Calcium im Boden

Calcium ist in den meisten Böden in ausreichenden Mengen vorhanden. Kalzium ist ein Bestandteil mehrerer primärer und sekundärer Mineralien im Boden, die für landwirtschaftliche Zwecke im Wesentlichen unlöslich sind. Diese Materialien sind die ursprünglichen Quellen für die löslichen oder verfügbaren Formen von Calcium. Calcium liegt auch in relativ löslicher Form vor, und zwar als Kation (positiv geladenes Ca++), das an den kolloidalen Bodenkomplex adsorbiert ist. Die ionische Form gilt als für die Pflanzen verfügbar.

Funktion

Calcium ist für viele Pflanzenfunktionen unerlässlich. Einige davon sind

• Funktionelle Zellteilung und -streckung
• Funktionelle Zellwandentwicklung
• Nitrataufnahme und -stoffwechsel
• Enzymaktivität
• Stärkestoffwechsel

Calcium wird im Xylem über einen Ionenaustauschmechanismus transportiert. Es lagert sich an Ligninmoleküle an, und der Austausch muss mit Kalzium oder einem anderen ähnlichen Kation (z.B. Mg++, Na+, K+, NH4+, usw.) erfolgen. Kalzium ist im Boden oder im Pflanzengewebe nicht sehr mobil, daher ist eine kontinuierliche Zufuhr unerlässlich.

Faktoren, die die Verfügbarkeit von Kalzium beeinflussen

Kalzium ist in vielen der primären oder sekundären Mineralien im Boden enthalten. In diesem Zustand ist es relativ unlöslich. Calcium gilt nicht als auswaschbarer Nährstoff. Im Laufe von Hunderten von Jahren dringt es jedoch tiefer in den Boden ein. Aus diesem Grund und aufgrund der Tatsache, dass viele Böden aus Kalkgestein entstanden sind, haben viele Böden einen höheren Ca-Gehalt und einen höheren pH-Wert im Unterboden.

• pH-Wert des Bodens: Saure Böden haben weniger Ca, und Böden mit hohem pH-Wert haben normalerweise mehr. Wenn der pH-Wert des Bodens aufgrund des zusätzlichen Ca-Gehalts im Boden über pH 7,2 steigt, wird das zusätzliche “freie” Ca nicht an den Boden adsorbiert. Ein Großteil des freien Ca bildet nahezu unlösliche Verbindungen mit anderen Elementen wie Phosphor (P), wodurch P weniger verfügbar wird.
• Boden-CEC: Böden mit niedrigerem CEC enthalten weniger Ca, Böden mit hohem CEC enthalten mehr.
• Kationen-Konkurrenz: Ungewöhnlich hohe Gehalte oder Ausbringungsmengen anderer Kationen bei niedrigen bis mäßigen Ca-Gehalten im Boden verringern tendenziell die Aufnahme von Ca.
• Alkalisch-natronische Böden (hoher Natriumgehalt): Überschüssiges Natrium (Na) im Boden konkurriert mit Ca und anderen Kationen und verringert deren Verfügbarkeit für die Pflanzen.
• Unterboden oder Ausgangsmaterial: Böden, die aus Kalkstein, Mergel oder anderen Mineralien mit hohem Ca-Gehalt stammen, haben in der Regel einen hohen Ca-Gehalt, während Böden, die aus Schiefer oder Sandstein stammen, einen niedrigeren Gehalt aufweisen.

