Die Wirkung von Düngemitteln auf Kressepflanzen

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Versuch
2.1 Versuchsbedingungen
2.2 Versuchsmaterial
2.3 Versuchsaufbau
2.4 Versuchsdurchführung
2.5 Versuchshypothese

3. Beobachtungen
3.1 Beobachtungen am Tag der Aussaat (1. Tag)
3.2 Beobachtungen am 5. Tag
3.3 Beobachtungen am 10. Tag
3.4 Beobachtungen am 14. (letzten) Tag

4. Auswertung
4.1 Grundlagen der pflanzlichen Nährstoffaufnahme
4.2 Auswertung der Referenzprobe
4.3 Auswertung der Rindenmulchprobe
4.4 Auswertung der Blaukornprobe

5. Folgen von Düngemitteln für unsere Welt
5.1 Vorteile von organischem Dünger
5.2 Nachteile von organischem Dünger
5.3 Vorteile von mineralischem Dünger
5.4 Nachteile von mineralischem Dünger

6. Schluss

7. Literaturverzeichnis

Textquellen (Bücher)

Textquellen (Internet)

Bildquellen

Anhang

1. Einleitung

Welches Düngemittel wirkt am besten, wie wirken Düngemittel überhaupt und sind sie nicht vielleicht sogar eigentlich schädlich für die Umwelt oder die Pflanzen an sich? Dies sind nur drei der Fragen, die ich mir vor Beginn meiner Facharbeit gestellt habe und die ich nun anhand meiner empirischen Arbeit zu beantworten hoffe. Das Interesse für dieses Thema rührt daher, dass ich bereits vor längerer Zeit einen Artikel in einem Online-Magazin gelesen hatte, der davon handelte, dass den meisten Kräutern Düngemittel schaden. Nun sollte man nicht alles, was man hört oder liest, glauben, weswegen ich diese ungewöhnliche Behauptung überprüfen wollte. Dabei stand für mich allerdings fest, dass die Ansicht des Artikelverfassers unmöglich richtig sein konnte und es ging mir ursprünglich darum, diese These zu widerlegen. Immerhin verwenden die Menschen Dünger bereits seit über fünftausend Jahren zur Verbesserung des Pflanzenwachstums. Wieso sollte also diese Errungenschaft der Menschheit bei Kräuterpflanzen nutzlos sein?

Um Antworten zu erlangen, habe ich zuerst einen Versuch ausgearbeitet, der sowohl einen Vergleich darstellen als auch die gewöhnlichen Wirkungsweisen der beiden am öftesten verwendeten Düngemittelkategorien aufzeigen soll. Im Folgenden werde ich diesen Versuch zunächst beschreiben und meine Hypothesen und Beobachtungen nennen. Darauf wird eine Erläuterung der beobachteten Vorgänge auf molekularer und ökologischer Ebene folgen, aus welcher auch eine Überprüfung der Hypothese hervorgehen wird.

Im Schluss meiner Facharbeit ist abschließend auch eine Evaluation enthalten, aus welcher die konkrete Antwort auf meine Ausgangsfragestellungen hervorgeht. Im Mittelteil gehe ich dagegen unter anderem auch auf die Grundlagen des Pflanzenwachstums und die zu erwartende Wirkung an Pflanzen ein, die nicht zur Gattung der Kräuter gehören.

Düngemittel werden grob in zwei Kategorien unterteilt. Auf der einen Seite gibt es die Dünger auf Stickstoffbasis (mineralische Dünger), welche das Pflanzenwachstum von innen heraus fördern. Auf der anderen Seite stehen jene Düngemittel, die nicht auf Stickstoff basieren (organische Dünger), solche wie Rindenmulch, die das Pflanzenwachstum eher von außen beeinflussen. Im folgenden Versuch wird je ein Dünger jeder Kategorie stellvertretend für alle dieser Kategorie verwendet, um den Versuchsaufbau so einfach wie möglich zu halten, da andernfalls zu viele unabhängige Variablen ein klares Ergebnis aufgrund der eingeschränkten Messgenauigkeit, erzeugt durch die begrenzten mir zur Verfügung stehenden Mittel außerhalb eines professionellen Labors, verhindern würden.

2. Versuch

2.1 Versuchsbedingungen

Der folgende Versuch soll zeigen, wie Stickstoff- beziehungsweise Nichtstickstoffdünger unter „Standardversuchsbedingungen“¹ auf Kressepflanzen wirken. In der Biologie verwendet man üblicherweise die ATPS-Bedingungen („ambient temperature, pressure, saturated“), unter welchen gilt: T = Zimmertemperatur, p = Luftdruck und p(H2O) = Wasserdampfsättigung.

