Warum Humus So Wichtig Ist

Ein fruchtbarer und gesunder Boden ist die Grundlage für gesunde Pflanzen, Tiere und Menschen. Und organische Bodensubstanz ist die Grundlage für gesunde und produktive Böden. Das Verständnis der Rolle organischer Stoffe bei der Erhaltung eines gesunden Bodens ist für die Entwicklung ökologisch einwandfreier landwirtschaftlicher Praktiken unerlässlich. Aber wie kann organisches Material, das nur einen kleinen Prozentsatz der meisten Böden ausmacht, so wichtig sein, dass wir die drei Kapitel in diesem Abschnitt der Diskussion widmen?, Der Grund dafür ist, dass organische Materie die Wirkung im Wesentlichen aller Bodeneigenschaften positiv beeinflusst oder verändert. Das ist der Grund, warum es so wichtig für unser Verständnis der Bodengesundheit ist und wie Böden besser zu verwalten. Organische Materie ist im Wesentlichen das Herzstück der Geschichte, aber sicherlich nicht der einzige Teil. Neben der Funktion in einer Vielzahl von Schlüsselrollen, die Bodenprozesse und Pflanzenwachstum fördern, ist organische Bodensubstanz ein kritischer Bestandteil einer Reihe globaler und regionaler Zyklen.

Es ist wahr, dass Sie Pflanzen auf Böden mit wenig organischer Substanz anbauen können., Tatsächlich müssen Sie überhaupt keinen Boden haben. (Obwohl Kies – und Sandwassersysteme ohne Boden hervorragende Ernten anbauen können, sind Großanlagen dieser Art in der Regel weder wirtschaftlich noch ökologisch einwandfrei.) Es ist auch wahr, dass es neben der organischen Substanz noch andere wichtige Fragen gibt, wenn man die Qualität eines Bodens betrachtet. Mit abnehmender organischer Bodensubstanz wird es jedoch immer schwieriger, Pflanzen anzubauen, da Probleme mit Fruchtbarkeit, Wasserverfügbarkeit, Verdichtung, Erosion, Parasiten, Krankheiten und Insekten häufiger auftreten., Immer höhere Inputs—Düngemittel, Bewässerungswasser, Pestizide und Maschinen—sind erforderlich, um die Erträge angesichts der Erschöpfung organischer Stoffe aufrechtzuerhalten. Wenn jedoch auf ein ordnungsgemäßes Management organischer Stoffe geachtet wird, kann der Boden eine gute Ernte unterstützen, ohne dass teure Korrekturen erforderlich sind.

Der Gehalt an organischen Stoffen im landwirtschaftlichen Mutterboden liegt üblicherweise im Bereich von 1-6%. Eine Studie über Böden in Michigan zeigte potenzielle Ertragssteigerungen von etwa 12% pro 1% organischer Substanz., In einem Maryland-Experiment sahen die Forscher einen Anstieg von ungefähr 80 Scheffeln Mais pro Hektar, als die organische Substanz von 0,8% auf 2% anstieg. Der enorme Einfluss organischer Stoffe auf so viele Eigenschaften des Bodens— biologisch, chemisch und physikalisch—macht ihn für gesunde Böden von entscheidender Bedeutung (Abbildung 2.3). Ein Teil der Erklärung für diesen Einfluss ist die geringe Teilchengröße des gut zersetzten Teils organischer Substanz-des Humus. Sein großes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen bedeutet, dass Humus mit einem beträchtlichen Teil des Bodens in Kontakt kommt., Durch den engen Kontakt von Humus mit dem Rest des Bodens können viele Reaktionen, wie die Freisetzung verfügbarer Nährstoffe in das Bodenwasser, schnell auftreten. Die vielen Rollen lebender Organismen machen das Bodenleben jedoch zu einem wesentlichen Bestandteil der Geschichte der organischen Substanz.

Pflanzenernährung

die Nährstoffe von zersetzenden organischen Stoffen.

