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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Düngers und damit hergestellte Dünger, die insbesondere den Zulassungsbestimmungen für den ökologischen Landbau entsprechen.
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Für die Produktion von landwirtschaftlichen Produkten, die als Öko-Produkte gekennzeichnet werden dürfen, wird in den EU-Rechtsvorschriften für den ökologischen Landbau genau definiert, wie diese landwirtschaftlichen Erzeugnisse und Lebensmittel, erzeugt und hergestellt werden müssen. Relevant sind für die dabei einsetzbaren Düngemittel im Wesentlichen die Bestimmungen der EG-Öko-Basisverordnung (EG) Nr. 834/2007 vom 28. Juni 2007 und der Durchführungsverordnung (EG) Nr. 889/2008 vom 05. September 2008 (Produktion, Kennzeichnung und Kontrolle). Dort werden Vorgaben für die Art und den Ursprung der zulässigen Düngemittel und deren Komponenten gemacht.
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Bei der Entwicklung eines Düngers für den ökologischen Landbau ist man daher eingeschränkt in der Auswahl der möglichen Inhaltsstoffe. Vor allem rein synthetische Wirkstoffe scheiden damit von vornherein aus. Dies führt dazu, dass die Wirksamkeit der verfügbaren Düngemittel für den ökologischen Landbau oftmals hinter der der Produkte für den konventionellen Landbau zurück bleibt.
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Bekannt sind im Stand der Technik beispielsweise Zusammensetzungen von Düngern, die basierend auf der Positivliste der EG-Öko-Basisverordnung Huminsäuren und Aminosäuren enthalten. Entsprechend der jeweiligen Nährstoffanforderungen, die der Dünger abdecken soll, werden diese Grundrezepturen dann mit den entsprechenden Stickstofflieferanten, Phosphaten und Metallsalzen versetzt. In ihrer Wirksamkeit erreichen auch diese Dünger jedoch nicht das Niveau der spezialisierten konventionellen Dünger.
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CN 107 698 334 A offenbart eine feste, wasserlösliche Düngerzusammensetzung für Äpfel und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Sie enthält u. a. biologisch-organisches Kohlenstoffpulver mit einer Korngröße von 1 µm - 3 µm und Algenextrakt.
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US 5 876 479 A offenbart eine Düngerzusammensetzung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Sie enthält u. a. Rohproteine auf Basis von Fischprotein, Blutextrakt und Federmehl sowie Huminsäure und Algen.
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WO 2016/038 460 A2 offenbart mikrobielle Zusammensetzungen zur Biostimulation von Pflanzen für die Saatkeimung und Pflanzenwuchs und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Sie basieren auf Bakterien, Pilzen, Algen und/oder Mikroorganismen und können beispielsweise Huminsäuren, Algenextrakte und hydrolysiertes Protein enthalten.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Düngers zu entwickeln, der eine verbesserte Wirksamkeit bietet, aber weiterhin die Zulassungskriterien für den ökologischen Landbau erfüllt und einfach herzustellen ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten.
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Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Dünger zeichnet sich dadurch aus, dass er neben den bereits aus dem Stand der Technik bekannten Bestandteilen der Huminsäuren und Aminosäuren für die Basisrezeptur auch einen Extrakt aus Meeresalgen und Zitronensäure enthält.
