DE1592762C3 - Verfahren zur Verbesserung der Assimilierbarkeit von Phosphor durch Pflanzen - Google Patents

Description

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Assimilierbarkeit des dem Erdreich in Form von Phosphatdüngemitteln zugeführten Phosphors durch Pflanzen mit Hilfe organischer Verbindungen.

Es ist bekannt, daß nur ein geringer Prozentsatz des Phosphors, der durch das Düngemittel in den Boden gebracht wird, von den Pflanzen aufgenommen wird, zumal die im Erdreich vorhandenen Eisen-, Aluminium- und Calcium-Ionen die Phosphate, die in löslicher Form vorliegen, unlöslich machen. Eine bessere Verwertung des in den Boden gebrachten Phosphors durch die Pflanzen ist, abgesehen vom wirtschaftlichen Standpunkt, schon deswegen erwünscht, um qualitativ und quantitativ bessere Ernten zu erzielen.

Aus der US-PS 3 082 076 ist die Verwendung eines o-Diphenols zusammen mit Phosphatdüngemitteln bekannt. Es zeigte sich jedoch, daß o-Diphenole den großen Nachteil aufweisen, daß sie sich zersetzen, bevor sie ihre volle Wirksamkeit im Erdreich entfalten.

Dies trifft auch für die aus der US-PS 3 082 075 bekannten chelatbildenden Verbindungen zu. Diese weisen überdies, ebenso wie die aus der US-PS 3 114 625 bekannten, den Nachteil auf, daß sie auf Grund ihres relativ hohen Molekulargewichtes ein verhältnismäßig geringes spezifisches Metallbindungsvermögen (ausgedrückt in g CaCO₃/g Substanz) aufweisen.

Aus der US-PS 3 029 140 ist bekannt, Phosphor direkt in Form einer speziellen Phosphorverbindung zu verabreichen.

Die CA-PS 584 959 betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Struktur von Böden, bei dem auf diese bestimmte wasserlösliche Polysaccharidester von mehrbasischen Säuren aufgebracht werden. Die dieser Patentschrift zugrunde liegende Aufgabe und die Mittel zu deren Lösung sind von denjenigen vorliegender Erfindung völlig verschieden. Gleiches gilt auch für das Verfahren zur Herstellung stabiler flüssiger Düngemittel gemäß der US-PS 3 183 073 aus Phosphorsäure und Kohlehydraten, wie Saccharose, Maltose, Lactose oder Glucose, sowie bezüglich der US-PS 3 150 160, aus der die Verwendung von Eisenchelaten von Cyclopentyl- und -hexyl-triamino-pentaessigsäuren als Mittel gegen Eisenchlorose bei Nutzpflanzen bekannt wurde, und der US-PS 3 131 048, aus der die Verwendung von gegebenenfalls mit organischen Stickstoffverbindungen gepufferten Chelaten von als Spurenelemente für Pflanzen wesentlichen Metallen mit einer Vielzahl von aliphatischen und aromatischen

ίο a-Hydroxy-mono- und polycarbonsäuren, um den Pflanzen diese Spurenelemente zuzufügen, bekannt wurde.

Zusammenfassend ergibt sich, daß die Funktion der organischen Verbindungen bei den bekannten Verfahren sehr verschieden von der Wirkungsweise der speziellen, beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten ausgewählten Verbindungsklasse ist, deren Verwendung zur Verbesserung der Assimilierba: keit des Phosphors durch Pflanzen, in Anbetracht der Vielzahl von Chelatbildnern, von denen nur wenige hierfür geeignet sind, nicht nahegelegt wurde.

Gegenstand vorliegender Erfindung ist nun ein Verfahren zur Verbesserung der Assimilierbarkeit des dem Erdreich in Form von Phosphatdüngemitteln zugeführten Phosphors durch Pflanzen mit Hilfe organischer Verbindungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als organische Verbindungen Tartronsäure, Methyltartronsäure, Äthyltartronsäure, Propyl- oder Isopropyltartronsäure, Butyl-, Isobutyl- oder tert.Butyltartronsäure oder deren in den Alkylgruppen durch eine oder mehrere Carboxylgruppen, Hydroxylgruppen, Amingruppen oder durch Methyl- oder Äthylreste substituierte Amingruppen substituierten Derivate einsetzt.

Die Verbindungen können allein oder im Gemisch miteinander verwendet werden.