Die meisten Nährstoffe in der organischen Bodensubstanz können von Pflanzen nicht verwendet werden, solange diese Nährstoffe als Teil großer organischer Moleküle vorhanden sind., Als Bodenorganismen zersetzen organische oder mineralische Formen, die Pflanzen leicht verwenden können. Dieser als Mineralisierung bezeichnete Prozess liefert einen Großteil des Stickstoffs, den Pflanzen benötigen, indem er aus organischen Formen umgewandelt wird. Zum Beispiel werden Proteine in Ammonium (NH4+) und dann in Nitrat (NO3–) umgewandelt. Die meisten Pflanzen nehmen den größten Teil ihres Stickstoffs in Form von Nitrat aus Böden auf. Die Mineralisierung organischer Stoffe ist auch ein wichtiger Mechanismus, um Pflanzen mit Nährstoffen wie Phosphor und Schwefel und den meisten Mikronährstoffen zu versorgen., Diese Freisetzung von Nährstoffen aus organischer Substanz durch Mineralisierung ist Teil eines größeren landwirtschaftlichen Nährstoffkreislaufs (siehe Abbildung 2.4). Eine detailliertere Beschreibung der Nährstoffkreisläufe und ihrer Funktion in verschiedenen Zuschnittsystemen finden Sie in Kapitel 7.

Zugabe von Stickstoff.

Bakterien, die in Knötchen an Hülsenfruchtwurzeln leben, wandeln Stickstoff aus atmosphärischem Gas (N2) in Formen um, die die Pflanze direkt verwenden kann., Eine Reihe von frei lebenden Bakterien fixieren auch Stickstoff.

Lagerung von Nährstoffen auf organischen Bodenstoffen.

Die Zersetzung organischer Stoffe kann Pflanzen direkt ernähren, kann aber auch indirekt der Ernährung der Pflanze zugute kommen. Eine Reihe essentieller Nährstoffe kommt in Böden als positiv geladene Moleküle vor, sogenannte Kationen (ausgeprägte Cat-Eye-Ons). Die Fähigkeit organischer Stoffe, Kationen so zu halten, dass sie Pflanzen zur Verfügung stehen, wird als Kationenaustauschkapazität (CEC) bezeichnet. Humus hat viele negative Ladungen., Da entgegengesetzte Ladungen anziehen, kann Humus an positiv geladenen Nährstoffen wie Kalzium (Ca++), Kalium (K+) und Magnesium (Mg++) festhalten (siehe Abbildung 2.5 a). Dies verhindert, dass sie tief in den Untergrund auslaugen, wenn sich Wasser durch den Oberboden bewegt. Auf diese Weise gehaltene Nährstoffe können nach und nach in die Bodenlösung freigesetzt und Pflanzen während der Vegetationsperiode zur Verfügung gestellt werden. Beachten Sie jedoch, dass nicht alle Pflanzennährstoffe als Kationen vorkommen. Zum Beispiel ist die Nitratform des Stickstoffs negativ geladen (NO3–) und wird tatsächlich durch die negativ geladene CEC abgestoßen., Daher sickert Nitrat leicht aus, wenn sich Wasser durch den Boden und über die Wurzelzone hinaus bewegt.

Tonpartikel haben auch negative Ladungen auf ihren Oberflächen (Abbildung 2.5 b), aber organische Stoffe können die Hauptquelle negativer Ladungen für grobe und mittelstrukturierte Böden sein. Einige Arten von Tonen, wie sie im Südosten der USA und in den Tropen vorkommen, neigen dazu, geringe Mengen an negativer Ladung zu haben. Wenn diese Tone vorhanden sind, kann organisches Material die Hauptquelle für negative Ladungen sein, die Nährstoffe binden, selbst für fein strukturierte Böden (mit hohem Tongehalt).,

Schutz der Nährstoffe durch die Chelat-Therapie.

