Dünger ist das „Nahrungsmittel“ für Pflanzen und die Grundlage zur Steigerung der Ernteerträge. Laut der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen (FAO) tragen Düngemittel etwa 50 % zur globalen Steigerung der Nahrungsmittelproduktion bei. China ernährt mit nur 7 % der weltweiten Ackerfläche 22 % der Weltbevölkerung, was zu einem großen Teil auf den Einsatz von Düngemitteln zurückzuführen ist.
Arten und Anwendung von Düngemitteln
Düngemittel lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: organische und anorganische. Dieser Artikel befasst sich hauptsächlich mit anorganischen Düngemitteln, auch als chemische Düngemittel bekannt, darunter Stickstoff (N), Phosphor (P), Kalium (K), Mikronährstoffdünger und Mehrnährstoffdünger. Chemische Düngemittel zeichnen sich durch einen hohen Nährstoffgehalt und schnelle Wirkung aus, weisen jedoch auch einige Einschränkungen auf, wie mögliche negative Auswirkungen auf die Bodenstruktur. In diesem Artikel werden zunächst Stickstoff-, Phosphor- und Kaliumdünger vorgestellt.
I. Arten, Funktionen und Anwendungsstrategien von Stickstoffdüngern
Stickstoffdünger sind unverzichtbar für die landwirtschaftliche Produktion, da sie den Pflanzen die notwendige Stickstoffernährung liefern und direkt das Wachstum, den Ertrag und die Qualität der Pflanzen beeinflussen. Stickstoffdünger gibt es in vielen Formen, mit unterschiedlichen Umwandlungsprozessen im Boden und verschiedenen Anwendungsmethoden. Die richtige Auswahl und Anwendung von Stickstoffdüngern kann die Effizienz steigern, Abfälle reduzieren und die Umweltverschmutzung minimieren.
1. Arten und Eigenschaften von Stickstoffdüngern
Basierend auf der chemischen Form des Stickstoffs lassen sich Stickstoffdünger in drei Hauptkategorien einteilen:
Düngemitteltyp | Eigenschaft | Stickstoffform | Eignung |
Ammonium-Stickstoffdünger | Enthält Ammoniaklösung, Ammoniumbicarbonat, Ammoniumsulfat und Ammoniumchlorid. | NH₄⁺ (Ammonium) | Geeignet für verschiedene Bodentypen, insbesondere für saure Böden. |
Nitrat-Stickstoffdünger | Enthält Ammoniumnitrat, Natriumnitrat und Calciumnitrat. | NO₃⁻ (Nitrat) | Geeignet für Trockenlandwirtschaft, aber anfällig für Auswaschung in Gebieten mit hohen Niederschlägen. |
Amid-Stickstoffdünger | Enthält Harnstoff und Kalkstickstoff. Harnstoff ist der am häufigsten verwendete und muss im Boden in NH₄⁺ umgewandelt werden. | NH₂ (Amid) | Kostengünstig und hoher Stickstoffgehalt, geeignet für alle Bodentypen, erfordert jedoch Umwandlung im Boden. |
2. Umwandlung von Stickstoffdüngern im Boden
Der Umwandlungsprozess von Stickstoffdüngern im Boden hängt von der Art des Stickstoffdüngers ab:
Ammonium-Stickstoffdünger: NH₄⁺ aus Ammoniumsulfat, Ammoniumbicarbonat und Ammoniumchlorid kann direkt von Pflanzen aufgenommen oder durch Nitrifikation in NO₃⁻ umgewandelt werden. In sauren Böden erhöhen diese Dünger die Bodenversauerung.
Nitrat-Stickstoffdünger: Nach der Anwendung kann NO₃⁻ direkt von Pflanzen aufgenommen werden. Nitratstickstoff kann jedoch leicht ausgewaschen werden, insbesondere in Gebieten mit hohen Niederschlägen.
Amid-Stickstoffdünger (z. B. Harnstoff): Nach der Anwendung wird Harnstoff von Bodenmikroorganismen in Ammoniumcarbonat zerlegt, das weiter zu Ammoniumstickstoff umgewandelt wird. Wenn Harnstoff jedoch auf der Bodenoberfläche angewendet wird, kann er leicht volatilisiert werden, insbesondere in alkalischen Böden.
