Albrecht-Thaer-Archiv: Band 5, Heft 2 [Reprint 2022 ed.] 9783112656563

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DEUTSCHE

AKADEMIE

DER LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN

ZU B E R L I N

ALBRECHT-THAER-ARCHIV Arbeiten aus den Gebieten Bodenkunde Pflanzenernährung Acker- und Pflanzenbau

Band 5 • Heft 2 1961

A K A D E M I E - V E R L A G

•

B E R L I N

Herausgegeben von der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin Schriftleitung: Prof. Dr. agr. habil. E. PLACHY Redaktion: Dipl.-Landw. R. S T U B B E Begründet von der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin

Das Albrecht-Thaer-Archiv erscheint in Heften mit einem Umfang von je 5 Druckbogen (80 Seiten). Die innerhalb eines Jahres herausgegebenen 10 Hefte bilden einen Band. Das letzte Heft jedes Bandes enthält Inhalts- und Sachverzeichnis. Der Bezugspreis beträgt 5,— D M je Heft. Die Schriftleitung nimmt nur Manuskripte an, deren Gesamtumfang 25 Schreibmaschinenseiten nicht überschreitet und die bisher noch nicht, auch nicht in anderer Form, im In- oder Ausland veröffentlicht wurden. Jeder Arbeit ist ferner eine Zusammenfassung mit den wichtigsten Ergebnissen, wenn möglich auch in russischer und englischer bzw. französischer Sprache, beizufügen. Gegebenenfalls erfolgt die Ubersetzung in der Akademie. Manuskripte sind zu senden an die Schriftleitung, Deutsche Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin, Berlin W 8, Krausenstr. 38—39. Die Autoren erhalten Fahnen- und tJmbruchabzüge mit befristeter Terminstellung. Bei Nichteinhaltung der Termine erteilt die Redaktion Irhprimatur. Das Verfügungsrecht über die im Archiv abgedruckten Arbeiten geht ausschließlich an die Deutsche Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin über. Ein Nachdruck in anderen Zeitschriften oder eine Ubersetzung in andere Sprachen darf nur mit Genehmigung der Akademie erfolgen. Kein Teil dieser Zeitschrift darf in irgendeiner Form — durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren — ohne schriftliche Genehmigung der Akademie reproduziert werden. Jeder Autor erhält unentgeltlich 100 Sonderdrucke und ein Honorar von 40,— D M für den Druckbogen. Das Honorar schließt auch die Urheberrechte für das Bildmaterial ein. Dissertationen, auch gekürzte bzw. geänderte, werden nicht honoriert. Verlag: Akademie-Verlag GmbH, Berlin W 8, Leipziger Str. 3 - 4, Fernruf 22 0441, Telex-Nr. 011773, Postscheckkonto: Berlin 350 21. Bestellnummer dieses Heftes: 1051/5/2. Veröffentlicht unter der Lizenz-Nummer ZLN 5014 des Ministeriums für Kultur. Herstellung: Druckhaus „Maxim Gorki", Altenburg. All rights reserved (including those of translations into foreign languages). No part of this issue may be reproduced in any form, by photoprint, microfilm or any other means, without written permission from the publishers. Printed in Germany.

DEUTSCHE AKADEMIE DER LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN

ZU B E R L I N

ALBRECHT-THAER-ARCHIV Arbeiten aus den Gebieten

Bodenkunde Pflanzenernährung Acker- und Pflanzenbau

Schriftleitung : Prof. Dr. agr. habü. E. P L A C H Y

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BAND 5 • HEFT 2 1961

AKADEMIE-VERLAG • BERLIN

INHALT DÖRING, H., W. HIRTE und Th. GEISSLER: Untersuchungen über die Ursache der Phosphatfestlegung auf Niedermoorboden. II. Mitteilung: Chemische Untersuchungen

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SCHRAMM, H., und D. RAU: Die Bodentypen im Mittleren Buntsandstein und Unteren Muschelkalk im Gebiet des Meßtischblattes Bürgel

90

GÄTKE, CL-.R.: Uber die Bestimmung des Wassergehalts von Bodenproben mittels Carbid 106 BERGMANN, W.: Ergebnisse zweijähriger Gefäßversuche mit verschiedenen Volldüngern in gekörnter und gemahlener Form und Dicalciumphosphaten mit unterschiedlichem Fluorgehalt im Vergleich zu gekörntem und gemahlenem Superphosphat sowie Thomasphosphat 111 RAUHE, K., I. LEHNE und V. KOEPKE: Der Einfluß einer Bodenbedeckung mit organischen Stoffen auf die Nährstoffverhältnisse in Boden und Pflanze 125 LIEBEROTH, I., R. R A T A J und M. HÄRTLING: Vergleichende Untersuchungen mit verschiedenen Stallmistarten 140 Autorreferate demnächst erscheinender Arbeiten

159

77 Aus dem Institut f ü r Gartenbau Großbeeren der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin (Direktor: Prof. Dr. J. R E I N H O L D )

H. D Ö R I N G , W. H I R T E und Th. GEISSLER

Untersuchungen über die Ursache der Phosphatfestlegung auf Niedermoorboden II. M i t t e i l u n g : Chemische U n t e r s u c h u n g e n Eingegangen: 7. 7. 1960

