Wirkung von Salz auf Pflanzen. Analyse am Beispiel Basilikum

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Die Versuchspflanze Basilikum

3. Pflanzen und ihre Nährstoffe

4. Kochsalz (Natriumchlorid)
4.1 Gewinnung
4.2 Eigenschaften
4.3 Verwendung

5. Osmose
5.1 Prinzip der Osmose
5.2 Osmose bei Pflanzen

6. Experiment: Wirkung von Salz
6.1 Versuch
6.1.1 Versuchsbedingungen
6.1.2 Versuchshypothese
6.1.3 Versuchsmaterial
6.1.4 Versuchsaufbau
6.1.5 Versuchsdurchführung
6.2 Beobachtungen
6.2.1 Tag 1-
6.2.2 Tag 4-
6.2.3 Tag 7-
6.3 Auswertung

7. Fazit

8. Literaturverzeichnis

9. Bildverweise

10. Anhang

1. Einleitung

Salz kennt heutzutage jeder, sei es als Gewürz im Essen oder als Auftausalz (umgangssprachlich Streusalz genannt) im Straßenverkehr. Aber wie wirkt es eigentlich auf Pflanzen in Verbindung mit Wasser?

Mit dieser Frage habe ich mich in meiner Facharbeit am Beispiel von Basilikum auseinandergesetzt und werde zeigen, ob und wie schädlich es für den Organismus der Pflanze ist. Ich habe mich für dieses Thema entschieden, da ich es interessant finde zu sehen, wie die Pflanze darauf reagiert. Ich stelle mir die Frage, wie sie sich unter dem Einfluss von Salz gegenüber einer Vergleichspflanze verhält.

Zum Zweck des Experimentes habe ich eine Box gebaut, die mit Alufolie ausgekleidet ist, sodass das Licht einer 50-Watt-LED-Pflanzenlampe optimal reflektiert wird und die zuvor gekauften Sträucher Basilikum unter perfekten Bedingungen wachsen können. Diese werden in drei Töpfe gepflanzt, wovon zwei mit einer Kochsalzlösung gegossen werden. Der Salzgehalt dieses Gießwassers wird je Topf unterschiedlich sein. Der dritte Topf wird mit normalem Leitungswasser bewässert, sodass dieser Strauch als Referenzprobe dient. Ich habe mich bewusst gegen ein Wachsen draußen entschieden, da es momentan Winter ist und deshalb keine optimalen Bedingungen herrschen.

Zu Beginn wird die Versuchspflanze Basilikum vorgestellt. Im Anschluss folgt eine Erklärung der Nährstoffe und eine Beschreibung der Nährstoffaufnahme von Pflanzen im Allgemeinen. Daraufhin wird das Salz, so wie wir es kennen erläutert, woher es kommt, was es für Eigenschaften hat und wofür man es benötigt. Im darauffolgenden Kapitel wird der Prozess der Osmose erklärt und dargestellt, warum er so wichtig bei diesem Experiment ist. Im Anschluss daran wird der komplette Versuch dargestellt und es werden die Beobachtungen offengelegt.¹ Die vorliegende Facharbeit endet mit einem Fazit.²

2. Die Versuchspflanze Basilikum

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Abb. 1: Basilikumpflanzen

Basilikum (Ocimum basilicum) ist eine stammt aus Indien, ihr genauer Ursprung ist jedoch nicht bekannt.³ Bereits im 12. Jahrhundert gelangte sie nach Mitteleuropa. Basilikum ist eine einjährige, buschig wachsende Pflanze, welche bis zu 50 cm groß werden kann. Sie „ist besonders licht-und wärmebedürftig“ und scheut Temperaturen unter 10 °C.⁴ Ihre Blüten sind ährenartig. Bei herkömm­licher Nutzung kommen sie jedoch fast nie zum Vorschein, da kurz vor der Blüte die beste Zeit zum Ernten ist.⁵

