Mensch und Tier
Zink ist nach Eisen das wichtigste metallische Element in allen lebenden Organismen. Die Hälfte der Weltbevölkerung leidet unter Zink-Mangel. In Industrieländern betrifft das 30 % der älteren Menschen. Zink-Mangel ist der fünftgrößte Risikofaktor für die menschliche Gesundheit. Der tägliche Zinkbedarf wird mit 11 mg bei Männern und 8 mg bei Frauen angegeben. Beim Menschen wurde Zink-Mangel mit einer verstärkten Histamin-Ausschüttung in Verbindung gebracht, die als Folge zu Allergien führt. Weitere Symptome sind dünneres Haar, Akne, Hautausschläge und eine verstärkte Durchlässigkeit der Darmschleimhaut. Auch Durchfallerkrankungen treten häufiger auf. Außerdem besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Zinkernährung, der Eisenernährung und der Vitamin-A-Versorgung. Zinkmangel äußert sich in einem verringerten Appetit und einem verringerten Geschmackssinn. Der tägliche Zink-Bedarf wird beim Menschen mit 15 bis 25 mg angegeben.
Zink ist deshalb so wichtig, weil das Spurenelement in allen Enzym-Klassen benötigt wird – sowohl bei Mensch und Tieren als auch bei den Pflanzen. Über 300 Enzyme sind auf Zink als Co-Faktor angewiesen, u.a. die für die Erbinformationen wichtigen Polymerase-Enzyme. Zink trägt auch zur Steuerung verschiedener Hormone bei, seien es die Sexualhormone oder die Wachstumshormone. Zink nimmt eine Schlüsselrolle im Immunsystem ein. Nahezu 2.800 Proteine benötigen für ihre Bildung Zink; das sind ca. 10 % aller Proteine. Das Spurenelement nimmt aber nicht an Redox-Reaktionen teil.
Hohe Zink-Gehalte sind in Rind- und Lammfleisch, in Spinat und in Kürbissen enthalten. Auch dunkle Schokolade enthält viel Zink.
Zink stärkt die Immunabwehr und verringert oxidativen Stress; es wirkt auch gegen Entzündungen. Bei einer ausreichenden Zink-Versorgung treten bei Älteren weniger Macular-Degenerationen an den Augen auf. Zink zeigt eine gute Wirkung beim Auftreten von Durchfallerkrankungen bei Kindern.
Bei Geflügel leidet das Federkleid; bei Rindern und Schweinen treten Hautveränderungen an und Extremitäten auf; auch die Klauengesundheit ist beeinträchtigt. Bei Fertigfutter wird routinemäßig auf eine ausreichende Zink-Versorgung (2.000 – 3.000 ppm) geachtet.
Boden und Pflanze
Zink wird hauptsächlich als divalentes Kation (Zn2+ ), aber auch als monovalentes Kation (ZnOH+), aufgenommen. Im Xylem ist es entweder an organische Säuren gebunden, oder es wird als Zn2+ transportiert. Die Konzentration im Phloem ist relativ hoch; dort liegt es in organischer Form vor.
Unter den Spurenelementen ist Zinkmangel weltweit am stärksten verbreitet; am häufigsten in den Reisanbaugebieten. Bei 190 Feldversuchen in 15 verschiedenen Ländern wurde in 49 % der Fälle Zink-Mangel festgestellt, davon die Hälfte mit sichtbaren Symptomen.In einem Drittel der landwirtschaftlich genutzten Böden ist zu wenig Zink enthalten. Besonders stark tritt Zink-Mangel in Sand- und Moorböden auf. In Deutschland ist ein latenter Zinkmangel vor allem in Norddeutschland zu beobachten. Auch mit Phosphor überversorgte Böden sind von Zinkmangel betroffen. Zinkmangel führt zu einer Anhäufung von Aminosäuren in der Pflanze, die nicht zu Proteinen umgewandelt werden. Nach einer neuen Untersuchung führt die Kombination der Zink- und der Phosphordüngung zu besseren Ergebnissen als die isolierte Düngung der beiden Nährelemente. Der Gehalt an Zink und Phosphor steigt dadurch um 52 % bzw. 32 % an gegenüber der Kontrolle. Die isolierte P-Düngung verringert die Zink-Verfügbarkeit und Zink-Konzentration in den untersuchten Maiskörnern. Die isolierte Zink-Düngung senkt den P-Gehalt im Mais. Zink fördert die Wasseraufnahmekapazität und verringert Salz- und Hitzestress.
