-
Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der einem bestimmten Boden
zwecks Erzielung eines maximalen Ertrages an Kulturpflanzen zuzuführenden Nährstoffarten
und Nährstoffmengen und der Zuführungszeitpunkte Der Ertrag eines bestimmten, landwirtschaftlich
genutzten Bodens ist bekanntermaßen in hohem Maße abhängig von dem Bakterienleben
innerhalb des Bodens. Durch Zugabe natürlich oder künstlich gewonnener Nährstoffe
läßt sich das Bakterienleben weitgehend beeinflussen und steigern, wodurch die Ergiebigkeit
des Bodens, von seiner mechanischen Vorbereitung und Witterungseinflüssen abgesehen,
sich in erheblichem Maße o;tei-ern läßt.
-
I
Für die gute Ausnutzung der dem Boden zugeführten Nährstoff--
kommt es im wesentlichen darauf an, den richtigen Nährstoff, gegebenenfalls ein
Nährstoffgemisch, auszuwählen und diesen in richtiger Menge zuzuführen, d. h. so,
daß der Boden den zugeführten Nährstoff reit bestem Wirkungsgrad aufnimmt. Sehr
häufig nimmt der Boden zunächst gewisse Nährstoffmengen auf, ohne daß Wirkungen
hiervon auf Kulturpflanzen in Erscheinung treten (Adsorption), während ein Zuviel
an Nährstoffen wirkungslos sein; ja sogar schädigend wirken kann; z. B. durch zu
hohe Salzkonzentration im Boden (Verbrennungserscheinungen).
-
Von den Bodenschädigungen, die hierdurch auftreten können, abgesehen,
ist eine unnötig große Nährstoffzugabe auch deshalb unerwünscht, weil Nährstoffe
nutzlos vergeudet werden, so daß die Wirtschaftlichkeit der Nährstoffzugabe vermindert
wird.
-
Es sind eine Reihe von Versuchsmethoden bekannt, um festzustellen,
welche Nährstoffe einem Boden zuzuführen sind. So wird z. B. nach einem bekanntgewordenen
Verfahren auf mit verschiedenen Nährstoffen angereicherten Böden eine Pflanzenkultur
gezogen, wobei aus dem Zustand der Pflanzen an bestimmten Zeitpunkten, bei der Ermittlung
beispielsweise des Ertrages der Körnerernte im Augenblick der Reife, die Einwirkung
der Nähfstoffe auf den Boden festgestellt wird.
-
Nach _ einem anderen bekanntgewordenen Verfahren werden statt der
auf dem Boden später anzusäenden Kulturpflanzen Pilzkulturen gezüdhtet und aus dem
Gewicht der Pilzdecke oder aus dem mit dem Auge feststellbaren
Aussehen
dieser Pilzdecke oder aus beiden raktoren gemeinsam Schlüsse auf die Eignung der
Nährstoffe für den betreffenden Boden gezogen.
-
Das erstgenannte Verfahren hat den \a=" teil, daß der Versuch ungefähr
so la dauert, wie die tatsächliche Wachstumsx @ der Pflanzen in der Natur beträgt.
Bei dem Verfahren mit Aussaat von Pilzen ist einerseits die Bewertung, sofern sie
sich auf den Augenschein stützt, außerordentlich stark dem subjektiven Empfinden
des Beurteilers unterworfen, und ferner liegt bei Verwendung dieses Verfahrens die
Gefahr vor, daß die sehr kleinen Bodenproben von Zufälligkeiten so beeinflußt sind,
daß sie nicht mehr einen richtigen Durchschnittswert des zu untersuchenden Bodens
.darstellen.
-
Das Verfahren nach der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das
Leben der Bakterien im Boden, welches für die Fruchtbarkeit des Bodens und dessen
Ertrag von fundamentaler Wichtigkeit ist, unter Wärmeentwicklung vor sich geht,
und besteht darin, daß diese Wärmeentwicklung fortlaufend oder stichprobenweise
gemessen und auf diese Weise für mit verschiedenen Nährstoffen oder mit verschiedenen
Nährstoffrneng°_n angereicherte Bodenproben objektive Zahlenwerte in Form von Tabellen
oder in Form graphischer Darstellungen gewonnen werden, welche über die ganze Versuchsdauer
hup den Einfluß der Nährstoffe nach Art und Menge auf das Bakterienleben zeigen.