Es gibt viele Arten von Basilikum, welche sich meist an den Blättern unterscheiden. An deren Form, Größe und Farbe kann man sie voneinander trennen.⁶ Wir nutzen hauptsächlich die Standardsorte, nämlich das großblättrige Basilikum, sowie dasThaibasilikum, Zimtbasilikum, Zitronenbasilikum und das griechische Basilikum.⁷ Durch den süß-würzigen Geschmack verleiht es vielen Gerichten ein besonderes Aroma und kann sogar als Pfefferersatz verwendet werden. Bei vielen italienischen Gerichten ist Basilikum somit ein essenzieller Bestandteil.⁸

3. Pflanzen und ihre Nährstoffe

Bevor man über die Aufnahme der Nährstoffe an sich spricht, ist es sinnvoll zunächst die essenziellen Mineralnährstoffe einer Pflanze aufzuführen. Eine Pflanze benötigt Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, den sie aus der Luft und dem Nährboden bezieht.⁹ Zudem dienen ihr 16 essenzielle Mineralstoffe zum Wachsen und Gedeihen, die sich in Makro- und Mikronährstoffe unter­teilen. Die Makronährstoffe, welche die Pflanze aus dem Boden aufnimmt, sind Stickstoff, Phosphor, Kalium, Calcium, Magnesium und Schwefel.¹⁰ Kalium reguliert die Transportvorgänge innerhalb der Pflanze und auch die Osmose,¹¹ welche ein wichtiger Bestandteil meines Experimentes ist. Die Mikronährstoffe, auch Spurenelemente¹² genannt, sind Chlor, Eisen, Mangan, Natrium, Kobalt, Nickel, Kupfer, Zink, Molybdän und Bor.¹³ Wie man sieht, ist Natriumchlorid nicht mit aufgeführt und somit kein Stoff, den die Pflanze zum Leben benötigt. Wie sie auf diesen zusätzlichen Mineralstoff reagieren wird, zeigt sich im Experiment.

Das wichtigste, das eine Pflanze zum Wachsen benötigt, sind Licht, Wärme und Luft. „Licht ist die Seele des Pflanzenlebens“.¹⁴ Durch Licht kann die Pflanze zusammen mit dem Chlorophyll, dem Blattgrün der Pflanze, Photosynthese betreiben und lebenswichtigen Traubenzucker herstellen. Dies geschieht durch die Aufnahme von Kohlendioxid mit mikroskopisch kleinen Spaltöffnungen auf den Blättern.¹⁵ Nun wird das Kohlendioxid durch die Lichtenergie mithilfe des Wassers und der Nährelemente, welche durch die Wurzeln herbeigeschafft wurden, in eine organische Substanz, nämlich zu Traubenzucker umgewandelt.¹⁶ Dabei wird reiner Sauerstoff durch die Spaltöffnungen ausgeschieden. Pflanzen reinigen somit die Luft, indem sie das Treibhausgas Kohlendioxid inden für uns wichtigen Sauerstoff umwandeln.

Aber wie nehmen Pflanzen die wichtigen Nährstoffe nun auf? Zum größten Teil in mineralischer Form über die Wurzeln aus der Bodenlösung. Dabei liegen die Nährstoffe als Ionen vor.¹⁷ Die Pflanze wächst in Richtung der Nährstoffe, was zur Folge hat, dass sie mit der Zeit immer mehr Wurzelmasse entwickelt. Sind Nährstoffe gelöst in Wasser in der Nähe der Wurzeln, werden sie durch eine Art Strömung in die Wasserleitungen der Pflanze gesogen. Diesen Vorgang nennt man Massenfluss.¹⁸

Ein weiterer Prozess bei der Aufnahme ist die Diffusion. Dabei entsteht ein Konzentrationsgefälle an der Wurzeloberfläche durch den Entzug und den daraus resultierenden Mangel an Ionen in der Bodenlösung. Es diffundieren immer mehr Ionen in die Wurzeln.¹⁹ Dort angekommen werden sie durch die Leitgefäße zum Spross transportiert und bringen die Energie, die die Pflanze zum Wachsen benötigt.²⁰ Diese Informationen sind wichtig für das Verständnis des Experimentes.

4. Kochsalz (Natriumchlorid)

Kapitel 4 befasst sich mit dem Kochsalz, seinem Verwendungszweck und seinen Eigenschaften. Im Hinblick auf den bevorstehenden Versuch müssen auch Kenntnisse über den Stoff Salz, der Hauptbestandteil sein wird, vorhanden sein.