Auch organische Moleküle im Boden können bestimmte Nährstoffe festhalten und schützen. Diese Partikel, die als „Chelate“ (ausgesprochen Key-Lates) bezeichnet werden, sind Nebenprodukte der aktiven Zersetzung organischer Materialien und kleiner als die Partikel, aus denen Humus besteht. Im Allgemeinen werden Elemente stärker von Chelaten gehalten als durch Bindung von positiven und negativen Ladungen., Chelate funktionieren gut, weil sie den Nährstoff an mehr als einer Stelle auf dem organischen Molekül binden (Abbildung 2.5 c). In einigen Böden würden Spurenelemente wie Eisen, Zink und Mangan in nicht verfügbare Formen umgewandelt, wenn sie nicht durch Chelate gebunden wären. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Böden mit geringer organischer Substanz oder exponierte Unterböden einen Mangel an diesen Mikronährstoffen aufweisen.

Andere Möglichkeiten zur Aufrechterhaltung der verfügbaren Nährstoffe.

Es gibt Hinweise darauf, dass organische Stoffe im Boden die Umwandlung von verfügbarem Phosphor in Formen hemmen können, die für Pflanzen nicht verfügbar sind., Eine Erklärung ist, dass organische Materie die Oberflächen von Mineralien bedeckt, die sich fest an Phosphor binden können. Sobald diese Oberflächen bedeckt sind, reagieren verfügbare Formen von Phosphor weniger wahrscheinlich mit ihnen. Darüber hinaus können Huminstoffe Aluminium und Eisen chelatisieren, die beide mit Phosphor in der Bodenlösung reagieren können. Wenn sie als Chelate gehalten werden, können diese Metalle mit Phosphor kein unlösliches Mineral bilden.

Wohltuende Wirkung von Bodenorganismen

Bodenorganismen sind essentiell, um Pflanzen gut mit Nährstoffen zu versorgen, da sie organische Stoffe abbauen., Diese Organismen stellen Nährstoffe zur Verfügung, indem sie sie von organischen Molekülen befreien. Einige Bakterien fixieren Stickstoffgas aus der Atmosphäre und stellen es Pflanzen zur Verfügung. Andere Organismen lösen Mineralien auf und machen Phosphor verfügbarer. Wenn Bodenorganismen nicht vorhanden und aktiv sind, werden mehr Dünger benötigt, um Pflanzennährstoffe zu liefern.

Eine vielfältige Gemeinschaft von Organismen ist Ihr bester Schutz vor großen Schädlingsausbrüchen und Bodenfruchtbarkeitsproblemen., Ein Boden, der reich an organischer Substanz ist und ständig mit verschiedenen Arten von frischen Rückständen versorgt wird, beherbergt eine viel vielfältigere Gruppe von Organismen als Böden, die an organischer Substanz erschöpft sind. Diese größere Vielfalt an Organismen trägt dazu bei, dass weniger potenziell schädliche Organismen ausreichende Populationen entwickeln können, um die Ernteerträge zu senken.

Bodenneigung

Wenn der Boden eine günstige körperliche Verfassung für den Anbau von Pflanzen hat, soll er eine gute Neigung haben. Ein solcher Boden ist porös und lässt Wasser leicht eindringen, anstatt von der Oberfläche zu laufen., Mehr Wasser wird im Boden gespeichert, damit Pflanzen zwischen den Regenfällen verwenden können, und es tritt weniger Erosion auf. Gute Neigung bedeutet auch, dass der Boden gut belüftet ist. Wurzeln können leicht Sauerstoff erhalten und Kohlendioxid loswerden. Ein poröser Boden schränkt die Wurzelentwicklung und-erforschung nicht ein. Wenn ein Boden schlecht geneigt ist, verschlechtert sich die Struktur des Bodens und Bodenaggregate brechen zusammen, was zu erhöhter Verdichtung und verminderter Belüftung und Wasserspeicherung führt. Eine Bodenschicht kann so verdichtet werden, dass Wurzeln nicht wachsen können., Ein Boden mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften hat zahlreiche Kanäle und Poren in vielen verschiedenen Größen.

