Boden und Pflanze
Schwefel ist das viertwichtigste Nährelement und zählt aufgrund seiner wichtigen Funktionen mittlerweile zu den Hauptnährstoffen. Für ein optimales Wachstum sollten die Pflanzen Schwefelgehalte von 0.1 bis 0.5 % in der Trockenmasse betragen. Bei einem direkten Vergleich zwischen P2O5 und SO4 gibt es keine größeren Unterschiede im Bedarf der beiden Nährstoffe. Da der Schwefel in der Vergangenheit durch die Luftverschmutzung kostenlos auf die Erde niederregnete (im Durchschnitt 60 kg je Hektar und Jahr), wurde dieses Nährelement nach Umsetzung der Luftreinhaltemaßnahmen in der Düngung häufig vernachlässigt. Auch die Dünger aus der Hüttenindustrie enthalten nur noch wenig Schwefel, da heute hauptsächlich schwefelarme Erze verhüttet werden.
Schwefelmangel zeigt sich durch Chlorosen der jüngeren Blätter. Schwefelmangel tritt häufig in Gebieten mit hohen Niederschlägen auf. Ohne eine ausreichende Schwefelversorgung ist die Stickstoffdüngung wenig wirksam. Durch die Verbrennung der Ernterückstände, wie dies in vielen Regionen der Welt noch üblich ist, geht Schwefel in Form von Schwefeldioxid verloren. Zu hohe Phosphor-Gehalte verdrängen Schwefel aus der Bodenlösung.
Abgesehen vom Elementarschwefel sind die meisten Schwefeldünger mit einem anderen Nährelement gekoppelt; seien es Ammoniumsulfat (schwefelsaures Ammoniak), Ammoniumthiosulfat, Ammonsulfatsalpeter (ASS), Kaliumsulfat, Kalziumsulfat (Gips), Magnesiumsulfat (Bittersalz) oder die sulfatischen Spurenelementdünger. Im 19. Jahrhundert zählte noch Natriumsulfat (Glaubersalz) zu den Düngemitteln; das wird heute aber fast ausschließlich in der Medizin eingesetzt. Auch Bittersalz wird medizinisch verwendet (als Abführmittel).
Dank der versauernden Wirkung verbessert Ammoniumsulfat (SSA) auf Böden mit hoher Kalzium- und Magnesiumversorgung (sprich mit hohem pH) die Verfügbarkeit der Spurenelemente Eisen, Zink und Mangan. Ammoniumthiosulfat (ATS) hat einen pH-Wert von 8.0 und kann als Nitrifikationshemmer eingesetzt werden. Gips hat eine neutrale Reaktion und sollte nur auf Böden mit einer Basensättigung von mindestens 60 % Kalzium eingesetzt werden. Kaliumsulfat ist für den Bioanbau zugelassen. Der Einsatz von Bittersalz lohnt sich am besten bei akutem Magnesiummangel.
Schwefelgehalte der stickstoffhaltigen Düngemittel
ATS 26 % SSA 24 % ASS 13 % Harnstoff-Ammonsulfat 12 % Harnstoff+S 7.5 % KAS+S 6 % ASL 9 % ASL-Harnstoff 6 % AS-Düngerlösung 6 % AHL+S 6 %
Schwefelgehalte anderer Düngemittel
Elementarschwefel 80 – 99,5 % Gips 15 – 18 % Kieserit 22% Bittersalz 13 % Superphosphat 12 % Monoammoniumphosphat 15 %
Kaliumsulfat 18 % Patentkali 17 % Kornkali 5 % Magnesia-Kainit 4%
100%iger Elementarschwefel dient als Fungizid (Netzschwefel) und wird nur zu 1 bis 2 % von den Pflanzen aufgenommen und dabei zu SO4 metabolisiert; ein anderer Teil wird über das Regenwasser ausgewaschen und über die Wurzeln aufgenommen. Zur Düngung wird 90%iger Elementarschwefel eingesetzt; die restlichen 10% sind beigemischtes Bentonit. Um die Pflanzenverfügbarkeit zu verbessern wird der Schwefel fein vermahlen (mikronisiert), mit Lignosulfonaten gebunden und anschließend mit dem Rotoform-Verfahren zu streuförmigen Granulaten verarbeitet. Das Bentonit dient quasi als Andockstation für die Schwefelteilchen. Die Wasserlöslichkeit von Elementarschwefel ist extrem gering. Im Boden wird Elementarschwefel durch Mikroorganismen allmählich zu Sulfat oxidiert, weshalb dieser Dünger als langanhaltender Schwefeldünger geeignet ist. Es existieren zahlreiche Bakterien, die an der Oxidation von Elementarschwefel beteiligt sind. Schwefelbakterien kommen auch bei der Entschwefelung von Biogas und Erdgas zum Einsatz.
Schwefel wird bei den herkömmlichen Düngemitteln über die Wurzel als Sulfat aufgenommen und in vier Schritten zu Cystein assimiliert. Rund 40 % der Sulfate werden im Boden durch Mikroorganismen in organisch gebundenen Schwefel umgewandelt und damit immobilisiert. Gefördert wird diese Umwandlung durch leichtlösliche Kohlenstoff- und Stickstoffverbindungen. Die mikrobielle Biomasse besteht zu 40 % aus Kohlenstoff und zu 1 % aus Schwefel.
