Humus

Der Humus - der nicht-lebende Teil organischer Substanz im Boden - beeinflusst viele Bodeneigenschaften, die auf die Ertragsfähigkeit, Bearbeitbarkeit, Erosionsanfälligkeit und auch auf die Filter- und Pufferfunktion einwirken. Ein ausreichender Humusgehalt ist die Voraussetzung für eine gute nachhaltige Bodenfruchtbarkeit. Außerdem stellt der Humus eine langsam fließende Nährstoffquelle für die Pflanzen dar. Durch mikrobiellen Abbau der Humusbestandteile werden u.a. organisch gebundene Elemente (N, P, S) in pflanzenverfügbare Verbindungen umgewandelt. Der Humus wirkt gefügeschaffend und –stabilisierend und beeinflusst damit die Wasser- und Nährstoffzufuhr zur Pflanzenwurzel, die Wurzelentwicklung, den Gasaustausch, die Wasserversickerung, die Wasserstabilität der Bodenaggregate und die Befahrbarkeit des Bodens. Schließlich steuert der Humus durch eine Vielzahl von Sorptionsmechanismen die Auswaschung und Abbaurate von Pflanzenschutzmitteln und Umweltchemikalien und schützt damit Umwelt und Grundwasser.

Anreicherung organischer Substanz in den oberen Schichten des Bodenprofils

Die flache Bodenbearbeitung sowie die Direktsaat bedingen aufgrund des reduzierten bzw. fehlenden Einmischens von Ernterückständen eine oberflächennahe Anreicherung von organischer Substanz. 

 

Verteilung organischer Substanz bei verschiedenen Bodenbearbeitungen

Abbildung: Verteilung der Ernterückstände im Oberboden in Abhängigkeit vom Verfahren der Bodenbearbeitung. Quelle: Tebrügge 2001

Wie die Abbildung verdeutlicht, liegt die höchste Konzentration an organischer Substanz in der oberen Schicht des  ungepflügten Bodens (Direktsaat und konservierende Bodenbearbeitung) vor (STANLEY et al. 1988, BÖHM & AHRENS 1990, UNGER 1991, TEBRÜGGE 2001). Die bei Pflugverzicht auftretende Schichtung mit Anreicherung von organischer Substanz nahe der Bodenoberfläche ist vor allem auf die an der Oberfläche belassenen Ernterückstände zurückzuführen (TEBRÜGGE et al., 1991).

Die oberflächliche Streuschicht kann hier ein bestimmender Faktor für die Erhöhung der mikrobiellen Aktivität, die Verbesserung der Strukturstabilität sowie für den Schutz gegen Wassererosion sein und beeinflusst den Abbau und die Wirkung von Herbiziden.

Mikrobielle Aktivität: Humusanreicherung und verminderte Mineralisierung

Die Erhöhung der organischen Substratmenge begünstigt die mikrobielle Aktivität in der oberen Schicht des reduziert bearbeiteten bzw. unbearbeiteten Bodens im Vergleich zum gepflügten (GROFFMAN 1984; BÖHM & AHRENS 1989, KANÉ 2000). Trotz nachweislich höherer Bodenatmung bei reduzierter Bearbeitung stellte PRONIN (2003) höhere Kohlenstoffgehalte im Boden fest als bei konventioneller Bearbeitung, was neben dem stabilisierenden Effekt auf den Boden auch eine positive Wirkung auf die Atmosphäre hat, die von CO2 entlastet wird. Ein gesteigerter Humusgehalt infolge konservierender Bodenbearbeitung wurde auch von anderen Autoren festgestellt (BELVINS et al. 1993; SINGH et al. 1994 HAMPL 2000; TEBRÜGGE 2001) (vgl. Abbildung).

 

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Abbildung: Wirkung der Direktsaat auf die Anreicherung der organischen Substanz im Boden verändert nach TEBRÜGGE (2001). CT = Pflugbearbeitung (Conventional Tillage), NT = Pfluglose Bodenbearbeitung (No Tillage)

Einfluss des Mischungsgrades organischer Substanz mit dem Boden

Die Lebensbedingungen für die am Abbau organischer Substanz beteiligten Mikroorganismen werden durch die Reduzierung des Kontaktes zwischen Ernterückständen und Boden verändert. Bei reduziertem mechanischen Eingriff in den Boden ist auch dessen Belüftung reduziert, wodurch die Humifizierungsprozesse gefördert, gleichzeitig aber die Mineralisierungsprozesse verlangsamt werden. Es spielt also eine große Rolle, ob, wie stark und wie tief bei pfluglosen Verfahren der Boden noch gemischt oder gelockert wird. Eine tiefe mischende Bodenbearbeitung mit dem Grubber z.B. verteilt die organische Substanz mehr im Bodenkörper (Maillard & Vez, 1988), wodurch die Humusanreicherung abgeschwächt und die Mineralisierung verstärkt wird.

Die Arbeiten von SIMS & FREDERICK (1970), welche von DARWIS (1993) unter Feldbedingungen bestätigt wurden, zeigen, dass eine homogene Durchmischung von Boden und Ernterückständen die Zersetzung von stickstoffarmen Ernterückständen wie z.B. Getreidestroh beschleunigt. Bei stickstoffreicheren Pflanzenresten (z.B. Zwischenfrüchten und Gründüngung) konnte jedoch kein entscheidender Einfluss der Durchmischung nachgewiesen werden, wie auch BREMER et al. (1991) gezeigt haben.