Studien an ungestörten und landwirtschaftlichen Böden zeigen, dass Böden mit zunehmender organischer Substanz weniger kompakt sind und mehr Platz für Luftdurchgang und Wasserspeicher haben. Klebrige Substanzen entstehen bei der Zersetzung von Pflanzenresten. Zusammen mit Pflanzenwurzeln und Pilzhyphen binden sie Mineralpartikel zu Klumpen oder Aggregaten zusammen., Darüber hinaus sind die klebrigen Sekrete von Mykorrhizapilzen—nützliche Pilze, die in die Wurzeln gelangen und Pflanzen helfen, mehr Wasser und Nährstoffe zu erhalten—wichtiges Bindematerial in Böden. Die Anordnung und Sammlung von Mineralien als Aggregate und der Grad der Bodenverdichtung haben enorme Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum (siehe Kapitel 5 und 6). Die Entwicklung von Aggregaten ist in allen Arten von Böden wünschenswert, da sie eine bessere Entwässerung, Belüftung und Wasserspeicherung fördert. Die einzige Ausnahme ist für Feuchtlandkulturen wie Reis, wenn Sie einen dichten, pfüttrigen Boden wünschen, um ihn überflutet zu halten.,

Organische Stoffe spielen als Rückstände auf der Bodenoberfläche oder als Bindemittel für oberflächennahe Aggregate eine wichtige Rolle bei der Verringerung der Bodenerosion. Oberflächenrückstände fangen Regentropfen ab und verringern ihr Potenzial, Bodenpartikel zu lösen. Diese Oberflächenrückstände verlangsamen auch das Wasser, wenn es über das Feld fließt, was ihm eine bessere Chance gibt, in den Boden einzudringen. Aggregate und große Kanäle verbessern die Fähigkeit des Bodens, Wasser von der Oberfläche in den Untergrund zu leiten, erheblich.,

Die meisten Landwirte können sagen, dass ein Boden besser ist als ein anderer, indem sie sie betrachten, sehen, wie sie aufarbeiten, wenn sie befüllt werden, oder sogar spüren, wie sie sich fühlen, wenn sie weitergehen oder berührt werden. Was sie sehen oder spüren, ist wirklich gut. Ein Beispiel finden Sie auf dem Foto auf der Rückseite dieses Buches. Es zeigt, dass Bodenunterschiede durch verschiedene Managementstrategien geschaffen werden können. Landwirte und Gärtner würden ihre Pflanzen sicherlich lieber auf dem poröseren Boden anbauen, der auf dem Foto rechts abgebildet ist.,

Da Erosion dazu neigt, den fruchtbarsten Teil des Bodens zu entfernen, kann dies zu einer signifikanten Verringerung der Ernteerträge führen. In einigen Böden kann der Verlust von nur wenigen Zentimetern Mutterboden zu einer Ertragsreduzierung von 50% führen. Die Oberfläche einiger Böden, die wenig organisches Material enthalten, kann sich versiegeln oder verkrusten, da Regen Aggregate abbaut und Poren in der Nähe der Oberfläche sich mit Feststoffen füllen. In diesem Fall läuft Wasser, das nicht in den Boden eindringen kann, vom Feld und trägt wertvollen Mutterboden (Abbildung 2.6).,

Große Bodenporen oder Kanäle sind aufgrund ihrer Fähigkeit, viel Wasser schnell in den Boden fließen zu lassen, sehr wichtig. Größere Poren werden auf verschiedene Arten gebildet. Alte Wurzelkanäle können einige Zeit geöffnet bleiben, nachdem sich die Wurzel zersetzt hat. Größere Bodenorganismen, wie Insekten und Regenwürmer, schaffen Kanäle, wenn sie sich durch den Boden bewegen. Der Schleim, den Regenwürmer absondern, um das Austrocknen ihrer Haut zu verhindern, hilft auch, ihre Kanäle lange offen zu halten.,

