpften Boden 1,7 mg).
51
Ein ähnliches Verhalten beobachteten wir bei den Böden mit Kalksalpeter¬
zusatz. Beim neutralen Boden waren im gedämpften Boden nach 4 - wöchiger
Lagerung 18 mg, beim sauren 19,9 mg Stickstoff in Ammoniakform vorhanden,
gegenüber 8,4 bzw. 12,7 mg im ungedämpften Boden.
Die Ansammlung von Ammoniumverbindungen, die als Folge der Hemmungder Nitrifizierung in Erscheinung tritt, dürfte eine wichtige Ursache für das
Auftreten toxischer Wirkungen sein, die bei gedämpften Böden häufig beobachtet
werden (vergl. PETHERBRIDGE 1913 und JOHNSON 1919).
Da in unseren drei Versuchsböden der Gesamtstickstoffgehalt niedriger war
als in dem gewöhnlich zur Dämpfung gelangenden gärtnerisch verwendeten Bo¬
den, haben wir zusätzlich noch eine Komposterde und eine Lauberde in unsere
Versuche einbezogen.Der Gesamtstickstoffgehalt war bei der Komposterde 1'242 mg, bei der Laub¬
erde 1'064 mg auf 100 g lufttrockene Feinerde. Die Ergebnisse sind in Tabelle
18 und Figur 6 zusammengestellt.Die mit diesen beiden humusreichen Böden durchgeführten Versuche erga¬
ben abweichende Resultate im Vergleich zu denjenigen der drei humusarmen
Böden.
Bei der Komposterde ohne Düngerzugabe wurde durch die Dämpfung der Ge¬
halt an Ammoniumverbindungen nur in geringem Masse erhöht, andererseits
stieg der Gehalt an Nitrat-N und damit der lösliche Gesamtstickstoff während
der an das Dämpfen sich anschliessenden Lagerung in erheblichem Masse an,
letzterer von 52,7 mg auf 73,8 mg/100 g lufttrockener Feinerde. Der nicht ge¬
dämpfte Boaen zeigte während der Lagerung keine derartige Zunahme. Im Bo¬
den mit Hornmehlzusatz stieg der Gehalt an löslichem Stickstoff in der gedämpf¬ten und gelagerten Erde noch stärker an, nämlich von 65,6 mg auf 103,8 mg
(in der nicht gedämpften von 66,8 auf 76,2).
Bei der Lauberde ohne Düngerzugabe wurden durch die Erhitzung keine Ver¬
änderungen hervorgerufen, dagegen ist bei der Probe mit Hornmehlzugabe der
wasserlösliche mineralisierbare N unter der Wirkung des Dämpfens auf 87,7 mg
angestiegen, im nicht gedämpften Boden nur auf 71,8 mg. Der hohe Ammoniak¬
anteil (20,2 mg) deutet eine verzögerte Nitrifikation an.
RUSSELL und HUTCHINSON (1913) zeigten, dass die neue Bakterienflora,
die sich nach Impfung oder spontaner Infizierung in den gedämpften Böden an¬
gesiedelt hat, dichter ist als die ursprüngliche und dass dadurch mehr Ammoniak
und Nitrat produziert wird. Die gesteigerte Ammoniak- und Nitratbildung ist
aber nicht notwendigerweise eine Folge der erhöhten Zahl der Kleinlebewesen.
Es kann eine erhöhte Organismenzahl, z. B. in einem stickstoffärmeren Boden,
den Ammoniak- und Nitratgehalt des Bodens vermindern, indem die Organismendiese Stoffe zu ihrer Ernährung verwenden. Die aber allgemein festzustellende
52
Behandlung
der
nach
Tage
28
und
nach
unmittelbar
vor,
Nitratgehalte
und
Ammoniak-
5Fi
g.
(E.T.H.)
areal
Hochschul¬
vom
Erde
BA
abcd
abcd
(Flugplatzgebiet)
Kloten
von
Erde
BA
abcd
abcd
D)
(Kloten
Gefässversuche
fur
Erde
BA
abcd
abed
Ammomak-N
Nitrat-N
DThermostat
im
Wochen
4ge
damp
ft,
d
Thermostat
im
Wochen
4c
gedampft
b
unbehandelt
a
Hornmehlzugabe
mit
B
Dungerzugabe
ohne
A
3,5
Differenz
gesicherteKleinste
60,9
84,8
72,5
51.3
64,9
54,5
9.6
19,9
18,0
61,9
78,3
73,7
58,3
65,6
65,3
3,6
12,7
8,4
50,7
63,7
54,5
45,6
58,1
49,4
5,1
5,6
5,1
55,9
69,0
62,2
50,8
64,1
55,3
5,1
4,9
6,9
Boden)
gN/100
mg
(50
Kalksalpeterzusatzmit
Böden
(E.T.H.)
areal
Hochschul¬
vom
Erde
3.
