N-Ernährung
Das Wachstum der Pflanzen wird wegen der lokalen Aufnahme von Ammonium und seiner Übernahme in den Stoff- wechsel insgesamt von den Wurzeln im Bereich des CULTAN-Depots gesteuert.
Deshalb wird die N-Versorgung nach dem CULTAN-Verfahren als wuzeldominantes Ernährungssystem bezeichnet.
Bei einer N-Versorgung mit Nitrat oder Harnstoff wird das Wachstum dagegen von Spross der Pflanze gesteuert. Man spricht dann von Sprossdominanter Ernährung, die zu einige Probleme für die Pflanzen führen kann.
Source / Sink
In den Pflanzen müssen ständig Nährstoffe und Stoffwechselprodukte transportiert werden. Antrieb dieser Saftstöme sind hauptsächlich osmotische Drücke.
Nach der Druckstromtheorie, von Ernst Münch (1876-1946) werden die Assimilate vom Ort ihrer Produktion (Source-Gewebe) zu den Orten des Verbrauches (Sink-Gewebe) transportiert.
Wikipedia: Phloem ?
Eine besonders anschauliche Darstellung des Themas bietet: Wasser&Transport.pdf
Erläuterungen
Chlorophyll
Die Pflanzen können einen grünen Farbstoff herstellen, der in der Lage ist, Energie aus dem Licht der Sonne einzu- fangen. --> Photosynthese Chemisch ist Chlorophyll ein Porphyrinring mit zentral gebundenem Magnesium-Atom, verknüpft mit einem langkettigen Alkohol;Wikipedia: Chlorophyll ?
Photosynthese
Die wohl bedeutenste, chemische Reaktion auf der Erde ist der Aufbau organischer Substanz durch Umwandlung von Sonnen-Licht. Die Photo-Synthese versorgt damit das gesamte Leben mit Energie und Materie. ;Wikipedia: Photosynthese ?
Zu diesem zentralen Thema hat die Uni-Düsseldorf ein sehr informatives Portal erstellt:Photosynthese
Sink-Effekte
Die Trennung des Beginns der Synthese von Kohlen- hydraten im Spross gegenüber den Aminosäuren in den Wurzelspitzen an den Grenzflächen der CULTAN-Depots führen zu Veränderung der Source-Sink-Effekte.
Neben einer allgemeinen Verbesserung können bei vielen Kulturen Sink-Effekte bei bei den Ernteorganen gefördert werden. Besonders deutlich zeigen Rüben Verbesserungen des Rübenkörpers.
Im Abschnitt "CULTAN-Anwendungen" wird dies für spezielle Kulturen ausführlicher beschrieben..
Das CULTAN - Verfahren / Grundlagen
Das CULTAN-Depot
Bei der Betrachtung dieser beiden Versuchsfelder fällt sofort ein farblicher Unterschied ins Auge.Das linke Feld wurde konventionell mit Nitrat gedüngt. Das rechte Feld wurde nach dem CULTAN-Verfahren mit Ammonium-Depots versorgt. Das CULTAN-Feld zeigt eine deutlich stärkere Grünfärbung!
Da die Grünfärbung bei Pflanzen durch das Chlorophyll verursacht wird, liegt nahe, dass die CULTAN-Düngung weitgehenden Einfluß auf die Art und Intensität des Stoffwechsel der Pflanzen haben muß.
Bisher betrachtet man Ammonium im konventionellen Landbau als wenig verträglichen Stickstoff-Dünger. Denn gleichmäßig im Wurzelraum verteiltes Ammonium kann von den Pflanzen sowohl aktiv als auch passiv aufgenommen werden. Bei aktiver Aufnahme wird es an den Wurzel direkt in den Stoffwechsel organischer N-Verbindungen übernommen. Bei der passiven Aufnahme kann es dagegen in ausgewachsenen Blättern angereichert werden, wo bereits niedrige Konzentrationen Wachstumsstörungen herrvorrufen. Bei höheren Konzentrationen werden durch Ammonium Nekrosen an den Blatträndern gebildet. Darüberhinaus vermindert Ammonium im Wurzelraum verteilt die Aufnahme anderer Kationen.
Diese negativen Wirkungen des Ammoniums treten beim CULTAN-Verfahren nicht auf,
da es nicht gleichmäßig verteilt im Boden vorliegt, sondern in begrenzten, hoch konzentrierten Depots. Da diese Depots maximal 5% des Bodenvolumens einnehmen bleibt der restliche Boden relativ frei von Ammonium-Ionen. So kann im übrigen Bodenbereich ein stabile Versorgung der Wurzeln mit anderen Nährstoffen stattfinden.
Auf den ersten Blick paradox erscheint die Tatsache, dass Ammonium bereits in geringer Konzentration auf Pflanzen und Bodenorganismen toxisch wirkt.
Doch genau diese Phytotoxizität des Ammoniums ist ein wesentlicher Wirkungsmechanismus des CULTAN-Verfahrens.
Im Gegensatz zum gleichmäßig verteiltem Ammonium kommen bei Depots nur wenige Wurzeln an den Grenzflächen mit dem Ammonium in Kontakt. Dort nehmen diese Wurzeln nur dann Ammonium aus dem Depots auf, wenn sie vom Spross ausreichend mit Kohlehydraten versorgt sind. Dabei wird das Ammonium-Ion direkt in den Stoffwechsel der organischen N-Verbindungen (Amine, Amide etc.) aufgenommen.
Die Pflanzen wachsen dabei gezielt zu den Grenzflächen des Depots hin.
Die Aufnahme des Ammoniums erfolgt also reguliert durch die Pflanze selbst entsprechend ihrer jeweils aktuellen „assimilatorischen Leistung“.
Das bedeutet, dass das Wachstumspotential der Pflanze entsprechend dem Witterungsverlauf stets voll ausgeschöpft wird.
Bei Entleerung der Grenzbereiche wachsen die Wurzelspitzen direkt nach und erwachsen so das gesamte Depot bis zur vollständigen Leerung. Diese Attraktionswirkung der CULTAN-Depots läßt sich sehr gut an einem Wurzelbild zeigen. Deutlich kann man die Attraktion der Wurzeln zum Depot hin erkennen. Stark wucherndes Wurzelwachstum um das Depot herum.
Unter den Bedingungen der N-Aufnahme aus den konzentrierten Ammonium-Depots verändert sich in Folge der gesamte Stoffwechsel. Da der Ort des Stickstoff-Einbaus von den Blättern zu den Wurzeln verlagert wird, verändern sich auch die Konzentrationen der Substanzen und die resultierenden osmotischen Drücke. Diese Veränderungen, die in der Biologie als Sorce-Sink-Effekte bezeichnet werden, führen zu Verbesserung des Wachstums und der Qualität der Pflanzen.
Da sich diese Effekte bei unterschiedlichen Pflanzen verschieden ausgeprägt zeigen, finden Sie die weiterführenden Informationen im Kapitel: CULTAN-Anwendungen.
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