Chemie im Garten

Zusammensetzung und chemische Eigenschaften des Bodens

Der Boden ist die äußere, oberflächliche Schicht der Erdkruste. Seine Zusammensetzung hängt weitgehend von der Art des darunter liegenden Gesteins und den bodenbildenden Prozessen ab, die es durchläuft. Im Boden kann man eine Reihe von Elementen und chemischen Verbindungen finden.  Fast die Hälfte der Bodenzusammensetzung besteht aus Mineralstoffen. Diese werden unterteilt in Makronährstoffe, zu denen Kalium, Natrium, Kalzium, Aluminium, Silizium, Kohlenstoff, Eisen, Phosphor, Stickstoff und Wasserstoff gehören, und Mikronährstoffe, zu denen Bor, Mangan, Molybdän und Zink zählen. In der Regel sind Mikronährstoffe im Boden in Form von Mineralien vorhanden. Zu der Zusammensetzung des Bodens gehören auch Gase, vor allem solche, die in der Luft enthalten sind. Darunter kann man Kohlendioxid, Methan, Schwefelwasserstoff und Ammoniak erwähnen. Von allen Elementen hat Sauerstoff den höchsten Massenanteil an der Bodenzusammensetzung, gefolgt von Silizium und Aluminium.

Eine der charakteristischen chemischen Eigenschaften des Bodens ist sein pH-Wert.  In der Praxis wird dies anhand einer pH-Skala ausgedrückt. Die meisten Pflanzen bevorzugen einen neutralen pH-Wert zwischen 6,5 und 7,5, aber einige Pflanzen gedeihen auch in einem breiteren Bereich (5,5 bis 8) gut. Wenn der Boden zu sauer oder zu alkalisch wird, sind einige der chemischen Komponenten für die Pflanzen nicht mehr verfügbar, weshalb er so wichtig ist. Der pH-Wert des Bodens hat einen direkten Einfluss auf die Fruchtbarkeit des Bodens und damit auf die Produktivität. Im Boden wird der pH-Wert stark von Kalziumionen beeinflusst. Diese stammen hauptsächlich aus Kalziumkarbonat. Zusammen mit der Kohlensäure bilden sie ein Puffersystem, das schnelle pH-Wertänderungen verhindert, was für Pflanzen äußerst wichtig ist (Pflanzenwurzeln sind empfindlich gegenüber schnellen pH-Wertänderungen). Diese Fähigkeit des Bodens, einen konstanten pH-Wert aufrechtzuerhalten (trotz der Einwirkung von Faktoren, die seinen Wert verändern), wird als Puffereigenschaften bezeichnet. Dies ist der Fall, wenn sich im Boden sogenannte Gemische der Puffersysteme befinden, z.B. eine schwache Säure und ihr Salz. Diese können der Grund dafür sein, dass sich der pH-Wert trotz der Ausbringung geeigneter entsäuernder oder säuernder Düngemittel nicht verändert.

Eine wichtige chemische Eigenschaft des Bodens ist sein Oxidations-Reduktionspotenzial.  Dieser Parameter ist eng mit der Feuchtigkeit verbunden. Je höher steigt ihr Gehalt ist, desto weniger Sauerstoff ist vorhanden. Böden mit einem hohen O₂-Gehalt gelten als Böden mit guten Sauerstoffverhältnissen. Dies ist wichtig für das Pflanzenwachstum, da die Oxidation von mineralischen und organischen Verbindungen in solchen Böden ungehindert ablaufen kann. Wenn das gemessene Oxidations-Reduktionspotenzial zu niedrig ist, kann dies ein Hinweis auf zu viel Feuchtigkeit im Boden sein. Es werden dann vor allem Reduktionserscheinungen, z.B. von Nitrat, beobachtet, die zu einem Verlust von wertvollem Stickstoff aus dem Boden führen.

Chemische Prozesse im Garten

Pflanzen und Boden sind die Grundpfeiler eines jeden Gartens. In ihnen laufen die wichtigsten chemischen Prozesse auf natürliche Weise ab.