Wechselwirkungen

• Andere Kationen: Als Hauptkation ist die Verfügbarkeit von Kalzium mit dem CEC-Wert des Bodens verbunden, und es konkurriert mit anderen Hauptkationen wie Natrium (Na+), Kalium (K+), Magnesium (Mg++), Ammonium (NH4+), Eisen (Fe++) und Aluminium (Al+++) um die Aufnahme durch die Pflanzen. Es ist bekannt, dass ein hoher K-Gehalt die Ca-Aufnahme bei Äpfeln verringert, die extrem anfällig für eine schlechte Ca-Aufnahme und -Umverteilung innerhalb des Baumes sind.
• Natrium (Na+): Ein hoher Na-Gehalt im Boden verdrängt Ca und führt zu Ca-Auswaschung. Dies kann zu einer schlechten Bodenstruktur und einer möglichen Na-Toxizität für die Pflanzen führen. Umgekehrt werden Anwendungen von löslichem Ca, typischerweise in Form von Gips, häufig verwendet, um natriumhaltige Böden durch das umgekehrte Verdrängungsprinzip zu entsalzen.
• Phosphor(P): Wenn der pH-Wert des Bodens über 7,0 ansteigt, beginnt sich freies oder ungebundenes Ca im Boden zu sammeln. Dieses Ca steht für Wechselwirkungen mit anderen Nährstoffen zur Verfügung. Lösliches P ist ein Anion, d. h. es hat eine negative Ladung. Jegliches freies Ca reagiert mit P und bildet unlösliche (oder sehr schwer lösliche) Ca-P-Verbindungen, die für Pflanzen nicht ohne weiteres verfügbar sind. Da in der Regel viel mehr Ca als P im Boden vorhanden ist, führt diese Wechselwirkung fast immer zu einer geringeren P-Verfügbarkeit.
• Eisen (Fe++) und Aluminium (Al+++): Wenn der pH-Wert eines Bodens sinkt, werden mehr dieser Elemente löslich und verbinden sich mit Ca zu im Wesentlichen unlöslichen Verbindungen.
• Bor(B-): Hohe Calciumwerte im Boden oder in der Pflanze können die Aufnahme und Verwertung von B hemmen. Kalziumsprays und Bodenapplikationen haben sich bewährt, um die Entgiftung von B-Überapplikationen zu unterstützen.

Gleichgewichte und Verhältnisse

Seit vielen Jahren gibt es einige Leute, die behaupten, es gäbe ein “ideales” Verhältnis der drei Hauptnährstoffkationen im Boden (K, Ca und Mg). Dieses Konzept geht wahrscheinlich auf eine Arbeit von Bear aus New Jersey aus dem Jahr 1945 zurück, die einen idealen Boden mit den folgenden Sättigungen an austauschbaren Kationen vorsah: 65 % Ca, 10 % Mg, 5 % K und 20 % H. Die Kationenverhältnisse, die sich aus diesen idealen Konzentrationen ergeben, sind Ca:Mg von 6,5:1, Ca:K von 13:1 und Mg:K von 2:1.

Es ist allgemein anerkannt, dass es einige bevorzugte allgemeine Beziehungen und Gleichgewichte zwischen Bodennährstoffen gibt. Es gibt auch zahlreiche Arbeiten, die darauf hinweisen, dass Überschuss und Mangel an bestimmten Nährstoffen die Aufnahme anderer Nährstoffe beeinflussen (siehe spätere Abschnitte dieses Papiers). Es gibt jedoch keine verlässlichen Forschungsergebnisse, die darauf hindeuten, dass es ein bestimmtes Bodenverhältnis der Nährstoffe gibt.

Im Laufe der Jahre wurde viel über das Konzept des idealen Ca:Mg-Verhältnisses im Boden gesprochen und verkauft. Die meisten Behauptungen über das ideale Verhältnis liegen zwischen 5:1 und 8:1.

Einige der Behauptungen lauten, dass das richtige Ca:Mg-Verhältnis im Boden

• die Bodenstruktur verbessert.
• die Unkrautpopulationen, insbesondere Ackerfuchsschwanz und Quackgras, reduziert und die Futterqualität verbessert.
• Verringerung der Auswaschung anderer Pflanzennährstoffe.
• Generell Verbesserung des Gleichgewichts der meisten Bodennährstoffe.

Nach Dr. Stanley Barber, Purdue Univ., “Es gibt keine wissenschaftliche Rechtfertigung für den zusätzlichen Aufwand, ein bestimmtes Ca:Mg-Verhältnis im Boden zu erhalten. Die Forschung zeigt, dass der Pflanzenertrag oder die Pflanzenqualität in einem weiten Bereich von Ca:Mg-Verhältnissen im Boden nicht nennenswert beeinträchtigt wird.”

Forschungsarbeiten in Wisconsin ergaben, dass die Erträge von Mais und Luzerne durch Ca:Mg-Verhältnisse von 2,28:1 bis 8,44:1 nicht nennenswert beeinträchtigt wurden; in allen Fällen, in denen keiner der beiden Nährstoffe mangelhaft war, wurde das interne Ca:Mg-Verhältnis der Pflanzen in einem relativ engen Bereich gehalten, der den Bedürfnissen der Pflanze entsprach. Diese Ergebnisse werden auch von den meisten anderen Behörden bestätigt. Ein Boden mit den oben genannten Verhältnissen wäre höchstwahrscheinlich fruchtbar. Das bedeutet jedoch nicht, dass ein fruchtbarer Boden diese spezifischen Werte (oder andere) erfordert. Eine angemessene Ernährung der Pflanzen hängt von vielen anderen Faktoren als einem bestimmten Nährstoffverhältnis ab. Es wird sich nur selten lohnen, das Ca:Mg-Verhältnis des Bodens anzupassen.