4.1 Gewinnung

Natriumchlorid, umgangssprachlich als Kochsalz bezeichnet, hat viele Ur­sprünge. Gelöst in Meerwasser wird es Meersalz genannt, in Bergen und unter der Erde Steinsalz.²¹ Auch in ausgetrockneten Salzseen findet man eine weiße Schicht auf dem Boden, da das Natriumchlorid erst bei 1413 °C siedet und Wasser bereits bei 100 °C. Meersalz wird heutzutage in Salinen²² gewonnen, Steinsalz meist per Hand oder von Maschinen im Bergwerk abgebaut. Um es von dem Gestein zu trennen, löst man es mit Wasser heraus und dampft danach die sogenannte Sole²³ ein, man extrahiert.²⁴

4.2 Eigenschaften

Natriumchlorid (NaCl) besteht aus farblosen, kubischen Kristallen, die bei 801 °C beginnen flüssig zu werden und bei 1413 °C verdampfen. Es ist ein Produkt der Reaktion von Säure und Base. Natriumchlorid entsteht mit Wasser somit durch Neutralisation von Natriumhydroxid und Chlorwasserstoff (NaOH + HCl NaCl + H2O)²⁵. Bei dieser stark exothermen Reaktion wird viel Wärme freigesetzt. „Die Löslichkeit in Wasser ist nahezu temperaturunabhängig; bei 20 °C lösen sich in 100 g Wasser 35,8 g NaCl“.²⁶ In Wasser gelöst hat Natriumchlorid stets einen pH-Wert von 7.²⁷ Aufgrund der Dissoziation²⁸ von Natriumchlorid leitet es in Wasser gelöst in den Ionen Strom, kristallines reines Natriumchlorid jedoch nicht.

4.3 Verwendung

Natriumchlorid spielt bei der menschlichen Ernährung eine große Rolle. Es wird zum Würzen genutzt, kommt aber auch als Medizin zum Einsatz. Andererseits ist Salz oft ein Grund für Bluthochdruck, den man durch Verringerung des Salzkonsums reduzieren kann.²⁹ In Bezug auf Pflanzen kommt einem Streusalz direkt in den Sinn. Viele Pflanzen, die am Straßenrand wachsen, sind jedes Jahr den immensen Streusalzmengen ausgeliefert, welche zur Sicherheit der Fahrzeuge und Fußgänger ausgestreut werden. Allein „in den letzten zehn Jahren wurden in Deutschland im Mittel jährlich etwa 1,5 Millionen Tonnen Streusalz gestreut“.³⁰ Rechnet man dies um auf das Straßennetz Deutschlands, das um die 830.000 Kilometer umfasst³¹, so kommt man auf 1,8 Tonnen pro Kilometer jedes Jahr. Letztendlich landet dies abseits der Straße und wird somit von den Pflanzen, die neben den Straßen wachsen, aufgenommen.

5. Osmose

5.1 Prinzip der Osmose

Das Erklären des Prozesses der Osmose dient dem maßgeblichen Verständnis, wie Salz im Gießwasser auf die Pflanzen wirkt und wie dieses wichtige Schlüsselereignis abläuft. Osmose ist eine besondere Form der Diffusion.³² Sie ist für die Volumen- und Wasserregulation der Zellen und Organismen zuständig.³³ Ein Lösungsmittel diffundiert durch eine semipermeable (halb­durchlässige) Membran, um einen Konzentrationsausgleich zu schaffen (s. Abb. 2).³⁴ Semipermeabel bedeutet, dass die Membran, welche die beiden Lösungen trennt, für eine Komponente einer Lösung permeabel, also durchlässig ist, für die andere Komponente hingegen nicht: Dort ist sie impermeabel und somit undurchlässig.³⁵

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Abb. 2: Osmose am Beispiel einer Salzlösung

Der osmotische Prozess „dauert so lange an, bis der im Inneren der konzentrierteren Lösung entstandene Druck bewirkt, daß nun pro Zeiteinheit gleich viele [Moleküle des Lösungsmittels] in beiden Richtungen durch die Membran wandern.“³⁶ Diesen speziellen Druck nennt man „osmotischen Druck“.³⁷