Von den vorstehend genannten Substanzen sind Methyltartronsäure und Tartronsäure wegen ihrer geringen Kosten und der leichten Herstellbarkeit für die erfindungsgemäßen Ziele besonders geeignet.

Das Calciumbindungsvermögen (Chelatbildung) ist wegen des kleineren Molekulargewichts für Tartrcnsäure und deren Derivate viel höher als für die bislang zu einem derartigen Zweck eingesetzten chelatbildenden Verbindungen. Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Verbindungen sind leicht zugänglich.

Ein anderer Vorteil bei der Verwendung dieser Zusätze liegt darin, daß diese durch Mikroorganismen nicht angegriffen werden, weshalb sie ihre Wirksamkeit unverändert über lange Zeiträume beibehalten.

Die Verbindungen können dem Erdreich entweder gleichzeitig, getrennt von oder im Gemisch mit dem Phosphor enthaltenden Düngemittel oder in einer oder mehreren Stufen nach dem Düngemittel zugesetzt werden, wodurch der Phosphor 7.11 den Zeiten größten Bedarfs für die Kulturen verfügbar gemacht werden kann.

Die anzuwendenden Mengen können in weiten Bereichen schwanken. Die bevorzugten Mengen liegen zwischen 4 Doppelzentnern (Dz) und 2 Tonnen Zusatz je Tonne Phosphor, stets ausgedrückt als P₂Or₁, wobei beim Aufstreuen auf die Erdoberfläche größere Mengen als beim Einpflügen in das Erdreich verwendet werden.

In Abhängigkeit von der verwendeten Menge an diesen Zusätzen ist es nicht nur möglich, die Ausfällung des größten Teils des gesamten Phosphors zu

verhindern, sondern auch, beispielsweise bei Zugabe von 2 Tonnen komplexbildender .Substanz je Tonne Phosphor, ausgedrückt als P₂O₅, den im Erdreich selbst enthaltenen Phosphor löslich zu machen.

Die in Frage kommenden Zusätze können in jede Art phosphorhaltiges Düngemittel eingearbeitet werden. Im Falle eines körnigen Düngemittels kann der feste Zusatz z. B. während der Granulierungsstufe den Düngemittelkomponenten einverleibt werden. Im Falle eines flüssigen Düngemittels kann der Zusatz diesem in Form einer konzentrierten Lösung zugesetzt werden.

Die nachfolgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Für die nachfolgerdsn Versuche wurde ein Andus-Apparat (vgl. »Natur«, Bd. 158,:, S. 419 [1946]) verwendet, der aus einem Gefäß mit porösem Boden besteht, welcher die. zu untersuchende Erde enthält. Dieses Gefäß ist in geeigneter Weise mit einem darunter gestellten Behälter verbunden, welcher eine wäßrige Lösung Methyltartronsäure und. eine Lösung von NaH₂PO₄ enthält. ■ ,. ■

Mittels eines durch eine Saugpumpe erzeugten leichten Unterdrucks steigt die Flüssigkeit aus der unteren Kammer durch geeignete Leitungen, regnet auf die in der oberen Kammer enthaltene Erde hernieder, diese eben benetzend, und sickert durch sie hindruch, wonach sie in die untere Kammer zurückkehrt, von wo aus sie wieder in den Kreislauf kommt.

Sieben solche Andus-Apparate waren in Reihe an eine Saugpumpe angeschlossen. In der oberen Kammer eines jeden Apparates befanden sich 50 g Erdreich, dessen chemische und physikalisch-mechanische Ana-Iy?e wie folgt aussah:

pH-Wert... .;.... 5,5

Organische Substanz, %o (Bichromat) 33,6
N, "I₀₀ (Kjeldahl)

Gesamt-P₂O₅, %₀ 1,2

In H₂CO₃ lösliches P₂O₅, mg/kg . 1,4

Gesamt-K₂0, 7₀₀ 0,8

Carbonate, °/oo abwesend

Sand, ⁰I₀₀ 860

ichlamm, %₀ 95

Ton, ⁰I₀₀.... · .··· 45

In die untere Kammer des ersten Apparates, der zu Vergleichszwecken diente, wurden 200 ml destilliertes Wasser und 10 ml einer Lösung von NaH₂PO₄, entsprechend 20 mg Phosphor, gegeben.

In die untere Kammer der Apparate 2,3,4, 5,6 und 7 wurden 200 ml einer wäßrigen Lösung von Methyltartronsäure in Konzentrationen von 0,1, 0,2, 0,3, 0,5, 5 und 50 %o gegeben sowie 10 ml der gleichen Lösung von NaH₂PO₄.

