🌿 Pflanzenverfügbares Kalium in mineralischen Böden — das Verfahren nach Egner-Riehm (DL): Extraktion mit Calciumlactat, das mit Salzsäure angesäuert ist, Bestimmung durch Flammenphotometrie

Umwelt PN-R-04022

Übersicht

Das Verfahren nach Egner-Riehm ist in der Fassung DL (Calciumlactat + Salzsäure) in Polen der amtliche Bodentest auf pflanzenverfügbaren Phosphor und Kalium. Die Extraktion besteht darin, die Verbindungen des Phosphors und des Kaliums mit Hilfe von Calciumlactat (CH₃·CHOH·COO)₂Ca, das mit Salzsäure angesäuert ist, aus dem Boden zu extrahieren. Die Lösung ist 0,04 mol·dm⁻³ in Bezug auf das Calciumlactat und 0,02 mol·dm⁻³ in Bezug auf die Salzsäure; ihr pH-Wert beträgt 3,6 (die Anweisung des IUNG für Obstpflanzen gibt pH 3,55 an und die Übersicht der europäischen Tests in den Studien und Berichten des IUNG-PIB — pH 3,7; vor der Arbeit muss man sich an den Wert aus der eigenen Verfahrensanweisung halten). Das Reagenz ist sowohl gegenüber Wasserstoffionen als auch gegenüber Calciumionen gut gepuffert — den beiden Faktoren, die die Löslichkeit der Phosphorverbindungen im Boden am stärksten beeinflussen.

Der Mechanismus ist ein Ionenaustausch: wegen des hohen Gehalts an Ca²⁺- und H⁺-Ionen wird das austauschbare Kation K⁺ aus dem Sorptionskomplex verdrängt. Die Anwesenheit von Calcium bewirkt dabei nur eine geringe Auflösung der Humusverbindungen, wodurch ein schwach gefärbtes oder überhaupt farbloses Filtrat erhalten wird, das sich für kolorimetrische Bestimmungen eignet (der Phosphor aus demselben Filtrat wird kolorimetrisch als Phosphormolybdänblau bestimmt). Die wesentliche Eigenschaft dieses Reagenzes ist die Fähigkeit, solche Mengen an Verbindungen des Phosphors und des Kaliums in Lösung zu bringen, wie sie von den Pflanzen aufgenommen werden können. Das Kalium wird mit dem Verfahren der Flammenphotometrie bestimmt, bei dem die Intensität der Färbung des Kaliumspektrums gemessen wird — und eben diese Technik nennt der Anwendungsbereich der Norm.

Das Ergebnis wird meistens als mg K₂O je 100 g Boden ausgedrückt. Der Einstufung der Versorgung dienen Grenzzahlen, die für Kalium — anders als für Phosphor — für jede agronomische Kategorie des Bodens verschieden sind (sehr leicht, leicht, mittel, schwer; die Einteilung nach der Polnischen Bodenkundlichen Gesellschaft, gestützt auf den Anteil der Fraktion unter 0,02 mm). Für eine richtige Einstufung ist also parallel eine Analyse der Korngrößenverteilung nötig. Das in Polen geltende System der Düngeberatung stützt sich auf die Bilanzierung von P, K und Mg: die Gabe soll den Entzug mit den Erträgen ausgleichen, entsprechend der Versorgung des Bodens berichtigt, und seit den 1970er Jahren gelten fünf Versorgungsklassen — sehr niedrig, niedrig, mittel, hoch und sehr hoch.

Status der Norm. Die Katalogkarte des PKN gibt an, dass PN-R-04022:1996 (veröffentlicht am 21.03.1996, 4 Seiten, KT 90 für Bodenbearbeitung und Gartenbau, ICS 13.080.10) am 30.06.2017 ZURÜCKGEZOGEN wurde; zurückgezogen ist auch ihr zusätzliches Element PN-R-04022:1996/Az1:2002. Die Karte weist keine ersetzende Norm aus, und das Auftragsformular für Untersuchungen einer regionalen chemisch-landwirtschaftlichen Station bezeichnet sie unmittelbar als „norma wycof. bez zastąp." [Norm zurückgezogen ohne Ersatz] — und beruft sich weiterhin auf sie bei der Leistung der Bestimmung von pflanzenverfügbarem Kalium. Gesondert ist anzumerken, dass für organische Böden eine andere Norm angewendet wird (PN-R-04024) und die besprochene ausschließlich mineralische Böden betrifft. Das IUNG-PIB arbeitet seit Jahren daran, die Tests nach Egner-Riehm und nach Schachtschabel durch das universelle Verfahren Mehlich 3 zusammen mit der Umrechnung der Grenzzahlen durch Regressionsgleichungen zu ersetzen.