Da die Bakterien ihrerseits pflanzliche Lebewesen sind, deren Funktionen und Lebensansprüche
denen der Kulturpflanzen äußerst nahe kommen, zeigt das Verfahren gemäß der Erfindung
gleichzeitig auch das Abbild eines Kulturversuches in dem betreffenden Boden selbst.
-
An Hand des auf der Zeichnung dargestellten Diagrammes sollen nachstehend
die Beobachtungen erläutert werden, die bei der Untersuchung verschiedener Böden
gemacht worden sind.
-
In dem Diagramm ist der Deutlichkeit halber die Zeitabszisse gegenüber
zier Temperaturordinate starkgekürzt.
-
Die Zeichnung zeigt den Temperaturverlauf von sechs verschiedenen
Proben der gleichen Bodenart. Bei der praktischen Durchführung des Versuches sind
für jede Probe 6oo ccm Boden verwendet worden, welcher .durch Zerkrümelurig und
entsprechenden Wasserzusatz bzw. Austrocknung so hergerichtet wurde, daß er, auf
Raumteile bezogen, % Wasser, % Luft und % feste Bodensubstanz enthielt (Erde). Die
Bodenproben wurden nach Zugabe der weiter unten geschilderten Zustände sämtlich
bei gleicher Anfangstemperatur, 2o° C, in wärmeisolierende Gefäße eingebracht und
ununterbrochen in ihrer Temperaturentwicklung überwacht, die gleichzeitig aufgezeichnet
wurde.
-
_: Sämtliche sechs Bodenproben A bis F, dtxen Temperaturverlauf durch
die Linien a ^bis f dargestellt ist, erhielten erfindungsgemäß eine sogenannte Grunddüngung
in Form von r Volurnprozent reinen Zuckers. Dieser Zusatz dient dazu, den ganzen
Temperaturverlauf so zu beschleunigen, daß man mit einer möglichst geringen Beobachtungszeit
auskommt. Da der Zucker eine leicht zugängliche Bakteriennahrung ist, wird auch
durch dessen Zugabe die Temperaturzunahme absolut erhöht, so daß die Temperaturzunahme
Werte annimmt, die mit den üblichen Meßmitteln leicht festzustellen sind. An Stelle
von Zucker kann auch jede andere, leicht zugängliche und einheitliche Bakteriennahrung
verwendet werden, beispielsweise Stärke oder tierische Verdauungsprodukte, die gut
durchgemischt sind, Zellstoff o. dgl.
-
Von den Proben dient die Probe A (;usschließlich Zuckerzusatz) als
Vergleichsbasis gegenüber den nachstehend beschriebenen fünf anderen Proben. Diese
Eigenschaft kann die erwähnte Bodenprobe deshalb erfüllen, weil bei ihr die Gewähr
dafür gegeben ist, daß die Bakterien bei Vorhandensein ausreichenden Energiematerials
alle in der Bodenprobe vorhandenen zugänglichen Nährstoffe ausschöpfen können. Die
Kurve a stellt also den Temperaturverlauf des Bakterienlebens in einer Probe dar,
welcher außer den hinreichenden Energiemitteln keine künstlichen Nährstoffe zugeführt
sind.
-
Den Proben B bis F ist eine Salpeter-Stickstoff-Verbindung derart
zugesetzt, daß in dem Zusatz 6o mg Stickstoff gebunden vorhanden sind. Diese Zugabe
ist für Böden bestimmt, bei denn die Erfahrung gezeigt hat, daß sie auf alle-Fälle
stickstoffarm sind. Bei Böden, bei denen die Erfahrung gezeigt hat, daß der Stickstoffgehalt
ausreichend ist, kann diese Zugabe wegfallen oder durch Zugabe eines anderen Stoffes
ersetzt werden, von welchem man erfahrungsgemäß weiß, daß er dem zu untersuchenden
Boden fehlt, beispielsweise bei gewissen tropischen Böden Kali. Die obererwähnte
Menge von 6o mg Stickstoff auf 6oo ccm Boden entspricht einer Menge von Zoo kg Stickstoff
je zo ooo m=. Die Probe B enthält also außer dem Energiematerial (Zucker) nur noch
Stickstoff. Die Linie b steigt über die Linie a an und liegt dauernd über
dieser, ein Zeichen, daß dir Boden auf alle Fälle und fortlaufend Stickstoff benötigt.