Diese Mengen entsprechen 4, 8, 12 und 20 Dz, 20 und 200 Tonnen Methyltartronsäure je Tonne P₂O₅.

Der Versuch wurde 120 Stunden ununterbrochen durchgeführt. Alle 24 Stunden wurde die Zirkulation der Flüssigkeiten unterbrochen und aus der unteren Kammer eines jeden Apparates eine hinreichende Flüssigkeitsprobe abgezogen, deren Gehalt an PO₄-Ionen nach herkömmlichen Analysemethoden bestimmt wurde. Die Ergebnisse dieses Versuches sind schematisch in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt, in welcher der P-Gehalt (in γ ausgedrückt) der gesamten umlaufenden Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist.

Tabelle I

Verwendete	24 Std.	382	48	Std.	72 Std.	100	96 Std.	120 Std.	100
Konzentration		350				310			298
-■■■- (7oo> ■■		360		190		240			200
0		750		350		660	290		610
0,1	1	570	1	195	1	595	1200	.1	370
0,2	1	040	1	580	1	900	1600	Ϊ	400
0,3	3	800	3	900	3	31 400	• —	3	400
.0,5	18		21	850	22		■ ;	22
5	24	32	200			32
50

Derselbe Versuch, durchgeführt unter den gleichen Bedingungen an der gleichen Erdärt, die mit 10 ml Toluol sterilisiert war, ergab ähnliche Resultate.

Beispiel 2 , .....

.. Sechs Andus-Apparate wurden in Reihe an eine Saugpumpe angeschlossen. In die obere Kammer jedes Apparates wurden 50 g Erdreich gegeben, dessen chemische und physikalisch-mechanische Analyse... der im Beispiel 1 verwendeten Probe entsprach.

In die untere Kammer des ersten Apparates, der zu Vergleichszwecken diente, wurden 200 ml destilliertes Wasser und 10 ml einer Lösung von NaH₂PO₄, entsprechend 20 mg Phosphor, gegeben.

In die untere Kammer der Apparate 2, 3, 4, 5 und 6 wurden 200 ml einer wäßrigen Lösung von Tartronsäure in Konzentrationen von 0,1,0,2,0,5, 5 und 50 %o sowie 10 ml der gleichen Lösung von NaH₂PO₄ gegeben. Diese Mengen entsprechen 4, 8,20 Dz bzw. 20 und 200 Tonnen Tartronsäure je Tonne P₂O₅.

Der Versuch wurde 120 Stunden hintereinander durchgeführt. Alle 24 Stunden wurde die Zirkulation der Flüssigkeiten unterbrochen und aus der unteren Kammer eines jeden Apparates eine hinreichende Flüssigkeitsprobe entnommen, die nach herkömmlichen Analysenmethoden auf ihren Gehalt an PO₄-Ionen untersucht wurde.

Die Ergebnisse dieses Versuches sind in der nachfolgenden Tabelle schematisch zusammengefaßt,, wobei der P-Gehalt der gesamten zirkulierenden Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt ist.

	24	Std.	Tabelle	Std.	II	100	96 Std.	100	120 Std.
Verwendete						300		290
Konzentration		380	48	190		200		200	100
55 (7oo)		400		300		720		680	290
0	1	210		190	72 Std.	300	1	200	1150
0,1	3	700		650		200	3	700	3 690
60 0,2	23	600	1	600			21		20 700
0,5	34	600	3	800			30		31400
5		23	1
50		31	3
		22
	32

Der gleiche Versuch, unter denselben Bedingungen an einer mit 10 ml Toluol sterilisierten Erdreich-Probe durchgeführt, führte zu den gleichen Ergebnissen.

Beispiel 3
(Lehmige Erde)

In drei Andus-Apparate wurden 100 g eines Erdbodens gegeben, dessen chemische und physikalischmechanische Analyse wie folgt aussah:

pH-Wert 5,9

Organische Substanz, %o (Bichromat) 19,4

N, %₀ (Kjeldahl) 1,4

Gesamt-P-A,. %₀ 0,15

In H₂CO₃ lösliches P₂O₅, mg/kg 1,1

Gesamt-K₂O, %₀ 1.3

Carbonate, °/₀₀ abwesend

Sand, %₀ 577

Schlamm, %₀ 276

Tabelle III

Verwendete
Konzentration

(7oo)