3. Rationale Verteilung und Anwendung von Stickstoffdüngern
Um die Effizienz von Stickstoffdüngern zu verbessern und Verluste zu reduzieren, sind eine richtige Verteilung und Anwendung entscheidend.
(1) Rationale Verteilung von Stickstoffdüngern
Nach Bodenbedingungen: Verschiedene Bodentypen haben unterschiedliche Stickstoffbedürfnisse und -reaktionen. Alkalische Böden eignen sich für saure oder physiologisch saure Stickstoffdünger wie Ammoniumsulfat und Ammoniumchlorid, während saure Böden eher für basische Düngemittel wie Natriumnitrat und Calciumnitrat geeignet sind. Harnstoff kann in allen Bodentypen angewendet werden.
Nach Pflanzenanforderungen: Verschiedene Pflanzen haben unterschiedliche Anforderungen an Stickstoffformen. Reis profitiert von Ammonium-Stickstoffdüngern, insbesondere Ammoniumchlorid, während Pflanzen wie Tomaten und Rüben in verschiedenen Wachstumsstadien unterschiedliche Stickstoffformen benötigen (Ammoniumstickstoff während der Keimlingsphase, Nitratstickstoff während der Fruchtphase).
Nach Wachstumsstadien der Pflanzen: Verschiedene Pflanzen benötigen in unterschiedlichen Wachstumsstadien Stickstoff. Mais benötigt große Mengen Stickstoff während der Kolbenphase, während Reis Stickstoff während der Bestockungs- und Kolbenphase benötigt. Für Obstbäume kann die Anwendung von Stickstoffdüngern bei der Grunddüngung den Ertrag steigern.
(2) Effektive Anwendung von Stickstoffdüngern
Tiefenapplikation: Die tiefe Platzierung von Stickstoffdüngern reduziert den Stickstoffverlust durch Volatilisation, verhindert die Aufnahme durch Unkraut und Algen und verbessert die Effizienz. Studien zeigen, dass die Tiefenanwendung die Stickstoffnutzungseffizienz um 20 %-30 % im Vergleich zur Oberflächenanwendung erhöhen kann.
Kombinierte Anwendung: Stickstoffdünger sollten in Kombination mit organischen Düngemitteln sowie Phosphor- und Kaliumdüngern verwendet werden, um eine ausgewogene Ernährung der Pflanzen zu gewährleisten und die Effizienz der Stickstoffdünger zu verbessern.
Verwendung von Stickstoffstabilisatoren: Stickstoffstabilisatoren (wie Nitrifikationshemmer) können die Aktivität von nitrifizierenden Bakterien im Boden unterdrücken, die Umwandlung von Ammoniumstickstoff in Nitratstickstoff verzögern, Stickstoffverluste reduzieren und die Düngereffizienz steigern.
4. Bedeutung der richtigen Verwendung von Stickstoffdüngern
Stickstoffverluste im Boden treten hauptsächlich durch Ammoniakvolatilisation, Nitrat-Auswaschung und Denitrifikation auf. In China liegt die Stickstoffdünger-Nutzungseffizienz bei nur etwa 50 %, was bedeutet, dass die Hälfte des Stickstoffdüngers nicht von den Pflanzen aufgenommen wird, was zu Ressourcenverschwendung und Umweltverschmutzung führt.
Durch ein wissenschaftliches Stickstoffmanagement, wie die Auswahl geeigneter Stickstoffarten basierend auf den Nährstoffbedürfnissen der Pflanzen, die rationale Verteilung der Stickstoffmenge, die Kombination von Stickstoff mit organischen und anderen Düngemitteln sowie die Förderung von Stickstoffverbesserungstechnologien, kann die Stickstoffdünger-Nutzungseffizienz erheblich verbessert, die Umweltbelastung reduziert und die Ernteerträge und -qualität gesteigert werden.