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Der genaue Mechanismus ist noch nicht bis ins Detail geklärt. Durch die Zitronensäure wird jedoch neben einer Reaktion mit den anderen Bestandteilen der Basisrezeptur auch eine Komplexierung der Metallkationen der Nährstoffe erzielt. Dies führt überraschend dazu, dass der Dünger, insbesondere dessen Metallkationen, nicht so schnell durch Regen- und Gießwasser tiefer in den Boden gespült wird, sondern der Pflanze länger auf den Blättern und an den Wurzeln zur Verfügung steht. Gleichwohl ist die Immobilisierung nicht so stark, als dass sie die Aufnahme in die Pflanze und dortige Freisetzung der Nährstoffe behindern würde. Die Nährstoffe sind dadurch sehr pflanzenzuträglich, so dass weniger Nährstoffe ausgebracht werden müssen, um den gleichen Effekt gegenüber konventioneller Pflanzenernährung zu erreichen. Die Pflanze wird angeregt, auch Nährstoffe über die Wurzel aus dem Boden aufzunehmen. Weitere Vorteile sind die Förderung der Wurzelbildung, Steigerung der Ertragsfähigkeit der Pflanze, Senkung der Bodenmüdigkeit, Stärkung der Epidermis der Blätter, Verbesserung der Vitalität der Pflanze und Erhöhung der Samenkeimfähigkeit.
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Die Huminsäuren liefern den Bodenorganismen die lebensnotwendigen Bausteine, die für ihren Bestand und ihre Aktivität nötig sind. Das Bodenleben wird dadurch im Besonderen angeregt und die Bodengesundheit, Gare und der Gasaustausch verbessert. Außerdem regen Huminsäuren das Wachstum der Pflanze an. In Folge dessen wird die Kulturpflanze ganzheitlich gegen negative äußere Einflüsse gestärkt. Huminsäuren wirken als Bodenverbesserer, als BioKatalysator und Bio-Stimulant für die Pflanze. Ein weiterer Vorteil von Huminsäuren ist ihre Langzeitwirkung. Sie werden nicht so schnell abgebaut wie beispielsweise Wirtschaftsdünger oder Kompost. Bei Wirtschaftsdünger oder Kompost wird von Mikroorganismen die organische Masse im Boden bei gleichzeitig geringerer Huminstoffbildung sehr schnell mineralisiert. Die Pufferfähigkeit des Bodens wird durch Huminsäuren erhöht.
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Die Meeresalgen tragen zur Ernährung und Kräftigung der Kulturpflanzen bei. Die darin enthaltenen natürlichen Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Kalium, Magnesium, Natrium, Bor, Kupfer, Eisen, Mangan, Molybdän, Zink, Kohlenhydrate, Fettsäuren, Aminosäuren, Vitamine A, B1, B2, B3, B6, B12, C, D3, E und K, Phytohormone und Auxine, fördern die Regulation der Stoffwechselvorgänge und die Wurzelbildung, erhöhen die biologische Aktivität des Bodens und das Potential der Pflanzen zur Ausnutzung der Bodennährstoffe. Meeresalgen fördern die Abwehr- und Widerstandskräfte gegen Parasiten, Pilzkrankheiten und bodenbedingte Krankheitserreger, erhöhen die Frostresistenz, wirken als Verdunstungsschutz und verbessern Qualität und Lagerstabilität der Ernteprodukte.
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Durch die Verbindung dieser Komponenten mittels der Reaktion und Komplexierung mit der Zitronensäure ist es gelungen, diese Eigenschaften vorteilhaft zu kombinieren. Völlig überraschend ist dabei, dass die Reaktion der Zitronensäure mit den Aminosäuren und den Huminsäuren und die Komplexierung der Metallionen, die zu einer Ausbildung von größeren Molekülstrukturen führen, weder die Funktionsweise der Bestandteile beeinträchtigt, noch die Aufnahme in die Pflanze und damit die Zurverfügungstellung der Nährstoffe für die Pflanze behindert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Düngers für den ökologischen Landbau beinhaltet in der angegebenen Reihenfolge die Schritte Vorlegen von Wasser in einem Behälter mit einer Durchmischungsvorrichtung, Zugabe einer oder mehrerer Huminsäuren und eines Algenextrakts, Zugabe von Zitronensäure und Zugabe einer wässrigen Lösung einer oder mehrerer pflanzlicher Aminosäuren. Während der Zugabe der einzelnen Substanzen wird der Behälterinhalt kontinuierlich durchmischt. Die Zugabe der nächsten Substanzen erfolgt jeweils nachdem sich die vorherige Zugabe aufgelöst und/oder eine homogene Mischung gebildet hat. Abschließend findet eine Reaktionszeit unter weiterer Durchmischung statt.
