Humifizierung und Mineralisierung: Ein Blick in den Boden

Hast du dich jemals gefragt, wie Humus entsteht und Nährstoffe im Boden freigesetzt werden? In diesem Artikel erfährst du alles über die faszinierenden Prozesse der Humifizierung und Mineralisierung und wie du durch gezielte Maßnahmen den Humusaufbau auf deinem Hof optimieren kannst.

Kernaussagen

• Humusaufbau und -abbau: Humifizierung baut organisches Material zu stabilem Humus auf, während Mineralisierung Humus abbaut und dabei Nährstoffe freisetzt.

• Bedeutung von Humus: Humus verbessert die Bodenfruchtbarkeit, Wasserhaltekapazität, Erosionsschutz und dient als bedeutender Kohlenstoffspeicher.

• Förderung durch landwirtschaftliche Praktiken: Nachhaltige Methoden wie erweiterte Fruchtfolgen, Kompostierung und reduzierte Bodenbearbeitung unterstützen den Humusaufbau und die langfristige Bodengesundheit.

Grundlagen der Bodenwissenschaft: Humus im Fokus der Regenerativen Landwirtschaft

Was ist Humus?

Als Humus bezeichnet man die gesamte tote organische Substanz im Boden, unabhängig ob diese mikrobiellen, pflanzlichen oder tierischen Ursprungs ist. Dabei liegt Humus nicht unverändert in der Erde vor, sondern unterliegt konstant den Prozessen der Humifizierung (Humus-Aufbau) und Mineralisierung (Humus-Abbau).

Quelle: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft 

Nähr - und Dauerhumus 

Nährhumus und Dauerhumus sind beide wichtig in der Landwirtschaft, aber sie erfüllen unterschiedliche Funktionen und tragen auf verschiedene Weise zur Bodenfruchtbarkeit und Nachhaltigkeit bei:

Nährhumus: Nährhumus ist der Anteil des Humus, der leicht abbaubar ist und etwa 20-50 % der gesamten Humusstoffe ausmacht. Er ist mobil im Boden und kann von Mikroorganismen weiter zersetzt werden, wodurch Nährstoffe freigesetzt werden, die für Pflanzen verfügbar sind. Nährhumus trägt somit direkt zur Fruchtbarkeit des Bodens bei.

Dauerhumus: Dauerhumus ist der Anteil der organischen Substanz, der stabiler und weniger leicht abbaubar ist. Diese Substanz bildet Verbindungen mit Ton- und Feinschluffpartikeln im Boden und ist dadurch vor schnellem Abbau geschützt. Dauerhumus ist wichtig für die langfristige Stabilität der Bodenstruktur und trägt zur Speicherung von Kohlenstoff bei.

Wieso ist ein hoher Humusanteil im Boden wichtig?

Humus spielt eine entscheidende Rolle in der Landwirtschaft aus mehreren Gründen:

• Nährstoffversorgung: Humus enthält Nährstoffe, die durch den Prozess der Mineralisierung freigesetzt werden und für Pflanzen verfügbar sind. Dies verbessert die Fruchtbarkeit des Bodens und unterstützt das Pflanzenwachstum. Infolgedessen kann die Verwendung von Wirtschaftsdüngern reduziert werden, was die Kosten und Abhängigkeiten vom Markt minimiert. 

• Bodenstruktur: Humus verbessert die Bodenstruktur, indem er die Aggregation von Bodenpartikeln fördert. Dies führt zu einer besseren Durchlüftung, Wasseraufnahme und -speicherung, was wiederum das Wurzelwachstum und die Pflanzenentwicklung unterstützt.

• Wasserspeicherung: Humusreiche Böden können mehr Wasser speichern, was besonders in trockenen Perioden vorteilhaft ist. Dies hilft, die Wasserverfügbarkeit für Pflanzen zu sichern und die Bewässerungskosten zu senken.

• Erosionsschutz: Durch die Verbesserung der Bodenstruktur trägt Humus dazu bei, die Bodenerosion zu reduzieren. Dies schützt den Boden vor dem Verlust fruchtbarer oberer Bodenschichten durch Wind und Wasser.

• Kohlenstoffspeicherung: Humus ist ein bedeutender Kohlenstoffspeicher. Der Aufbau von Humus im Boden trägt zur Reduzierung der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre bei und unterstützt somit den Klimaschutz.

• Bodenleben: Humus dient als Lebensraum und Nahrungsquelle für zahlreiche Bodenorganismen, die eine wichtige Rolle im Nährstoffkreislauf und der Bodenfruchtbarkeit spielen.

Humifizierung 

Humifizierung beschreibt konkret die Umsetzung von abgestorbenem, organischem Material im Boden durch Bodenlebewesen zu Humus. Die organische Substanz wird von Makrofauna, z.B. Regenwürmern und Schnecken, zerkleinert, aufgenommen und wieder ausgeschieden. Danach wird sie von Einzellern und Mikroorganismen, wie z.B. Pilze oder Bakterien, weiterverwertet. 