• Der bekannteste Prozess bei Pflanzen ist die Photosynthese. Sie sorgt für die Produktion von Verbindungen, die für ihre Struktur und ihre korrekte Funktion notwendig sind. Der Prozess der Photosynthese beruht auf der Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in Glukose und Sauerstoff. Diese Reaktion findet in Gegenwart von Lichtenergie statt. Die Photosynthese ist der wichtigste Prozess, der das Leben auf der Erde aufrechterhält.
• Eine beliebte Methode zur Bewirtschaftung von Grünabfällen in Gärten ist deren Kompostierung. Bei dieser organischen Wiederverwertung werden die organischen Stoffe unter Beteiligung von Mikroorganismen zersetzt. Die Schlüsselphase ist die Mineralisierung der organischen Materie, bei der aus pflanzlichen und tierischen Resten einfache Mineralverbindungen gewonnen werden. Die Mineralisierung umfasst zwei Prozesse: Faulung und Vermoderung. Ersterer ist dadurch gekennzeichnet, dass er unter anaeroben Bedingungen abläuft. Die bei der Faulung entstehenden mineralischen Verbindungen sind unter anderem Kohlendioxid, Wasser, Ammoniak und Schwefelwasserstoff. Die Vermoderung hingegen findet in Anwesenheit von Sauerstoff statt. Sie begünstigt die Bildung von Oxiden, Phosphat- oder Sulfat-Ionen. Leicht abbaubare Verbindungen wie Zucker, Stärke oder Proteine sind besonders anfällig für die Mineralisierung. Für Mikroorganismen sind sie eine wertvolle Quelle für elementaren Kohlenstoff und Stickstoff.
• Viele der chemischen Prozesse, die in Gärten beobachtet werden, betreffen den Kreislauf der Elemente. Ein besonderes Beispiel hierfür ist Stickstoff, der als Gas etwa 78% der uns umgebenden Luft ausmacht und in Böden ein Schlüsselnährstoff für die meisten Pflanzen ist. Luftstickstoff gelangt in lebende Organismen dank der Bakterien. Sie sind in der Lage, molekularen Stickstoff einzufangen und in Ammoniak umzuwandeln. Diese Form kann dann z.B. durch Pflanzen aufgenommen und zur Bildung organischer Moleküle verwendet werden. Wenn eine Pflanze von einem Tier gefressen wird, gelangt das Element in dessen Körper. Der in toten Pflanzen- und Tierresten enthaltene Stickstoff wird durch nachfolgende chemische Reaktionen in Ammoniak und molekularen Stickstoff umgewandelt und gelangt wieder in die Atmosphäre.

Düngemittel und Pflanzenschutzmittel

Die klimatischen Bedingungen und die im Garten ablaufenden chemischen Prozesse bewirken, dass der Boden mit der Zeit an Nährstoffen verarmt. Dieser Prozess wird auch als Bodendegradation bezeichnet. In natürlichen Gärten kehren die Nährstoffe mit dem Absterben und der Faulung der Pflanzen in den Boden zurück, aber in Kulturen, die auf die Ernte ausgerichtet sind, ist dieser Prozess gestört. Je weniger Nährstoffe im Boden vorhanden sind, desto schwieriger ist es für die Pflanzen zu überleben. Um den Mangel an Elementen im Boden auszugleichen, werden Düngemittel eingesetzt. Wichtig ist, dass die Art der Düngung und die Wahl des richtigen Düngemittels nicht einfach ist und streng von der Beschaffenheit des Bodens und den von den Pflanzen benötigten Nährstoffen abhängt.

Es wird zwischen zwei Arten von Düngemitteln unterschieden:

• Natürliche (organische) Düngemittel – dies sind hauptsächlich Düngemittel pflanzlichen und tierischen Ursprungs. Am häufigsten verwendet wird Kompost. Er wird aus den Überresten von abgestorbenen Pflanzen, Grasschnitt oder Blättern hergestellt. Er entsteht infolge ihrer aeroben Zersetzung durch Mikroorganismen. Kompost ist hauptsächlich reich an Stickstoff, aber auch an Phosphor(V)-oxid und Kaliumoxid. Die Qualität des Düngemittels wird anhand des Gehalts an den oben genannten Elementen beurteilt. Weitere natürliche Düngemittel sind Gülle, die aus den Ausscheidungen von Tieren gewonnen wird, und Biohumus, der aus den Ausscheidungen der kalifornischen Regenwürmer gewonnen wird. Es ist zu beachten, dass natürliche Düngemittel nicht immer alle notwendigen chemischen Elemente in ihrer Zusammensetzung enthalten.
• Künstliche (mineralische) Düngemittel – sie zeichnen sich durch eine hohe Leistungsfähigkeit und eine schnellere Wirkung im Vergleich zu natürlichen Düngemitteln aus. Kunstdünger enthalten in ihrer Zusammensetzung Grundbestandteile wie Stickstoff, Phosphor und Kalium, sekundäre Bestandteile wie Kalzium, Magnesium, Natrium und Schwefel, aber auch Mikronährstoffe wie Bor, Kobalt, Kupfer oder Eisen. Düngemittel werden unterteilt in Einfachdünger (mit einer angegebenen Menge des Hauptbestandteils – Stickstoff-, Phosphor- oder Kaliumdünger) und Mehrnährstoffdünger (mit mindestens zwei Nährstoffen, die durch eine chemische Reaktion gewonnen werden). Zu den am häufigsten verwendeten synthetischen Düngemitteln gehören Dreifachsuperphosphat, Kalimagnesia, Ammoniumsulfat, Magnesiumsulfat und Polyphoska.

Sehen Sie sich die Palette der Agrochemikalien der PCC-Gruppe an.

Ein unbestrittenes Beispiel für die Präsenz von Chemie im Garten sind chemische Pflanzenschutzmittel. Ihre Hauptaufgabe ist der aktive Schutz vor Schädlingen wie Insekten, Unkraut oder Pilzen. Es sind Wirkstoffe oder Präparate, die einen oder mehrere Wirkstoffe enthalten. Chemische Pflanzenschutzmittel werden hauptsächlich in Fungizide, Herbizide, Insektizide, Adjuvantien und Wachstumsregulatoren unterteilt. Sie enthalten in ihrer Zusammensetzung eine Reihe von chemischen Substanzen, darunter Phosphoroxychlorid, Phosphortrichlorid, Monochloressigsäure und Paradichlorbenzol. Bei der Arbeit mit diesen Substanzen ist es besonders wichtig, Vorsicht walten zu lassen.