DE4105247A1

DE4105247A1 - Pflanzliche spurenelement-verfuegbarkeit

Info

Publication number: DE4105247A1
Application number: DE4105247A
Authority: DE
Inventors: Heerden Van Der Watt Hendr Van; Robin Oxley Barnard; Izak Johannes Cronje; Johannes Dekker
Original assignee: NAT ENERGY COUNCIL; National Energy Council
Current assignee: ENERKOM (PTY) Ltd SANDOWN ZA
Priority date: 1990-02-28
Filing date: 1991-02-20
Publication date: 1991-08-29
Also published as: AU7124191A; FR2658810B1; GB9104148D0; JPH04214085A; IT1249342B; ITMI910504A0; FR2658810A1; GB2241498A; GB2241498B; AU634025B2; ITMI910504A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Zufuhr von Spurenelementen wie Eisen, Zink, Mangan und Kupfer zu Pflanzen in Böden, bei denen Probleme mit der Aufnahme dieser Elemente beobachtet werden.

Es ist gut bekannt, daß die Verfügbarkeit von verschiedenen Spurenelementen, insbesondere Eisen und Zink, bei hohen pH-Werten abnimmt und unter diesen Bedingungen Ernährungsprobleme erzeugt.

Um diese Probleme zu beseitigen, wird häufig von synthetischen, organischen Chelaten Gebrauch gemacht, die zu dem Boden hin zugefügt werden, welche sowohl teuer als auch nicht besonders wirksam sind. Alternativ wird eine Zufuhr zu den Blättern durch geführt.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorstehenden Erfindung enthält eine Mischung zur Zugabe zum Boden, insbesondere basischen Boden, Spurenelemente wie Eisen, Zink, Mangan oder Kupfer in einer oder beiden der vor liegenden Formen:

i) suspendiert oder komplexiert mit aus Kohle stammenden Huminsäuren in einem wäßrigen Medium,
ii) eingeschlossen in oder durch eine oxidierte Kohle.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Zugabe von Spurenelementen zu basischen Böden, welches den Schritt beinhal tet, eine Mischung wie sie vorgehend beschrieben ist, zu dem Boden zuzufügen.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Verbesserung der Aufnahme von Spurenelementen durch eine Pflanze aus basischen Böden, welche den Schritt umfaßt, eine Mischung wie sie oben beschrieben ist, dem Boden in dem Bereich der Pflanze zuzufügen.

Beschreibung von Einzelheiten

Die oxidierte Kohle ist vorzugsweise eine oxidierte, niedrig- bis mittelwertige Kohle. Beispiele solcher Kohle sind schwach bitumenhaltige und bitumenhaltige Kohle. Die oxidierte Kohle wird vorzugsweise durch den Feuchtoxidationsprozeß, wie er in dem US- P-49 12 256 beschrieben ist, hergestellt. Dieses Verfahren erzeugt eine oxidierte Kohle, welche Huminsäuren enthält. Die oxidierte Kohle hat einen sauren pH-Wert, beispielsweise einen pH-Bereich von 2 bis 3. Die Spurenelemente werden durch diese Kohle eingeschlossen, indem man sie mit einer wässrigen Lösung der Spurenelemente in Berührung bringt. Typischerweise ist die wässrige Lösung eine Sulfatlösung. Die Spurenelemente werden durch die oxidierte Kohle eingeschlossen und anschließend dem Pflanzenwuchs in dem alkalischen Boden verfügbar gemacht.

In der Herstellung einer oxidierten Kohle nach dem Feucht oxidationsprozeß werden auch einige wasserlösliche Fulvinsäuren produziert. Die Fulvinsäuren können aus der oxidierten Kohle entfernt werden (durch Filtration) vor der Behandlung mit der Lösung der Spurenelemente. Es ist jedoch nicht notwendig, die Fulvinsäuren aus der oxidierten Kohle zu entfernen.

Die Huminsäuren zur Durchführung der Erfindung sind vorzugsweise aus einer oxidierten Kohle hergestellt, insbesondere einer oxidierten niedrig- oder mittelwertigen Kohle. Die Huminsäuren werden mit einer wässrigen Lösung der Spurenelemente gemischt. Die Spurenelemente sind entweder mit den Huminsäuren komplexiert oder werden durch die Huminsäuren suspendiert, in beiden Fällen in dem wässrigen Medium. Die Spurenelemente werden in dieser Form zur Zugabe zum Boden verwendet.

Die aus Kohle hergestellten Huminsäuren und die oxidierte Kohle haben typischerweise eine Elementaranalyse (auf lufttrockener Basis) von:

Element
Bereich (%)
Kohlenstoff
45-70
Wasserstoff	2- 6
Sauerstoff	20-40

Die aus Kohle hergestellten Huminsäuren und die oxidierte Kohle haben üblicherweise eine funktionale Gruppenanalyse von:

Funktionale Gruppe
Bereich (meq/g)
Gesamtacidität
3-13
Carboxylgruppen	0,5-12
Phenolgruppen	0,5- 9

Spurenelemente, insbesondere Eisen und Zink, werden nicht leicht von Pflanzen aus basischen Böden aufgenommen, weil die Spuren elemente oder ein Teil davon in solchen Böden in unlöslicher Form vorkommen. Die Spurenelemente in den Mischungen der Erfindung sind in einer Form, welche ermöglicht, daß sie von einer Pflanze aus diesen basischen Böden aufgenommen werden, in einer Weise, die sie leicht zugänglich macht für den metabolischen Prozeß der Pflanze.

Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel beschrieben.

Herstellung

Eine bituminöse Kohle (200 g) und Wasser (400 ml) werden in einem Zwei-Liter-Rührreaktor aufgeschlämmt. Der Reaktor wird mit 8,0 MPa unter Sauerstoffdruck gesetzt und durch äußere Heiz schlangen auf 200°C erhitzt. Sauerstoff wird mit einer Geschwin digkeit von 4 Liter pro Minute durch den Slurry geleitet. Nach einer Stunde wird der Sauerstoffluß unterbrochen, der Reaktor auf Raumtemperatur abgekühlt und der Druck auf Atmosphärendruck entspannt.

Der Slurry enthält oxidierte Kohle (unlöslich in Wasser und im folgenden als Oxikohle bezeichnet) und eine Lösung von Fulvin säuren in Wasser. Durch Filtration wird die Oxikohle von der Lösung der Fulvinsäuren im Wasser abgetrennt. Die Konzentration der Fulvinsäuren im Wasser wird mit 8,45% (Masse pro Volumen) bestimmt. Die Oxikohle hat folgende Elementaranalyse (auf luft trockener Basis) und funktionale Gruppenanalyse:

Elementaranalyse
Element
Prozentgehalt
Kohlenstoff
51,3
Wasserstoff	2,3
Sauerstoff	28,7

Funktionale Gruppenanalyse
Funktionale Gruppe
Menge (meq/g)
Gesamtacidität
6,25
Carboxylgruppen	2,16
Phenolgruppen	4,09

Huminsäuren werden erhalten, indem man den Oxikohle-Slurry mit wässrigem Natriumhydroxid fünf Stunden unter Rückfluß kocht. Der unlösliche Rückstand wird durch Zentrifugieren entfernt und die Huminsäuren (80% Ausbeute) gewonnen durch Ausfällung des Über standes mit Säure. Sie werden im folgenden als "Oxihuminsäuren" bezeichnet.

Die Oxihuminsäuren haben folgende Elementaranalyse (auf luft trockener Basis) und funktionale Gruppenanalyse:

Elementaranalyse
Element
Prozentgehalt
Kohlenstoff
55,5
Wasserstoff	2,7
Sauerstoff	32,1

Funktionale Gruppenanalyse
Funktionale Gruppe
Menge (meq/g)
Gesamtacidität
7,45
Carboxylgruppen	3,38
Phenolgruppen	4,07

Eisen- und Zink-Oxihuminsäuren-Formulierungen

Die Oxihuminsäuren werden mit 0,1 M Lösungen von Eisen- und Zinksulfat vermischt, um eine Konzentration von 7,21 und 8,44 meq/ml von Eisen und Zink in der Formulierung zu erhalten.

Eisen- und Zink-Oxikohle-Formulierungen

Die Oxikohle wird mit 0,1 M Lösungen von Eisen- und Zinksulfat vermischt. Die so hergestellten Oxikohlen werden filtriert und getrocknet.

Die hergestellten Oxikohlen werden analysiert und festgestellt, daß sie 10,4% Eisen und 0,37% Zink enthalten.

Anwendungsverfahren

Ein Sandkulturexperiment wurde durchgeführt unter Verwendung von 4 kg Quarzsand in Mitscherlich Vegetationsgefäßen. Hoagland Nährlösung, welche Stickstoff als NH₄ und NO₃ enthält, aber frei ist von sowohl Eisen als auch Zink, wird zunächst zugeführt und während der Wachstumssaison vermehrt. Eisen, mit einer Rate von 0,5 g/m³, oder Zink, mit einer Rate von 0,05 g/m³, wird den Gefäßen in geeigneter Form aus verschiedenen Quellen zugeführt: Kontrolle (0), Sulfat, EDTA, Oxihuminsäure und Oxikohle.

Zwei Konzentrationen von Kalkdüngung wurden angewendet: Das Äquivalent von 10 t und 20 t/ha von Calciumcarbonat (AR) in 300 mm Tiefe, welches sorgfältig vor Beginn des Experiments einge arbeitet wird. Mais (Zea Mais cv TX24) wurde als Testfrucht verwendet mit fünf Pflanzen pro Topf und drei Wiederholungen jeder Behandlung. Das Pflanzenwachstum wird aufgezeichnet und Fotografien zu geeigneten Wachstumsstadien genommen.

Sowohl Pflanzen als auch Wurzeln werden nach ungefähr 14 Wochen geerntet und die Trockenmasse (65°C) bestimmt. Eisen und Zink werden ebenfalls sowohl in der Pflanze als auch in den Wurzeln gemäß der Methode von Barnard, R.O. und Fölscher, W.J., 1988, Wachstum von Gemüsen bei verschiedenen Dosierungen der Kalk düngung, Trop. Agric. (Trinidad) 65 (2), 113-116 bestimmt.