0
0,5

24 Std.

790
3280
6350

48 Std.

550
2830
6300

72 Std.

475
2840
6300

96 Std.

380
2630
2620

	Tabelle	24 Std.	48 Std.	[V	96 Std.	120 Std.
Verwendete Konzentration 5 (7oo)	790 3300 6700	550 2900 6420	72 Std.	380 2650 6190	350 2490 6250
0 0,5 1	480 2870 6430

15

In den ersten der drei Apparate wurden 200 ml destilliertes Wasser, in den zweiten 200 ml einer wäßrigen Lösung von Methyltartronsäure von 0,5 %o> ^m den dritten 200 ml einer 1 %₀-Lösung der gleichen Säure gegeben. Allen dreien wurden 10 ml einer NaH₂PO₄-Lösung, entsprechend 20 mg Phosphor, zugesetzt. Diese Mengen an Methyltartronsäure entsprechen 20 Dz je Tonne P₂O₅ im zweiten Apparat und 40 Dz je Tonne P₂O₅ im dritten Apparat. Der Versuch wurde wie im Beispiel 1 durchgeführt, und die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

30

35

120 Std.

350 2540
6200

An einer mit 10 ml Toluol sterilisierten Erdprobe wurden die gleichen Ergebnisse erzielt.

Beispiel 5

(kalkige Erde)

In zwei Andus-Apparate wurden 50 g einer Erdprobe gegeben, deren chemische und physikalisch-mechanische Analyse wie folgt war:

pH-Wert 7,7

Organische Substanzen, %o(Bichromat) 13,5

N, °/₀₀ (Kjeldahl) 0,7

Gesamt-PA, %₀ 1,0

In H₂CO₃ lösliches P₂O₅, mg/kg 0,5

Gesamt-K₂O, %o 1>⁵

Carbonate, °/₀₀ 141

Sand, %₀ 735

Schlamm, %₀ 234

Ton, °/₀₀ 31

In den ersten der beiden Apparate wurden 200 ml destilliertes Wasser, in den zweiten 200 ml einer wäßrigen Lösung von Methyltartronsäure von 0,3 %o gegeben. Beiden Apparaten wurden 10 ml einer NaH₂PO₄-Lösung, entsprechend 20 mg Phosphor, zugesetzt. Diese Mengen an Methyltartronsäure entsprachen 12 Dz je Tonne P₂O₅. Der Versuch wurde wie im Beispiel 1 durchgeführt, und die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:

Tabelle V

Derselbe Versuch, unter den gleichen Bedingungen an der mit 10 ml Toluol sterilisierten Erdprobe durchgeführt, erbrachte analoge Ergebnisse.

Verwendete Konzentration (7oo)	24 Std.	48 Std.	72 Std.	96 Std.	120 Std.
0 0,3	4470 7400	4120 6800	3240 6740	3160 6560	2180 6360

Beispiel 4
(lehmige Erde)

In drei Andus-Apparate wurden 100 g eines Erdreichs gegeben, dessen chemische und physikalischmechanische Analyse der im Beispiel 3 wiedergegebenen entsprach.

In den ersten der Apparate wurden 200 ml destilliertes Wasser, in den zweiten 200 ml einer wäßrigen Lösung von Tartronsäure von 0,5 %₀, in den dritten 200ml einer 1 %₀-Lösung der gleichen Säure gegeben.

Allen diesen Apparaten wurden 10 ml einer NaH₂PO₄-Lösung, entsprechend 20 mg Phosphor, zugesetzt. Diese Mengen an Tartronsäure entsprechen 20 Dz je Tonne P₂O₅ im zweiten Apparat und 40 Dz je Tonne P₂O₅ im dritten Apparat. Der Versuch wurde wie im Beispiel 1 durchgeführt, und die folgenden Ergebnisse wurden erzielt.

Der gleiche Versuch an einer mit 10 ml Toluol sterilisierten Probe ergab analoge Ergebnisse.

Beispiel6
(kalkige Erde)

In zwei Andus-Apparate wurden 50 g einer Erdprobe gebracht, deren chemische und physikalischmechanische Analyse derjenigen von Beispiel 5 entsprach.

In den ersten Apparat wurden 200 ml destilliertes Wasser, in den zweiten 200 ml einer wäßrigen Lösung von Tartronsäure von 0,3°/₀₀ gegeben. Beiden Apparaten wurden 10 ml einer NaH₂PO₄-Lösung, entsprechend 20 mg Phosphor, zugesetzt.