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Die Reaktionszeit beträgt dabei vorzugsweise 12-72 h, bevorzugt 24-48 h, besonders bevorzugt 36-48 h. Nach dieser Zeit wird ein homogener und lagerstabiler flüssiger Dünger erhalten.
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Erfindungsgemäß werden organische und/oder mineralische Pflanzennährstoffe nach der Zugabe der Zitronensäure und vor der Zugabe der Aminosäuren zugegeben.
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Die Durchmischung erfolgt bevorzugt mit einem Rotor-/Stator-Mischer, insbesondere einem Leitstrahlmischer. Diese sind in der Lage, den gesamten Behälterinhalt gut zu durchmischen und zu homogenisieren, wobei der Eintrag von Luft in die Lösung weitestgehend vermieden wird. Dabei werden Drehzahlen von 2.400 - 3.600 min-1, bevorzugt 2.500 - 2.800 min-1 eingesetzt. Besonders bevorzugt sollte die Drehzahl mindestens 2.600 min-1 betragen. Bei einem Rotordurchmesser von vorzugsweise 115 mm, der ein Arbeiten auch durch ein Behälterspundloch erlaubt, ergeben sich dadurch Umfangsgeschwindigkeiten des Rotors von 14 - 21 m/s.
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Pflanzennährstoffe werden von Pflanzen in unterschiedlichen Mengen benötigt. Deshalb unterscheidet man Makronährstoffe, die auch Hauptnährstoffe genannt werden, und Mikronährstoffe, auch Spurennährstoffe genannt. Zu den Makronährstoffen gehören beispielsweise Stickstoff, Kalium, Phosphor, Magnesium, Schwefel und Calcium. Von diesen benötigen die Kulturpflanzen bis zur Ernte je nach Nährstoff etwa 20 - 350 kg/ha. Von den Mikronährstoffen, zu denen beispielsweise Bor, Chlor, Kupfer, Eisen, Mangan, Molybdän, Nickel und Zink zählen, werden nur etwa 5 - 1.000 g/ha benötigt. Die Pflanzennährstoffe, die in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dünger zum Einsatz kommen, werden bevorzugt in der Form von weicherdigem Rohphosphat, Metallcitraten, Metallsulfaten, Metallmolybdaten, Metalloxychloriden, Metalloxiden und Metallcarbonaten eingesetzt. Besonders bevorzugt sind weicherdiges Rohphosphat, Metallcitrate, Alkalimolybdate und Metallsulfate.
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Höchst bevorzugt wird dem Dünger auch Calciumpropionat zugesetzt. Dies erfolgt entweder zusammen mit der Zugabe der organischen und/oder mineralischen Pflanzennährstoffe oder nach der Zugabe der Zitronensäure und vor der Zugabe der Aminosäuren, falls keine weiteren Pflanzennährstoffe zugegeben werden.
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Bei bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt das Verhältnis von Huminsäuren : Aminosäuren von 0,25 : 1 bis 20 : 1 (wt/wt) bezogen auf die Trockenmassen der eingesetzten Substanzen.
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Ferner beträgt das Verhältnis von Huminsäuren : Algenextrakt vorzugsweise von 0,7 : 1 bis 4 : 1 (wt/wt) bezogen auf die Trockenmassen der eingesetzten Substanzen.
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Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Verhältnis von Huminsäuren : Zitronensäure von 0,3 : 1 bis 6 : 1 (wt/wt) bezogen auf die Trockenmassen der eingesetzten Substanzen beträgt.
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Höchst bevorzugt beträgt das Verhältnis von Zitronensäure : Metallkationen der Pflanzennährstoffe von 0,2 : 1 bis 180 : 1 (mol/mol).