Über pflanzenbauliche und mikrobiologische Untersuchungen zur Ermittlung der Ursachen der starken Phosphorsäurefestlegung auf Niedermoorboden des Großbeerener Raumes wurde in einer I. Mitteilung berichtet (5 a). Es konnte u. a. gezeigt werden, daß besonders durch eine thermische wie auch eine chemische partielle Sterilisation (Dämpfung bzw. Chlorpikrinbehandlung des Bodens) der Phosphatspiegel im Boden positiv beeinflußt und damit ein besseres Pflanzenwachstum ermöglicht wird. Es konnte eine gewisse Mitwirkung der Bodenmikroben an der Festlegung verabreichter Düngerphosphorsäure nachgewiesen werden. In der vorliegenden II. Mitteilung soll vorwiegend den Faktoren, die evtl. die chemischen Ursachen der P 2 0 5 -Festlegung bedingen, nachgegangen und zugleich der Bindungszustand der Bodenphosphorsäure ermittelt werden. Nur nach Feststellung von Art und Ausmaß der organischen und anorganischen Festlegungskomponenten und Ermittlung des Bindungszustandes der Boden-P 2 0 6 können agrotechnisch richtige Maßnahmen zur besseren Ausnutzung der Düngerund Mobilisierung der Bodenphosphorsäure ergriffen werden. So sind z. B. bei einer Festlegung durch Eisen ackerbaulich und düngetechnisch wesentlich andere Maßnahmen zu ergreifen als bei einer solchen durch Kalk. Nach Überprüfung der Möglichkeiten der anorganischen und organischen P 2 0 5 Festlegung wurde auf Grund der chemischen Analyse des Bodens (5 a) die Überzeugung gewonnen, daß in diesem Niedermoorboden neben teilweiser Bindung der Bodenphosphorsäure in organischer Form noch die Möglichkeiten derP 2 0 5 -Sorption, die Bindung an Eisen und an Kalk, zu erwarten waren. Eine Bindung der Bodenund Düngerphosphorsäure an Aluminium wurde aus zwei Gründen nicht für möglich gehalten: 1. Die Menge an Gesamtaluminium liegt im vorliegenden Niedermoorboden infolge des geringen Tonanteils recht niedrig. Bei den neutralen pH-Werten ist es bei Vorliegen in silikatischer Bindung sowohl in primären als auch in sekundären Tonmineralien relativ stabil. 2. Freies AI (in 10%iger H N O a nur 0,07% A1 2 0 3 bei 2,68% F e 2 0 3 ermittelt) würde zwar lösliche Phosphorsäure binden bzw. sorbieren, doch ist Eisenoxydhydrat im relativ großen Überschuß vorhanden, das selbst schon in Gegenwart gleicher AI-Mengen die P 2 O s viel stärker und fester sorbiert als AI (4). Die von KAILA (7 a) bei finnischen Moorböden gefundene positive Korrelation zwischen dem in 0,1 n HCl löslichen Aluminium und der P 2 O s -Festlegung war demzufolge 6»

78

D Ö R I N G u. a., Ursache der Phosphatfestlegung auf N i e d e r m o o r b o d e n

weniger zu erwarten und dementsprechend mehr die von V A L M A R I (12) gefundene starke Abhängigkeit der PgOg-Sorption 1 von der Menge an aktivem Eisen. Zwecks möglichst genauer Erfassung der einzelnen Phosphorsäurefraktionen wurde der Bindungszustand der Bodenphosphorsäure nach mehreren Methoden im vorliegenden Großbeerener Niedermoorboden ermittelt (allgemeine bodenkundliche Charakteristik s. 5a). Methodik a) Phosphorsäurebestimmung in Bodenextrakten mit unterschiedlichen pH-Werten Der Bindungszustand der Bodenphosphorsäure wurde einmal durch Extraktion des Bodens bei unterschiedlichen pH-Werten ermittelt, da die an Kalk bzw. Eisen gebundene Phosphorsäure sich bei verschiedenen pH-Werten löst. D u r c h Zugabe von HCl bzw. N a O H unterschiedlicher Stärke zum Boden wurde die Säurebzw. Laugenkonzentration empirisch ermittelt, die den gewünschten pH-Werten in den Bodenextrakten entsprach. Dann wurden 20 g lufttrockener Niedermoorboden mit 100 ml der vorher ermittelten Lösung 2 Stunden geschüttelt, sofort abzentrifugiert, filtriert und 50 ml des Filtrates eingedampft. Nach Eindampfen und Abrauchen mit H N 0 3 wurde der Phosphorsäuregehalt des Bodenextraktes nach der Vanadatmethode gemessen.

b) Phosphorsäurelöslichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur Z u m anderen wurde die Phosphorsäurelöslichkeit in Abhängigkeit von der Temperatur bestimmt, da schon SCHEFFER und S C H R O E D E R (10) wie auch S C H O E N (11) zeigen konnten, daß durch unterschiedliche Hitzebehandlung des Bodens und anschließende Ermittlung der Laktatphosphorsäure der Bindungszustand der Phosphorsäure erkannt werden konnte. Hier wurde der von SCHEFFER und S C H R O E D E R eingeschlagene Weg gewählt, d. h. der Boden nach einer Erhitzung nachträglich mit Calciumlaktat extrahiert. 20 g Boden wurden 1 bis 3 Stunden bei verschiedener Temperatur geglüht und dann mit Calciumlaktat ausgeschüttelt. I m Laktatauszug wurde die Phosphorsäure nach der Vanadatmethode bestimmt.

c) Bestimmung der Bindungsform und -höhe bzw. Sorption von löslichem Phosphat Weiterhin wurde die Bindungsart und -stärke zugegebener wasserlöslicher Phosphorsäure zum Niedermoorboden untersucht und die vom Boden sorbierte Phosphorsäure nach der von D Ö R I N G (3, 4) angegebenen Methode bestimmt. Um die evtl. Festlegung durch Calcium bzw. Eisen zu ermitteln, wurde der Kalk bzw. das Eisen aus dem Boden weitgehend entfernt. Die H ö h e der Phosphatbindung an Kalk und Eisen wurde dadurch ermittelt, daß die Böden unbehandelt, kalkfrei u n d kalk- und eisenfrei untersucht wurden. U m den Kalk aus dem Boden weitgehend zu entfernen, wurde der Boden mit n/100 HCl viermal geschüttelt, die Lösung jeweils abfiltriert und nach jeder dieser Waschungen mit n/10 KCl gespült. Erst diese relativ langwierige Behandlungsweise ergab eine weitgehende Calciumfreiheit des Bodens, wie aus Tabelle 1 zu ersehen ist. Z u r E n t f e r n u n g des leichtlöslichen, aktiven Eisens wurde der Ca-freigewaschene Boden mit 4 n Zitronensäure auf einen pH-Wert von 4,9 gebracht, mit 2 % Ammoniumzitrat 1

Unter „ S o r p t i o n " soll die v o n W I L D (13) mitgeteilte Definition verstanden werden.