II. Arten, Umwandlung und Anwendungsarten von Phosphatdüngern.
Phosphatdünger gehören zu den wichtigsten Düngemitteln in der landwirtschaftlichen Produktion, da sie Pflanzen mit Phosphor versorgen, der für den Energietransfer, die Wurzelentwicklung sowie das Blühen und Fruchten von entscheidender Bedeutung ist. Es gibt viele Arten von Phosphatdüngern, deren Umwandlungsprozesse im Boden komplex sind, und ihre Anwendungsmethoden beeinflussen direkt ihre Wirksamkeit. Effektive Anwendungsstrategien können die Ausnutzungsrate von Phosphatdüngern erheblich verbessern und ihre ertragssteigernden Vorteile maximieren.
1. Arten und Eigenschaften von Phosphatdüngern
Basierend auf der Löslichkeit im Boden und der leichten Aufnahme durch Pflanzen können Phosphatdünger in drei Hauptkategorien unterteilt werden:
Düngemitteltyp | Eigenschaft | Löslichkeit | Eignung |
Wasserlösliche Phosphatdünger | Enthält Superphosphat und Triplesuperphosphat. Diese Düngemittel lösen sich leicht in Wasser und können direkt von Pflanzen aufgenommen werden. | Wasserlöslich | Geeignet für sofortige Pflanzenaufnahme. |
Schwach säurelösliche Phosphatdünger | Enthält Calcium-Magnesium-Phosphat und Schlackenphosphat. Diese Düngemittel lösen sich in schwach sauren Umgebungen. | Löslich in schwachen Säuren | Am besten geeignet für saure Böden. |
Unlösliche Phosphatdünger | Enthält Phosphatgesteinsmehl und Knochenmehl. Diese Düngemittel lösen sich nur in starken Säuren und geben Nährstoffe langsam ab. | Unlöslich in Wasser, löslich in starken Säuren | Geeignet für den langfristigen Einsatz mit langsamer Freisetzung. |
2. Umwandlung von Phosphatdüngern im Boden
Sobald Phosphatdünger auf den Boden aufgebracht werden, finden eine Reihe von chemischen Reaktionen statt, die ihre Wirksamkeit und die Fähigkeit der Pflanzen zur Aufnahme beeinflussen:
Umwandlung von Superphosphat: Nach der Ausbringung durchläuft Superphosphat eine Hydrolyse, bei der eine gesättigte Lösung aus Monocalciumphosphat, Phosphorsäure und Dicalciumphosphat gebildet wird. Die Phosphorsäure in dieser Lösung diffundiert nach außen und reagiert mit Eisen, Aluminium, Calcium und anderen Elementen im Boden, wobei Phosphate mit unterschiedlichen Löslichkeitsstufen entstehen, die schließlich als stabiles Calciumphosphat ausfallen. In sauren Böden reagiert Phosphor mit Eisen und Aluminium und bildet Eisensulfat- und Aluminiumsulfat-Präzipitate, während Phosphor in kalkhaltigen Böden mit Calcium zu Dicalciumphosphat reagiert.
Umwandlung von Calcium-Magnesium-Phosphat: Dieses Düngemittel löst sich allmählich durch Säuren, die von Pflanzenwurzeln und Bodenmikroorganismen abgesondert werden, wodurch Phosphor für die Pflanzenaufnahme freigesetzt wird.
Umwandlung von Phosphatgesteinsmehl: In sauren Böden durchläuft Phosphatgesteinsmehl chemische und biologische Reaktionen und setzt nach und nach Phosphorverbindungen frei, die von Pflanzen aufgenommen werden können.
3. Rationale Verteilung und Anwendung von Phosphatdüngern
Die Ausnutzungsrate von Phosphatdüngern ist relativ niedrig, typischerweise werden nur 10 %-25 % während der Vegetationsperiode von den Pflanzen aufgenommen. Der Rest wird oft im Boden fixiert. Daher sind rationale Verteilungs- und Anwendungsstrategien entscheidend, um die Effizienz von Phosphatdüngern zu verbessern.
(1) Anwendung basierend auf Bodenbedingungen
Phosphorgehalt im Boden: Die Wirksamkeit von Phosphatdüngern hängt vom verfügbaren Phosphorgehalt im Boden ab. Wenn der verfügbare Phosphorgehalt unter 10 mg/kg liegt, kann Phosphatdünger den Ertrag erheblich steigern. Wenn er jedoch 25 mg/kg übersteigt, nimmt der Effekt zusätzlicher Phosphatdünger ab.
