Humus
Humus (lateinisch für Erdboden) im engeren Sinne bezeichnet in der Bodenkunde die Gesamtheit der toten organischen Substanz eines Bodens.[1][2][3][4] Der Humus ist Teil der gesamten organischen Bodensubstanz. Er unterliegt vor allem der Aktivität der Bodenorganismen (Edaphon), die durch ihre Stoffwechselaktivitäten laufend zum Auf-, Um- oder Abbau des Humus beitragen. Im engeren Sinne wird in der Fachliteratur nur der zersetzte organische Anteil im Boden als Humus bezeichnet.[5] Da die jeweiligen Umwandlungsstufen fließend sind, ist eine genaue Abgrenzung nicht möglich.
Entstehung
Humus besteht aus einer Vielzahl komplexer Verbindungen, die nach dem Absterben organische Materie freisetzen und sowohl spontan als auch enzymatisch durch Bodenorganismen chemisch umgewandelt werden. Die Verbindungen unterscheiden sich erheblich in ihrer Abbaubarkeit durch Mikroorganismen. Niedermolekulare Kohlenhydrate und Proteine werden schnell zersetzt, komplexe Verbindungen wie Cellulose oder Lignin werden langsamer abgebaut. Daher verweilen bestimmte Humusbestandteile nur wenige Wochen oder Monate im Boden (Nährhumus), andere jedoch Jahrhunderte oder Jahrtausende lang (Recalcitrantien).
Humusformen
Mullhumus
Mullhumus ist stets eng mit der Tonmineralsubstanz verbunden (Ton-Humus-Komplex) und nicht abschwemm-, abblas- oder absiebbar. Streuzersetzung findet maßgeblich im Ah-Horizont statt. Mullhumus ist maßgeblich an der Bildung eines hohlraumreichen, stabilen Krümelgefüges basenreicher Böden beteiligt. Mullhumus entsteht durch biologische Umsetzung des Bodens und hat wesentlich andere Qualitäten als mechanisch aufgelockerter Boden. Es überwiegen bodenwühlende Vertreter des Edaphons wie Regenwürmer, Asseln, Tausendfüßler und Fliegenlarven. Regenwürmer sorgen durch ihre stetigen Kotablagerungen auf der Bodenoberfläche und in ihren Gängen dafür, dass der Oberboden fortwährend mit neu gebildetem Mullhumus versorgt wird.
Im Laubmischwald enthält Mullhumus etwa 6 % lebende organische Substanz, zu dieser zählen die lebenden Wurzeln, die mit bloßem Auge erkennbaren Bodenlebewesen aber auch die in einer großen Individuenzahl vorzufindenden Mikroorganismen. Durch diese lebenden Bestandteile wird der Boden humifiziert, aufgelockert und mineralisiert. Der Boden wird auch in seiner Konsistenz krümeliger und durchlüftet. Dieses kontinuierliche selbsttätige Umarbeiten des Oberbodens führt an allen Oberflächen zu einem Reichtum an leicht verfügbaren Ionen und somit auch zu einer besseren Nährstoffversorgung der Pflanzen.
Die im Mullhumus gebildeten Humusstoffe sind hochpolymer und daher kaum mobil.[4]
Moderhumus
Moderhumus ist typisch für sehr leichte Sandböden (unter 5 % Ton). Die Humusteilchen liegen lose zwischen den Sandkörnchen. Sie sind abschwemm-, abblas- und absiebbar. Regenwürmer sind im Moder weniger zu finden, Gliederfüßer überwiegen. Die Auflagehorizonte sind durch Pilzhyphen miteinander verfilzt. Typisch ist er für krautarme Laub- und Nadelwälder, für feuchtkühle Klimaverhältnisse oder man findet ihn auf relativ nährstoffarmen Gesteinen. Moderhumus hat seine Bedeutung in erster Linie als Wasser- und Nährstoffspeicher.