Was diese Beschreibung nicht enthält: den vollständigen Text der Norm haben wir nicht gesehen — das PKN stellt ihn ausschließlich gegen Entgelt zur Verfügung. Die Einwaage, das Volumen des Extraktionsmittels, die Dauer des Schüttelns, die Art der Beseitigung der störenden Ionen und die Grenzzahlen geben wir nach einem Laborskript der Technischen Universität Białystok sowie nach Veröffentlichungen des IUNG-PIB an und nicht nach der Norm; die Abweichungen zwischen den Quellen (Einwaage und Volumen bei gewahrtem Verhältnis 1 : 50, der pH-Wert des Extraktionsmittels) kennzeichnen wir unmittelbar. Die Bestimmungsgrenze, die Anforderungen an die Präzision und die Art der Kalibrierung des Flammenphotometers hat uns die Norm nicht zugänglich gemacht — sie müssen ihrem Text oder der Verfahrensanweisung des Laboratoriums entnommen werden.

Prinzip der Methode

Lufttrockener, durch ein 1-mm-Sieb gesiebter Boden wird mit einer Extraktionslösung einer Konzentration von 0,04 mol·dm⁻³ in Bezug auf das Calciumlactat und 0,02 mol·dm⁻³ in Bezug auf die Salzsäure, mit einem pH-Wert von etwa 3,6, übergossen, wobei ein Verhältnis Boden : Lösung von 1 : 50 (m/V) gewahrt wird. Die Quellen geben ein übereinstimmendes Verhältnis bei unterschiedlichen Maßstäben an: 5 g Boden auf 250 cm³ (Laborskript der Technischen Universität Białystok), 3 g auf 150 cm³ (Übersicht der analytischen Bedingungen des IUNG-PIB), 2 g auf 100 cm³ (Anweisung des IUNG für Obstpflanzen). Die Ca²⁺- und H⁺-Ionen aus dem Reagenz verdrängen das austauschbare Kation K⁺ aus dem Sorptionskomplex; zugleich setzt die saure Hydrolyse die Phosphorverbindungen frei, deshalb werden aus demselben Auszug beide Bestandteile bestimmt. Das Mischen wird 90 Minuten in einem Rotationsschüttler geführt (etwa 40 U/min nach dem Skript der Technischen Universität Białystok, 30 U/min nach der Anweisung des IUNG), danach wird die Suspension filtriert, wobei die ersten 20–30 cm³ des Filtrats verworfen werden und phosphorfreie und kaliumfreie Filter verwendet werden. Aus dem Filtrat werden 25 cm³ entnommen, 2 cm³ einer 10-prozentigen Lösung von Oxalsäure werden zugegeben, um das Calcium (die störenden Ionen) zu beseitigen, und es wird 24 h stehen gelassen, damit sich der Niederschlag von Calciumoxalat absetzt. Anschließend wird die Intensität der Färbung des Kaliumspektrums in einem Flammenspektralphotometer gemessen — zuerst für die Kalibrierkurve, die entsprechende Mengen an K₂O enthält, dann für die Probe — und der Kaliumgehalt aus der Kurve abgelesen. Das Ergebnis wird in mg K₂O je 100 g Boden nach der Formel mg K₂O/100 g = a·100/s umgerechnet, wobei a die Milligramm K₂O in 25 cm³ des Filtrats sind und s — die Masse des Bodens in Gramm, die 25 cm³ des Filtrats entspricht (in dem beschriebenen Verfahren 0,5 g).

Anwendungen

• Routineuntersuchungen der Versorgung mineralischer Böden in den regionalen chemisch-landwirtschaftlichen Stationen
• Festlegung der Gaben an Kaliumdüngern im System der Düngeberatung, das auf der Bilanz der Nährstoffe beruht (Naw-Sald und die tabellarischen Empfehlungen des IUNG)
• Düngung von Obstgärten, Baumschulen und Plantagen auf der Grundlage einer Bodenanalyse — Proben mindestens einmal in 3 Jahren entnommen, auf leichten Böden häufiger
• Monitoring der chemischen Fruchtbarkeit der Böden im Land — die zentrale Ergebnisdatenbank der KSChR, jährlich um etwa 250 000 Analysen von pH, P, K und Mg ergänzt
• Vergleichs- und Kalibrieruntersuchungen bei der Einführung des universellen Verfahrens Mehlich 3 anstelle der DL-Tests nach Egner und nach Schachtschabel
• Lehre und Laborschulungen in Agrikulturchemie — die Bestimmung von Phosphor und Kalium aus einem Bodenauszug

Schlüsselparameter

Norm

Normnummer

PN-R-04022:1996 + Az1:2002

Titel (PL)

Analiza chemiczno-rolnicza gleby — Oznaczanie zawartości przyswajalnego potasu w glebach mineralnych

Schritt-für-Schritt-Verfahren

1. Entnahme und Vorbereitung der Probe

   Die Probe mit einem Egner-Stock oder einem Bohrer entnehmen, die Einzelproben von einem einheitlichen Schlag mischen und etwa 1 kg Boden für die Analyse bestimmen. An einem beschatteten Ort bis zum lufttrockenen Zustand trocknen und durch ein Sieb mit 1 mm Maschenweite sieben.