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Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 2, 1961

Tabelle 1 Kalkgehalt vor und nach einer mehrmaligen Auswaschung mit n/100 HCl in % Niedermoor unbehandelt nach Auswaschung

Gärtnerischer Wirtschaftskompost 2,38 0,10

2,89

0,12

(pH 5,4) versetzt, eine halbe Stunde geschüttelt, dann unter öfterem Umschütteln 2 Tage stehengelassen, abzentrifugiert und mit n/10 KCl nachgewaschen. Auf die gleiche Weise wurde der Boden noch zweimal behandelt. Die Extraktion mit Ammoniumzitrat verminderte den Eisengehalt beträchtlich, wie aus den Werten der Tabelle 2 vor und nach der Behandlung zu ersehen ist. Tabelle 2 Eisengehalt von Ca-freigewaschenem Niedermoorboden vor und nach einer zweimaligen Extraktion mit 2%igem Ammoniumzitrat (pH 5,4) in mg Fe 2 0 3 /100 g Boden Fe 2 0 3 -Gehalt im Extrakt mit 2% Ammoniumzitrat vor der Behandlung nach der Behandlung

573 30

Auf weitere Extraktionen wurde verzichtet, da der Eisengehalt des Bodens beträchtlich vermindert wurde und anzunehmen war, daß vor allem das aktive Eisen, das für die Phosphorsäure-Sorption von ausschlaggebender Bedeutung ist, größtenteils entfernt worden war. Bei den so vorbehandelten und unbehandelten Böden wurde die Sorption folgendermaßen bestimmt: Eine 20 g Trockensubstanz entsprechende Menge Boden wurde in ein 250-ml-Becherglas eingewogen und mit 150 ml P 2 0 5 -Pufferlösung versetzt. Die Pufferlösung enthielt n/100 N a 2 H P 0 4 - H 2 0 = 3,5815 g/1 und n/100 K H 2 P 0 4 = 1,3617 g/1 im Verhältnis 4 : 6 gemischt. Der pH-Wert dieser Pufferlösung betrug 6,6. Nach mehrstündigem Stehenlassen und öfterem Umschütteln wurden alle Proben auf einen pH-Wert von 6,8 gebracht und jeden Tag eine pH-Kontrolle und Korrektur durchgeführt, wobei jede Probe täglich einmal gerührt wurde. Nach 1, 3, 5, 7 und 10 Tagen wurde in der überstehenden Flüssigkeit die P 2 O s -Menge gemessen. Die in der Pufferlösung ermittelte P 2 0 5 -Menge abzüglich der in der Bodenlösung vorhandenen ergab die P 2 0 5 -Sorption. Der abfiltrierte Boden wurde in das Becherglas mit 150 ml aqua. dest. zurückgebracht, umgerührt, 1 Stunde stehengelassen und abzentrifugiert. Diese abzentrifugierte Flüssigkeit ergab den 1. H a O-Extrakt. So wurden insgesamt 4 Wasserextrakte hergestellt. Die Phosphorsäure wurde nach der Vanadatmethode bestimmt. d) Bestimmung des Bindungszustandes der Bodenphosphorsäure durch Extraktion mit definierten spezifischen Lösungen Zum Schluß wurde der Bindungszustand der Bodenphosphorsäure und die A r t der Festlegung von löslicher Düngerphosphorsäure in einem Laborversuch nach einer von KHEIFETS (8) mitgeteilten und von DÖRING (4) verbesserten Methode ermittelt, wobei die Festlegungsprozesse über einen bestimmten Zeitraum hinweg studiert wurden. Durch Extraktion des unter optimalen Temperatur- und Feuchtigkeitsverhältnissen gehaltenen Bodens mit verschiedenen Lösungsmitteln zu ver-