-
Der Probe C ist außer dein erwähnten Stickstoffzusatz noch eine Menge
von 30 m-K,0 zugesetzt, was einer Menge von aoo kg,
je
io ooo m= Bodenfläche entspricht. Auch hier ist K.0 wieder enthalten in einem der
üblichen Kalidüngesalze. Die auf der Zeichnung dargestellte Kurve c hat die gleiche
Charakteristik wie die Kurve b, liegt aber erheblich höher und zeigt so an, daß
der Boden außer dem Stickstoff auch noch Kali benötigt und mit gutem Wirkungsgrad
verarbeitet.
-
Die Probe D enthält 6o mg K#, O wieder in der oben geschilderten Form,
was einem Betrage von Zoo kg je io ooo rn2 Bodenfläche entspricht. Der Verlauf der
Kurv e d. zeigt, daß zunächst der Zusatz der doppelten Kaliinenge einen Temperaturverlauf
ergibt, der unter dein der Kurve c liegt. Nach einiger Zcit schneidet die Kurve
d die Kurve c und liegt dann beträchtlich über der Kurve c. Aus diesem Kurvenverlauf
ergibt sich, daß der Boden an sich eine Menge von aoo kg K, 0 je io ooo m- Bodenfläche
benötigt und auch gut aufnehmen kann, daß es sich aber für die Praxis empfiehlt,
diese Menge nicht auf einmal gleich von Anfang an zu geben, sondern zunächst nur
ioo kg K,0 je io ooo m2 zuzugeben, und dann als sogenannte Kopfdüngung einige Wochen
später die gleiche Menge nochmals dem Boden zuzuführen. Auf diese `'eise nutzt man
in der ersten Zeit des pflanzlichen Wachstums die guten Eigenschaften der Kurve
c aus und überlagert dann dieser Kurve nach Zugabe der zweiten Kalimenge den stark
aufsteigenden Ast der Kurve d. Der Anfangsverlauf der Kurve d
-neigt,
daß der Boden in ziemlich hohem Maße salzempfindlich ist.
-
Der Probe E ist eine Menge von 3o mg t',0," wieder enthalten in einem
der üblichen Phosphordüngemittel, zugesetzt; diese - der Probe zugesetzte Menge
entspricht einer Menge von ioo kg je io ooo m2 Bodenfläche. Die Temperaturkurve
e zeigt, daß der Boden diese Phosphorsäuremenge ausgezeichnet verträgt, da die Kurve
e in recht beträchtlichem Abstande über der Kurve a liegt und damit eine ziemlich
starke und dauernde Wärmezunahme anzeigt, die wiederum proportional dem Bakterienleben
und damit der Fruchtbarkeit des Bodens ist. Da die Kurve e dauernd über der Kurve
c liegt, zeigt sie an, daß es unter sonst gleichen Verhältnissen zweckmäßig ist,
Phosphorsäure statt einer gleichen K20-Menge dem Boden zuzuführen.
-
Die Probe F enthält 6o ,mg P205, wieder in der oben beschriebenen
Form, was einer Menge von -2oo kg je io oo in2 Bodenfläche entspricht. Die dieser
Probe entsprechende Kurve fliegt dauernd unterhalb der Kurven c und e. Die Zugabe
der doppelten P2 0.-Menge wirkt also schädigend gegenüber der Zugabe gemäß Probe
E, so daß es also auf diesem Boden nicht nur keinen Erfolg hat, die doppelte P20;
Menge zuzugeben, sondern im Gegenteil durch diese Zugabe die Fruchtbarkeit des Bodens
und damit dessen Ertrag ;eschädigt wird, verglichen mit den Zugaben gemäß den Proben
C, D und E.