Boden-pH-Wert: Schwach säurelösliche und unlösliche Phosphatdünger sind besser für saure Böden geeignet, während wasserlösliche Phosphatdünger in neutralen und kalkhaltigen Böden am besten wirken.
Organischer Bodengehalt: Böden mit niedrigem organischen Gehalt zeigen stärkere Ertragssteigerungen bei der Anwendung von Phosphatdüngern, während Böden mit hohem organischen Gehalt weniger ausgeprägte Effekte zeigen.
(2) Anwendung basierend auf dem Phosphorbedarf der Pflanzen
Phosphorliebende Pflanzen priorisieren: Pflanzen wie Hülsenfrüchte, Zuckerrohr, Zuckerrüben, Raps, Mais und Kartoffeln haben einen hohen Phosphorbedarf und sollten bei der Düngung mit Phosphatdüngern bevorzugt werden.
Fruchtfolgesysteme: In Fruchtfolgesystemen sollten Phosphatdünger für Pflanzen mit höherem Phosphorbedarf, wie Hülsenfrüchte oder Trockenlandkulturen im Reisanbau-Trockenland-Wechsel, angewendet werden.
(3) Tief- und Konzentrationsanwendung von Phosphatdüngern
Phosphatdünger haben eine begrenzte Mobilität im Boden. Durch tiefe und konzentrierte Anwendungen wird der Kontakt mit dem Boden verringert und der Kontakt mit den Pflanzenwurzeln erhöht, was die Effizienz verbessert.
(4) Kombinierte Anwendung von Phosphat- und Stickstoffdüngern
Die Kombination von Stickstoff- und Phosphatdüngern kann die Erträge und die Ausnutzungsrate von Phosphatdüngern erheblich steigern. Für die meisten Getreidekulturen sollte das Stickstoff-zu-Phosphor-Verhältnis zwischen 2:1 und 3:1 liegen. Ein Gleichgewicht zwischen Stickstoff und Phosphor ermöglicht es den Pflanzen, diese Nährstoffe effizienter aufzunehmen.
(5) Kombinierte Anwendung von Phosphat- und organischen Düngern
Organische Säuren in organischen Düngern können mit Eisen, Aluminium und Calcium im Boden Komplexe bilden, wodurch die Phosphorfixierung verringert und seine Verfügbarkeit erhöht wird. Daher kann die Kombination von Phosphatdüngern mit organischen Düngern deren Wirksamkeit verbessern.
4. Restwirkung von Phosphatdüngern
Phosphatdünger haben tendenziell eine starke Restwirkung im Boden. Obwohl nur 10%-25% des Phosphors während der Vegetationsperiode von den Pflanzen aufgenommen werden, kann die Restwirkung von Phosphatdüngern 5-10 Jahre anhalten. Daher können Phosphatdünger nach mehrjähriger kontinuierlicher Anwendung alle 2-3 Jahre ausgebracht werden, um ihre Restwirkung zur Deckung des Nährstoffbedarfs der Pflanzen zu nutzen.
Zusammenfassung
Die rationale Anwendung von Phosphatdüngern erfordert die Berücksichtigung der Bodenbedingungen, des Nährstoffbedarfs der Pflanzen und geeigneter Anwendungsmethoden. Die Sicherstellung einer ausgewogenen Versorgung mit Stickstoff, Phosphor und anderen essentiellen Nährstoffen sowie wissenschaftliche Anwendungstechniken können die Nutzung von Phosphatdüngern verbessern, Abfall reduzieren und die landwirtschaftliche Produktivität steigern.
III. Arten, Umwandlung und Anwendungsmethoden von Kalidüngern
Kalidünger spielen eine entscheidende Rolle in der landwirtschaftlichen Produktion, indem sie den Ertrag und die Qualität von Nutzpflanzen verbessern. Sie sind besonders wirksam bei der Erhöhung der Trockenheits- und Krankheitsresistenz von Pflanzen sowie bei der Stärkung der Zellwände. Die richtige Anwendung von Kalidüngern kann die landwirtschaftlichen Erträge und den wirtschaftlichen Nutzen erheblich steigern. Im Folgenden werden die wichtigsten Arten, Umwandlungsprozesse und Anwendungsstrategien von Kalidüngern beschrieben.
