Crassula ovata (Mill.) Druce

Harnstoff als N-Dünger für "Hydrokulturen"?

Harnstoff ist eine wichtige N-Komponente in vielen Flüssigdüngern. Als nicht mineralische Verbindung ermöglicht Harnstoff die Herstellung hoch konzentrierter Lösungen. Über Jahrzehnte galt jedoch die Lehrmeinung, dass Harnstoff als N-Komponente für weitgehend ungepufferte Kultursysteme, so auch in der sogenannten "Hydrokultur" mit Blähton, nicht geeignet sei. Zurückgeführt wurde dies auf Untersuchungsergebnissen aus den 1950er und 60er Jahren (COURT u.a. 1964). Als Gründe wurde ein starker pH-Anstieg infolge der Umsetzung von Harnstoff zu Ammonium-N angenommen und in dessen Folge die Bildung  von pflanzenschädlichem Ammoniak und Nitrit. Neben weiteren Einflüssen, die sich aber im weiteren Verlauf nicht bestätigten, stand stets auch eine Verunreinigung mit Biuret in Verdacht für Pflanzenschäden verantwortlich zu sein. Der Gehalt an Biuret in Harnstoff wird deshalb durch die Düngemittelverordnung auf 1,2 % begrenzt.

Grundsätzlich hat Harnstoff als N-Komponente Vorteile gegenüber mineralischen N-Formen.  Es handelt sich um eine vergleichsweise preiswerte Stickstoffkomponente, die hervorragend wasserlöslich ist, mit anderen Bestandteilen der Nährlösung nicht reagiert und deshalb stabile hoch konzentrierte Stammlösungen ermöglicht. Harnstoff wird als organisches Molekül durch Massenfluss bei der Wasseraufnahme, passiv von der Pflanze aufgenommen und im Stoffwechsel verarbeitet. Auch über die Blätter wird Harnstoff gut aufgenommen, was man sich bei der Blattdüngung zunutze macht. Harnstoff wird durch das in mikrobiell belebten Böden und Substraten stets vorhandene Enzym Urease zu Ammoniumcarbonat umgesetzt und dann im weiteren Verlauf über Nitrit zu Nitrat nitrifiziert. Pflanzen nehmen Stickstoff deshalb auch bei Harnstoffdüngung meist als Mineralstickstoff auf.

Das Thema Harnstoff ist derzeit wieder aktuell, weil der Gesetzgeber den Vertrieb von Ammoniumnitrat in Salzform verboten hat. Dies trifft auch die Raumbegrünung in der Ammonnitrat in Kombination mit dem Basisdünger bei kalkreichen Gießwässern eingesetzt wird. Begründet wird das Verbot damit, dass Ammonnitrat ein wichtiger Bestandteil zur Herstellung von Sprengstoffen ist. Diese keineswegs neue Erkenntnis hatte über 100 Jahre den Einsatz als eines der wichtigsten Stickstoffdüngemittel nicht gestört. Erst als die sogenannten Sauerlandbomber mit größeren Mengen Ammonnitrat ertappt wurden, hat sich die Einschätzung geändert. Ammonnitrat steht nun nur noch in flüssiger Form zur Verfügung (siehe Fenster), obwohl sich für halbwegs in Chemie bewanderte daraus problemlos wieder Ammonnitrat in Salz Form herstellen lässt. Für die gärtnerische Praxis stellt sich nun die Frage, ob beim Basisdüngersystem Ammonnitrat durch die deutlich teurere flüssige Form ersetzt werden muss oder alternativ Harnstoff eingesetzt werden kann.

Basisdünger Rezeptur für eine „Standard“-Nährlösung für Hydrokulturen in der Raumbegrünung auf der Basis von 70 mg N/l als Alternative zu Ammonnitrat-Salz:

0,35 g/l  „Ferty Basisdünger 6“ + 0,22 ml/l  Ammonnitrat fl. (18 Gew.-% N)

oder

0,35 g/l „Ferty Basisdünger 6“ + 0,11 g/l Harnstoff (46 Gew.-% N)

 

Kennwerte von Ammonnitrat flüssig:

18 Gew.-% N « = » Spez. Gewicht 1,24 kg/l « = » 22,32 Vol.-% N

 

Aus Versuchen mit Topfpflanzenkulturen mit Fließrinnenbewässerung ist bekannt, dass ein Ersatz von Ammonnitrat durch Harnstoff problemlos möglich ist (MOLITOR 1993). Parallel zu diesen Untersuchungen wurden 1993 und 1994 zwei Versuche mit der Anwendung von Harnstoff bei der Kultur von Pflanzen in „Hydrokultur“ im Anstauverfahren durchgeführt. Die Ergebnisse wurden bisher nicht veröffentlicht, was aus aktuellem Anlass jetzt nachgeholt werden soll. Im Vordergrund stehen dabei folgende Fragen:

  • Welche physiologische Wirkung hat Harnstoff im Vergleich zu Ammonnitrat auf die Veränderung des pH-Wertes der Nährlösung?