-
.. Die auf der Zeichnung dargestellten Werte sind während einer Beobachtungszeit
von etwa 72 Stunden gewonnen. Die Versuche selbst sind über sehr viel weitere
Zeiträume durchgeführt worden und haben gezeigt, daß nach einer gewissen Zeit alle
Kurven wieder abzufallen beginnen, ein Zeichen dafür, daß die den Bodenproben zugesetzten
Energiemengen und Nährstoffe verbraucht sind. Der Abfall der Kurven nach längerer
Zeit bedeutet also nicht einen schlechten Einfluß der Energiemittel oder Nährstoffe
auf den Boden, sondern zeigt deren natürliche Erschöpfung an. Man kann daher nicht
einfach die absoluten Temperaturwerte nehmen und der Beobachtung zugrunde legen,
sondern muß diese auf die Kontrollprobe A beziehen.
-
Nach längerer Beobachtungszeit kann es vorkommen, daß die Kurven
b bis f sogar die Kurve a. unterschneiden, und zwar entweder alle
oder einzelne von diesen. Diese Tatsache braucht in keiner Weise darauf hinzuleuten,
daß etwa die Zusätze zu den Proben B bis F schädigenden Einfluß haben, sondern kann
bedeuten, daß das Bakterienleben durch die zugegebenen Nährstoffe so gefördert war,
daß infolge des Zuwachses an Bakterienleben die vorhandenen Nährstoffe schneller
verbraucht worden sind als dort, wo das Bakterienleben nicht derartig gesteigert
wurde, und daß das Bakterienleben dann nach Verzehrung der zur Verfügung stehenden
Nährstoffe zii Ende gegangen ist. Solange die Kurven b bis f oberhalb der Kurve
a liegen, haben sie auf die Bodenfruchtbarkeit fördernden Einfluß, selbst wenn die
absoluten Werte dieser Kurven im Laufe der Zeit sinken. Im allgemeinen genügt zur
Auswahl der Art und Menge der dem Boden zweckmäßig zuzuführenden Nährstoffe eine
Beobachtungszeit von 3 bis 5 Tagen.
-
Nachdem .durch den vorstehenden Versuch diejenigen Nährstoffmengen
und -arten ausgesucht sind, welche d..n günstigsten Einfluß auf die Bodenfruchtbarkeit
haben, kann eine zweite Versuchsreihe angesetzt werden, bei welcher diejenigen Nährstoffe
nach Art und Menge, die einzeln für sich die günstigsten Einflüsse gehabt haben,
miteinander in den verschiedenen gegebenen Möglichkeiten kombiniert werden. So kann
man z. B. die Zusätze zu den Proben D und E miteinander kombinieren und auf diese
Weise feststellen, ob der Boden auch diese beiden Komponenten zusammen verträgt
und dadurch .die Fruchtbarkeit noch über die Wirkung der einzelnen
Komponenten
hinaus gesteigert wird. Gegebenenfalls kann man auch noch einen Versuch mit einer
weiteren Probe machen, deren P@ 0,-Gehalt zwischen dem der Proben E und F liegt,
und auf diese Weise feststellen, ob beispielsweise eine Menge von i3o kg P205 je
1o 000 m2 Bodenfläche eine dem Mehraufwand an Düngemitteln entsprechende
Ertragssteigerung gegenüber der Probe F ergibt.
-
Streng genommen, bedürfen die auf der Zeichnung dargestellten Kurven
noch einer gewissen Korrektur. Es ist selbst bei bester Wärmeisolation der die Bodenproben
enthaltenden Gefäße nicht möglich, den Wärmeübergang von den Gefäßen zum umgebenden
Raum völlig zu unterbinden. Da die Abstrahlung im Verhältnis desto stärker wird,
je höher die Temperatur der Bodenprobe über der Raumtemperatur liegt, so müssen
-die Kurven mit einem Korrekturfaktor versehen werden, der in denjenigen Bereichen,
in denen die Kurve nur wenig über der Raumtemperatur liegt, kleiner ist als in den
Bereichen, in welchen die Kurve beträchtlich über der Raumtemperatur liegt.
-
Im letzten Teil der Zeichnung sind zum Vergleich neben den Kurven
a und d die korrigierten Kurvend und d' eingezeichnet.
