DE2326645B1 - Verfahren zum Bestimmen der Nährstoffleistung von Böden durch Elektrodialyse und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

• 2. Die Reaktionsverschiebung an der Kathode nach der alkalischen Seite und an der Anode nach der sauren Seite abzupuffern.
• 3. Als Sammelraum für die Bodenionen zu dienen und die Rückwanderung der Produkte aus der Sekundärreaktion an den Elektrodenoberflächen in den Boden zu verhindern.
• Diese Aufgaben werden mit gutem Erfolg von organischen Säuren oder von lonenaustauscher-Emulsionen (gemahlene Ionenaustauscherharze) erfüllt.
• Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.
• Die Elektroden, die hier übereinander liegen, kön- nen auch nebeneinander angeordnet werden. Um den Bodendruck abzufangen, ist bei der dargestellten Vorrichtung der Dialysierschlauch innen mit einem Siebgewebe aus Kunststoff verkleidet. Für Serienuntersuchungen von Bodenproben hat es sich bewährt, den Boden in ein Gefäß um den Dialysierschlauch mit einem bestimmten Wassergehalt einzufüllen und einzurütteln.
• Die Tabelle zeigt die Meßergebnisse eines Lehmbodens nach einer Elektrolyse von 300 Sekunden mit einem Elektrolysestrom von 30 Volt und 1 Ampere.
• Tabelle Ionenmenge in der Innenlösung nach einer Elektrolyse (30 V, 1 A) von 300 Sekunden eines Lehmbodens K=3mg/DE NO3-N=2mg/DE Fe = 3 ug/DE Na = 0,5 mg/DE NH4-N = 1,2 mg/DE Mn--2ttg/DE Ca = 8 mg/DE POt = 0,4 mg/DE Zn = 1,2bag/DE Mg=l,3mg/DE SO4 =4,2mg7DE Cu = 0,3 ag/DE B = 0,4,ag/DE Die DE-Werte geben in diesem Fall die Mengen der einzelnen Nährstoffe an, die 120 cm2 Oberfläche des Dialysierschlauchs in 300 Sekunden passiert haben (mg . cm-" sec-1). Die Dimension stimmt mit der der Nährstoffaufnahme der Pflanzen (s. oben) überein. Desgleichen konnte eine sehr gute Übereinstimmung mit Korrelationskoeffizienten über r = + 0,900 zwischen der Nährstoffaufnahme der Pflanzen und dem erfindungsgemäßen Verfahren durch zahlreiche Versuche festgestellt werden.
• Durch Vergleich in Pflanzenversuchen können die optimalen DE-Werte für jede Kultur und die Düngermengen festgestellt werden, die zum Erreichen des Optimums erforderlich sind.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Bestimmen der Nährstoffleistung von Böden, dadurch gekennzeichnet, daß in den gewachsenen Boden oder in eine Bodenprobe ein mit einer Elektrolytlösung gefüllter Dialysierschlauch eingebracht wird, in welchem sich zwei Graphitelektroden als Kathode und Anode befinden, daß die Elektroden mit einem konstanten Strom beschickt werden und daß nach einer bestimmten Zeit die Menge der in den Dialysierschlauch gewanderten Ionen als Maß für die Nährstoffleistung des untersuchten Bodens analytisch bestimmt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolytlösung eine organische Säure verwendet wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrolytlösung eine Emulsion aus gemahlenen Ionenaustauscherharzen verwendet wird.
4. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Dialysierschlauch, der mit einem siebartigen Kunststoffgewebe stabilisiert ist und in dem sich zwei über- oder nebeneinander angeordnete Graphitelektroden befinden.

   Die Nährstoffabgabe des Bodens an die Pflanzen stellt eine Leistung dar, deren Dimension g- cm-2- sec-1 ist. Die Nährstoffleistung gibt die Nährstoffsenge in Gramm wieder, die 1 cm2 Wurzeloberfläche in der Zeiteinheit passiert. An Stelle von Gramm kann die Nährstoffmenge auch in Milliäquivalenten angegeben werden.

   Die pflanzenaufnehmbaren Nährstoffe sind Ionen.