Im Moderhumus werden auch mobile Huminstoffe gebildet.[4]
Rohhumus
Der Rohhumus ist die ungünstigste Humusform: Schwer zersetzbare Vegetationsrückstände bilden Auflagehumus (Streu) über dem Mineralboden. Diese Rohhumusdecken findet man auf biotisch inaktiven Böden, bei denen oftmals ein zu kühles oder feuchtes Klima für die mangelhafte Umsetzung der Pflanzenabfälle verantwortlich ist. Genauso ist aber auch die Art und Zusammensetzung des abgestorbenen Pflanzenmaterials für den Verlauf der Umsetzung mitbestimmend. Beispielsweise ist die Streu der Nadelbäume schwerer zersetzbar als die vieler Laubbäume. Im Allgemeinen sind Bestandteile wie Wachse, Harze sowie Gerbstoffe und auch Lignin schwer umsetzbar, folglich überdauern abgestorbene Pflanzenteile mit hohen Anteilen dieser Stoffe auch wesentlich länger, und bringen oftmals nur minderwertigen Humus hervor. Die L-, F- und Oh-Lagen sind deutlich voneinander abgegrenzt. Zudem fördert Rohhumus die Podsolierung.[2]
Im Rohhumus entstehen verstärkt wanderungsfähige Huminstoffe, die mit dem Sickerwasser verlagert werden[4] und deshalb den darunter liegenden Ah-Horizont dunkel einfärben können.[2]
Bodenmilben zersetzen Birkenlaub und scheiden durch ihren Darm Aminosäuren in einer für die Aufnahme der Pflanzenwurzeln optimalen Form aus. Die dünne Humusdecke entsteht fast ausschließlich aus solchen Milbenexkrementen. Sie sammeln sich ebenfalls auf zerfallenem Felsgrund über Flechten und anderen Lithobionten. Mit Hilfe von Darmsymbionten wird die von Urinsekten aufgenommene Zellulose in für den Boden wertvolle Eiweißverbindungen umgewandelt. Sie bilden zusammen Vorhumusstufen, die sich nach und nach zu einer dünnen Humusdecke entwickeln.
Ackerhumusformen
Durch regelmäßige Bearbeitung besitzen Ackerböden keine Humusauflage. Die Brache und die Monokultur führen zu Humusschwund. Dennoch lassen sich im durch das Pflügen geprägten Ap-Horizont unterschiedliche Humusformen unterscheiden[1]:
- Ackermoder ist durch Moderhumus charakterisiert.
- Wurmmull entsteht durch starke Regenwurmaktivität.
- Sandmull ist eine Mullform sandiger Böden mit grober Körnung.
- Kryptomull ist durch starke Tonhumusbindung bei geringen Humusgehalten gekennzeichnet.
Hydromorphe Humusformen
Sehr hohe Wassergehalte hemmen die Sauerstoffversorgung eines Bodens und somit die Zersetzung organischer Substanz, die sich demzufolge anreichert. Entsprechend dem Wasserhaushalt werden die dabei entstehenden Humusformen als Feuchthumus, Nasshumus und Sumpfhumus bezeichnet. Extrem nasse Standorte führen zur Torfbildung. Am Grund von Gewässern gibt es den Seehumus; s.Mulm.
Anmoor
Felshumusboden
Spaltenhumus oder Felshumusboden bezeichnet die Entstehung von Humus in Gesteinen und Bergwänden; die Humifizierung vollzieht sich von innen nach außen durch die Biozönose verschiedener Lithobionten. Er besteht aus lehmgelben bis kastanienbraunen kalkigen Tonen und besitzt hohe Luftfeuchtigkeit und hohen Detritusgehalt. Auf Felsen entsteht er auf sogenannten Karrenfeldern und ergibt die Basis für alpine immergrüne Gewächse.
Humusarten
Als Humusarten bezeichnet man die Einteilung nach der Funktion des Humus.
Nährhumus
Nährhumus sind die organischen Stoffe, die im Boden rasch abgebaut werden. Dazu gehören auf landwirtschaftlich genutzten Böden vor allem Wurzeln abgeernteter Früchte sowie eingearbeitete Ernterückstände, Gründüngung und wirtschaftseigene Dünger. Hinzu kommt die Körpersubstanz aller abgestorbenen Bodenorganismen. Der Nährhumus pflanzlicher Herkunft hat folgende Zusammensetzung:
- Kohlenhydrate (Cellulose, Zucker, Stärke; meist über 50 %)
- Lignin (je nach Verholzungsgrad der Pflanzen 10–40 %)
- stickstoffhaltige Verbindungen (meist weniger als 10 %)
Nährhumus dient den meisten Bodenorganismen als Nahrungsquelle und ist damit die Voraussetzung für die biologische Aktivität des Bodens. Flach eingearbeitet bzw. als Wurzelmasse fein verteilt (nach dem Abbau der Wurzeln bleibt ein fein verästeltes Röhrensystem zurück), fördert er die Durchlüftung und damit den Stoffumsatz. Mit dem Zellabbau werden die in der organischen Substanz gebundenen Pflanzennährstoffe wieder in den Stoffkreislauf zurückgeführt. Sie werden so für die Ernährung neuer Pflanzen verfügbar. Der Nährhumus liefert die Bausteine für den Aufbau der Huminstoffe des Dauerhumus.