Für Standardstatistikanalyse werden die beiden wichtigen Aspekte des Experiments, Eisen und Zink, getrennt beurteilt und die entsprechenden Daten in dieser Form wiedergegeben. Der Tukey-Test mit einem 5%igem Grad von Signifikanz wird gemäß Steel, R.G.D. und Torrie, J.H., 1980, Principles of Procedures of Statistics, McGraw-Hill Book Corporation, New York durchgeführt.

Ergebnisse

Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 für Eisen und in den Tabellen 3 und 4 für Zink wiedergegeben.

Tabelle 1

Ausbeute und Fe-Gehalt der Grünpflanze von Mais bei verschiedenen Eisenbehandlungen

Tabelle 2

Ausbeute und Fe-Gehalt der Wurzeln von Mais bei verschiedenen Eisenbehandlungen

Tabelle 3

Ausbeute und Zn-Gehalt der Grünpflanze von Mais bei verschiedenen Zinkbehandlungen

Tabelle 4

Ausbeute und Zn-Gehalt der Wurzeln von Mais bei verschiedenen Zinkbehandlungen

Schlußfolgerung

Aus den Ergebnissen der Tabellen 1 bis 4 kann entnommen werden, daß in vielen Fällen eine ausgezeichnete Aufnahme von Eisen und Zink aus Böden mit hohem pH-Wert erreicht wird durch sowohl Oxihuminsäuren als auch Oxikohle. Jedoch muß bemerkt werden, daß die Menge von Eisen und Zink, welche durch die Pflanze aufgenom men wird, nicht immer eine richtige Wiedergabe der Qualität des Eisen und Zinks darstellt, welche der Pflanze zur Verfügung gestellt wird. Sowohl die Oxikohle als auch die Oxihuminsäuren stellen ausgezeichnete Eisen- und Zinkmetaboliten für die Pflanze dar, was durch die Erscheinung der Pflanze wiedergespiegelt wird. Zum Beispiel zeigt Mais, welcher mit Eisen- und Zink-Oxikohle und -Oxihuminsäuren behandelt wird, wesentlich bessere Qualitäten als der Mais, welcher mit Eisen- und Zink-EDTA oder Eisen- und Zinksulfat behandelt wird. Die Pflanzen haben ein gesünderes Aussehen, die Blätter sind glänzender und haben einen dunkleren Grünton, welcher anzeigt, daß Eisen und Zink aus den Produkten der Kohleoxidation aufgenommen werden, wodurch der Pflanze eine besser zugängliche Quelle von Eisen und Zink für den metaboli schen Prozeß der Pflanze zur Verfügung gestellt wird. Es gibt auch einen großen Kostenvorteil, z. B. mehr als zehnfach, durch die Verwendung von Eisen- und Zink-Oxikohle im Vergleich mit einem Eisen- und Zink-EDTA-Produkt.

Claims

1. Eine Mischung zur Zugabe zum Erdboden, welche Spurenelemente in einer Form enthält, die ausgewählt ist aus:

i) suspendiert oder komplexiert mit aus Kohle stammenden Huminsäuren in einem wässrigen Medium,
ii) eingeschlossen in oder durch eine oxidierte Kohle,
iii) Mischungen von (i) und (ii).

2. Eine Mischung gemäß Anspruch 1 in der die Spurenelemente ausgewählt sind aus Eisen, Zink, Kupfer, Mangan und Mischungen davon.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Spurenelemente aus gewählt sind aus Eisen, Zink und Mischungen davon.

4. Eine Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, in der die Kohle, aus der die Huminsäuren hergestellt sind, eine oxidierte niedrig- bis mittelwertige Kohle ist.

5. Eine Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die oxidierte Kohle eine oxidierte niedrig- bis mittelwertige Kohle ist.

6. Eine Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Huminsäuren und die oxidierte Kohle eine Elementaranalyse aufweisen (auf lufttrockener Basis) von: Element Bereich (%) Kohlenstoff 45-70 Wasserstoff 2- 6 Sauerstoff 20-40

7. Eine Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, worin die Huminsäuren und die oxidierte Kohle die folgende Gruppen analyse aufweisen: Funktionale Gruppe Bereich (meq/g) Gesamtacidität 3-13 Carboxylgruppen 0,5-12 Phenolgruppen 0,5- 9

8. Eine Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, worin die oxidierte Kohle einen sauren pH-Wert aufweist.

9. Eine Mischung gemäß Anspruch 8, worin die oxidierte Kohle einen pH-Wert im Bereich von 2 bis 3 aufweist.

10. Ein Verfahren zum Zuführen von Spurenelementen zu einem basischen Boden, welches den Schritt umfaßt, eine Mischung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche dem Boden zuzufügen.

11. Verfahren zum Verbessern der Aufnahme von Spurenelementen durch eine Pflanze aus einem basischen Boden, welches die Schritte umfaßt, eine Mischung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 dem Boden in dem Bereich der Pflanze zuzuführen.