Die im Humus organisch gebundenen Schwefelanteile sind deutlich geringer verfügbar als der organisch gebundene Kohlenstoff und der organisch gebundene Stickstoff. In der Rhizosphäre gibt es aber auch Mikroorganismen, die die Umwandlung des organischen Schwefels mit Hilfe von Sulfatasen in pflanzenverfügbares Sulfat fördern. Aber auch die Pflanzenwurzeln sind in der Lage, die gleichen Enzyme zu bilden. Böden mit weniger als 2 % organischer Substanz weisen häufig einen Schwefelmangel auf. Das anorganische Sulfat unterliegt der Auswaschung. Die Auswaschungsverluste betragen durchschnittlich 50 – 6g S/ha; die Wasserlöslichkeit der Sulfate ist etwas niedriger als die der Sulfate.
Das optimale Stickstoff-Schwefel-Verhältnis im Boden beträgt 5 : 1 bis 8 : 1. Alle höheren Verhältnisse deuten auf einen Schwefelmangel hin. Kulturarten mit einem hohen Stickstoffbedarf haben in der Regel auch einen hohen Schwefelbedarf, wie z.B. der Raps. Der Schwefelentzug ist niedrig bei Kartoffeln und Mais (10 – 20 kg S/ha bzw. 20 – 30 kg S/ha), mittel bei Getreide und Zuckerrüben (25 – 35 kg S/ha bzw. 30 – 40 kg S/ha) und hoch bei Kleegras und Winterraps (40 – 60 kg S/ha bzw. 50 – 70 kg S/ha).
Pflanze / Funktionen
Schwefel ist in den beiden Aminosäuren Methionin und Cystein enthalten. Die wichtigste Verbindung ist in diesem Zusammenhang das Glutathion, welches einen entscheidenden Einfluss auf die Genregulation und Zelldifferenzierung ausübt. Hohe Cysteingehalte führen zu hohen Glutathiongehalten in der Pflanze. Das Glutathion wird außerdem durch einen anderen Immun-Botenstoff gefördert und zwar durch die Salicylsäure. In seiner reduzierten Form ist das Glutathion entscheidend bei der Regulierung und Abwehr aller möglichen Stressbedingungen. Das Glutathion kann oxidativen Stress direkt beseitigen. Glutathion ist das wichtigste Antioxidanz in Pflanzen; das meiste Glutathion ist in den Chloroplasten enthalten. Das heißt eine gute Schwefelversorgung schützt die Pflanzen vor allen möglichen Stresseinflüssen. Über die Glutathion S-Transferase werden Fremdstoffe (z.B. Herbizide oder Insektizide) abgebaut. Dieses Enzym ist in fünf Klassen aufgeteilt und wird durch 48 Gene gesteuert. Ferner werden durch das Glutathion Phytochelatine gebildet. Über die Phytochelatine werden hohe Schwermetallkonzentrationen neutralisiert.
Schwefel ist Bestandteil des Ferredoxins und damit an der Fotosynthese, der Glutamatsynthese, der Fixierung von Luftstickstoff und der Nitratreduktion beteiligt. Schwefel ist notwendig für die Chlorophyll-Produktion sowie für die Synthese von zahlreichen Co-Enzymen, neben dem Glutathion u.a. Coenzym A, Biotin, und Thiamin. Schwefel ist ein wichtiger Geschmacksbildner. Schwefelmangel verschlechtert die Backqualität (verringerte Teigelastizität; geringeres Brotvolumen) und führt zur Anreicherung von Glutamin, Asparagin, Serin, Nitrat und Amiden.
Mensch und Tier / Funktionen
Die beiden S-haltigen Aminosäuren Methionin und Cystein wirken antioxidativ. In einer Dissertation an der Universität Halle wird auf die diätetische Wirkung bei der Prävention von Atherosklerose und entzündlicher Prozesse hingewiesen. Das Methionin ist wichtig für die Biosynthese von Adrenalin, von Vitaminen und vitaminähnlichen Wirkstoffen und muss mit der Nahrung bzw. mit dem Futter zugeführt werden. Methionin-Mangel führt zu Leberschäden. Das aus Methionin und ATP gebildete S-Adenosylmethionin (SAM) steigert die Serotonin- und Dopaminaktivität im Gehirn und hat einen positiven Effekt bei Arthrosen. Methionin-Mangel hemmt auch die Cystein-Synthese. Cystein ist Voraussetzung für die Synthese der beiden Antioxidantien Glutathion und Taurin; außerdem beugt Cystein Kupfervergiftungen vor.
Schwefelmangel führt beim Schaf zu schlechterer Wollqualität und bei Wiederkäuern generell zur Einschränkung der mikrobiellen Synthese von Methionin und Cystein im Pansen, wie in einer Dissertation an der Tierärztlichen Hochschule in Hannover beschrieben wird. Der Mindestgehalt in Milchaustauschern beträgt 2,9 Gramm je Kilogramm Trockenmasse. Die Sulfat-Zugabe zur Maissilage führt zu einer verbesserten Stickstoffverwertung und dadurch zu einer verringerten N-Ausscheidung über den Urin. Glaubersalz wird bei Schweinen zur MMA-Prophylaxe eingesetzt; es kann aber auch sulfatreiches Molkepulver eingesetzt werden. Zu hohe Sulfat-Gehalte im Futter blockieren die Kupferabsorption.