2. Einwaage

   5 g trockenen Boden in eine Flasche oder einen Kanister mit einem Fassungsvermögen von etwa 500 cm³ einwägen (bei anderen Maßstäben das Verhältnis Boden : Lösung von 1 : 50 wahren).

3. Zugabe des Extraktionsmittels

   250 cm³ der Lösung von Calciumlactat mit Salzsäure zugeben: Konzentration 0,04 mol·dm⁻³ in Bezug auf das Calciumlactat und 0,02 mol·dm⁻³ in Bezug auf die HCl.

4. Extraktion

   90 min in einem Rotationsschüttler mischen (etwa 40 U/min).

5. Filtration

   Durch ein Filter filtrieren und dabei die ersten 20–30 cm³ des Filtrats verwerfen; phosphorfreie und kaliumfreie Filter verwenden. Aus demselben Filtrat wird auch pflanzenverfügbarer Phosphor bestimmt.

6. Beseitigung der störenden Ionen

   25 cm³ des Filtrats in ein Egner-Röhrchen entnehmen, 2 cm³ einer 10-prozentigen Lösung von Oxalsäure zugeben, um das Calcium zu beseitigen, und die Röhrchen 24 h stehen lassen, bis sich der Niederschlag von Calciumoxalat abgesetzt hat.

7. Kalibrierkurve

   Am Flammenspektralphotometer die Intensität der Färbung des Kaliumspektrums für eine Reihe von Standardlösungen messen, die entsprechende Mengen an K₂O enthalten.

8. Messung der Probe

   Die Intensität der Färbung des Kaliumspektrums der untersuchten Probe am selben Gerät und unter denselben Bedingungen messen und anschließend den Kaliumgehalt aus der Kalibrierkurve ablesen.

9. Berechnung

   Den Gehalt nach der Formel mg K₂O/100 g = a·100/s berechnen, wobei a die Milligramm K₂O in 25 cm³ des Filtrats sind und s die Masse des Bodens (g), die 25 cm³ des Filtrats entspricht — in dem beschriebenen Verfahren 0,5 g.

10. Einstufung der Versorgung

    Die agronomische Kategorie des Bodens feststellen (sie verlangt eine Analyse der Korngrößenverteilung) und die Versorgungsklasse aus den geltenden Grenzzahlen in mg K₂O/100 g ablesen: sehr leichter Boden — sehr niedrig <2,5, niedrig 2,6–7,5, mittel 7,6–12,5, hoch 12,6–17,5, sehr hoch >17,5; leicht — <5,0 / 5,1–10,0 / 10,1–15,0 / 15,1–20,0 / >20; mittel — <7,5 / 7,6–12,5 / 12,6–20,0 / 20,1–25,0 / >25; schwer — <10,0 / 10,1–15,0 / 15,1–25,0 / 25,1–30,0 / >30.

Erforderliche Geräte und Apparatur

Reagenzien, Nährmedien und Verbrauchsmaterialien

Arbeitsschutz und Sicherheit

• Die Salzsäure in der Extraktionslösung wirkt ätzend — die Lösung unter dem Abzug, mit Handschuhen und Schutzbrille ansetzen, die Säure in das Wasser gießen, niemals umgekehrt.
• Oxalsäure und ihre 10-prozentige Lösung sind beim Verschlucken giftig und reizend — mit Handschuhen arbeiten, nicht mit dem Mund pipettieren, die Reste in den chemischen Abfall geben.
• Ein Flammenphotometer arbeitet mit brennbarem Gas und offener Flamme — eine funktionstüchtige Absaugung über dem Brenner, eine Dichtheitskontrolle der Gasinstallation und eine geschulte Bedienung sind erforderlich; das arbeitende Gerät nicht unbeaufsichtigt lassen.
• Die Extraktionsflaschen mit einem Fassungsvermögen von 500 cm³ müssen im Rotationsschüttler fest verschlossen und gesichert werden — eine Undichtigkeit bedeutet saure Lösung, die in Bewegung verschüttet wird.
• Das Trocknen und Sieben des Bodens erzeugt mineralischen Staub; Proben von Feldern, die mit Wirtschaftsdüngern gedüngt wurden, als mikrobiologisch möglicherweise kontaminiertes Material behandeln.

Häufige Fragen