In späteren Abschnitten dieses Papiers werden Sie Hinweise auf Nährstoffverhältnisse finden. In den meisten Fällen werden jedoch keine spezifischen numerischen Verhältnisse mit diesen Beziehungen verbunden sein. Damit soll zum Ausdruck gebracht werden, dass die Verfügbarkeit des anderen Nährstoffs beeinträchtigt werden könnte, wenn sich die relative Häufigkeit der Nährstoffe erheblich ändert. Dieses Konzept ist viel weniger spezifisch als die Behauptung, dass es einen Wert für ein bestimmtes numerisches Verhältnis gibt.

High Response Crops

Während Ca ein essentielles Element für alle Pflanzen ist, haben sich die folgenden Pflanzen als besonders empfindlich erwiesen.

Äpfel, Brokkoli, Rosenkohl, Kohl, Karotten, Blumenkohl, Sellerie, Kirschen, Zitrusfrüchte, Koniferen, Baumwolle, Kürbisgewächse, Melonen, Weintrauben, Hülsenfrüchte, Kopfsalat, Pfirsiche, Erdnüsse, Birnen, Paprika, Kartoffeln, Tabak und Tomaten.

Mangelsymptome

Kalziummangelsymptome können recht vage sein, da die Situation oft mit einem niedrigen pH-Wert im Boden einhergeht. Sichtbare Mangelsymptome sind bei landwirtschaftlichen Kulturen selten, aber typischerweise entwickelt sich das neue Wachstum nicht richtig. Einjährige Gräser wie z. B. Mais haben deformierte neue Blätter, die sich nicht vom Wirtel abrollen. Die neuen Blätter sind oft chlorotisch. Extrem saure Böden können eine völlig neue Reihe von Symptomen hervorrufen, die oft auf verschiedene Toxizitäten und Mangelerscheinungen zurückzuführen sind. Viele Obst- und Gemüsesorten weisen dramatische Symptome auf, wie z. B. Schwarzfäule bei Sellerie und Brokkoli, Spitzenbrand bei Salat und Kohl, Weißfäule oder Hohlfäule bei Kürbisgewächsen, Blütenendfäule bei Tomaten und Paprika sowie Pops bei Erdnüssen. Bei Baumobst mit Kalziummangel treten vermehrt Probleme bei der Lagerung auf, z. B. Bitterkerne bei Äpfeln, Korkflecken bei Äpfeln und Birnen, Risse bei Kirschen und andere Beeinträchtigungen der Früchte während der Lagerung. Bei allen Kulturen beeinträchtigt ein Mangel oft auch das Wurzelwachstum und führt als Nebeneffekt zu weiteren Symptomen. Bei Nadelbäumen mit Kalziummangel kommt es zu Vergilbung, dann zum Absterben und Abfallen der Nadeln am Neuaustrieb. Der Neuaustrieb kann auch deformiert sein.

Toxizität

Calcium wird in der Praxis nicht als direkt giftig für Pflanzen angesehen. Die meisten Probleme, die durch einen Ca-Überschuss im Boden verursacht werden, sind das Ergebnis sekundärer Effekte eines hohen pH-Werts im Boden. Ein weiteres Problem, das durch einen Ca-Überschuss verursacht wird, kann die verminderte Aufnahme anderer Kationen-Nährstoffe sein. Bevor toxische Werte in der Pflanze erreicht werden, leiden die Pflanzen oft an einem Mangel an anderen Nährstoffen, wie Phosphor, Kalium, Magnesium, Bor, Kupfer, Eisen oder Zink.

Verwendung von Kalzium in einem Fruchtbarkeitsprogramm

Kalziumquellen können eine oder beide Funktionen erfüllen.

• Als Nährstoffquelle
• Als Kalk (CaCO3), um den Säuregehalt des Bodens zu neutralisieren

Kalkprobleme zu beheben ist normalerweise nicht schwierig. Die Kalkung auf den richtigen pH-Wert ist die erste Maßnahme, um die Pflanzen mit Ca zu versorgen. Wenn zusätzliches Ca benötigt wird und der pH-Wert des Bodens bereits korrekt ist, sind neutrale Zusätze wie Gips (CaSO4.7H2O) oder andere Düngemittel erhältlich. Gips kann auch verwendet werden, um einen hohen Salzgehalt des Bodens zu korrigieren. Solche Bedingungen können ein natürlicher Zustand des Bodens sein, das Ergebnis von Salzwasser in der Umgebung von gegenwärtigen oder früheren Ölquellen oder durch die Verwendung von Streusalz im Winter verursacht werden.