    • Findet in der Nährlösung eine Umsetzung von Harnstoff zu Ammonium-N statt?

    • Lässt sich Ammonnitrat beim Basisdüngerkonzept durch Harnstoff ersetzen?

    • Welche Vorteile ergeben sich durch die Verwendung von Harnstoff?

Die Versuche wurden in zwei getrennten Versuchsdurchgängen (07.10.1993-11.04.1994 und 26.04.1994-12.09.1994) mit Ficus benjamina ‚Natasja‘ und Ficus pumila, jeweils 10 Pflanzen in vierfacher Wiederholung, durchgeführt. Die Aufstellung der Pflanzen erfolgte in 80 x 120 cm Kunststoffschalen. Zusätzlich wurden in die Schalen als Erhebungsuntersuchung 5 weitere Pflanzenarten mit jeweils 2 Pflanzen pro Schale eingestellt, um mögliche unterschiedliche Reaktionen zu prüfen:

  • Areca catechu

    Codiaeum variegatum

    Dracaena fragrans (Syn. D. deremensis ‚Compacta‘)

    Dracaena reflexa var. angustifolia (Syn. D. marginata)

    Schefflera arboricola

Die Zusammensetzung der Nährlösung erfolgte mit „Flory Basisdünger 1“ (heute „Ferty Basisdünger 1“) ergänzt mit Harnstoff-N oder Ammonnitrat-N in unterschiedlichen Anteilen:



Anteile von "Ferty Basisdünger"

Das Nährstoffangebot auf N-Basis betrug 70 mg N/l (=5 mmol/l) und wurde dann im weiteren Verlauf auf 100 mg N/l (=7,14 mmol/l) erhöht. Verbrauchte Nährlösung wurde stets mit Nährlösung der gleichen Konzentration ergänzt, sobald der Wasserstand auf Minimum abgesunken war. Leitungswasser wurde abhängig vom aktuellen pH-Verlauf der Nährlösung wahlweise mit einer Säurekapazität von 2 oder 4 mmol/l eingesetzt.

Ergebnisse

pH-Verlauf
Der pH-Verlauf der Nährlösungen war zwischen den Harnstoff/Ammonnitrat- Varianten nicht unterschiedlich (Abb. 1). Demnach hat Harnstoff eine vergleichbare physiologische Wirkung auf den pH-Wert wie Ammonnitrat.


Abb. 1: pH-Verlauf in der Anstauzone in Abhängigkeit vom Harnstoff-N-Anteil am Gesamt-N-Angebot

 

Messungen in kurzer zeitlicher Abfolge nach dem Auffüllen mit harnstoffhaltiger Nährlösung  zeigen zudem, dass der Harnstoff durch die in der Nährlösung vorhandene Urease zu Ammoniumstickstoff umgesetzt und im weiteren Verlauf nitrifiziert wird. Diese Umsetzung verlief bei der frischen, noch nicht so stark mit Mikroorganismen besiedelten Anstaulösung langsamer (Abb. 2), als im späteren Verlauf des Versuches (Abb. 3). Trotz weitgehend fehlender Pufferung kam es dabei nicht zu den befürchteten pH-Sprüngen in der Anstaulösung.  Dies ist umso überraschender, als die weitgehend fehlende Pufferung bei der „Hydrokultur“ eher und stärker diesen Effekt als bei der Bodenkultur hätte erwarten lassen.

 

 

Abb. 2: Umsetzung von Harnstoff und Mineralstickstoff in der Anstaulösung nach dem Auffüllen mit frischer Nährlösung der Variante mit 100 % Harnstoffanteil zu Versuchsbeginn.

 

 

 

 

 

 

Abb. 3: Umsetzung von Harnstoff und Mineralstickstoff in der Anstaulösung nach dem Auffüllen mit frischer Nährlösung der Variante mit 100 % Harnstoffanteil gegen Versuchsende.