(Flugplatzgebiet)
Kloten
von
Erde
2.
D)
(Kloten
Gefässversuche
für
Erde
1.
46,2
62,5
57,4
18,0
16.5
24,7
28.2
46,0
32,7
53,8
62,5
58,5
52,1
18,5
55,0
1,7
44,0
3,5
42,0
56,8
47,2
4,7
16,8
7,2
37,3
40,0
40,0
46,3
43,3
48,7
4,9
1,8
6,7
41,4
41,5
42,0
Boden)
gN/100
mg
(50
Ammonsulfatzusatz
mit
Böden
(E.T.H.)
areal
Hochschul¬
vom
Erde
3.
(Flugplatzgebiet)
Kloten
von
Erde
2.
D)
(Kloten
Gefässversuche
für
Erde
1.
36,5
36,1
43,0
10,7
16,2
19,0
25,8
19,9
24,0
40,2
38,5
46,0
39,2
17,8
43,0
1,0
20,7
3,0
12,8
22,0
14,3
6.8
16,5
8,9
6,0
5.5
5,4
11,3
24,0
15,8
6,4
21.2
10,6
4,9
2,8
5,2
Boden)
gN/100
mg
(50
Hornmehlzusatz
mit
Böden
)(E.T.H.
areal
Hochschul¬
vom
Erde
3.
(Flugplatzgebiet)
Kloten
von
Erde
2.
D)
(Kloten
Gefässversuche
für
Erde
1.
12,2
43,0
24,0
5,0
31,0
12,7
7,2
12,0
11,3
10,3
42,6
20,8
9,3
31,7
19.6
1.0
10.9
1,2
9,5
23.2
12,2
6,2
18,1
8,2
3,3
5,1
4,0
6,4
17,9
8.1
4,8
16.4
5,2
1,6
1.5
2,9
DUngerzusatz
ohne
Böden
Nanorg.
Gesamter
Nitrat-N
NAmm.
Nanorg.
Gesamter
Nitrat-N
NAmm.
Nanorg.
Gesamter
Nitrat-N
NAmm.
Nanorg.
Gesamter
Nitrat-N
NAmm.
(E.T.H.)
areal
Hochschul-
vom
Erde
3.
(Flugplatzgebiet)
Kloten
von
Erde
2.
D)
(Kloten
Gefässversuche
fürErde
1.
Thermostat
im
Wochen
4
anschliessend
Gedämpft,
d)
Thermostat
im
Wochen
4
anschliessend
Unbehandelt,
c)
Gedämpft
b)
Unbehandelt
a)
Feinerde)
lufttrockener
g100
in
N(mg
Nitrat-Stickstoff
und
Ammonium-
an
Gehalt
den
auf
Böden
humusarmen
von
Erhitzungder
Einfluss
IT:
Tabelle
100 «
90
80
70 «
60
50
40
30
20
10 .
n _
c
d
D
ohne Dungerzugabe
mit Hornmehlzugabe
unbehandelt
gedämpft
4 Wochen im Thermostat
gedämpft, 4 Wochen i. Thermostat
Nitrat-N
Ammomak-N
abed abed abed abcd
A B
Komposterde
A B
Lauberde
Fig. 6 Ammoniak- und Nitratgehalte vor, unmittelbar nach und 28 Tage
nach der Behandlung
3,2
Differenz
gesicherteKleinste
87.7
103.8
67,5
99,5
20,2
4,3
71,8
76,2
71,0
75,2
0,8
1,0
48,9
65,6
45,0
60,0
3,9
5,6
49,8
66,8
47,8
64,0
2,0
2,8
Boden)
gmg/100
(50
Hornmehlzusatz
Mit
Lauberde
2.
Komposterde
1.
67,9
73,8
65,0
71,1
2,9
2,7
68,3
52,7
66,5
52,2
1,8
0,5
46,2
58,8
42,2
55,2
4,0
3,6
50,1
57,9
47,7
56,5
2,4
1.4
Düngerzusatz
Ohne
Lauberde
2
Komposterde
1.
Nanorg.
Gesamter
Nitrat-N
NAmm.
Nanorg.
Gesamter
Nitrat-N
NAmm.
Nanorg.
Gesamter
Nltrat-N
NAmm
Nanorg.
Gesamter
Nitrat-N
NAmm.