Diese Zerkleinerung ist wichtig, da die Oberfläche der Partikel für Mikroorganismen leichter besiedelbar ist. Dadurch werden komplexe organische Substanzen, wie beispielsweise Cellulose, in einfachere Verbindungen, wie Aminosäuren, abgebaut.

In Folge biochemischer Prozesse wird außerdem organisches Material durch die Organismen zu sogenannten Huminstoffen umgewandelt. Die verschiedenen Huminstoffe sind sogenannte Fulvinsäuren, Huminsäuren oder Humine. Diese unterscheiden sich in Farbe, Löslichkeit sowie Sauerstoff- und Kohlenstoffgehalt und geben humusreichen Böden die typisch schwarz-dunkelbraune Farbe.

Einflussfaktoren

Damit die Humifizierung erfolgreich ablaufen kann, sind einige Gegebenheiten notwendig: 

1. Organisches Material: Das Vorhandensein sowie die chemische Zusammensetzung des organischen Materials beeinflussen die Geschwindigkeit und Effizienz der Humifizierung. Materialien mit hohem Gehalt an leicht abbaubaren Substanzen wie Zucker und Proteinen werden schneller zersetzt als solche mit komplexeren Verbindungen wie Lignin und Zellulose.

2. Mikroorganismen: Regenwürmer, Insekten, Pilze, Bakterien und andere Mikroorganismen spielen eine zentrale Rolle im Humifizierungsprozess. Die Vielfalt und Aktivität dieser Organismen bestimmen, wie schnell und effektiv das organische Material in Humus umgewandelt wird.

3. Bodenbeschaffenheit: Eine gute Bodenstruktur mit ausreichender Durchlüftung und Porosität unterstützt die Aktivität der Bodenorganismen und somit die Humifizierung. Verdichtete Böden können diesen Prozess hemmen. Auch die Bodenart beeinflusst die Humifizierung. Ton- und schluffreiche Böden fördern die Bildung von Dauerhumus, da Tonminerale und Schluffpartikel organische Verbindungen stabilisieren und vor schnellem Abbau schützen.

4. Klima: Warme Temperaturen erhöhen die Aktivität der Mikroorganismen und beschleunigen die Humifizierung. In kalten Klimazonen verläuft der Prozess langsamer. Zudem ist eine ausreichende Bodenfeuchtigkeit notwendig, um die Aktivität der Mikroorganismen zu unterstützen. Zu trockene Bedingungen können den Prozess verlangsamen, während wassergesättigte Böden die Zersetzung anaerob und damit langsamer machen können.

5. pH-Wert: Ein neutraler bis leicht saurer pH-Wert (zwischen 6 und 7) ist optimal für die meisten Mikroorganismen. Extrem saure oder alkalische Böden können die Aktivität bestimmter Bodenorganismen hemmen und somit die Mumifizierung beeinträchtigen.

6. Sauerstoffverfügbarkeit: Sauerstoff ist für viele Mikroorganismen, die an der Humifizierung beteiligt sind, lebenswichtig. Gut belüftete Böden unterstützen daher den Humifizierungsprozess besser als schlecht belüftete Böden.

7. Bewirtschaftung: Methoden wie Fruchtfolgen, minimaler Pflugeinsatz, Mulchen und der Einsatz von organischen Düngemitteln können die Humifizierung fördern, indem sie eine kontinuierliche Zufuhr von organischem Material und eine günstige Umgebung für Bodenorganismen gewährleisten.Nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken, die die Bodenstruktur und -gesundheit verbessern, fördern langfristig die Humifizierung. 

Mineralisierung

Der entstandene Humus kann durch Mikroorganismen jedoch weiter abgebaut werden. Erst dabei werden die darin gespeicherten Mineral- und Nährstoffe für die Pflanze verfügbar gemacht. Dieser Prozess des Humusabbaus wird Mineralisierung genannt. In der Mineralisierung bauen Mikroorganismen den Humus in anorganische Produkte wie Wasser, CO₂ und Mineralstoffe ab. Die Pflanze kann die neu verfügbaren Nährstoffe daraufhin durch ihre Wurzeln aufnehmen und verwerten. Der zuvor im Humus gespeicherte Kohlenstoff wird wieder frei. 

Einflussfaktoren

Die Einflussfaktoren, die die Mineralisierung xxx decken sich in vielen Punkten mit denen der Humifizierung. Jedoch gibt es einige Unterschiede, die im Folgenden aufgelistet werden. 

2. Bodenlebewesen: Der Ablauf der Mineralisierung wird wesentlich vom Vorkommen von Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen bestimmt. Bei der Humifizierung sind auch Makroorganismen beteiligt, die das organische Material im ersten Schritt zerkleinern. 

4. Klima: Die Mineralisierung erfolgt am effizientesten bei hohen Temperaturen. Die Mikroorganismen sind dort am aktivsten. Für die Humifizierung sind moderate Temperaturen geeignet, um auch die Makroorganismen anzuregen. 