In ungefähr der Hälfte aller Getreideanbaugebiete besteht Zink-Mangel. Auch der Mais reagiert sehr empfindlich auf Zink-Mangel. Aufgrund der geringen Mobilität im Boden tritt Zinkmangel häufig in der Jugendentwicklung auf. Die Zinkaufnahme kann nach Angaben der Thüringischen Landesanstalt für Landwirtschaft durch hohe Eisen- und Kupfergehalte im Boden behindert werden. Charakteristisch für Zink-Mangel sind die weißen bis weißgelben Streifen beiderseits der Mittelrippe. Der jährliche Entzug wird bei Mais mit 100 bis 300 Gramm Zink je Hektar angegeben. Bei Sojabohnen führt Zink-Mangel zu einem stärkeren Befall mit Blattläusen und zu einem verstärkten Auftreten von Sklerotinia. Durch Zink-Mangel wird einerseits die Fotosynthese gehemmt; andererseits kommt es in den Pflanzen zu einer Anhäufung von Einfachzuckern und Aminosäuren, da diese aufgrund fehlender Enzyme nicht weiter verarbeitet werden können.
Es gibt Züchtungsprogramme, die zum Ziel haben, die Zinkaufnahme zu verbessern. Am besten geht das über eine bessere Wurzelbildung, da Zink im Boden immobil ist. In Böden mit über pH 6.5 wird Zink schnell festgelegt, am stärksten nach niederschlagreichen Phasen. Der Bodentyp spielt dabei keine Rolle.
Bei Pflanzen sollte laut FAO ein Zinkgehalt von 20 ppm eingehalten werden. Nach dänischen Untersuchungen sammelt sich das meiste Zink in den Getreidekörnern, wenn die Versorgung der Böden mit Zink hoch ist. Bei niedrigem Zn-Angebot wird nur ebenso viel Zink in die Körner eingelagert wie über die Wurzeln aufgenommen; bei einer hohen Zink-Versorgung wird viermal so viel Zink in die Körner eingelagert wie die Wurzeln aufnehmen; in den Blättern verbleibt während des generativen Wachstums nur wenig Zink (unter 5 %).
Zu hohe Zink-Gehalte im Boden führen zu einer Einschränkung der Nitrifizierung; innerhalb von zwei Jahren passen sich die Ammonium-oxidierenden Bakterien aber an, so dass die Nitrifikation wieder in Gang kommt.
Funktionen
Zink ist in allen Enzymklassen vertreten, das heißt Bestandteil vieler wichtiger Enzyme, z.B. im Kohlenhydratstoffwechsel, bei der Eiweißsynthese, bei der Bildung des Pflanzenhormons Auxin, bei und bei der Synthese der Nukleinsäuren. Zink ist wichtig für die Stabilität der Pflanzenmembranen. Zink unterstützt auch bei Nutzpflanzen die Immunabwehr gegen verschiedene Krankheiten, z.B. gegen Phytophtora infestans bei Kartoffeln und Tomaten oder gegen Plasmodiophora brassicae bei Kohlarten. Ferner trägt Zink zur Bewältigung von Stresssymptomen bei, seien diese bedingt durch Hitzestress, Wassermangel oder hohe Salzkonzentrationen. Die Zinkfinger-Nukleasen sind ein neues Handwerkzeug für die Pflanzenzucht; sie ermöglichen gezielte Mutationen im pflanzlichen Erbgut.
Die Anwesenheit von Mykorrhiza im Boden fördert nicht nur die Phosphoraufnahme, sondern auch die Zinkaufnahme. Eine ammonium-betonte N-Düngung fördert die Zink-Verfügbarkeit.
Düngung
Zinksulfat ist der am häufigsten eingesetzte Zinkdünger. Die Angaben reichen zwischen 2,5 und 22 kg Zn/ha. Für chelatisiertes Zn-EDTA werden 0,3 bis 6 kg Zn/ha empfohlen. Das Zn-EDTA wird aber in der Regel zur Behebung akuter Mängel als Blattdünger eingesetzt. Die Bodendüngung reicht für einen Zeitraum von fünf Jahren aus. Höhere Gaben führen nicht zu Mehrerträgen. Einen ungewöhnlichen Zink-Dünger haben Wissenschaftler aus dem Iran getestet: Altreifen. Zuerst wird das Gummi mit Hilfe von Bakterien aufgelöst. In den Reifen sind nach iranischen Angaben 12 Gramm Zink je Kilogramm enthalten. Daten aus dem Umweltbundesamt geben 10,3 Gramm Zink für Pkw-Reifen bzw. 17,8 Gramm für Lkw-Reifen an. Der Gummi-Dünger wirkte in vielen Versuchen besser oder gleich gut wie eine Düngung mit ZnSO4, vor allem aber ist das Gummi-Substrat billiger. In Deutschland fallen jährlich 650.000 Tonnen Altreifen an. Das entspricht einer Zink-Menge von ca. 10.000 Tonnen. Nach dem Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz zählen Altreifen zu den „nicht gefährlichen Abfällen“.