Diese Abweichung von den in der Chemie verwendeten Standardbedingungen ist aus zwei Gründen notwendig. Zum einen wäre die bei diesen Bedingungen vorgesehene Temperatur von 273, 15 K, also 0 °C, unvorteilhaft für einen Versuch, bei dem das Wachstumsverhalten von Kresse untersucht werden soll, da Kresse bei einer so niedrigen Temperatur nicht gedeihen kann. Zum anderen ist es mir mangels Kühlkammer oder Ähnlichem auch nicht möglich, eine Umgebung mit einer konstanten Temperatur von 0 °C zu schaffen.

2.2 Versuchsmaterial

Abb. 1: verwendete Kressesamen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Zur Durchführung benötigt man drei gleichgroße Blumenübertöpfe (Volumen ca. 572 Kubikzentimeter bei einem Zylinder mit r=4.5 cm und h=9 cm), einen dünnen Holzstab, Sand als nährstoffarmen bzw. nährstofffreien Boden (ca. 269 Kubikzentimeter pro Topf), drei Untertöpfe aus Plastik mit einem Fassungsvermögen von etwas mehr als 269 Kubikzentimetern (Zylinder mit r= 3.5 cm und h=7 cm), Blaukorn als (mineralischen) Stickstoffdünger², Rindenmulch als organisches Düngemittel, 10 ml Leitungswasser pro Tag für jeden Topf und 60 Samen (20 pro Topf) der Gartenkresse (Lepidium sativum³ ) (siehe Abb. 1). Die genauen Zahlenangaben sind im späteren Verlauf wichtig.⁴

2.3 Versuchsaufbau

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Versuchsaufbauskizze vom 26.2.13: Die Blumentöpfe mit den Kressesamen stehen auf einer Fensterbank, um optimale Lichteinstrahlung zu garantieren.

2.4 Versuchsdurchführung

Als erstes stellt man je einen Untertopf aus Plastik in einen Übertopf. Danach füllt man jene fast bis zum Rand mit Sand (ca. 269 Kubikzentimeter pro Topf), welchen man zuvor beispielsweise einem Sandkasten entnommen hat. In den Sand eines jeden Topfes werden mit einem dünnen Holzstab 20 drei Zentimeter tiefe Löcher gebohrt. Pro Loch wird ein Samen eingepflanzt, sodass in jedem Topf 20 Samen und somit 20 potentielle Kressepflanzen enthalten sind. Die drei Töpfe platziert man nun an einem Fenster in einem Raum mit „normaler“ Raumtemperatur (um die 21 °C).

Jeder Topf erhält von diesem Zeitpunkt an jedem Tag um die gleiche Uhrzeit eine Flüssigkeitszufuhr von 10 ml Leitungswasser. Das Experiment hat eine Gesamtdauer von vierzehn Tagen.⁵ Während der Zeit, in der die Pflanzen wachsen, achtet man auf das Fortschreiten des Wachstums und dokumentiert wichtige Phasen (ca. alle 4-5 Tage). Sobald die Pflanzen die ausreichende Höhe von ungefähr fünf Zentimetern erreicht haben, werden die Düngemittel eingesetzt. Diese Höhe ist notwendig, da einerseits der Rindenmulch den Pflanzen das Erreichen der Oberfläche erschweren würde, solange diese noch nicht durchdrungen wurde und andererseits der Samen zu Beginn des Wachstumsprozesses so viele Nährstoffe enthält, dass ohnehin so gut wie keine aus der Umgebung aufgenommen werden. Der Rindenmulch, der in Leverkusen gesammelt wurde, muss vor seinem Einsatz in kleinere Stücke zerteilt werden, um besser in den für ihn vorgesehenen Blumentopf zu passen. Er wird über die Sandoberfläche verteilt, ohne dass die Pflanzen von ihm niedergedrückt werden.