-
Durch gute Wärmeisolation der die Proben enthaltenden Gefäße lassen
sich die notwendigen Korrekturen auf so geringe Beträge verkleinern, daß sie den
Charakter der Kurve nicht mehr störend beeinflussen, und in den weitaus meisten
Fällen genügt die Auswertung der nicht korrigierten Kurve zur Feststellung der Art
und Menge der zuzuführenden Nährstoffe.
-
Für die Erzielung einwandfreier Ergebnisse ist es wichtig, daß die
Bodenprob°n alle möglichst genau gleiche Anfangstemperatur besitzen. Da durch die
Zufuhr -des Energieznaterials (Zucker ) die Temperatursteigerungen im Verlauf der
Beobachtungszeit recht beträchtlich sind - es wurden Temperatursteigerungen bis
zu i i ° C beobachtet -, spielen geringe Abweichungen der Anfangstemperatur der
Proben keine irgendwie ins Gewicht fallende Rolle.
-
Wichtig ist ferner, daß den Bodenproben die Nährstoffe in Mengen zugesetzt
werden, welche den tatsächlichen Verhältnissen auf dem Felde entsprechen, und ebenso
ist es außerordentlich wichtig, daß die Bodenproben hinsichtlich ihres Luft-Wasser-Erde-Gehaltes
untereinander gleich sind und den oben angegebenen, von der Wissenschaft und Praxis
als günstigst angesehenen Zahlenwerten entsprechen.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich weiterhin auch zur Feststellung
etwaiger im Boden gebundener Stoffe. So ist z. B. Bor wichtig zur Vermeidung der
Herzfäule bei Zuckerrüben. Zuckerrübenböden sind häufig alkalisch, und hierdurch
ist das im Boden an sich enthaltene Bor gebunden, so .daß es den Pflanzen nicht
zugänglich ist. Hier kann die Untersuchung so durchgeführt werden, daß man von einem
solchen Boden zwei Proben betrachtet, von denen die eine beispielsweise mit so-
viel Bor angesetzt ist, wie es einex Menge von beispielsweise j kg je io ooo m=
entspricht, während die andere Probe schwach mit Säure angesetzt ist, so daß der
pH-Wert des Bodens unter 7,0 liegt.
-
Ist der Boden stark alkalisch, so wird das in der ersten Probe enthaltene
Bor auch noch adsorptiv gebunden und ergibt eine geringere Temperaturerhöhung als
die andere Probe, bei welcher durch die Säure das im Boden enthaltene Bor freigemacht
wird. Tritt dieser Fall ein, so muß untersucht werden, ob eine weitere Bodenprobe
mit höherem- Borgehalt eine Temperaturkurve ergibt, die über der Kurve derjenigen
Probe liegt, welcher lediglich Säure zugesetzt war, d. h. es muß untersucht werden,
ob die Freimachung des im Boden gebundenen Bors schon genügt oder ob darüber hinaus
auch noch weiteres Bor zugeführt werden muß.
-
Was für Bor vorstehend ausgeführt ist, gilt sinngemäß auch für andere
solche Nährstoffe, wie beispielsweise Molvbdän, Zink, Kupfer, Mangan, Jod u. dgl.,
sogenannte Stimulantia.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auch dazu benutzt werden, um
Düngestoffe oder Energiemittel untereinander zu vergleichen und auf ihre Eignung
hin zu untersuchen. Beispielsweise kann man feststellen, ob irgendein Nährstoff
unbekannter Zusammensetzung auf einen bestimmten Boden den gleichen Einfuß ausübt
wie beispielsweise .die gleiche Menge P.,0, o. dgl., indem man Proben nach
.der oben geschilderten Art mit beiden Stoffen ansetzt und ihren Temperaturverlauf
feststellt und miteinander vergleicht. In der gleichen Weise kann man z. B. auch
Humuspräparate auf ihren Wirkungswert als Energiemittel einerseits und auf ihren
Wirkungswert als Träger an anorganischen Nährstoffen andererseits untersuchen. Zu
diesem Zwecke vergleicht man den Temperaturverlauf in einer mit dem betreffenden
Humuspräparat angereicherten Bodenprobe mit dem Temperaturverlauf einer Probe gleichen
Bodens, die mit der entsprechenden Menge von Zucker o. dgl. angereichert ist, und
in der gleichen Weise mit weiteren Proben des gleichen Bodens, die mit den entsprechenden
anorganischen Stoffen angereichert sind. Der Temperaturverlauf der
verschiedenen
Proben ergibt, ob das Humuspräparat den zum Vergleich herangezogenen Energiemitteln
und anorganischen Nährstoffen in der Wirkung gleichwertig ist oder nicht.