80

D Ö R I N G u. a., Ursache der Phosphatfestlegung auf Niedermoorboden

schiedenen Zeiten konnte der zeitliche Verlauf der B i n d u n g der D ü n g e r - u n d B o d e n p h o s p h o r s ä u r e b z w . deren B i n d u n g s w e c h s e l ermittelt werden. Nach Abtrennen der wasserlöslichen Phosphorsäure wurde in Ubereinstimmung mit D I C K M A N N und B R A Y (2) die sorbierte P 2 Ö 5 durch schnelles Absaugen des Bodens mit 2%iger NaF-Lösung (pH etwa 7) in einer Filternutsche bestimmt. Das laufend schnelle Durchsaugen kleiner NaF-Lösungen wurde deshalb vorgenommen, um eine Calciumfluoridbildung und damit das Inlösunggehen der an Kalk gebundenen P 2 0 5 zu verhindern. Anschließend erfolgte in der gleichen Bodenprobe die Ermittlung der an Kalk gebundenen P 2 O s durch Absaugen mit n/100 HCl (pH 2) in derselben Nutsche. Auch hier erfolgte ein laufend schnelles Durchsaugen kleiner Lösungsmengen, um zu vermeiden, daß gelöste Kalkphosphorsäure durch Eisen gebunden wird, womit infolge der Versauerung des Bodens auf Grund früherer Untersuchungen gerechnet werden muß (3). E s wurde so viel n/100 HCl portionsweise durchgesaugt, bis ein pH-Wert von 2,5 bis 2,8 erreicht war, denn in diesem Bereich haben Eisenphosphate ihr Löslichkeitsminimum, und die Ca-Phosphate sind restlos in Lösung gegangen. Nun wurde die Bodenmenge im Verhältnis Boden: Extraktionslösung wie 1 : 5 mit 4 n H C l 2 Stunden geschüttelt und nach Abfiltrieren der Extraktionslösung der Prozeß mit 4 n H C l ein zweites Mal wiederholt. In beiden Extrakten ist die Summe der an Eisen gebundenen P 2 0 5 enthalten. Die noch im Boden vorhandene Restphosphorsäure wird als organisch gebundene angesehen, wie das in Vorversuchen durch zweimalige Extraktion mit 4 % i g e m Ammoniak auch bewiesen werden konnte. Der so ermittelte Anteil an organischer P 2 0 5 stellt einen Mindestwert dar, da angenommen werden muß, daß kleine Mengen an organischer P 2 O s sich im Extrakt der 4 n H C l lösten; doch wurde die Anwendung dieser Methode u. a. wegen der großen Humus- und Eisenmengen vorgezogen und nicht die Methode nach M E T H A , N . C., L E G G , J . O., u. a. (9) bzw. C H A N G und J A C K S O N (1) angewandt. Ergebnisse Bei der E x t r a k t i o n des N i e d e r m o o r b o d e n s unter verschiedenen p H - W e r t - B e d i n g u n g e n zeigte es sich, daß in den pH-Wert-Bereichen v o n 1 bis 7,8 ein Löslichkeitsm i n i m u m der P h o s p h o r s ä u r e v o r h a n d e n ist. Bei stärkerer V e r s a u e r u n g , also bei Beh a n d l u n g des B o d e n s mit 1 n bis 4 n H C l zeigen die P h o s p h o r s ä u r e w e r t e ein starkes A n s t e i g e n (Tabelle 3). Tabelle 3 P 2 0 5 -Löslichkeit in Abhängigkeit vom pH-Wert Bodenbehandlung 4n 2n In n/15 n/25 n/250

NaOH NaOH NaOH NaOH NaOH NaOH

n/250 n/100 n/50 n/20 n/10 n/5 In 2n 4n

HCl HCl HCl HCl HCl HCl HCl HCl HCl

pH-Wert des Extraktes

mg P 2 0 5 / 1 0 0 g trockener Boden

12 12 11,5 9,9 7,8 7,0

74,4 54,0 50,7 10,5 2,1 1,1

6,4 5,4 4,8 4,2 2,8 0,9 0,1 0,2

1,1 1,3 1,5 1,7 2,8 3,9 71,7 131,8 172,6

-

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Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 2, 1961

Dieser plötzliche Anstieg der Phosphatlöslichkeit deutet daraufhin, daß die Bodenphosphorsäure zu einem großen Teil an Eisen gebunden ist, da Eisenphosphate bekanntlich erst bei niedrigen pH-Werten von etwa pH 1 löslich werden. Der Anstieg des Phosphorsäuregehaltes oberhalb pH 7,8 deutet sowohl auf eine Eisen- als auch organische Bindung hin. Der geringe Löslichkeitsgrad der Bodenphosphorsäure zwischen den pH-Bereichen 4 bis 6 dürfte als Hinweis dafür angesehen werden können, daß im vorliegenden Niedermoorboden die Phosphorsäurefestlegung durch AI von untergeordneter Bedeutung zu sein scheint. Dieselbe Erkenntnis scheint auch für die an Kalk gebundene Phosphorsäure zuzutreffen; denn die in Kalkbindung vorliegenden Phosphate gehen zwischen p H 3 und 4 in Lösung. Aus der Höhe der Phosphorsäurelöslichkeit bei verschiedenen pH-Werten ist zu erkennen, daß die P 2 0 6 im Niedermoorboden bei einem Gesamtphosphorsäuregehalt von etwa 350 mg/100 g Boden — davon etwa 170 mg/100 g löslich unterhalb p H 1 — zu etwa 50% an Eisen gebunden ist. Eine ähnliche Bindungstendenz der P 2 O a geht aus der Löslichkeit in Calciumlaktat nach einer unterschiedlichen Temperaturbehandlung des Bodens hervor. Tabelle 4 zeigt die verschiedenen Temperaturbehandlungen, die Behandlungsdauer und die laktatlöslichen Phosphorsäuremengen. Tabelle 4 Löslichkeit der Bodenphosphorsäure im Laktatextrakt in Abhängigkeit von der Temperaturerhöhung und der Behandlungsdauer des Bodens Temperaturbehandlung nicht erhitzt 100 °C 250 °C 500 °C 750 °C

1000 °c

Behandlungsdauer

lh 3h lh 3h l'h 3h lh 3h lh 3h

mg laktatlösliche P 2 0 5 / 100 g trockener Boden 18,7 1-9,3 18,7 74,3 76,7 95

129 154 155 154 145

Eine zeitliche Verlängerung des Glühens von 1 auf 3 Stunden ließ die Menge der laktatlöslichen Phosphorsäure nur bei 500 °C ansteigen, jedoch bei 1000 °C schon etwas abfallen, vielleicht entweicht schon etwas P 2 O s bei längerem Erhitzen auf 1000 °C. Die durch das Erhitzen in Freiheit gesetzten P-Mengen entstammen in Übereinstimmung mit S C H E F F E R und S C H R O E D E R (10) organisch gebundenen und von Ton-, Sesquioxyd (bes. Eisen)- und Humuskolloiden sorbierten P-Formen, die beim Erhitzen durch Zerstörung der organischen Substanz bzw. durch teilweise Zerstörung und Umwandlung der anorganischen Sorptionsträger in lösliche Formen überführt