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Vorzugsweise besteht der Algenextrakt aus Braunalgen und/oder Rotalgen, insbesondere aus den Sorten Ascophyllum Nodosum, Laminaria und/oder Chondrus Crispus. Der Algenextrakt wird dabei bevorzugt durch kaltes Pressen der lebenden Algen gewonnen und kann anschließend noch durch Wasserentzug konzentriert werden.
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Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellter Dünger für den ökologischen Landbau beinhaltet eine oder mehrere Huminsäuren, einen Algenextrakt, Zitronensäure und eine oder mehrere pflanzliche Aminosäuren. Die Huminsäuren stammen dabei vorzugsweise aus der Langzeitextraktion aus Traubentrester, Humus, Braunkohle oder Leonardit. Die Aminosäuren werden bevorzugt aus dem enzymatischen oder physikalischen Aufschluss von pflanzlichen Stoffen mit hohem Eiweißgehalt, wie z. B. Reis, Zuckerrohr, Soja, Platterbsen, Weizen oder allgemein Leguminosen, gewonnen.
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Erfindungsgemäß sind zusätzlich auch organische und/oder mineralische Pflanzennährstoffe in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Dünger enthalten. Die Pflanzennährstoffe werden vorzugsweise in der Form von weicherdigem Rohphosphat, Metallcitraten, Metallsulfaten, Metallmolybdaten, Metalloxychloriden, Metalloxiden und Metallcarbonaten eingesetzt. Besonders bevorzugt sind weicherdiges Rohphosphat, Metallcitrate, Alkalimolybdate und Metallsulfate. Die Metallkationen sind bevorzugt ausgewählt aus Kalium, Magnesium, Schwefel, Calcium, Kupfer, Eisen, Mangan, Nickel und Zink.
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In einer vorteilhaften Zusammensetzung des nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Düngers beträgt der Gehalt an Zitronensäure mindestens 0,8 Gew.-%, insbesondere 0,8 - 10,0 Gew.-%, bevorzugt 1,0 - 5,0 Gew.-%, besonders bevorzugt 1,5 - 4,0 Gew.-%.
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Ferner ist es bevorzugt, wenn der Stickstoffgehalt des Düngers ausschließlich über die pflanzlichen Aminosäuren eingebracht wird.
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Im Folgenden wird beispielhaft die Herstellung von verschiedenen Düngern beschrieben. Diese Beispiele sollen nicht als einschränkend verstanden werden. Sie dienen lediglich der Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beispiel 1
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In diesem Beispiel wurde ein Basisdünger mit einem Stickstoffgehalt von 3 Gew.-% ohne weitere Zugabe von Pflanzennährstoffen hergestellt.
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In einem Container, der mit einem Rotor/Stator-Mischer der Firma Ika-Werke vom Typ UTC150/KD ausgerüstet ist, wurden dazu 296 kg Wasser bei Raumtemperatur vorgelegt. Anschließend wurde der Mischer mit 2.600 min-1 in Gang gesetzt und 330 kg Huminsäurelösung aus Traubentrester und 100 kg Algenkonzentrat aus kaltgepressten Laminaria Algen zugegeben und homogenisiert. Der Huminsäuregehalt der Huminsäurelösung betrug 51,3 Gew.-% und der Trockengehalt des Algenkonzentrats 51,4 Gew.-%.
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Danach wurden 30 kg Zitronensäure in der Mischung gelöst. Anschließend wurden 2 kg Calciumpropionat zugegeben und so lange gerührt, bis es sich gelöst hatte und eine homogene Mischung entstanden war. In die Mischung wurden danach 330 kg einer wässrigen Lösung von pflanzlichen Aminosäuren gegeben. Bei dieser Lösung handelt es sich um ein Hydrolysat aus Soja, Mais, Reis und Weizen mit einem Anteil von 2,57 Gew.-% Aminosäuren.