Dauerhumus
Im Gegensatz zum Nährhumus wird der Dauerhumus nur sehr langsam abgebaut. Er entsteht aus organischen Substanzen mit Hilfe von Bodentieren und Mikroorganismen. Dauerhumus bildet zusammen mit dem Ton die Kolloidsubstanz des Bodens. Er kann somit sowohl Wasser als auch Nährstoffe binden und wieder an die Pflanzen abgeben. Das Wasser- und Nährstoffbindungsvermögen beträgt ein Vielfaches von dem des Tones. Er ist ein wesentliches Bau- und Stabilisierungselement des Bodengefüges. Der Dauerhumus stellt den größten Teil der organischen Substanz des Bodens (im Allgemeinen über 90 %) und enthält die Hauptmasse des Bodenstickstoffs. Er verursacht die dunkle Farbe des humosen Oberbodens und fördert so die Erwärmung der Bodenoberfläche.
Durch seine Eigenschaften bestimmt der Dauerhumus maßgeblich die Bodenfruchtbarkeit.
Humusversorgung
Im Boden findet ein ständiger Abbau und Aufbau von Humus statt. In einem stabilen Ökosystem (zum Beispiel Wald, altes Grünland) halten sich beide Vorgänge die Waage, d.h. der Humusgehalt verändert sich nicht. Die Bodenbearbeitung verstärkt den Humusabbau. Deshalb muss eine ausreichende Zufuhr von organischer Substanz (Humusversorgung) erfolgen. Der Einfluss des Ackerbaus auf den Humusgehalt des Bodens lässt sich gut an Grünlandumbrüchen zeigen: Die unter Grünland höheren Humusgehalte sinken in den ersten Jahren der Ackernutzung rasch ab und stellen sich allmählich auf einen von Standort zu Standort unterschiedlichen, niedrigen Wert ein. Bei Neuansaat von Grünland nehmen sie allmählich wieder zu. Wenn der Resthumusgehalt, wie er in unseren Ackerböden vorkommt, auch relativ stabil ist (er liegt in der Krume etwa zwischen 1,8 und 2,5 %), so ist er doch nicht unangreifbar. Er kann zum Beispiel durch den Anbau von Humuszehrern wie Zuckerrüben, Kartoffeln, Silomais oder Gemüse heruntergewirtschaftet werden. Im Rahmen von Cross Compliance wird auf die Erhaltung der organischen Substanz im Boden großer Wert gelegt. In bestimmten Fällen sind landwirtschaftliche Betriebe dazu verpflichtet, den Humusgehalt durch eine Bodenuntersuchung ermitteln zu lassen.
Organische Düngung
Die Zufuhr organischer Substanz erfolgt durch
- die bei der Ernte auf dem Feld verbleibenden Ernterückstände (Wurzeln, Stoppeln, Stroh, Sprossmasse),
- den gezielten Anbau von Zwischenfrüchten zur Gründüngung
- Wirtschaftsdünger (Mist, Gülle, Kompost, Klärdünger)
- Rindenhumus
Die Menge der dem Boden zugeführten organischen Substanz wird von der angebauten Pflanzenart und der Ernteweise bestimmt. Es kommt weniger darauf an, dass dem Boden Nährstoffe in großen Mengen zugeführt werden, sondern dass sie vom Boden „verarbeitet“ werden können. Ernterückstände, Zwischenfrüchte, Stallmist und Gülle sind in ihrer Wirkung auf den Humusgehalt unterschiedlich zu bewerten. Bei Ernterückständen handelt es sich um zersetzliche Substanzen, deren Abbau umso schneller erfolgt, je weicher (weniger verholzt) und eiweißreicher sie sind.
