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Magnesium

Magnesiumbindungsformen im Boden

Versorgungsstufen des Bodens

Magnesium in der Pflanze

 

Magnesiumbindungsformen im Boden

Neben den in der Bodenlösung befindlichen Mg2+-Ionen ist das Magnesium im Boden entweder austauschbar an die Kationenaustauscher (org. Substanz od. Tonteilchen) sorptiv gebunden, oder in die Kristallgitter der Bodensilikate fest eingebaut. Nur die ersten beiden Fraktionen sind pflanzenverfügbar.

Aufgrund der großen Hydrathülle des Magnesiumions ist die Festigkeit, mit der Mg-Ionen an die Austauscheroberflächen gebunden werden, relativ gering. Dies führt zu einer verstärkten Auswaschungsgefahr, insbesondere auf sorptionsschwachen Böden mit niedrigen pH-Werten.

Magnesiumdynamik im Boden

  • Das bei der Silikatverwitterung frei werdende Magnesium stellt für die pflanzliche Ernährung eine sehr langsam fließende Mg-Quelle dar.
  • Die in manchen Böden vorkommenden Magnesite und Dolomite stehen ab einem pH-Wert >6 als Magnesiumquelle nicht mehr zur Verfügung, da sie kaum noch gelöst werden.
  • Viele Böden sind von Natur aus magnesiumarm. Insbesondere auf leichten und sauren Böden reicht oft das pflanzenverfügbare Magnesium im Boden nicht aus, um den Bedarf vieler landwirtschaftlicher Kulturarten zu decken
  • Die Mg-Aufnahme durch die Pflanze wird durch ein weites K/Mg- und Ca/Mg-Verhältnis sowie einen niedrigen pH-Wert der Böden negativ beeinflusst. So kann selbst bei einem hohen Magnesiumgehalt im Boden für die Pflanzen ein latenter oder akuter Magnesiummangel auftreten.

Magnesium hat eine wichtige Funktion beim Erhalt der Bodenstruktur. Gemeinsam mit anderen mehrwertigen Kationen, allen voran Calcium, bildet auch Magnesium Brücken zwischen negativ geladenen Tonmineralien. So wird eine stabile, krümelige Bodenstruktur unterstützt, die einer Verschlämmung vorbeugt. Der Boden wird seiner Rolle gerecht, eine große Menge pflanzenverfügbaren Wassers zu speichern und Pflanzen können darin ein gutes Wurzelnetz zur Erschließung von Wasser und Nährstoffen bilden.

 

Versorgungsstufen des Bodens

Für die Pflanzenernährung ist der Teil an Magnesium wichtig, der für die Pflanze gut aus der Bodenlösung aufnehmbar ist. Anhand der Bodenanalyse kann der Versorgungszustand eines Bodens ermittelt und der Düngebedarf berechnet werden. Es werden fünf Gehaltsklassen von sehr niedrig (A) bis sehr hoch (E) unterschieden. Die Gehaltsklasse „C“ ist dabei die anzustrebende Versorgungsstufe der Böden mit Nährstoffen. Die Nährstoffgehalte der einzelnen Gehaltsklassen variieren je nach Bodenart (leichte Böden, mittelschwere Böden, schwere Böden).

 

Magnesium in der Pflanze

Die Pflanzen nehmen Magnesium aus der Bodenlösung nur als Mg2+-Ion auf. Es ist in der Pflanze sehr gut beweglich und für verschiedene Bereiche des pflanzlichen Stoffwechsels wichtig.

Funktionen von Magnesium in der Pflanze

  • Magnesium ist ein zentraler Baustein des Chlorophylls (Blattgrün) und daher für die Lichtreaktion der Photosynthese essentiell.
  • Magnesium ist unverzichtbar für Synthese und Speicherung von wichtigen Pflanzeninhaltsstoffen (Kohlenhydrate, Proteine, Fette).
  • Magnesium hat eine aktivierende Wirkung auf verschiedenste Enzyme.
  • Magnesium reguliert den Energiehaushalt der Pflanzen, weil es für die Brückenbildung zwischen Enzymen und dem Energieträger ATP notwendig ist .
  • Magnesium beeinflusst die RNA-Bildung und somit die Umsetzung der genetischen Information in Proteine.
  • Magnesium ist Bestandteil von Pektinstoffen und des Phytins. Ersteres ist für die Stabilität des Zellverbandes wichtig und Letzteres stellt einen energiearmen Phospatspeicher dar, der für die Samenkeimung von großer Bedeutung ist.
  • Magnesium ist Baustein in den Ribosomen und der Zellkern-Matrix und trägt zur Stabilisierung der biologischen Membran bei.
  • Magnesium ist am Aufbau der Zellwände beteiligt.
  • Magnesium hat hydratisierende Eigenschaften, beeinflusst damit den Wasserhaushalt und die Enzymwirksamkeit.
  • Magnesium und Mangan fördern die Konzentration Wert bestimmender Inhaltsstoffe wie Zitronensäure und Vitamin C. Sie begünstigen die Gefrierqualität von Gemüse und die Resistenz der Kartoffel gegenüber Verfärbungen bei der Verarbeitung zu Püree und Kloßmehl.