1. Arten und Eigenschaften von Kalidüngern
Zu den gängigen Kalidüngerarten gehören Kaliumsulfat, Kaliumchlorid und Holzasche. Jede dieser Düngerarten hat unterschiedliche Eigenschaften und ist für verschiedene Pflanzen und Bodenbedingungen geeignet:
Düngemitteltyp | Eigenschaft | Anwendung | Eignung |
Kaliumsulfat | Enthält sowohl Kalium als auch Schwefel. Geeignet für Pflanzen, die empfindlich auf Chlor reagieren. | Wird bei Pflanzen wie Tabak, Kartoffeln und Kreuzblütlern verwendet. | Ideal für Pflanzen, die Kalium bevorzugen, aber empfindlich gegenüber Chlor sind (chlorempfindliche Pflanzen). |
Kaliumchlorid | Kostengünstiger Kalidünger, enthält Chlorid. | Häufig bei Faserpflanzen wie Baumwolle und Hanf sowie einigen Gräsern verwendet. | Nicht geeignet für chlor-empfindliche Pflanzen oder schlecht drainierte Böden. |
Holzasche | Rückstand verbrannter Pflanzenreste. Enthält hauptsächlich Kalium in Form von Kaliumcarbonat sowie andere Nährstoffe wie Kalzium und Phosphor. | Dient als schnell wirkender alkalischer Dünger, wird als Grund-, Deck- oder Saatdünger verwendet. | Am besten geeignet für saure Böden und Pflanzen, die schnell verfügbares Kalium benötigen. Sollte nicht mit Ammoniumdüngern gemischt werden. |
2. Umwandlung von Kalidüngern im Boden
Nach der Anwendung im Boden lösen sich Kalidünger in Ionen auf, von denen einige von Pflanzen aufgenommen werden, während andere von Bodenkolloiden adsorbiert werden:
Kaliumsulfat und Kaliumchlorid: In neutralen oder kalkhaltigen Böden tauschen Kaliumionen mit Kalziumionen aus und bilden Kalziumsulfat (CaSO4) oder Kalziumchlorid (CaCl2). CaSO4 ist leicht löslich und kann mit Wasser wandern, bevor es sich in den Bodenporen ablagert, was zu Verdichtungen führt. CaCl2 wäscht leicht aus, was zu Kalziumverlust und erhöhter Bodenverdichtung führt. Langfristiger Einsatz von Kalidüngern, insbesondere in neutralen oder kalkhaltigen Böden, sollte mit organischen Düngemitteln kombiniert werden, um die Bodenstruktur zu verbessern.
Umwandlung in sauren Böden: In sauren Böden tauschen Kalidünger mit Wasserstoffionen aus und bilden Schwefel- oder Salzsäure, was die Bodenazidität erhöht. Um übermäßige Säurebildung zu vermeiden, sollten Kalidünger zusammen mit Kalk und organischen Düngemitteln ausgebracht werden.
3. Rationale Verteilung und effektive Anwendung von Kalidüngern
Die Wirksamkeit von Kalidüngern hängt von den Bodenverhältnissen, den Pflanzenarten, den klimatischen Bedingungen und den Anwendungsmethoden ab. Durch eine gezielte Verteilung und Anwendung kann die Effizienz verbessert und der Ertrag gesteigert werden.
Bodenbedingungen und Anwendung von Kalidüngern:
Kaliumversorgung im Boden: Der Gehalt an verfügbarem Kalium im Boden bestimmt die Wirksamkeit von Kalidüngern. Studien zeigen, dass bei einem Kaliumgehalt von weniger als 90 mg/kg die Wirkung von Kalidünger signifikant ist. Zwischen 91 mg/kg und 150 mg/kg ist die Wirkung weniger stabil, und über 150 mg/kg ist der Effekt minimal.