Humusgehalt der Böden
Der Humusgehalt der Böden kann in weiten Grenzen schwanken. Er lässt sich aus Messwerten für den Gehalt des Bodens an organischen Kohlenstoff berechnen, indem man diese Werte mit dem Faktor 1,72 (bei Torfen und Auflagehumus Faktor 2) multipliziert.[4] Abhängig ist der Humusgehalt vom Bodenhorizont, der Pflanzendecke, vom Klima, von der Bodenfeuchte und der Bodennutzung. Auch hinsichtlich der Verteilung des Humus im Boden bestehen große Unterschiede: In Waldböden liegt die Hauptmasse des Humus als mehr oder weniger mächtige Deckschicht über dem Mineralboden (Auflagehumus, Rohhumus). In landwirtschaftlich genutzten Mineralböden ist der Humus mit dem Mineralanteil innig vermischt. Der Gehalt nimmt von oben nach unten rasch ab. Etwa die Hälfte der gesamten organischen Substanz befindet sich im Ackerboden im Bereich der Krume, im Grünlandboden dagegen in den obersten 10 cm. Sonderfälle bilden die tiefreichenden, humosen Böden, wie zum Beispiel die Schwarzerden, die organischen Moorböden oder angeschwemmtes Krumenmaterial (Kolluvien). Der mittlere Humusgehalt beackerter Mineralböden liegt in der Krume bei 1,8–2,5 %, bei Grünlandböden im Mittel der oberen 10 cm bei 5–8 %. Höhere Humusgehalte sind typisch für tonige Böden, feuchte bis nasse Böden und Böden in niederschlagsreichem Klima. Stark durchlüftete, sandige Böden haben niedrigere Humusgehalte (1–2 %).
Auflagehorizonte
Die Humusauflage eines naturbelassenen Bodens kann maximal drei Bodenhorizonte umfassen[4]:
Mit L wird der Streu-Horizont (engl.: litter – Streu) bezeichnet. Er enthält abgestorbene Pflanzenreste, die nicht oder nur wenig zersetzt sind. Diese sind als solche noch ohne Einschränkung erkennbar und nach Pflanzenart klassifizierbar. Der Anteil an Feinsubstanz beträgt weniger als 10 Vol.-%.
O (von organisch) bezeichnet einen Horizont aus organischer Substanz mit mehr als 10 Vol.-% Feinsubstanz. Pflanzenreste sind bereits deutlich zersetzt. Der Horizont enthält weniger als 70 Masse-% mineralische Substanz. Der O-Horizont lässt sich untergliedern in Of- und Oh-Horizont.
Of (vermodert, von schwedisch: Förmultningsskiktet) ist ein O-Horizont, in dem der Anteil der organischen Feinsubstanz (10 bis 70 Vol.-%) deutlich hervortritt. Durch Fermentation und Vermoderung hat bereits eine weitgehende Zersetzung der Pflanzenreste stattgefunden. Noch sind Strukturen pflanzlicher Gewebe erkennbar, diese sind jedoch bereits mit Humuspartikeln vermengt.
Oh (von humos) bezeichnet den Dauerhumus- Horizont mit dunkel gefärbten Huminstoffen. An dem darin enthaltenen Material sind keinerlei pflanzliche Strukturen mehr erkennbar. Die Zersetzung des Pflanzenmaterials hat ein weit fortgeschrittenes Stadium erreicht. Der Anteil organischer Feinsubstanz (über 70 Vol.-%) überwiegt.
Nicht mit zur Humusauflage gehört der Ah-Horizont. Dieser ist der mineralische Oberboden und enthält meist durch tierische Aktivität (etwa Regenwürmer und Maulwürfe) oder menschliche Aktivität (zum Beispiel Pflügen) eingebrachten Humus. Der Humusanteil beträgt hier maximal 30 Prozent.
Wie stark die Humusauflage ausgeprägt ist, und welche der beschriebenen Horizonte sie aufweist, hängt insbesondere davon ab, inwieweit durch die bestehenden Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Bodenversauerung, Nährstoffversorgung, Exposition, Lage Breitengrad, Klima und anderes) Humusakkumulation begünstigt wird. Allgemein ist die Humusakkumulation umso stärker, je ungünstiger sich die Umwelt für die Aktivität der Mikroorganismen gestaltet.