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DÖRING u. a., Ursache der Phosphatfestlegung auf Niedermoorboden

Tabelle 5 Phosphorsäuresorption von Niedermoorboden und gärtnerischem Wirtschaftskompost Einwirkung von 150 ml Phosphatlösung von pH 6,8 (102,6 mg P 2 O s auf 20 g Boden) Niedermoorboden Tage nach Zugabe der phosphathaltigen Lösung

1 3 5 7 10

+ Ca/ + Fe

-

sorbierte P 2 O ä

Ca/+ Fe

-

sorbierte P 2 0 5

sorbierte P 2 0 5

in %

% nach 4maligem Auswaschen

in %

% nach 4maligem Auswaschen

53,6 58,3 76,5 74,2 73,9

16,2 24,5 54,3 53,9 52,0

51,5 56,0 55,8 52,4 49,6

13,9 23,6 27,1 22,3 23,6

C a / - Fe

in %

% nach 4maligem Auswaschen

_ 18,8 15,3 17,0 12,8

— — —

Gärtnerischer Wirtschaftskompost

1 3 5 7 10

+ Ca/+ Fe

— Ca/+ Fe

sorbierte P 2 O ä

sorbierte P 2 0 5

in %

% nach 4maligem Auswaschen

in %

27,0 28,3 30,5 29,7 35,3

0,3 5,5 8,5 6,5 11,8

21,8 28,8 33,6 39,8 35,4

% nach 4maligem Auswaschen

— —

4,1 6,0 7,3

-

C a / - Fe

sorbierte P 2 0 5 in % 5,2 6,4 13,9 9,3 2,5

% nach 4maligem Auswaschen

— —

0,6 — -

werden. Dagegen wird die Löslichkeit der Eisen-, Aluminium- und Rohphosphate (Ca-Phosphate) gemäß SCHEFFER und SCHROEDER stark herabgesetzt. In Anbetracht der geringen Tonmengen und der Untersuchungsergebnisse von SCHOEN (11), daß Eisenoxydhydrate P 2 0 6 bei 500 °C noch in wesentlichen Mengen sorbieren, dürfte die hier in Lösung gegangene P 2 O s ( = knapp 50% der Gesamtphosphorsäure) vorwiegend in organischer Bindung vorgelegen haben. Bei den Sorptionsversuchen wurde Niedermoorboden mit einem humusreichen, niedermoorhaltigen gärtnerischen Wirtschaftskompost, der durch dreijährige Kompostierung von Gemüseabfällen entstanden war, verglichen. Der Niedermoorboden inaktiviert einen großen Teil der verabreichten Düngerphosphorsäure und hält sie auch nach viermaligem Auswaschen mit destilliertem Wasser fest (siehe Tabelle 5). Über 50% der angebotenen P 2 O s werden nach einem Tag gebunden, maximal sogar 76% (nach 5 Tagen nach Einstellung des Gleichgewichtes von sorbierter und gelöster P 2 O s ). Nach viermaligem Auswaschen mit H a O wird immer noch etwa die Hälfte der anfangs sorbierten Menge festgehalten, d. h., bei 102,6 mg P 2 O s in der angebotenen Lösungsmenge von 150 ml werden von 20 g Boden noch 25 bis 50 mg

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Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 2, 1961

P 2 O s festgehalten bzw. von 100 g Boden 125 bis 250 mg P 2 0 6 . Im kalkfrei gewaschenen Boden ist die Sorption anfangs (nach einem Tag) nur wenig vermindert. Während aber im unbehandelten Boden die Sorption bis zum 5. Tag ansteigt, ist das hier nicht der Fall. Da eine Dicalcium-Phosphatbindung, die sicher diese zusätzliche Festlegung verursacht, nur langsam zustande kommt, ist diese Tatsache verständlich. Werden die Anfangssorptionswerte vom unbehandelten mit dem Cafreigewaschenen Boden verglichen, so drängt sich der Schluß auf, daß eine primäre, sofortige Sorption durch das Eisen stattfindet und erst später, nach einer gewissen Einwirkungszeit, eine Kalkbindung eintritt. Unter normalen Verhältnissen wird eine Kalkbindung nur wenig stattfinden, da bei dem hohen Gehalt an aktivem Eisen sofort mit einer Phosphorsäurebindung bzw. -Sorption zu rechnen ist. Unter natürlichen Feldbedingungen kann daher hauptsächlich eine Phosphorsäuresorption bzw. -bindung an Eisen erwartet werden, wie das auch in weiteren chemischen Untersuchungen deutlich gezeigt werden konnte. Noch deutlicher werden die Sorptionsverhältnisse, wenn sie mit der Phosphorsäuresorption von gärtnerischen Wirtschaftskomposten verglichen werden: Einmal ist hier die Gesamthöhe der Sorption niedriger, vor allem aber ist die bleibende Sorption nach viermaliger Auswaschung mit Wasser erheblich geringer. Tabelle 6 Ermittlung des Bindungszustandes der Bodenphosphorsäure und der Art der Festlegung von löslicher Düngerphosphorsäure (Superphosphat) in verschiedenen Zeitabständen (pH-Wert 6,5 bis 7,0) Einwirkungszeit der P 2 O ä

P 2 O s -Zugabe mg/100 g Boden

GesamtP2O5 in%

10 Tage

ohne 36 1052

20 Tage

30 Tage

Anteil de r P 2 0 5 -Fra ctionen in % der Ges amt-P 2 0 5 lösliche P2O5

sorbierte P.O.