   Sie wandern aus der umgebenden Bodenschicht (Eintauschzone) in die Wurzeln und legen auf dem Diffusionsweg größere Strecken zurück. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist außer von der Konzentration der Ionen im Boden von einer Reihe bestimmter Bodeneigenschaften abhängig. So wirken gegenüber einer Nährlösung bremsend auf die Beweglichkeit der Ionen die Bodenkolloide, enge Poren, geringer Wassergehalt, tiefe Temperaturen und organische Stoffe in der Bodenlösung. Diese Hemmung der lonenbewegung ist ein wesentlicher Faktor für die Nährstoffleistung.

   Die Hemmung der Ionen äußert sich in der Ionenaktivität.

   Die Dimension g- cm-2 -sec-' der Nährstoffleistung kennzeichnet zwei Eigenschaften der Nährstoffe: a) Die Konzentration der löslichen Nährstoffe im Boden.

   b) Die Beweglichkeit (Kinetik) der Ionen im Boden.

   Dies verdeutlicht die Gleichung 1): g cm g cm (1) cm2- sec cm cm3 sec g = Konzentration, cm = Geschwindigkeit.

   cm3 sec Die Geschwindigkeit ergibt sich aus der Ionenmenge, die eine bestimmte Fläche in der Zeiteinheit passiert. Damit wird die Größe der Passierfläche in Quadratzentimeter zur Berechnungsgrundlage des Meßverfahrens.

   Die Elektrodialyse dient in der Chemie vornehmlich der Kolloidanalyse, Reinigung kolloider Lösungen und zur Bestimmung von Ionen- und Molekulargewichten. Die Berechnungsgrundlagen sind hier die Differenzen der Konzentrationen im Kathoden- und Anodenraum, die angelegte Feldstärke und die Dialysezeit. Die Passierfläche ist kein bestimmendes Maß.

   Für Bodenuntersuchungen wird die Elektrodialyse von Dr. K. Nemeth (DT-OS 2 103 111) bereits angewandt, allerdings in Form der Elektroultrafiltration (EUF), d.h., die Extraktion der Ionen erfolgt im Strömungskanal des Wassers durch den Boden, an dem ein elektrisches Feld angelegt ist. Der Ionentransport wird durch den Wasserfluß bewirkt. Die für die Eigenbewegung der Ionen bestimmenden Bodeneigenschaften bleiben außer Betracht, die Ionenkinetik im Boden wird nicht erfaßt. Damit fehlt der EUF das Hauptmerkmal der Nährstoffleistung.

   Bekannt ist weiter ein chemisches Verfahren zur Ermittlung der Nährstoffleistung (DT-PS 1025 174 K1 421), daneben ein Verfahren (DT-OS 21 08 642.0), das mittels Elektrolyse die Aktivität der Gesamtionen im Boden summarisch erfaßt.

   Für die Landnutzung ist aber die Kenntnis der Aktivität jedes einzelnen Nährstoffes von Bedeutung, weil sie erst präzise Hinweise für die Düngung der Böden gibt.

   Die Bestimmung der Ionenaktivität in Lösungen und allen homogenen Systemen wird seit 50 Jahren praktiziert, in heterogenen Systemen, dazu gehören auch die Böden, ist sie bisher unbekannt.

   Da alle Bodeneigenschaften, wie bereits oben angeführt, die Aktivität der Bodenionen beeinflussen, kann eine Aktivitätsmessung nur bei natürlicher Lagerung des Bodens erfolgen.

   Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Bestimmen der Nährstoffleistung von Böden mit den Merkmalen nach dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1. Eine zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung ist im Patentanspruch 4 beschrieben.

   Zum Einsetzen der Vorrichtung wird mittels Probenehmer ein Loch mit den Abmessungen der Vorrichtung in den Boden gebohrt. Danach füllt man die Innenlösung in den Dialysierschlauch und erreicht dadurch, daß der Dialysierschlauch gegen den Boden gedrückt und ein gleichmäßiger Kontakt erreicht wird.

   Die anschließend ablaufende zeitlich begrenzte Elektrolyse bewirkt, daß der elektrische Strom aus dem Boden Ionen in den Dialysierschlauch transportiert.

   Maßgebend für die transportierte Ionenmenge ist deren Aktivität auf Grund der vorliegenden Bodenverhältnisse. Nach Ablauf der Elektrolyse wird die Vorrichtung aus dem Boden gezogen und die in die Innenlösung transportierten Ionen analytisch bestimmt.

   Die Innenlösung hat bei der Elektrolyse folgende Aufgaben: 1. Als Leitbahn für die vom elektrischen Strom transportierten Bodenionen zu dienen.