Anorga03Neben2

Aquaristik: Die Grundlagen verstehen

1. ANORGANISCHE ASPEKTE

c. Neben-Ionen II
Redfield-Relationen
Pflanzenwachstum

Redfield-Relationen
Buddendorf

Bei der Untersuchung marinen Phytoplanktons erkannte Alfred C. Redfield einen Zusammenhang des atomaren Gehalts von

Kohlenstoff C : Stickstoff N : Phosphor P

der nach ihm als "Redfield-Verhältnis" ("Redfield Ratio") bezeichnet wurde. Unstrittig für die Meeresbiologie, ist diese Theorie hilfreich auch für die Süßwasser-Flora, wenngleich nicht ausreichend untersucht.
Nicht belastbar ist die Buddendorf'sche Algentheorie, wonach eine Algenblüte von unnatürlicher N:P-Relation geprägt sei. Demnach werde die Ausbreitung gefördert

("Algenblüte")
von Cyanobakterien ("Blaualgen") bei Phosphat-Überschuss
von (Grün-) Algen bei Phosphat-Mangel

Also (s.u. ! ):

NO3 : PO4 << 10 führe zu Blau-Algen
NO3 : PO4 >> 10 führe zu Grün-Algen

?

Nach Redfield kommen im Phytoplankton auf

1x P-Atom
16x N-Atome, 106x C-Atome, 264x H-Atome, 110x O-Atome
als Masse ausgedrückt
1.528[g] + 2.025[g] = 3.553[g]

Solange das Wasser in genügenderMenge zur Verfügung steht - wie im Aquarium -, kann es zunächst unberücksichtigt bleiben, deshalb

1x P-Atom 16x N-Atome 106x C-Atome
P : N : C = 1 : 16 : 106

Die betreffenden Elemente sind im Wasser wesentlich enthalten in den Anionen von

Phosphat, Nitrat und Kohlendioxid:
1x PO4--- 16x NO3- 106x CO2

Durch Multiplikation mit den spezifischen Molekül-Massen ergeben sich folgende

Masse-Relationen
[kg / g / mg]
1xPO4 : 16xNO3 : 106xCO2 = 95 : 992 : 4.665
PO4 : NO3 : CO2 = 1 : 10,5 : 49,1

Auf dem Weg zum "pflanzenfreundlichen Wasser" sind dies Meilensteine:

NO3 : PO4 = 10 : 1

CO2 : NO3 = 5 : 1

NO3 = 0,2*CO2
PO4 = 0,02*CO2

Pflanzenwachstum

Nehmen wir jetzt den obigen Wassergehalt hinzu:

1x P 16x N 106x C 264x H 110x O
sind aufgebaut aus
1x PO4, 16x NO3, 106x CO2, 132x H2O
wobei (4+48+212+22)x O = 143x O2 ins Wasser zurückgeführt werden

Ich nenne sie die
"REDFIELD-Masse-Relationen"
[kg / g / mg]
1xPO4 : 16xNO3 : 106xCO2 : 132xH2O {abzgl 143x O2} = 95 : 992 : 4.665 : 2378 {abzgl 4576 .....}
PO4 : NO3 : CO2 : H2O = 1 : 10,5 : 49,1 : 23,3 {abzgl 48,2}

NO3 : PO4 = 10,5 ~ 10
CO2 : PO4 = 49,1 ~ 50
CO2 : -O2 = 1,02 ~ 1

Es kann ein Pflanzenwachstum erzielt werden bei

CO2 ~ 50 [mg/l]
NO3- ~ 10 [mg/l]
PO4--- ~ 1 [mg/l]
H2O ~ 25 [mg/l]

von ~ 35 [mg/l] bei einer
Sauerstoff-Rückführung von ~ 50 [mg/l]

Wasserpflanzen geben fast ebenso viel Sauerstoff ab, wie sie Kohlendioxid verbrauchen.

An dieser Stelle ist ein Element zu ergänzen, das Redfield unerwähnt gelassen hat, das aber von Pflanzen zum Aufbau ihrer Masse benötigt wird:

Kalium K+
(Näheres hier)

Es gehört zwar nicht zu den Neben-Ionen, muss aber hier im Hinblick auf die Pflanzenmasse berücksichtigt werden. Bis zu 5 % der Pflanzenmasse bestehen aus Kalium, so dass ergänzend zu erweitern ist:

Es kann ein Pflanzenwachstum erzielt werden bei

CO2 ~ 50 [mg/l]
NO3- ~ 10 [mg/l]
PO4--- ~ 1 [mg/l]
H2O ~ 25 [mg/l]
K+ ~ 1,5 [mg/l]

von ~ 37,5 [mg/l] bei einer
Sauerstoff-Rückführung von ~ 50 [mg/l]

Erinnern wir uns, wie bei bekannter Karbonathärte KH

aus dem pH-Wert die CO2-Konzentration

CO2 = Fkt[pH,KH]

abgeleitet werden kann, und diese bestimmt, REDFIELD folgend, die optimale Konzentration der Neben-Ionen für Pflanzengewässer. Die Nitrat-Konzentration braucht ein Fünftel der Kohlendioxid-Konzentration nicht zu übersteigen:

NO3 < 1/5 CO2

Optimale Nebenionen-Konzentration ist abhängig vom Kohlendioxid-Gehalt, also primär vom pH-Wert!

NO3 = 1/5 CO2
PO4 = 1/50 CO2
CO2 = Fkt[pH]

Das Diagramm zeigt, dass es keine allgemeine Steuerungs-Empfehlung geben kann. Auch ist ersichtlich, dass eine höhere Rate des Pflanzenwachstums tendenziell bei härterem Wasser erreichbar ist, weil dieses eine höhere CO2-Konzentration ermöglicht (wodurch das Wasser ansäuert). Wegen des möglichen Nährstoffgehaltes gilt also:

Ein Pflanzenzuchtwasser ist hart und sauer

Somit kann mittels Tabellenprogramm das

maximal erzielbare Pflanzenwachstum

in Abhängigkeit von Säuregrad und Karbonathärte bestimmt werden. Dieses Programm, das gerade auch das Düngungsmaximum darlegt, stelle ich gerne zur Verfügung.

Pflz = fkt [pH, KH]

Das wird bei der Düngung der Wasserpflanzen vorgestellt und berechnet werden.