-
Es kann das Verfahren gemäß der Erfindung auch dazu benutzt werden,
um aus der Einwirkung, welche bestimmte Energie- oder Nährstoffe auf einen zu untersuchenden
Boden bzw, dessen Proben haben, eine Klassifizierung des Bodens abzuleiten. Man
kann auf diese Weise einen zu untersuchenden Boden als sehr salzempfindlich oder
wenig salzempfindlich (gepuffert) erkennen. Ebenso kann man aus der Tatsache, daß
.der Boden auf Energiemittel oder Nährstoffe sehr stark reagiert, die Schlußfolgerung
ziehen, daß der Boden an sich wenig fruchtbar ist, während umgekehrt die Tatsache,
.daß trotz Zugabe von Energiemitteln bzw. Nährstoffen nur ge Temperaturerhöhungen
eintreten, ein s -,erin, Zeichen dafür ist, daß der Boden an sich schon sehr
fruchtbar ist. Reagiert der Boden auf Energiemittel nur wenig, auf Nährstoffe in
Form von Salzen beispielsweise dagegen stark, so ist dies ein Zeichen dafür, daß
der Boden an Energiemitteln (Humus) schon von sich aus sehr reich ist, und daß es
nur noch beispielsweise der Zugabe von Salzen bedarf, um den inneren Energievorrat
des Bodens zur Auswirkung kommen zu lassen.
-
Das vorliegende Verfahren bedeutet insofern den bekannten Bodenuntersuchungen
gegenüber etwas grundsätzlich Neues und ;anderes, weil die bekannten Verfahren immer
nur auf einen bestimmten Zustand, z. B. Halmwuchs oder Körnerertrag o. dgl., oder
auf die Feststellung ganz bestimmter Eigenschaften, Kaligehalt, Gehalt an leichtlöslicher
Phosphorsäure o. dgl., abgestellt sind. Das Verfahren gemäß Erfindung zeigt demgeg-,nüber
die @'löglichkeit, die biologischen Zustände und Zustandsänderungen und deren Wirkungen
in lückenlosem Verlauf darzulegen und in Form objektiver Protokolle aufzuzeichnen.
Die Temperaturdiagramme sind auf dies; Weise ein Abbild des Bodens und seiner Eigenschaften,
aus welchem man das Verhalten des Bodens ablesen und im Boden schlummernde, noch
nicht benutzte biologische Möglichkeiten erkennen kann.
-
Die Temperaturmessung kann entweder in zeitlichen Abständen .derart
erfolgen, daß in die Bodenproben hineinragende Thermometer o. dgl. abgelesen und
die Ableseergebnisse in Tabellen niedergelegt werden, aus denen sich dann Kurven
entwickeln lassen, oder es können die bekannten Vorrichtungen benutzt werden, welche
die in Thermoelementen oder elektrischen Widerständen erzeugten Temperaturen aufzeichnen.
Besonders vorteilhaft sind hierfür die bekannten Vorrichtungen, welche die gleichzeitige
Aufzeichnung verschiedener farbiger Temperaturkurven für verschiedene Thermoelemente
oder elektrische Widerstände gestatten und die vollautomatisch arbeiten.
-
Die die Bodenproben enthaltenden Gefäße müssen so beschaffen sein,
daß sie gut wärmeisolierend sind. Da ein vollständiger Luftabschluß die Bakterientätigkeit
zum Stillstand kommen läßt, eine zu starke Luftzirkulation jedoch .den Boden. austrocknet
und hierbei Wasserdampf" entweicht, der mit seiner Verdampfungswärme einen Teil
der von den Bakterien erzeugten Wärme abführt und dadurch die Temperaturkurven verfälscht,
müssen die Gefäße weiterhin so beschaffen sein, daß sie eine die Atmung des Bodens
gestattende Luftzirkulation ermöglichen, eine Austrocknung des Bodens während der
Untersuchung jedoch verhindern.