Zu den Pflanzen des zweiten Blumentopfs werden fünf Gramm Blaukorn aus einem herkömmlichen Gartenfachhandel hinzugefügt. Diese Menge habe ich festgelegt, da sie die kleinstmögliche war, die ich abwiegen konnte und ich nur mit genauen Mengenangaben arbeiten will. Korrekt wäre gewesen, die auf der Verpackung des Düngers für einen Quadratmeter angegebene Menge durch zehntausend zu teilen und das Ergebnis mit 38 zu multiplizieren, um die exakt richtige Menge für eine Bodenoberfläche von 38 Quadratzentimetern zu erhalten. Die 38 Quadratzentimeter ergeben sich aus der Berechnung der Grundfläche der zylindrigen Plastikuntertöpfe (r=3.5) mit Hilfe der Kreisflächenberechnungs-Formel π*r2. Das Ergebnis dieser Rechnung liegt allerdings nur bei einigen Milligramm.

Die Referenzprobe wird unverändert gelassen.

Beobachtungen aller Art werden durch Fotos oder Notizen festgehalten.

2.5 Versuchshypothese

Wie bereits zuvor erwähnt, entspricht es nur der Logik, wenn die Düngemittel auf die Pflanzen eine positive Wirkung haben. Rindenmulch soll aber vor allem vor Schädigungen durch Unkraut oder Bodenaustrocknung schützen⁶, weswegen seine Wirkung bei Zimmerpflanzen nicht besonders stark sein dürfte. Stickstoffdünger erhöht das Angebot an Stickstoff, einem Hauptnähstoff der Pflanzen, in der Umgebung der Pflanzen. Die Referenzprobe erhält keine zusätzlichen Wachstumshilfen, weswegen sie in der auf der Packung angegeben Zeit die auf der Packung angegebene Höhe erreichen müsste. Die Pflanzen im Topf mit Rindenmulch müssten ein ähnliches Verhalten zeigen und eventuell etwas schneller wachsen oder etwas größer werden. Die Kresse aus dem Topf mit Stickstoffdüngemittel müsste allein nach den Prinzipien der von mir angewandten Logik am schnellsten wachsen und könnte auch größer werden, als auf der Verpackung angegeben. Im Normalfall führt Düngen allerdings nicht zu Übergröße von Pflanzen, sondern die Pflanzen reagieren „auf die Zufuhr von Nährstoffen mit einem raschen Wachstum“.⁷ Daraus ergibt sich die Erwartung, dass vor Ablauf der 14-tägigen Wachstumsfrist die mit Blaukorn gedüngten Pflanzen am größten sein werden. Möglicherweise sind während dieser Phase die mit Rindenmulch gedüngten etwas größer als die Referenzpflanzen, jedoch sollte der Unterschied minimal sein.

3. Beobachtungen

Es folgen nun die reinen Beobachtungen, die ich während der Versuchszeit gemacht habe, ohne Ansätze der Auswertung. Gegliedert sind die Beobachtungen nach Tagen, beginnend mit dem Tag der Aussaat als Tag eins. Alle Belegfotos befinden sich im Anhang unter „digitalem Material - Fotos“.

3.1 Beobachtungen am Tag der Aussaat (1. Tag)

Nachdem die Aussaat erfolgt ist, lässt sich zunächst nichts Auffälliges beobachten. Aber schon nach ungefähr sieben Stunden sind kleine weiße Keime zu sehen (vgl. Bilder 1-3).

3.2 Beobachtungen am 5. Tag

Bis zu diesem Tag liegt bei allen drei Proben ein gleichmäßiges Pflanzenwachstum vor. Eine Höhe von 5 cm ist erreicht, weswegen um 15.00 Uhr der Düngemitteleinsatz erfolgt. Zu diesem Zeitpunkt sehen noch alle Pflanzen gesund aus, die Farbe ist ein kräftiges grün, die Blätter sind rund und die Stängel gerade (vgl. Bilder 4-7). Auch zwei Stunden später sehen die Kressepflanzen mit Rindenmulch und die Pflanzen ohne Dünger unverändert aus (vgl. Bilder 8+10). Dagegen liegen die Pflanzen, die mit Blaukorn gedüngt wurden, nach besagten zwei Stunden in sich zusammengefallen am Boden (vgl. Bild 9).

3.3 Beobachtungen am 10. Tag

Circa drei Viertel der Versuchszeit sind vorüber und sowohl die Rindenmulch-Pflanzen als auch die Referenz-Pflanzen haben eine Größe von 8 cm erreicht (vgl. Bilder 11+12). Sie sehen nach wie vor gesund aus. Anders die Blaukorn-Pflanzen. Diese liegen seit fünf Tagen am Boden, wobei ihre Farbe immer weiter von dunkelgrün auf hellgrün umschlägt und sich an den Blättern braune Stellen zeigen (vgl. Bild 13).