Der nicht mineralisierte Anteil der Ernterückstände eines Jahres (K1-Wert in Tabelle) steigt bei reduzierter Bodenbearbeitung an. Gleichzeitig begrenzt das fehlende Wenden des Bodens die Mineralisierung des Kohlenstoffvorrats (K2 geringer). Dieser Versuch zeigt, dass der Koeffizient K1 ein wenig von der Bodenbearbeitung beeinflusst wird, während die Mineralisierung (gemessen am Koeffizienten K2) mit der Reduzierung der Bodenbearbeitung abnimmt. Die Verfahren der reduzierten Bodenbearbeitung sind folglich der Humusanreicherung förderlich.

 

Entwicklung der Transformationskoeffizienten für Organische Substanz nach dem Hénin-Dupuis-Modell
Konventionelle Bodenbearbeitung Reduzierte Bodenbearbeitung Direktsaat
K1 : in Form von stabiler Organischer Substanz fixierte Ernterückstände 0,17 0,20 0,23
K2 : In Form von CO2 mineralisierter Humus 0,019
0,015
0,008

Konsequenzen der oberflächennahen Humusanreicherung: Nährstoffanreicherung und leichte Versauerung

Aufgrund der oberflächennahen Humusanreicherung bei pflugloser Bodenbearbeitung kommt es zu einer Anreicherung der Nährstoffe P und K in den bearbeiteten oberflächennahen Horizonten (Kupers & Ellen, 1970; Dick, 1993; Drew & Shaker, 1978; Ellis & Howse, 1980; Ball & O'Sullivan, 1985; Coote & Ramsey, 1989; Rhoton et al., 1993; Smetten et al., 1992; Ketcheson, 1980; Borresen & Njos, 1993; Germon et al., 1994; Tebrügge & Düring, 1999; Labreuche, 2004; Guérif, 1994; Delaunois, 2004; Maillard & Vez, 1988). Laut Labreuche (2004) beträgt diese Anreicherung nach 15 Jahren 7% bei pflugloser Bearbeitung und 14% bei Direktsaat und flachgründiger Bearbeitung .

Parallel dazu zeigt sich meistens in den darunter liegenden Schichten eine Abnahme dieser Stoffe (gleiche Autoren), jedoch nicht in jedem Fall (Blevins et al., 1983; Kupers & Ellen, 1970; Maillard & Vez, 1988; Francis & Knight, 1993).

Werden pfluglose Verfahren mit tiefer, mischender Bodenbearbeitung angewandt (z.B. mit dem Grubber), ist die oberflächliche Konzentration organischer Substanz weniger ausgeprägt und dementsprechend auch die Nährstoffverteilung innerhalb des Bearbeitungshorizontes etwas gleichmäßiger

 

Die Umwandlungsprozesse der angereicherten organischen Substanz führen zudem bei reduzierter Bodenbearbeitung zu einer leichten Versauerung an der
Bodenoberfläche (Dick, 1993; Blevins et al., 1983; Follett & Peterson, 1988; Rhoton et al., 1993; Diez et al., 1988; Borresen & Njos, 1993; Maillard & Vez, 1988). Andere Autoren stellen keine Unterschiede im pH-Wert fest (Kupers & Ellen, 1970; Ellis & Howse, 1980; Coote & Ramsey, 1983; Smetten et al., 1992). Die pH-Abnahme ist bei Direktsaat und flachgründiger Bodenbearbeitung schnell feststellbar, nicht jedoch bei einer tiefgründigeren Einmischung.

VORSTEHEND ZITIERTE AUTOREN UND DEREN VERSUCHSBEDINGUNGEN

RE Ball & O'Sullivan (1985) Schottland
RE Blevins et al. (1983) nach 50 Jahren Wiese - Direktsaat/Pflug/pfluglos - trockener Karst - 10 Jahre
RE Borresen & Njos (1993) Norvegen
RE Coote & Ramsey (1989) Kanada
RE Crovetto Lamarca (1999) Chile
RE Delaunois (2004) F - Midi-Pyrénées
RE Dick (1993) USA
RE Diez et al. (1988) Deutschland
RE Drew & Shaker (1978) England
RE Ellis & Howse (1980) England
RE Follett & Peterson (1988) USA
RE Francis & Knight (1993) Neuseeland
M/RE Germon et al., (1994) F-Grignon
RE Guérif (1994) Frankreich
RE Haynes & Knight (1989) Neuseeland
RE Horne et al. (1992) Neuseeland - Lehm - 10 Jahre
RE Ketcheson (1980) Kanada
RE Kupers & Ellen (1970) Niederlande
RE Labreuche (2004) F-Boigneville - Langzeitversuch
RE Maillard & Vez (1988) Schweiz
RE Maillard et al., (1994) CH-Changins
RE Nutall et al. (1986) Kanada
RE Rhoton et al. (1993) USA
RE Smetten et al. (1992) Australien
RE Tebrügge, Düring (1999) Deutschland

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