Thermostat
im
Wochen
4
anschliessend
Gedämpft,
d)
Thermostat
im
Wochen
4
anschliessend
Unbehandelt,
c)Gedämpft
b)
Unbehandelt
a)
Feinerde)
lufttrockener
g100
in
N(mg
Stickstoff
Nitrat-
und
Ammonium-
an
Gehalt
den
auf
Böden
humusreichen
von
Erhitzungder
Einfluss
:8
1Tabelle
Steigerung der Ammoniak- und Nitratbildung versuchen WAKSMAN und STARKEY
(1923) dadurch zu erklären, dass im normalen Boden ein grosser Teil der Protein¬
zersetzung von Pilzen bewerkstelligt wird, die eine reichliche Menge Kohlenstoff
und entsprechend auch Stickstoff assimilieren. Die Pilze werden aber durch die
Hitze mehr geschädigt als die Bakterien ; demzufolge ist die Tätigkeit der Pilze
für einige Zeit unterdrückt, und die Zersetzung geht auf die Bakterien über, die
wesentlich weniger Kohlenstoff und Stickstoff assimilieren; daher übersteigt die
Ammoniakbildung den Stickstoffkonsum.
Nach DARBISHIRE und RUSSELL (1907) wird durch die Dämpfung eine rasche¬
re Zersetzung der organischen Substanz hervorgerufen. Die Dämpfung wirkt sich
somit in der Richtung einer erhöhten Ammoniak- und Nitratbildung aus.
Ein hoher Stickstoffgehalt kann bei den Pflanzen durch einseitige Stickstoff¬
ernährung Schaden hervorrufen. Um die Schadwirkung nicht zu vergrössern, kann
für die Praxis die Nutzanwendung gezogen werden, dass vor der Dämpfung nicht
mit stickstoffhaltigen Stoffen zu düngen ist.
Nach LAWRENCE und NEWELL (1936) entstehen Wachstumsverzögerungen,wenn vor der Sterilisation Kalk beigefügt wird. Sie haben gezeigt, dass die Am-
monifikation mit zunehmenden Kalkgaben (als Ca (OH)2) gefördert wurde. Da
der Gehalt an wasserlöslichem und austauschbarem Mangan in gekalkten Böden
geringer ist, kann das Mangan hier kaum der schädliche Agent sein. Es würde
übrigens nur in Böden eine Rolle spielen, in denen Mangan in toxischen Mengenvorhanden ist. Es ist aber möglich, dass die Hemmungen im Wachstum auf alle
drei Faktoren zurückzuführen sind: erhöhter Ammoniakgehalt, toxische organi¬sche Substanzen oder erhöhte Mengen assimilierbaren Mangans.
Fassen wir die erhaltenen Ergebnisse zusammen, welche die Dämpfung auf
den Stickstoffhaushalt des Bodens zeitigte. Es sind zwei Fälle zu unterscheiden:
1. Verhältnismässig humus- und stickstoffarme Böden. Bei diesen hatte die
Dämpfung keinen wesentlichen Einfluss auf die spätere Umwandlung des Stick¬
stoffs in Ammoniumverbindungen. Dagegen trat vielfach eine Hemmung der
Nitrifikation ein.
2. Humus- und stickstoffreiche Böden. Bei diesen Böden hat die Erhitzung mit
Dampf die Umwandlung in Ammoniumverbindungen und z. T. in Nitrat gefördert.Bei der Komposterde trat diese Wirkung stark, in der Lauberde nur schwach in Er¬
scheinung.Die verwickelten mikrobiologischen Verhältnisse in der Garten- und Acker¬
erde lassen es als verständlich erscheinen, dass sich das Dämpfen bei verschiede¬
nen Böden in ungleicher Weise auf die Mobilisierung der Bodennährstoffe aus¬
wirkte .
57
ZUSAMMENFASSUNG
In der vorliegenden Arbeit wurde die Wirkung der Erhitzung auf die Keim¬
fähigkeit von Unkrautsamen und auf einige physikalische und chemische Eigen¬schaften des Bodens untersucht.
Die wichtigsten Ergebnisse sind die folgenden :
A WIRKUNG TROCKENER UND FEUCHTER HITZE AUF DIE KEIMFÄHIG¬
KEIT VON UNKRAUTSAMEN
1. Trockene Hitze wirkte bei 90 C wahrend fünf Minuten auf trockene,
ruhende Samen stark keimschadigend. Samen mit erhöhtem Wassergehaltsind gegenüber trockener Hitze viel empfindlicher als trockene Samen.