Diese Mengen an Tartronsäure entsprechen 12 Dz je Tonne P₂O₅. Der Versuch wurde wie im Beispiel 1 durchgeführt, wobei die folgenden Ergebnisse erzielt wurden:

	Tabelle ^	24 Std.	48 Std.	VI	96 Std.	120 Std.
Verwendete Konzentration (0U	4470 6900	4120 6920	72 Std.	3160 6480	2180 6430
0 0,3	3240 6710

Der gleiche Versuch an einer mit 10 ml Toluol sterilisierten Probe ergab analoge Ergebnisse.

Beispiel 7

Etwa 0,5 ha einer typischen tonigen Erde wurden mit 3 Dz eines handelsüblichen Calciumphosphats mit 18% P₂O₅ gedüngt.

Weitere 0,5 ha des gleichen Erdreichs wurden mit 1,5 Dz des gleichen Calciumphosphats und mit 20 kg Methyltartronsäure gedüngt.

Das Erdreich wurde mit Mais besät. Die Ernte auf dem mit Methyltartronsäure und Calciumphosphat gedüngten Stück war um 5 % besser; die Kulturen zeigten größere Vegetationskraft und grünere und breitere Blätter.

Beispiel 8

Etwa 0,8 ha eines tonigen Erdreichs wurden mit 3 Dz eines komplexen Düngers (10-0-20) und mit 5 Dz Calciumphosphat 18 bis 20 gedüngt.

Eine andere Fläche des gleichen Erdreichs wurde mit 3 Dz des gleichen komplexen Düngers, mit 2,5 Dz Calciumphosphat 18 bis 20 und mit 30 kg Tartronsäure gedüngt.

Das Erdreich wurde als Dauerrasen gedüngt.

Die durchschnittlichen Ernten im ersten und zweiten

Jahr waren auf der mit Tartronsäure gedüngten Fläche um 5 % besser; außerdem hatte das dort geerntete Heu einen höheren Marktwert als das Heu, das von der nicht mit Tartronsäure gedüngten Erde geerntet wurde.

Beispiel 9

Etwa 1 ha eines sauren alluvialen Erdreichs, welches kaum mit organischen Substanzen versehen war, wurde

ίο mit 3 Dz eines komplexen Düngers (10-0-20) und mit 4Dz Calciumphosphat (18 bis 20% P₂O₅) gedüngt. Eine andere, gleich große Fläche des gleichen Erdreichs wurde mit 3 Dz desselben binären Düngers 10-0-20, mit 2 Dz Calciumphosphat und mit 30 kg Methyltartronsäure gedüngt. Die Ernte an Gemüsen (Bohnen) war in beiden Fällen etwa gleich, jedoch waren auf der mit Methyltartronsäure gedüngten Fläche die Bohnen größer, von besserer Qualität, hatten größere Keimkraft und waren wohlschmeckender.

B e i s ρ i e 1 10

Etwa 0,4 ha einer alluvialen Fläche wurden mit 2,5 Dz Calciumphosphat (18 bis 20%.P₂O₅) gedüngt.

Weitere 0,4 ha des gleichen Bodens wurden mit 1,0Dz Calciumphosphat (18 bis 20% P₂O₅) und mit 20 kg Tartronsäure gedüngt. Das Erdreich wurde mit Winterweizen besät.

Die Ernte auf der mit Calciumphosphat und Tartronsäure gedüngten Fläche war um 10 % besser.
Die Wirkung dieser Substanzen muß wahrscheinlich ihrer Fähigkeit zugeschrieben werden, mit den im Erdreich vorhandenen Eisen-, Aluminium- und CaI-cium-Ionen, die für das Unlöslichwerden der Phosphate verantwortlich sind, Komplexe zu bilden.

409 585/283

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Verbesserung der Assimilierbarkeit des dem Erdreich in Form von Phosphatdüngemitteln zugeführten Phosphors durch Pflanzen mit Hilfe organischer Verbindungen, dadurch gekennzeichnet, daß man als organische Verbindungen Tartronsäure, Methyltartronsäure, Äthyltartronsäure, Propyl- oder Isopropyltartronsäure, Butyl-, Isobutyl- oder tertButyltartronsäure oder deren in den Alkylgruppen durch eine oder mehrere Carboxylgruppen, Hydroxylgruppen, Amingruppen oder durch Methyloder Äthylreste substituierte Amingruppen substituierten Derivate einsetzt.