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Die so erhaltene Düngermischung wurde für eine Reaktionszeit von 36 Stunden weiter bei Raumtemperatur durchmischt.
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Beispiel 2
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In diesem zu Beispiel 1 analogen Beispiel wurde ein reiner Stickstoffdünger mit einem Stickstoffgehalt von 9 Gew.-% hergestellt.
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In einem Container, der mit einem Rotor/Stator-Mischer der Firma Ika-Werke vom Typ UTC150/KD ausgerüstet ist, wurden dazu 520 kg Wasser bei Raumtemperatur vorgelegt. Anschließend wurde der Mischer mit 2.500 min-1 in Gang gesetzt und 10 kg der Huminsäurelösung aus Traubentrester und 5 kg des Algenkonzentrats aus kaltgepressten Laminaria Algen zugegeben und homogenisiert.
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Danach wurden 10 kg Zitronensäure in der Mischung gelöst. Anschließend wurden 2 kg Calciumpropionat zugegeben und so lange gerührt, bis es sich gelöst hatte und eine homogene Mischung entstanden war. In die Mischung wurden danach 640 kg der wässrigen Lösung von pflanzlichen Aminosäuren gegeben.
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Die so erhaltene Düngermischung wurde für eine Reaktionszeit von 38 Stunden weiter bei Raumtemperatur durchmischt.
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Beispiel 3
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In diesem Beispiel wurde ein Dünger des Typs NPK 6-2-2 hergestellt, d. h. ein Dünger, der gemäß der üblichen Notation einen Stickstoffgehalt von 6 Gew.-%, einen Phosphorgehalt von 2 Gew.-% und einen Kaliumgehalt von 2 Gew.-% aufweist.
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In einem Container, der mit einem Leitstrahl-Mischer der Firma Ystral ausgerüstet ist, wurden dazu 170 kg Wasser vorgelegt. Anschließend wurde der Mischer mit 2.400 min-1 in Gang gesetzt und 40 kg der Huminsäurelösung aus Traubentrester und 10 kg Algenkonzentrat aus einer Mischung von kaltgepressten Ascophyllum Nodosum und Chondrus Crispus Algen zugegeben und homogenisiert. Der Trockengehalt des Algenkonzentrats betrug wiederum 40 Gew.-%.
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Danach wurden 10 kg Zitronensäure in der Mischung gelöst. Anschließend wurden 25 kg einer Lösung von weicherdigem Rohphosphat mit einem Trockengehalt von 30 %, 100 kg pflanzliches Kaliumsulfat, 2 kg Calciumpropionat und je 1 kg Magnesiumsulfat, Mangansulfat Monohydrat, wasserfreies Eisen(II)sulfat und Zinksulfat Heptahydrat zugegeben. Die Mischung wurde so lange gerührt, bis die Feststoffe sich gelöst hatten. In die Mischung wurden danach 825 kg der Lösung von pflanzlichen Aminosäuren gegeben.
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Die so erhaltene Düngermischung wurde für eine Reaktionszeit von 24-36 Stunden weiter bei Raumtemperatur durchmischt.
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Beispiel 4
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In diesem Beispiel wurde ein Dünger des Typs Fe 7 hergestellt, d. h. ein Dünger, der einen Eisengehalt von 7 Gew.-% aufweist.
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In einem Container, der mit einem Leitstrahl-Mischer der Firma Ystral ausgerüstet ist, wurden dazu 400 kg Wasser vorgelegt. Anschließend wurde der Mischer mit 2.600 min-1 in Gang gesetzt und 153 kg der Huminsäurelösung aus Traubentrester und 20 kg des Algenkonzentrats aus kaltgepressten Laminaria Algen zugegeben und homogenisiert.