Keine der untersuchten Arten konnte eine Hitze-Einwirkung von 90 ° C
wahrend fünf Minuten überstehen (in gequollenem Zustand)
2 Feuchte Hitze wirkte starker schädigend als trockene. Eine Temperatur-
Einwirkung von 90° C wahrend fünf Minuten hat bei lufttrockenen, ruhen¬
den Samen in allen Fallen todlich gewirkt Die Wirkung der feuchten Hitze
auf Samen, die einen hohen Wassergehalt haben, ist noch intensiver Nur
vereinzelte gequollene Samen von Polygonum Persicaria konnten
eine Behandlung mit feuchter Hitze von 80°C wahrend zehn Minuten
überdauern
3 Die Anwendung von trockener Wärme bis zu 60° C wirkte bei trocken
aufbewahrten ruhenden Samen einiger untersuchter Arten keimungsfordernd.4 Aus dem Vergleich mit den Literaturangaben über die Wirkung der Erhit¬
zung ergibt sich, dass allgemein die Unkrautsamen gegenüber erhöhten
Temperaturen empfindlicher sind als die Krankheitserreger.
B WIRKUNG DER ERHITZUNG AUF DIE PHYSIKALISCHEN EIGENSCHAFTEN
DER BÖDEN
1 Die untersuchten Boden reagierten auf die Dampfung verschieden. Zwei
Boden (3 und 4) zeigten als Folge der Dampfung in trockenem Zustand
eine deutliche Abnahme der Wasserkapazitat.2 Die in feuchtem Zustande gedämpften Boden behielten ihr Wasserhaltungs-
vermogen bei ; vielfach stieg es noch an.
3. Die Dampfung im lufttrockenen Zustand hatte eine Erhöhung der Krumel-
stabilitat zur Folge. Wurde die Behandlung bei voller Wassersattigung vorge-
58
nommen, so trat zum Teil eine Verbesserung, zum Teil eine Verminde¬
rung der Krümelstabilität ein.
4. Bei einem Wasserhaushalt, der 50% der vollen Wasserkapazität entspricht,konnten keine dem Pflanzenwachstum ungünstige Veränderungen der phy¬sikalischen Bodeneigenschaften nachgewiesen werden.
EINFLUSS DER BODENERHITZUNG AUF DIE LÖSLICHKEIT DER
PFLANZENNÄ'HRSTOFFE
1. Durch die Erhitzung der Böden ist die Löslichkeit der Phosphorsäure eher
zurückgegangen, dagegen die des Kalis eher gestiegen.2. Bei verhältnismässig humus- und stickstoffarmen Böden wurde durch die
Dämpfung kein wesentlicher Einfluss auf die spätere Umwandlung des
Stickstoffes in assimilierbare Form hervorgerufen.3. Bei humus- und stickstoffreichen Böden kann die Erhitzung mit Dampf
die spätere Bildung der assimilierbaren Formen (Ammoniumverbindungenund Nitrate) fördern.
4. In stickstoffreichen Böden wurde im Anschluss an die Dämpfung teilweise
eine bedeutende Ansammlung von AmmoniumVerbindungen festgestellt.Diese Erscheinung, die auf eine Hemmung der Nitrifikation zurückgeführtwerden kann, dürfte eine der Ursachen für die ungünstige Beeinflussungdes Pflanzenwachstums sein, die nach der Dämpfung nicht selten beob¬
achtet wird.
5. Die Anwesenheit von Nitrit konnte in keinem unserer Versuche nachge¬wiesen werden.
Um die schädlichen Nebenwirkungen der Erhitzung möglichst auszuschalten,
sollten keine trockenen, extrem nassen oder stark mit Stickstoff gedüngten Bö¬
den der Dämpfung unterworfen werden.
59
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63
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LEBENSLAUF
Am 11. November 1922 wurde ich, Georg Boros, in Stuhlweissenburg
(Ungarn) geboren. Primär- und Mittelschulbildung genoss ich ebenfalls
in diesem Land. 1942 bestand ich die Reifeprüfung. Nach zweijähriger
praktischer Ausbildung im elterlichen Guts- und Gartenbaubetrieb imma¬
trikulierte ich mich an der Agraruniversität in Budapest, Abteilung Gar¬
ten- und Weinbau. Nach dem Absolutorium kam ich im Jahre 1948 in die
Schweiz zur Weiterbildung. 1949 - 1951 studierte ich an der Abteilungfür Landwirtschaft der Eidg. Technischen Hochschule und schloss mit dem
Diplom als Ingenieur-Agronom ab. Seither arbeite ich als Doktorand am
Institut für Pflanzenbau der E.T.H.
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