Empfohlene Mengen an Kalzium: (Empfehlungen des Bodentests oder der Pflanzenanalyse beachten)
Begrenzungsmaterial	Angebot % Ca*.	Empfehlungsrate
Kalzitischer Kalkstein	32	1.000 bis 15.000lb./A
Dolomitischer Kalkstein	22	1.000 bis 15.000 lb./A
Hydratisierter Kalkstein	46	750 bis 10.000 lb./A
Ausgefällter Kalk	60	500 bis 10.000 lb./A
Hochofenschlacke	29	100 bis 2.000 lb./A
Düngemittel	Anges. % Ca.	Empfohlene Produktmengen
Gips	22	500 bis 1500 lb./A
CaCI2	36	5-8 lb./A Blattwerk
Ca(NO3) 2	19	10-15 lb./A Blattwerk
Ca-Chelate	3-5	0,25-3 gal/A Blattwerk

* Der Kalziumgehalt ist nicht gleich dem Neutralisationswert. Der Neutralisationswert wird durch die kombinierten Mengen an Kalziumkarbonat (CaCO3), Magnesiumkarbonat (MgCO3) und anderen neutralisierenden Bestandteilen im Kalkungsmaterial bestimmt.

Berechnung des Gipsbedarfs

Es gibt verschiedene Zwecke für die Anwendung von Gips, und für jeden gibt es eine spezifische Methode zur Entwicklung einer Empfehlung. Es kann auch mehr als eine legitime Methode geben, um Empfehlungen für jeden Zweck zu geben. Im Folgenden werden einige dieser Methoden vorgestellt.

Gips wird für zwei Hauptzwecke empfohlen. Sie sind

1. zur Beseitigung von überschüssigem Natrium (Na)
2. zum Aufbau des Kalziumgehalts (Ca) im Boden, wenn eine pH-Veränderung nicht erwünscht ist.

Reduzierung von Natrium (Na)

1. Reduzierung von Na auf ein allgemein akzeptables Niveau: Lb. Gips/acre = C.E.C. x (%Na sat. – 5) x 18
2. Reduzierung von Na auf einen bestimmten Sättigungsprozentsatz:
3. Beispiel: Nehmen wir an, der CEC-Wert des Bodens beträgt 20 (meq/100 g) und die Na-Konzentration liegt bei 40 %. Sie wollen die Na-Konzentration auf 10 % senken oder 30 % der Na-Sättigung beseitigen (30 % von 20 meq/100 g = 6 meq austauschbares Na/100 g Boden). Multiplizieren Sie die Milliäquivalente an austauschbarem Na mit 0,85 Tonnen Gips, um die erforderliche Gipsmenge zu erhalten (6 x 0,85 = 5,1 Tonnen Gips/acre). Normalerweise ist handelsüblicher Gips nicht zu 100 % effizient bei der Verdrängung von Na, und einige Behörden schlagen vor, einen Wirkungsgrad von 80 % anzusetzen. Daraus ergibt sich für unser Beispiel folgende Änderung… 5,1 geteilt durch 0,80 = 6,38 Tonnen pro Acre. Wenn Ihr Bewässerungswasser einen Gipsgehalt hat oder Ihr Boden Gips enthält, können Sie diese Mengen von der erforderlichen Gipsausbringungsmenge abziehen.
4. Berechnung des Gipsbedarfs zum Ausgleich von Na im Bewässerungswasser:Der Gipsbedarf kann anhand des Restnatriumcarbonatwerts (RSC) des Bewässerungswassers mit der folgenden Gleichung berechnet werden.
5. RSC x 234 = Pfund Gips, die benötigt werden, um das überschüssige Natrium in 1 acre foot (325.852 Gallonen) Bewässerungswasser auszugleichen

Denken Sie daran, dass Gips allein ein Problem mit hohem Natriumgehalt nicht löst, Sie müssen ausreichend Bewässerungswasser verwenden, um das verdrängte Natrium aus der Wurzelzone auszulaugen.

Erhöhung der Calcium (Ca)-Sättigung des Bodens

Lb. Gips/acre = C.E.C. x (gewünschter %Ca sat. – vorhandener %Ca sat) x 18