Die Leitfähigkeit der Anstaulösung zeigte im Verlauf des Versuches keine nennenswerten Unterschiede zwischen den einzelnen Varianten (Abb. 4). Dies erklärt sich durch die angeführte rasche Umsetzung des Harnstoffs zu Ammonium-N. Die teilweise geäußerte Vermutung, dass sich durch eine geringer Leitfähigkeit der Nährlösung mit Harnstoff im Vergleich zu Mineralstickstoff, Vorteile für das Pflanzenwachstum ergeben könnten, ist demnach als wenig wahrscheinlich einzustufen.

 

 

Abb. 4: Veränderung der Leitfähigkeit der Anstaulösung in Abhängigkeit vom Harnstoff-N-Anteil am Gesamt-N-Angebot.

 

Pflanzenwachstum

Bei der Endauswertung ergaben sich bei allen Wachstumsparametern keine signifikanten Unterschiede zwischen den einzelnen Varianten bei beiden Ficus-Arten. In Abb. 5 sind beispielhaft die Ergebnisse von Ficus benjamina des ersten Satzes dargestellt. Auch bei den Pflanzen der Erhebungsuntersuchung waren augenscheinlich keine Unterschiede erkennbar. Ammonnitrat kann als N-Komponente demnach in der „Hydrokultur“ vollständig durch Harnstoff ersetzt werden.

 

Abb. 5: Frischgewicht von Ficus benjamina zu Versuchende des 1. Satzes in Abhängigkeit vom Harnstoff-N-Anteil am Gesamt-N-Angebot.

 

Bei Dracaena fragrans (Syn. D. deremensis ‚Compacta‘) traten nur beim 2. Versuchsdurchgang Nekrosen an den Blattspitzen auf, die mit zunehmendem Harnstoffanteil zunahmen. Derartige Symptome treten bei dieser Pflanzenart in der Praxis allerdings relativ häufig auf, wobei deren Ursache nicht geklärt ist. Es erscheint wenig wahrscheinlich, dass es sich dabei um Biuret-Toxizität handelte. Dies ließe sich nur durch gezielte Zugabe von Biuret überprüfen. Kürzlich von BELTZ (2011) durchgeführte Untersuchungen mit Hypericum in Containerkultur haben diesen Aspekt wieder etwas in den Vordergrund gerückt. Biuretschäden äußerten sich in auffälligen Triebspitzen-Chlorosen. Möglicherweise gibt es Pflanzenarten, die empfindlicher als andere auf die in der Düngemittelverordnung zugelassen geringen Biuretgehalte in harnstoffhaltigen Düngemitteln reagieren als andere. Aus den beiden vorliegenden Versuchsreihen ergaben sich dafür jedoch keine konkreten Anhaltspunkte.

 

Fazit

  • Harnstoff wird in der Anstaulösung von „Hydrokulturen“ rasch zu Ammonium-Stickstoff umgesetzt und anschließend zu Nitrat-N nitrifiziert. Vorteile für die Pflanzen aufgrund einer niedrigeren Leitfähigkeit der Nährlösung sind deshalb nicht zu erwarten.

    • Mikrobiell belebte Anstaulösungen enthalten offensichtlich ausreichende Mengen des Enzyms Urease für die Harnstoffumsetzung.

    • Im Hinblick auf die physiologische Wirkung auf den pH-Wert der Nährlösung, kann Ammonnitrat durch Harnstoff ersetzt werden.

    • Der bei der Anwendung von Harnstoff in der älteren Literatur beschriebene starke pH Anstieg und die dadurch verursachte Ammoniakbildung bestätigten sich in beiden Versuchsdurchgängen nicht. Hier kann somit Entwarnung gegeben werden.

    • Aus den beiden Versuchen lassen sich keine konkreten Hinweise auf Pflanzenschäden durch Verunreinigung von Harnstoff mit Biuret ableiten.

    • Vorbehalte gegenüber Harnstoff (Carbamid-N) zur Düngung von Hydrokulturen, sind aufgrund der vorliegenden Versuchsergebnisse unbegründet.

Dr. Heinz-Dieter Molitor und Manfred Fischer; Hochschule Geisenheim

Literatur
Beltz, H. (2011): Versuch bestätigt: Chlorosen an Hypericum durch Biuret. – Baumschule 5; S. 37-39Court, M.N.; Stephen, R.C.; Waid, J.S. (1964): Toxicity as a cause of the inefficiency of urea as a fertilizer. – J. Soil Sci. 15(1), 42-48
Molitor, H.-D. (1993): Harnstoff zur Düngung von Topfpflanzen in Fließrinnen. – Gartenbaumagazin 2(10), S. 55-58

Update: 04.12.2013 19:08:21