3.4 Beobachtungen am 14. (letzten) Tag

Am letzten Tag des Versuchs sind die Pflanzen, die mit Rindenmulch gedüngt wurden, 13 cm groß. Die Pflanzen der Referenzprobe sind 11 cm groß geworden (vgl. Bilder 14+15). Alle Pflanzen des Blaukorntopfes sind derweil gänzlich eingegangen und die bräunliche Färbung hat sich weiter an den Blättern ausgebreitet (vgl. Bild 16).

Die Gewichtszunahme konnte bei den Beobachtungen nicht berücksichtigt werden, da der Gewichtsunterschied, den die Kressepflanzen in den Keramiktöpfen machen, zu gering ist, als dass er mit einer herkömmlichen Küchenwaage ermittelt werden könnte.

4. Auswertung

4.1 Grundlagen der pflanzlichen Nährstoffaufnahme

„The root system is in exchange with the soil or substrate in which the plant grows. (…) The typical functions of the roots are uptake of mineral nutrients and water. These substances must be absorbed by the root cells and distributed to the different tissues of the root and, in part, they have to be transported eventually to the shoot.“⁸

In diesen Sätzen bringen die Autoren in Kurzfassung auf den Punkt, wie das Wachstum einer einer Pflanze ohne Besonderheiten jeglicher Art funktioniert: Die Wurzeln stehen im Austausch mit dem Boden, auf welchem die betreffende Pflanze wächst. Sie nehmen Nährstoffe und Wasser aus dem Boden in ihre Zellen auf, von wo aus diese dann in andere Bereiche des Sprosses transportiert werden, in denen sie benötigt werden.

Es ist allgemein bekannt, dass Pflanzen ihre Energie durch Photosynthese aus Licht beziehen, bei welcher Lichtenergie in chemische Energie in Form des Universalenergieträgers ATP (Adenosintriphosphat) umgewandelt wird. Zusätzlich benötigt eine Pflanze aber auch Nährstoffe und Wasser, um richtig zu wachsen. Da der Versuchsaufbau so konzipiert ist, dass der Aspekt der Nährstoffaufnahme im Besonderen untersucht werden soll, wird bei der Beobachtung, wie auch bei der Auswertung, die Wuchsrichtung der Pflanzen zum Licht hin (vgl. Bilder 14+15) außer Acht gelassen, da diese nicht in direktem Zusammenhang mit der Düngemittelwirkung steht.

Der für eine Pflanze wichtigste Nährstoff ist Stickstoff. Obwohl er in unserer Atmosphäre zur Genüge enthalten ist, kann er von fast allen Pflanzen (Ausnahmen sind die, die in Symbiose mit Bakterien, die zur Stickstofffixierung fähig sind, leben) nur als Salzverbindung über die Wurzeln aufgenommen werden, entweder als Nitrat- oder Ammoniumverbindung. In der Pflanze wird der Stickstoff zur Synthese von Aminosäuren und damit Proteinen und als Bestandteil der Desoxyribonukleinsäure des Chlorophylls⁹ benötigt und verwendet. Dieser Sachverhalt liegt der gesamten Versuchsauswertung zu Grunde.

[...]

¹ http://de.wikipedia.org/wiki/Standardbedingungen, Zugriff: 24.1.13/ 19.24 Uhr

² 14% Gesamtstickstoff (6% Nitratstickstoff, 8% Ammoniumstickstoff)

³ von Heintze: 2006,

⁴ Obwohl die Versuchsskizze nach Beendigung des Versuchs angefertigt wurde, enthält sie keinerlei Auskunft über die tatsächliche Größe oder das Aussehen der Pflanzen zu einem bestimmten Zeitpunkt der Versuchsdurchführung. Sie soll lediglich der Verbesserung des Verständnisses der generellen Anordnung der Versuchsmaterialien dienen.

⁵ 14 Tage sind auf der Verpackung der Kresse als Wachstumsdauer angegeben (siehe Anhang „pflanzliches Material“)

⁶ Vgl. www.moda-hum.de/rindensubstrate/rindenmulch Zugriff: 27.1.13/ 15.50 Uhr

⁷ Scheffer/Schachtschabel: 2010,

⁸ Lüttge/Higinbotham: 1979, Seite 1-2

⁹ vgl. Adam/Eliyazici: https://en.fh-muenster.de/fb1/downloads/personal/juestel/juestel/Stickstofffixierung_in_Pflanzen_AbduselamAdam-MuhammedEliazici_.pdf, Zugriff: 2.2.13/ 13.46 Uhr