Bodenmechanische Zusammensetzung: Feinere Böden enthalten tendenziell mehr Kalium, während sandige Böden niedrigere Kaliumwerte aufweisen. Kalidünger wirken in sandigen Böden besser als in Lehmböden, daher sollte bei Kaliumknappheit vorrangig sandige Böden gedüngt werden.
Bodenbelüftung: Die Belüftung des Bodens beeinflusst die Atmung der Wurzeln, was wiederum die Kaliumaufnahme beeinflusst. Eine Verbesserung der Bodenbelüftung kann die Effizienz der Kalidüngeranwendung erhöhen.
Pflanzenbedingungen und Anwendung von Kalidüngern:
Hoher Kaliumverbrauch bei bestimmten Pflanzen: Pflanzen mit hohem Zuckergehalt, wie Kartoffeln, Süßkartoffeln, Zuckerrohr, Obstbäume und Tabak, benötigen große Mengen Kalium. Kalidünger kann den Ertrag und die Qualität dieser Pflanzen erheblich verbessern. Wenn Kalium begrenzt ist, sollten diese kaliumliebenden Pflanzen Vorrang haben.
Leguminosen und Ölpflanzen: Kalidünger erhöht auch den Ertrag von Leguminosen und Ölpflanzen.
Tiefen- und konzentrierte Anwendung: Kalium hat eine geringe Mobilität im Boden und wird leicht von Bodenpartikeln fixiert. Durch Tiefen- und konzentrierte Anwendung wird die Kontaktfläche zwischen Kalium und dem Boden verringert, was die Diffusionsrate des Kaliums erhöht und die Aufnahme durch die Pflanzen erleichtert.
Kombination mit Stickstoff- und Phosphatdüngern: Pflanzen benötigen Kalium in einem bestimmten Verhältnis zu Stickstoff und Phosphor. Wenn Stickstoff- und Phosphorgehalte niedrig sind, ist die alleinige Anwendung von Kalium weniger wirksam. Kalium muss zusammen mit Stickstoff- und Phosphatdüngern ausgebracht werden, um seine ertragssteigernde Wirkung zu maximieren.
Anwendung von Holzasche: Holzasche ist ein ausgezeichneter alkalischer Dünger, der für saure Böden und Leguminosen geeignet ist. Aufgrund ihrer schnellen Wirkung und der Anwesenheit mehrerer Nährstoffe kann Holzasche als Grund-, Deck- oder Saatdünger verwendet werden. Sie sollte jedoch nicht mit Ammoniumstickstoffdüngern oder organischen Düngern gemischt werden, da es sonst zu Ammoniakverlusten durch Verdampfung kommen kann.
4. Anwendungstechniken für Kalidünger
Die Anwendung von Kalidüngern sollte entsprechend dem Kaliumbedarf der Pflanzen und dem Kaliumgehalt im Boden geplant werden:
Tiefen- und frühzeitige Anwendung: Kalidünger sollten tief in den Boden eingebracht und früh in der Wachstumsperiode angewendet werden, insbesondere während der frühen Wachstumsphasen. Der Kaliumbedarf ist in den kritischen Ernährungsperioden am höchsten, z.B. vom Bestockungs- bis zum Schossstadium bei Getreide, von der Blüte bis zur Fruchtbildung bei Baumwolle und während der Fruchtentwicklung bei Obstbäumen.
Anwendungsmenge: Die Anwendungsmenge von Kalidüngern sollte auf der Grundlage des Kaliumgehalts im Boden, des Kaliumbedarfs der Pflanzen und des Nährstoffgleichgewichts bestimmt werden. Die empfohlene Menge an Kaliumoxid liegt bei 6-9 kg pro Acre für Mais und 5-8 kg pro Acre für Reis.
Zusammenfassung
Kalidünger spielen eine wichtige Rolle in der landwirtschaftlichen Produktion. Durch gezielte Verteilungs- und Anwendungsstrategien, insbesondere durch tiefes und konzentriertes Ausbringen sowie durch die Kombination mit Stickstoff- und Phosphatdüngern, kann die Effizienz von Kalidüngern gesteigert, die Bodenfixierung reduziert und der Ertrag sowie die Qualität der Pflanzen verbessert werden.
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