Im Beispiel (s. Abb. 2) strömt das Wasser durch die Membran, bis der Wasserdruck auf der Seite mit dem Salzwasser identisch mit dem osmotischen Druck ist und daher kein neues reines Wasser zum weiteren Verdünnen in die Salzlösung kommen kann. Die Membran ist hier also für die Wassermoleküle permeabel und für die Natrium- und Chloridionen impermeabel. Dies ist ein typisches Phänomen bei der Osmose. Für das Lösungsmittel ist die Membran somit durchlässig und für die gelösten Stoffe undurchlässig.³⁸ „Theoretisch kommt es lediglich auf die Unterscheidung zwischen permeablen Molekülen und impermeablen Molekülen an.“³⁹ Dies bedeutet, dass es bei osmotischen Vorgängen nicht relevant ist, ob es sich um die gelöste Substanz oder das Lösungsmittel handelt. Man unterscheidet nur, ob die Moleküle durch die Membran gelassen werden oder nicht. Will man die permeablen Moleküle zurück auf die andere Seite bekommen, nutzt man die Umkehrosmose, auch Antiosmose genannt. Dabei erhöht man den Druck auf die Lösung und das Lösungsmittel wird zurück durch die semipermeable Membran gepresst.⁴⁰

Spezielle Anlagen nutzen dieses Verfahren, um große Mengen an Wasser wie zum Beispiel Seen zu entsalzen. Nach diesem Vorgang ist das Wasser zu nahezu 100 Prozent rein, da die Membran wie eine Art Filter fungiert und Unreinheiten wie Salze oder andere Fremdstoffe nicht durch die Poren der Membran gelangen. Daher nutzt man dieses Prinzip häufig zur Trinkwasseraufbereitung.

Aber was hat der osmotische Prozess mit Pflanzen zu tun? Warum ist es wichtig zu wissen, welche Bedeutung die Osmose für mein Experiment hat?

[...]

¹ Vgl. LWG, 2020, S. 1

² Ebd.

³ Vgl. Katzer, 2012

⁴ LWG, 2020, S. 1

⁵ Vgl. Katzer, 2012

⁶ Vgl. LWG, 2020, S. 2

⁷ Vgl. Vetter, 2010

⁸ Vgl. LWG, 2020, S. 2

⁹ Vgl. Finkemeier, 2016, S. 5

¹⁰ Ebd.

¹¹ Vgl. Finkemeier, 2016,S.6

¹² chemisches Element, das nur in geringer Konzentration vorkommt

¹³ Vgl. Finkemeier, 2016,S.5

¹⁴ Schubert / Herwig, 1974, S. 49Z.10

¹⁵ Vgl. Schubert / Herwig, 1974, S. 49

¹⁶ Vgl. Schubert / Herwig, 1974, S. 49 f.

¹⁷ Vgl. Frangenberg/Kullmann/Trott, 2013, S. 18

¹⁸ Ebd.

¹⁹ Vgl. Frangenberg/Kullmann/Trott, 2013, S. 18-19

²⁰ Ebd. S. 19

²¹ Klinger, 2020

²² Anlage zur Gewinnung von Salz durch Verdunstung von Salzwasser

²³ konzentriertes Salzwasser

²⁴ Vgl. Christen, 1971, S. 14

²⁵ Vgl. Kratochwill, 2015, S. 1

²⁶ Spektrum, 1998, S. 1 Z. 2

²⁷ Kratochwill, 2015, S. 1

²⁸ Vorgang der Teilung einer chemischen Verbindung

²⁹ Vgl. Nestle, o. D., S. 3

³⁰ Umwelt Bundesamt, 2020

³¹ Bundesministerium für Verkehr und digitale Infrastruktur, 2021

³² Vgl. Stick, 2004, S. 1

³³ Ebd.

³⁴ Vgl. Christen, 1971, S. 133

³⁵ Vgl. Stick, 2004, S. 2

³⁶ Christen, 1971, S.133 Z. 19-21

³⁷ Ebd.

³⁸ Vgl. Stick, 2004, S. 2

³⁹ Stick, 2004, S. 2 Z. 24-25

⁴⁰ Vgl. Stick, 2004, S. 10