Ca-P 2 0 5

Fe-P 2 0 5

organische P2O5

0,35 0,52 0,88

0,9 0,6 2,1

6,6 11,2 7,5

Spuren Spuren 5,6

37,4 31,5 44,2

54,3 57,7 40,6

ohne 36 1052

0,44 0,57 0,98

0,9 0,9 2,8

11,6 10,7 13,7

Spuren Spuren 5,1

45,1 42,9 62,8

42,4 45,5 15,6

ohne 36 1052

0,42 0,53 1,00

0,5 0,6 2,0

10,7 10,7 11,0

Spuren Spuren 4,0

64,0 54,4 80,8

24,8 34,3 2,2

Anteil der P 2 0 5 -Fraktionen in mg/100

Boden

10 Tage

ohne 36 1052

0,35 0,52 0,88

3 3 18

23 58 66

Spuren Spuren 50

131 163 389

190 300 360

20 Tage

ohne 36 1052

0,44 0,57 0,98

4 5 27

52 61 134

Spuren Spuren 50

203 245 614

190 260 160

30 Tage

ohne 36 1052

0,42 0,53 1,00

2 3 20

44 57 110

Spuren Spuren 40

263 289 808

100 180 20

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DÖRING u. a., Ursache der Phosphatfestlegung auf Niedermoorboden

Die nach der Methode d) gefundenen P 2 O s -Fraktionen lassen einmal den Bindungszustand der Bodenphosphorsäure erkennen und geben zugleich Auskunft über das Verbleiben bzw. die Art der Festlegung der löslichen Düngerphosphorsäure, wie aus Tabelle 6 zu ersehen ist. Ungefähr 40% des Bodenphosphors liegen nach dieser Methode als eisengebundene Phosphorsäure vor und ca. 50% sind organisch gebunden. Die sorbierte P 2 O s erreicht einen Wert von etwa 5 bis 10%, und nur Spuren an kalkgebundener und auch an wasserlöslicher Phosphorsäure konnten ermittelt werden. Doch schon nach nur lOtägiger Aufbewahrung dieses stark grundwasserbeeinflußten Niedermoorbodens an der Luft ändert sich der Bindungszustand: Die Menge an organisch gebundener P 2 O s geht prozentual zurück, und es reichem sich die Fraktionen der sorbierten und der Eisenphosphorsäure an. Der Schwund an organischer Substanz ist auch recht deutlich aus dem Anstieg an Gesamt-P 2 O g zu ersehen. Nach weiteren 10 Tagen geht der Anteil der organischen P 2 O s nochmals stark zurück, und gleichzeitig steigt wieder die Eisen-P 2 O s bei etwaigem Gleichbleiben der sorbierten und der löslichen P 2 O s stark an. Dieses interessante Verhalten gibt zugleich gute Hinweise für die Ergreifung von Maßnahmen bezüglich Mobilisierung der Bodenphosphorsäure, die jedoch später zusammenhängend diskutiert werden sollen. Starke Düngermengen an löslicher Phosphorsäure von 36 mg/100 g Boden werden innerhalb von 10 Tagen restlos festgelegt, wie aus dem Gleichbleiben der löslichen P 2 O s zu ersehen ist. Es steigt die sorbierte P 2 O s um den 2,5fachen Betrag, und auch die organische P 2 O s nimmt zu, während sich die Eisen-P 2 O s nur schwach anreichert (siehe mg P 2 0 5 /100 g Boden). Nach 20- und 30tätiger Einwirkungszeit der DüngerP 2 O s auf den gut durchlüfteten, optimal durchfeuchteten und bei Zimmertemperatur aufbewahrten Niedermoorboden zeigt sich das gleiche Verhalten wie beim ungedüngten Boden, d. h., die organische P 2 O s nimmt laufend, besonders nach 30 Tagen, ab, und es reichert sich die eisengebundene dementsprechend an, wobei die sorbierte diesmal etwa konstant bleibt und kalkgebundene nur wiederum in Spuren ermittelt werden konnte. Erst bei nochmals etwa 30facher Erhöhung der Düngerphosphorsäure steigt nach lOtägiger Einwirkung die lösliche Bodenphosphorsäure von 3 auf 18 mg/100 g Boden an. Neben dem starken Anstieg der eisengebundenen und dem geringen Zunehmen der organischen und sorbierten Phosphorsäure ist erst bei dieser enormen P 2 0 5 -Konzentration ein deutliches Ansteigen der an Kalk gebundenen Phosphorsäure (etwa 5%) festgestellt worden. Außerordentlich aufschlußreich ist die Tatsache, daß bei dieser Düngermenge die organische P 2 O s schon nach nur 20 Tagen einem starken Abbau unterliegt, der auch nach weiteren 10 Tagen bis zur fast restlosen Mineralisierung anhält. Hauptgewinner aus der mineralisierten organischen P 2 O s ist wieder die Eisenphosphorsäure, denn die lösliche und sorbierte fallen nach anfänglichem Anstieg später sogar etwas ab und die kalkgebundene verändert sich nicht wesentlich. Bodenkundlich besagt dieses interessante Ergebnis, daß die gesamte organische P 2 O s bei sehr starker P 2 O s -Düngung und guter Durchlüftung schnell abgebaut werden kann, d. h., daß sie nicht durch schwerabbaubare Huminsäuren stabilisiert oder in sonstigen organischen Verbindungen vorliegt, die einer Zersetzung nur langsam zugänglich sind.