Magnesium fördert das Wurzelwachstum und die Ertragsbildung

Magnesium spielt eine wichtige Rolle beim Transport von Kohlenhydraten innerhalb der Pflanze. Nur bei ausreichender Magnesiumversorgung werden die in der Photosynthese gebildeten Assimilate zuverlässig zu den Wachstumsorganen gebracht. Deshalb ist bei Magnesiummangel das Wurzelwachstum gehemmt. Bevor an den Blättern erste Mangelsymptome sichtbar werden, sind bereits die Wurzeln beeinträchtigt und damit auch die Wasser- und Nährstoffaufnahme.

Magnesiummangel (links) führt zu vermindertem Wurzelwachstum.

Magnesium sorgt auch für den Transport von Kohlenhydraten in die Ernteorgane. Dazu werden die Assimilate aus der aktuellen Photosynthese sowie bereits im Spross zwischengelagerte Kohlenhydrate mithilfe von Magnesium mobilisiert, in Körner, Knollen oder Kolben transportiert und dort zur Ertragsbildung genutzt.

Magnesium fördert die Kolbenfüllung bei Mais. Bei Magnesiummangel (links) verkümmerte ein Teil der Körner, da nicht genug Kohlenhydrate zu den Kolben transportiert wurden.

 

Bei Weizen steigert eine gute Magnesiumversorgung das Tausendkorngewicht und damit den Ertrag. Quelle: Ceylan et al., 2016, Plant and Soil.

 

Magnesium schützt die Pflanzen vor Stress

Pflanzen, die unter Magnesiummangel leiden, reagieren deutlich empfindlicher auf Trockenheit, hohe Temperaturen und eine hohe Lichteinstrahlung als gut mit Magnesium versorgte Pflanzen.

Trockenstress: Magnesium schützt die Pflanzen durch ein verbessertes Wurzelwachstum und ermöglicht so den Zugang zu Wasser in tieferen Bodenschichten.

Hohe Temperaturen und Lichteinstrahlung: Durch hohe Temperaturen wird das Wachstum der Pflanzen grundsätzlich gefördert und so steigt der Magnesiumbedarf, sodass schnell eine Mangelsituation eintritt. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die hohe Empfindlichkeit von Magnesiummangelpflanzen gegenüber Hitze- und Lichtstress auch auf eine höhere Konzentration an Sauerstoffradikalen in den Blattzellen zurückzuführen ist.

 

Die Maispflanze mit Magnesiummangel (-Mg) bleibt in ihrer Entwicklung gegenüber der gut mit Magnesium versorgten Pflanze (+Mg) zurück. Bei hohen Temperaturen von 35°C verstärkt sich der Effekt.

 

Unter Einwirkung hoher Temperaturen und bei unzureichendem Angebot an Magnesium ist der Prozess der Photosynthese gestört und die überschüssige Lichtenergie führt zur Bildung dieser aggressiven Sauerstoffverbindungen. Sie schädigen die Zellen und bewirken schließlich deren Absterben – an den Blättern bilden sich dadurch Nekrosen.

Im Schatten sind an den Blättern mit geringer Magnesiumversorgung keine Mangelsymptome sichtbar. Bei hoher Lichteinstrahlung entstehen jedoch Nekrosen.

 

Magnesium-Mangelsymptome

  • Mangelsymptome sind zuerst an den älteren Blättern zu sehen. Es kommt zu chlorotischen Flecken zwischen den Blattadern.
  • Bei länger anhaltendem Mangel treten Nekrosen und Rotfärbungen an den Stängeln auf.
  • Bei starker Sonneneinstrahlung wirkt die gesamte Pflanze welk und schlaff (ähnlich der „Welketracht“ bei K-Mangel). Dies ist auf einen gestörten Wasserhaushalt zurückzuführen. Das einzelne Blatt sieht steif und spröde aus.
  • Der Chlorophyllgehalt und die Chloroplastenzahl in der Pflanze sinken.

Fotos zu Magnesiummangel bei Kulturpflanzen

Magnesiummangel bei Getreide (l.), Mais (Mitte) und Raps (r.).

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