7. Bewirtschaftung: Der Fokus bei der Humifizierung liegt auf dem Eintrag von organischem Material in den Boden. Dazu zählen das Hinterlassen von Ernteresten auf dem Feld, die Einführung von Dauerkulturen oder der Anbau von Zwischenfrüchten oder Untersaaten. Bei der Mineralisierung stehen die Belüftung des Bodens und die Förderung der Bodenlebewesen im Vordergrund.  

Humussaldo - Humifizierung und Mineralisierung im Einklang

Bleibt ein landwirtschaftliches Nutzungssystem über Jahre hinweg unverändert, stellt sich ein Gleichgewicht zwischen Humifizierung und Mineralisierung ein. Dieses kann durch verschiedene Anbaumethoden, z.B. humusmehrende Kulturen, verschoben werden. Der maximale Humusgehalt wird dabei von Umweltbedingungen und Bodeneigenschaften bestimmt. An diesem Punkt pendelt sich der Humusauf- und -abbau auf ein gleiches Niveau ein. Ist dieses Gleichgewicht erstmal erreicht, muss trotzdem konstant humusmehrend gewirtschaftet werden. Damit ist stets genügend organische Substanz für die Humifizierung vorhanden. Bei einem Stopp der regenerativen Praktiken würde die Mineralisierung überwiegen, Humus abgebaut und Kohlenstoff freigesetzt werden. 

Humus aufbauen mit Fruchtfolgen 

Ökonomisch marktorientierte und intensive Fruchtfolgen, die viele humuszehrende Früchte wie Kartoffeln oder Rüben enthalten, verringern den Anteil an Humus im Boden, während der Anbau anderer Kulturen das Gegenteil bewirken kann. Gestaltet man die Fruchtfolge demnach auch mit Blick auf die Akkumulation von organischem Material und die Etablierung humusfördernder Kulturen, so kann unter entsprechenden Rahmenbedingungen Humus aufgebaut werden. 

Ein Praxisbeispiel einer optimierten Fruchtfolge innerhalb eines Biogasbetriebes liefert Michael Reber. Wie er seine Fruchtfolge regenerativ gestaltet, kann in diesem Artikel nachgelesen werden. 

Nachhaltig mit Klim – das lohnt sich 

Wir von Klim erkennen die Bedeutung von Humus für eine nachhaltige Landwirtschaft und bieten Landwirten bei der Umstellung auf Regenerative Landwirtschaft finanzielle Anreize für die Speicherung von CO₂ im Boden. Landwirte werden für den Aufbau von Humus und die Reduzierung von Emissionen belohnt, was zur Verbesserung der Bodengesundheit und zum Klimaschutz beiträgt.

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Fazit 

Humus ist das Herzstück eines fruchtbaren Bodens und spielt eine Schlüsselrolle im Nährstoffkreislauf und Klimaschutz. Die Prozesse der Humifizierung und Mineralisierung sind hierbei entscheidend: Humifizierung baut organisches Material zu stabilem Humus auf, während die Mineralisierung diesen Humus abbaut und dabei wichtige Nährstoffe für Pflanzen freisetzt. Es ist essentiell für einen ertragreichen Boden, diese Prozesse im Einklang zu behalten, um die Vorteile des Humus nutzen zu können und gleichzeitig eine effektive Nährstofffreisetzung für die wachsenden Kulturen zu garantieren. 

Nachhaltige Methoden wie erweiterte Fruchtfolgen, Kompostierung und reduzierte Bodenbearbeitung fördern diese Prozesse und sorgen für langfristige Bodenfruchtbarkeit.

FAQs

Was sind Huminstoffe? 

Huminstoffe sind komplexe organische Verbindungen, die aus der Zersetzung von Pflanzen- und Tiermaterialien im Boden entstehen. Sie sind eine essenzielle Komponente des Humus und spielen eine wichtige Rolle bei der Bodenfruchtbarkeit und Bodenstruktur. Huminstoffe bestehen aus einer Vielzahl von Molekülen, die schwer abbaubar sind und daher lange im Boden verbleiben. Sie lassen sich in drei Hauptkategorien unterteilen: Fulvinsäuren, Huminsäuren und Humine.

Wie verbessert man den Humusgehalt im Boden?

In der Landwirtschaft gibt es einige Methoden, um den Humusgehalt im Boden langfristig und nachhaltig zu erhöhen. Dazu gehören zum Beispiel die Anwendung von organischen Düngemitteln, der Anbau von Zwischenfrüchten und Untersaaten, eine reduzierte Bodenbearbeitung und das Belassen von Ernteresten auf dem Feld. Der Fokus liegt hier auf der Zugabe von organischem Material in den Boden und eine minimierte Bodenstörung, welche ein aktives Bodenleben ermöglicht.  

Welche Rolle spielen Mikroorganismen bei der Humusbildung?

Mikroorganismen zersetzen organisches Material in einfachere Verbindungen und wandeln diese in Humus um. Für die Prozesse der Humifizierung und Mineralisierung sind sie unerlässlich.