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Danach wurden 50 kg Zitronensäure in der Mischung gelöst. Anschließend wurden 2 kg Calciumpropionat und 700 kg wasserfreies Eisen(II)sulfat zugegeben. Die Mischung wurde so lange gerührt, bis die Feststoffe sich vollständig gelöst hatten. In die Mischung wurden danach 160 kg der Lösung von pflanzlichen Aminosäuren gegeben.
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Die so erhaltene Düngermischung wurde für eine Reaktionszeit von 42 Stunden weiter bei Raumtemperatur durchmischt.
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Kulturversuch
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Mit den Düngern aus Beispiel 2 und Beispiel 3 wurde ein vergleichender Kulturversuch mit einem handelsüblichen Flüssigdünger für den biologischen Landbau durchgeführt. Bei dem Vergleichsprodukt handelte es sich um das Produkt Biovin 6-2-2 von Biovin Naturprodukte. Zur Aussaat gelangte Lavendel der Sorte „Hidcote Blue“ (Lavendula angustifolia „Hidcote Blue“) in Töpfe der Größe V 11 mit drei verschiedenen kommerziell erhältlichen Biosubstraten, die jeweils 50 % Torfersatz und eine Grundbevorratung von 4 kg/m3 Substrat Horndünger enthielten. Es wurden 25 Pflanzen pro Quadratmeter gestellt und ab der zweiten Woche im Ebbe und Flut Bewässerungsverfahren insgesamt 45 Mal bewässert. Die Düngung erfolgte einheitlich auf einen kalkulierten Stickstoffbedarf von 500 mg pro Pflanze.
- 1 zeigt eine Aufnahme der Pflanzen am Ende der elfwöchigen Versuchszeit. Die gezeigten neun Pflanzen entsprechen der folgenden Matrix:
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Untersucht wurden der Pflanzendurchmesser, die Anzahl der Triebe mit Blüten und das Frischgewicht der Pflanzen. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.
| Pflanze | Durchmesser [cm] | Triebe mit Blüten [-] | Frischgewicht [g] |
| Pflanze 1 | 19,4 (± 1,7) | 5,2 (± 1,6) | 49,3 (± 4,2) |
| Pflanze 2 | 20,3 (± 1,6) | 6,3 (± 1,4) | 55,9 (± 5,8) |
| Pflanze 3 | 18,9 (± 1,7) | 4,9 (± 2,1) | 43,8 (± 6,2) |
| Pflanze 4 | 17,8 (± 1,1) | 4,6 (± 1,9) | 42,6 (± 4,4) |
| Pflanze 5 | 19,3 (± 2,0) | 5,1 (± 2,3) | 48,5 (± 8,4) |
| Pflanze 6 | 18,9 (± 1,6) | 5,4 (± 1,7) | 43,4 (± 5,4) |
| Pflanze 7 | 17,9 (± 1,5) | 4,1 (± 1,5) | 38,7 (± 5,7) |
| Pflanze 8 | 19,2 (± 2,0) | 3,9 (± 2,7) | 41,9 (± 10,2) |
| Pflanze 9 | 18,2 (± 1,6) | 2,6 (± 1,3) | 33,7 (± 6,8) |
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Wie sich erkennen lässt, zeigen die mit dem Stickstoffdünger aus Beispiel 2 gedüngten Pflanzen das höchste Frischgewicht und auch die größte Anzahl an Trieben mit Blüten. Auch die mit dem Dünger aus Beispiel 3 gedüngten Pflanzen zeigen bei zwar etwa gleichem Durchmesser der Pflanzen noch ein höheres Frischgewicht und eine größere Anzahl an Trieben mit Blüten als das kommerzielle Vergleichsprodukt. Bei Substrat 2 wurden jeweils die besten Ergebnisse erzielt, was sich dadurch erklärt, dass dieses trotz gleicher Horndüngerzugabe einen deutlich höheren Gehalt an löslichem Stickstoff zum Versuchsbeginn aufwies als die anderen beiden Substrate.