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In weiteren Modellversuchen mit speziell mikrobiologischer Fragestellung wurde der Einfluß der Mikroflora auf den Phosphathaushalt des Bodens näher untersucht. Die Ergebnisse werden in einer gesonderten Veröffentlichung eingehend beschrieben und diskutiert (6). D i s k u s s i o n der E r g e b n i s s e Die kombinierten pflanzenbaulichen, mikrobiologischen (siehe I. Mitteilung, 5 a) und chemischen Untersuchungen gaben einen guten Einblick in die vielfältigen Wechselbeziehungen des untersuchten Großbeerener Niedermoorbodens, die zur Festlegung bzw. Mobilisierung der im Boden enthaltenen bzw. ihm zugeführten Phosphate führen. Es zeigte sich, daß auf dem Niedermoorboden die Phosphorsäure sowohl einer sehr ausgeprägten chemischen bzw. chemosorptiven Bindung an Eisen als auch einer starken biologischen Festlegung und Umwandlung durch die Mikroflora des Bodens unterliegt. Es müßte demzufolge möglich sein, die Phosphatfestlegung durch Maßnahmen zu verändern, die entweder die Bindungsmöglichkeiten an Eisen herabsetzen oder aber die Entwicklung der Mikroflora des Bodens in einer Weise beeinflussen, die zu einer verstärkten Mobilisierung der organisch gebundenen Phosphate führt. Die chemischen Untersuchungen haben gezeigt, daß im Niedermoorboden Großbeeren ein großer Teil der Bodenphosphorsäure in organischer Bindung vorliegt, etwa 40 bis 60%, während der Rest an Eisen gebunden bzw. sorbiert ist und nur wenige Prozente in Kalkbindung vorliegen. Diese Eisenbindung findet bei einem pH-Wert statt, der nach R A T H J E für eine Kalkbindung günstig ist, und bei einem relativ hohen Kalkgehalt (schwankt zwischen 3—6% CaO) des Niedermoorbodens. Da aber der Boden eine große Menge an Eisen enthält, sowohl an leichtlöslichem (siehe Tabelle 2) als auch an nachlieferbarem (siehe 5a, Tabelle 1), wird die verabreichte Düngerphosphorsäure oder die aus der organischen Substanz durch Mineralisation freiwerdende Bodenphosphorsäure sofort an Eisen gebunden. Auf dem Großbeerener Niedermoorboden können also ähnliche Erscheinungen beobachtet werden, wie sie auf den Hochmoorböden Finnlands anzutreffen sind. So soll nach VALMARI (12) nicht nur der Eisengehalt an sich maßgebend sein, sondern vor allem der Aktivitätsgrad des Eisens. In grundwasserbeeinflußten Mooren, die sauerstoffarmes Wasser enthalten, wird beim Trockenlegen oder schon beim Zurückgehen des Grundwassers in trockenen Sommermonaten eine Oxydation des 2wertigen Eisens zum 3wertigen vor sich gehen. Derartig frisch oxydiertes 2wertiges Eisen bildet sehr aktives Fe(OH) 3 und sorbiert als solches stark Phosphorsäure. Der untersuchte Niedermoorboden zeigt ebenfalls einen hohen Grundwasserspiegel, da seine Dränierung durch Kriegseinwirkungen vermindert wurde. In den Dränagegräben kann eine große Menge frisch gefällter, roter Eisenhydroxyd-Gele festgestellt werden, ebenso können im Boden selbst stark rotgefärbte Stellen beobachtet werden, die aus frisch entstandenem Eisenhydroxyd stammen müssen. Alle diese Erscheinungen zeigen, daß das Eisen im untersuchten Niedermoorboden in aktiver Form vorliegt und daher Phosphorsäure stark festlegt. Die Versuche mit partiell sterilisiertem Boden haben in Verbindung mit den Vegetationsversuchen ergeben, daß durch das Abtöten der Mikroben und der dadurch freiwerdenden P 2 O s die Menge an pflanzenverfügbarem Phosphor so erhöht

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D Ö R I N G u. a., Ursache der Phosphatfestlegung auf Niedermoorboden

werden kann, daß die chemische Phosphatfestlegung allein sich weniger hindernd auf die Phosphataufnahme bzw. das Pflanzenwachstum auswirken kann. Die nach der vorgenannten Behandlung des Bodens sich luxurierend entwickelnde Mikroflora weist zwar eine Zeitlang einen verstärkten Phosphatbedarf auf und tritt in dieser Periode als Konkurrent der höheren Pflanze in Erscheinung. Bald danach aber, bei einer partiellen Sterilisation schon nach wenigen Tagen, bei einer totalen Sterilisation nach einigen Wochen, ist eine Umkehrung zu beobachten: Nach Überschreitung des Höhepunktes der Mikroorganismenentwicklung überwiegen offensichtlich Abbauerscheinungen die Neubildung von organischer Substanz, wobei in vermehrtem Maße pflanzenverfügbare Phosphorsäure frei wird. Es wäre auch denkbar, daß in Übereinstimmung mit K A I L A (7 a) weniger P 2 0 5 -bedürftige Mikroben die phosphatanspruchsvolleren ablösen und dadurch der Pflanze mehr P 2 O s zur Verfügung steht. Die Phosphataufnahme und das Wachstum der Pflanzen wird in diesem Zeitraum sehr stark gefördert. Nach Wiederherstellung des ursprünglichen Zustandes treten allerdings auch die phosphatfestlegenden Eigenschaften, vermutlich bedingt durch den Gehalt an aktivem Eisen, wieder verstärkt in Erscheinung. Welche Maßnahmen müssen demnach auf einem derartigen Boden ergriffen werden, um eine möglichst gute Verwertung der Phosphatdüngung zu erreichen? Einmal kann sich die plazierte Einbringungsform bei wasserlöslichen Phosphatdüngern sehr günstig auswirken, da bei ihr einmal das Eisen: Phosphatverhältnis in den Zonen der Düngereinbringung zugunsten der Phosphate verschoben und damit die Möglichkeit der Phosphatfestlegung vermindert wird. Zum anderen bieten die Zonen mit stark erhöhter Phosphatkonzentration auch den Mikroorganismen günstige Entwicklungsmöglichkeiten, so daß der oben erwähnte Effekt der stärkeren Mobilisierung der organisch gebundenen Phosphate wirksam wird. Die verschiedenen Formen der plazierten Einbringung, wie Verwendung von Granulaten, Streifen-, Erdballen- oder Nestdüngung usw., wirken dabei grundsätzlich ähnlich und haben auf dem Großbeerener Niedermoorboden auch einen großen Nutzeffekt. Schon in früheren Untersuchungen von G E I S S L E R (5) konnte gezeigt werden, daß sich jedoch die Kombination der Düngerphosphatkonzentration mit einer entsprechenden Zufuhr organischen Materials als besonders günstig erwies. Es ist interessant, daß die von J A H N u. a. (7) vorgeschlagenen Versuche mit Säurebehandlung des Bodens zwar auch in diesem Falle eine gewisse Ertragserhöhung ergeben haben (siehe 5 a, Gefäßversuche), daß aber die von J A H N empfohlene Maßnahme der Bodenbehandlung mit sauer wirkenden Düngern auf dem Niedermoorboden von Großbeeren kaum zu empfehlen ist. Die an Calcium gebundene Phosphorsäuremenge des hiesigen Bodens ist so gering, daß eine derartige Maßnahme nicht ratsam erscheint, da durch den hohen Gehalt des Bodens an aktiv phosphatsorbierendem Eisen bei Ansäuerung gleichzeitig die Gefahr besteht, daß nachträglich die Phosphorsäure noch stärker festgelegt wird. Somit könnten hier Maßnahmen von größerem Erfolg sein, die das leichtlösliche Eisen inaktivieren, wie alkalisch wirkende Dünger bzw. solche, die Eisen in silikatische Bindung überführen (z. B. Thomas- und einige Glühphosphate, die sowohl alkalisch wirken als auch wirksame Kieselsäure enthalten). Die unterschiedlichen Maßnahmen, die von J A H N einerseits und hier andererseits empfohlen werden, deuten daraufhin, daß die Ursache der Phosphatfestlegung auf