Stickstoffgehalt und C/N-Verhältnis
Der Humus ist die Stickstoffquelle des Bodens. Durch mikrobiellen Abbau wird Stickstoff aus seiner organischen Bindung freigesetzt (mineralisiert) und damit pflanzenverfügbar. Die Humusqualität ist umso höher zu bewerten, je stickstoffreicher die organische Substanz, d.h. je enger ihr Kohlenstoff/Stickstoff-Verhältnis (C/N) ist. In der frisch abgestorbenen Substanz ist das C/N-Verhältnis weit, allerdings mit starken Unterschieden in Abhängigkeit von Pflanzenart, Pflanzenteil und Alter der Pflanze (C/N-Verhältnis von Winterweizen: 71; Zuckerrübe: 20). Durch den Abbau im Boden verengt sich das C/N-Verhältnis. Es nähert sich allmählich einem Wert von 8 bis 10:1, wie er für den Humus der meisten landwirtschaftlich genutzten Böden typisch ist. Für die überschlägige Berechnung des Stickstoffgehaltes des humosen Oberbodens spielen der Humusgehalt und die Mächtigkeit des A-Horizontes eine Rolle. Dabei kann von einem Stickstoffgehalt in Höhe von 1/17 des Humusgehaltes und einem Gewicht des Krumenbodens von 1,5 Mio. kg/ 10 cm Bodenschicht ausgegangen werden. Unter unseren Klimaverhältnissen wird damit gerechnet, dass jährlich etwa 1–2 % des organisch gebundenen Stickstoffs der Krume umgesetzt und damit pflanzenverfügbar werden (= Stickstoffnachlieferung des Bodens).
Ionenaustausch
Der Ionenaustausch in der Bodenmatrix spielt sich zwischen Tonmineralen (Kationenaustauscher) und Huminstoffen (sowohl Kationen- als auch Anionentauscher) ab. Die Kationen-Austausch-Kapazität gibt an, wie viele Kationen ein Boden halten kann [mmol / 100 g Bodensubstanz].
- Haftfestigkeit der am Austausch beteiligten Kationen (abhängig von pH, Ladung und Dicke der Hydrathülle):
- Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ = H3O+ > Na+[6]
Die Kationen Ca++, Mg++, K+, Na+ sind „austauschbare Basen“, ihr Anteil an der KAK heißt Basensättigung. Al+++ und H+ wirken sauer. Je saurer ein Boden, desto geringer die KAK, desto geringer die Verfügbarkeit von Nährstoffen für die Pflanzen.[6]
Mikrobiologie
Bei der Humifizierung bilden sich aus abgestorbenen organischen Substanzen (z. B. Streu oder Falllaub) Huminstoffe. Diese bestehen aus den Fraktionen Fulvosäuren (sauer), Huminsäuren (mäßig sauer) und Huminen (neutral). Die mikrobiell schwierig aufzuschließenden Lignine und Zellulosen werden am besten umgewandelt, wenn das Mikroklima im Boden feucht, warm und gut durchlüftet ist. Die Huminstoffe in ihren wechselnden Anteilen sind die Endstufen der Humifizierung.
In gutem Humus zeigen sich gut korrodierte und locker eingebettete, organisch besiedelte Mineralkristalle. An Detritusflocken binden sich mit „Trauben“ dunkler oder transparenter Sporen bedeckte Myzelien. Bakterien und Algen bilden im Edaphon meist Lebensgemeinschaften. Beschalte und unbeschalte Amöben, Rotatorien und Wimpertierchen kommen im Humus in sehr großer Artenvielfalt vor. Außerdem sind die Arten der Nematoden Aphanolaimus und Dorylaimus Humusbewohner. Azotobacter chroococcum sucht die Symbiose von Farbfiltern benutzenden grünen Algen auf. Oft leben Cladosporien symbiotisch mit Zoogloeen, d. h. Boden-Pilze bilden eine Symbiose mit Boden-Bakterien, wobei insgesamt der pH-Wert neutral bleibt. Pilze bilden während ihres Abbaus ein leicht saures, während Bakterien beim Abbau ein leicht alkalisches Milieu bilden.
Nach Annie Francé-Harrar vollzieht sich die Humifizierung in der Stufenfolge:
Siehe auch
- Terra preta
- Weltbodentag, Boden des Jahres, Global Soil Week
- Bodenbildende Prozesse
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ 1,0 1,1 Scheffer/Schachtschabel Lehrbuch der Bodenkunde, 15. Aufl., 2002, ISBN 3-8274-1324-9
- ↑ 2,0 2,1 2,2 Kuntze/Roeschmann/Schwerdtfeger Bodenkunde, 5. Aufl., 1994, ISBN 3-8252-8076-4
- ↑ Diedrich Schroeder: Bodenkunde in Stichworten, Seite 36, Bern 1983, ISBN 3-266-00192-3
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 Bodenkundliche Kartieranleitung, 5. Auflage, Hannover 2005, ISBN 3-510-95920-5
- ↑ 5,0 5,1 Annie Francé-Harrar: Bodenleben und Fruchtbarkeit. Bayerischer Landwirtschaftsverlag 1957
- ↑ 6,0 6,1 Bodengeographie P.Fitze 1997