Schutz des Bodens vor schnellen Veränderungen des Säuregehalts

Säuren und Basen werden freigesetzt, wenn sich Mineralien auflösen und Organismen ihre normalen Funktionen der Zersetzung organischer Materialien oder der Fixierung von Stickstoff erfüllen. Säuren oder Basen werden von den Wurzeln der Pflanzen ausgeschieden, und Säuren bilden sich im Boden durch die Verwendung von Stickstoffdüngern. Es ist am besten für Pflanzen, wenn der Säuregehalt des Bodens, der als pH bezeichnet wird, während der Saison nicht zu stark schwingt. Die pH-Skala ist eine Möglichkeit, die Menge an freiem Wasserstoff (H+) im Bodenwasser auszudrücken., Saurere Bedingungen mit größeren Wasserstoffmengen werden durch niedrigere Zahlen angezeigt. Ein Boden bei pH 4 ist sehr sauer. Seine Lösung ist zehnmal saurer als ein Boden bei pH 5. Ein Boden bei pH 7 ist neutral—es gibt genauso viel Base im Wasser wie Säure. Die meisten Kulturen tun am besten, wenn der Boden leicht sauer ist und der pH-Wert bei 6 bis 7 liegt. Essentielle Nährstoffe stehen Pflanzen in diesem pH-Bereich mehr zur Verfügung als wenn Böden entweder saurer oder basischer sind., Organische Bodensubstanz ist in der Lage, pH-Veränderungen zu verlangsamen oder zu puffern, indem freier Wasserstoff aus der Lösung genommen wird, wenn Säuren hergestellt werden, oder indem Wasserstoff abgegeben wird, wenn Basen hergestellt werden. (Zur Diskussion über die Bewirtschaftung saurer Böden siehe Kapitel 20.)

Stimulierung der Wurzelentwicklung

Mikroorganismen in Böden produzieren zahlreiche Substanzen, die das Pflanzenwachstum stimulieren. Humus selbst wirkt sich direkt positiv auf Pflanzen aus (Abbildung 2.7). Der Grund für diese Stimulation liegt hauptsächlich darin, dass Mikronährstoffe den Pflanzen besser zur Verfügung stehen—was dazu führt, dass die Wurzeln länger wachsen und mehr Äste haben, was zu größeren und gesünderen Pflanzen führt. Darüber hinaus produzieren viele Bodenmikroorganismen eine Vielzahl von wurzelstimulierenden Substanzen, die sich als Pflanzenhormone verhalten.,

Verdunkelung des Bodens

Organische Substanz neigt dazu, Böden zu verdunkeln. Sie können dies leicht in grob strukturierten sandigen Böden mit hellen Mineralien sehen. Unter gut durchlässigen Bedingungen lässt eine dunklere Bodenoberfläche einen Boden im Frühjahr etwas schneller aufwärmen. Dies bietet einen leichten Vorteil für die Samenkeimung und die frühen Stadien der Keimlingsentwicklung, was oft in kalten Regionen von Vorteil ist.

Schutz vor schädlichen Chemikalien

Einige natürlich vorkommende Chemikalien in Böden können Pflanzen schädigen., Zum Beispiel ist Aluminium ein wichtiger Bestandteil vieler Bodenmineralien und stellt als solches keine Bedrohung für Pflanzen dar. Wenn Böden saurer werden, insbesondere bei pH-Werten unter 5,5, wird Aluminium löslich. Einige lösliche Formen von Aluminium, falls in der Bodenlösung vorhanden, sind giftig für Pflanzenwurzeln. Bei erheblichen Mengen organischer Bodensubstanz ist das Aluminium jedoch fest gebunden und schadet nicht so sehr.

Organische Substanz ist die wichtigste Bodeneigenschaft, die das Auswaschen von Pestiziden reduziert. Es hält fest an einer Reihe von Pestiziden., Dies verhindert oder reduziert das Auswaschen dieser Chemikalien in das Grundwasser und ermöglicht Zeit für die Entgiftung durch Mikroben. Mikroorganismen können die chemische Struktur einiger Pestizide, Industrieöle, vieler Erdölprodukte (Gas und Öle) und anderer potenziell toxischer Chemikalien verändern und sie unschädlich machen.