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den einzelnen Niedermoorböden nicht in allen Punkten übereinzustimmen braucht. Weitere Untersuchungen an verschiedenen Niedermoorböden sowie anderen phosphatfestlegenden Böden sollen deshalb dazu dienen, diese Fragen zu klären. Zusammenfassung In mehrjährigen Gefäß versuchen konnte mit P 2 O s -Düngungsmaßnahmen, die zu einer Konzentration des Düngers auf engbegrenztem Bodenraum führten, der Festlegungsgrad der Düngerphosphorsäure wesentlich vermindert und damit zugleich das starke P 2 0 5 -Festlegungsvermögen des Großbeerener Niedermoorbodens erneut demonstriert werden. Mit Hilfe mehrerer chemischer Methoden wurde der Bindungszustand der Bodenphosphorsäure im Großbeerener Niedermoorboden bestimmt und die Art der Festlegung der verabreichten wasserlöslichen Düngerphosphorsäure in verschiedenen Zeitabständen verfolgt. Durch nacheinander erfolgte Abtrennung von Calcium und leichtlöslichem, aktivem Eisen v o m Niedermoorboden wurde der Anteil der durch diese Stoffgruppen festgelegten Phosphorsäure ermittelt. Die Bodenphosphorsäure liegt zu etwa 40 bis 60% in organischer Bindung vor, die restliche anorganische ist fast ausschließlich an Eisen gebunden bzw. sorbiert, und nur einige Prozente liegen in Kalkbindung vor. Meßbare Mengen an Aluminiumphosphat konnten nicht nachgewiesen werden. In umfangreichen chemischen und mikrobiologischen Untersuchungen wurde festgestellt, daß die wasserlösliche Düngerphosphorsäure innerhalb weniger Tage zum Teil in organische und teilweise in anorganische Bindung übergeht. Anorganisch waren durch eine starke P 2 0 5 - D ü n g u n g die Fraktionen der sorbierten und der Eisenphosphorsäure erhöht worden, während kalkgebundene P 2 O s vor und nach der Düngung nur in Spuren ermittelt werden konnte. Neben der grundsätzlich zu empfehlenden plazierten Einbringung der wasserlöslichen Düngerphosphate werden alle Maßnahmen, die das Eisenbindungs- bzw. Sorptionsvermögen herabsetzen (physiologisch alkalisch wirkende Dünger oder auch silikatreiche Düngemittel wie Thomas- und einige Glühphosphate), von Erfolg sein. Pe3K>Me Bo MHorojiGTHnx BereTaijHOHHHx o n n r a x MepaMH BHeceHHH P 2 0 5 , oöycjiOBHBK0Hi;eHTpau,Hi0 yjjoßpeHHH Ha y3K00rpaHHieHH0M IIOHBCHHOM npocTpaHC T B e , MOHIHO ÖHJIO 3 H a H H T 6 J I b H 0 C H H 3 H T b C T e n e H b (J)HKCaqHH $OCOpHOii K H C J I O T H IIOTOOH H B M G C T e C T e M n O f l T B e p A H T b C H J I b H y i O CnOCOÖHOCTb r p O C Ö e p e H C K O i i H H 3 H H HOH ßOJIOTHOH n O I B H ( J ) H K C H p O B a T b $OCOpHyiO KHCJIOTy. Ilpn noMomH HecKOJibKHx xHMHiecKHx MeTOflOB ÖHJia onpeRejieHa npoiHOCTb CBH3H IIOHBGHHOH OpHOii KHCJIOTH C FpOCßepeHCKOii HH3HHH0H ÖOJIOTOÜ IIOIBoii h npocjie?KeHa $opMa $HKcaqHH BHeceHHoft BOflopacTBopHMOii $0c