Humus

Der mit dem Buchstaben O gekennzeichnete Horizont entspricht Humus

Humus ( italienische Aussprache / ˈumus / ; von lateinisch humus , „Boden, Erde, Boden“), manchmal angepasst an umo , ist ein chemischer Bestandteil des Bodens . Es ist bodenständig , braun gefärbt und aus Produkten unterschiedlichen Polymerisationsgrades aufgebaut , die das Ergebnis des Abbaus und der Umarbeitung der organischen Substanz des Bodens sind . Es ist ein Komplex aus organischen Substanzen, die im Boden vorhanden sind. Humus stellt aus chemischer und physikalischer Sicht den aktivsten Teil der organischen Substanz des Bodens dar und interagiert mit der mineralischen Fraktion und mit der zirkulierenden Lösung, wodurch die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Bodens beeinflusst werden. Die Entdeckung der Bedeutung von Humus für die Pflanzenernährung geht auf den deutschen Agrarwissenschaftler Albrecht Thaer zurück .

Arten von Humus

Die Einteilung nach Typen untersucht den morphologischen Aspekt der organischen Substanz und setzt ihn in Beziehung zur Pedogenese . Dies ist kein erschöpfendes Schema, wird jedoch in der Literatur häufig verwendet, insbesondere wenn es sich auf die Herkunft der organischen Substanz bezieht. Das Klassifizierungsschema ist wie folgt:

1. Unter Überschwemmung oder Stagnation freigesetzte organische Substanz:
   • Unter ständigem Untertauchen: Torf .
   • Bei regelmäßigem Untertauchen: Anmoor .
2. Unter Belüftungsbedingungen freigesetzte organische Substanz:
   1. Waldböden:
      • Nadelwaldstreu , stark saure Reaktion , hohes C/N -Verhältnis: mor .
      • Streu von Laubwäldern , deutlich saure Reaktion, mittelhohes C/N-Verhältnis: moderat .
      • Kein Einstreu, Säurereaktion , mittelhohes C/N-Verhältnis: Waldmull .
   2. Nichtwaldböden (Grünland, landwirtschaftliche Böden):
      • Kein Einstreuen, neutrale oder basische Reaktion, ausgewogenes C/N-Verhältnis: Kalkmull .

Torf entwickelt sich in Sumpfumgebungen unter Bedingungen des permanenten Untertauchens. Die chemischen Eigenschaften können sich je nach Beschaffenheit des Wassers ändern. Wir unterscheiden neutralen Torf mit einem pH -Wert von 7-7,5, einem mittelhohen C / N-Verhältnis, einer hohen Basensättigungsrate und einem sauren Torf mit einem pH-Wert unter 4, einem sehr hohen C / N-Verhältnis und einer Sättigungsrate in sehr niedrigen Basen. Im Allgemeinen ist die Humifizierung langsam und unvollständig, während die Mineralisierung schwierig ist, daher ist es eine wenig aktive organische Substanz. Die biologische Aktivität ist bescheiden und basiert auf anaeroben Bakterien . Die Struktur ist faserig.

Das Anmoor entwickelt sich in Waldböden, die Stagnationsperioden unterliegen. Die chemischen Eigenschaften können variabel sein und im Allgemeinen ist das C/N-Verhältnis mäßig hoch. Die Humifizierung ist langsam, aber vollständig, die Mineralisierung verkümmert. Die biologische Aktivität basiert auf einer saisonalen Pedofauna und auf Bakterien. Letztere wechseln je nach Feuchtigkeitsverhältnissen zwischen einer aeroben und einer anaeroben Mikroflora ab.

Mor wird in Nadelwaldböden und harzigen Wäldern oder Heiden in einer kalten und regnerischen Umgebung mit hartnäckiger Streu gebildet . Es hat eine stark saure Reaktion, ein hohes C / N-Verhältnis (etwa 30), eine sehr niedrige basische Sättigungsrate. Die Struktur ist faserig. Die biologische Aktivität ist bescheiden und die Organismen werden hauptsächlich durch Milben , Springschwänze und Pilze repräsentiert. Sowohl die Humifizierung als auch die Mineralisierung sind ziemlich langsam. Die Struktur ist in den oberflächlicheren Horizonten faserig.

Moder wird auf Waldböden von Mischwäldern in einer kalten und regnerischen Umgebung mit hartnäckiger Streu, aber mit der Bildung schwacher toniger Humuskomplexe gebildet . Die Reaktion ist deutlich sauer, mit einem leicht hohen C/N-Verhältnis (etwa 10–20) und einer sehr niedrigen Basensättigungsrate. Die Struktur ist klumpig, aber instabil. Unter lebenden Organismen überwiegen Arthropoden und Pilze .

Der Mull wird im Allgemeinen unter den besten Fruchtbarkeitsbedingungen gebildet. Die Umgebungen sind unterschiedlich und die Eigenschaften variieren je nach Vegetation und pedoklimatischen Bedingungen. Die gemeinsamen allgemeinen Merkmale bestehen in der hohen biologischen Aktivität mit der Anwesenheit von Regenwürmern , Arthropoden und einer Mikrofauna, die die Prävalenz von Pilzen in einem sauren Milieu, Bakterien und Actinomyceten in einem neutralen oder basischen Milieu sieht. Eine weitere gemeinsame Eigenschaft ist das Fehlen von Streu aufgrund einer schnellen und vollständigen Humifizierung und der Einarbeitung der organischen Substanz in die Mineralfraktion unter Bildung von mehr oder weniger stabilen Ton-Humus-Komplexen. Die Mineralisierung wird durch die grundlegende Sättigungsrate bedingt. Es gibt zwei Arten von Mullen:

• Die Waldmull entsteht auf kalkfreien, aber gut mit Calcium versorgten Böden . Die Vegetation besteht aus Laubwäldern. Die Reaktion ist sauer (pH 5,5–6,5), das C/N-Verhältnis ist mittelhoch und die Basensättigungsrate ist mittelhoch, in der Größenordnung von 60 %. Die Mineralisierung ist ziemlich schnell und die Struktur ist klumpig.
• Der Kalkmull wird in kalkhaltigen Böden gebildet, die saisonalen Feuchtigkeitsschwankungen unterliegen und deren Vegetation hauptsächlich aus krautigen Essenzen besteht. Die Reaktion ist neutral oder alkalisch (pH 7 oder höher), das C/N-Verhältnis ausgeglichen (ca. 10), die Basensättigungsrate sehr hoch (90-100 %). Die Struktur ist klumpig und sehr stabil durch den hohen Gehalt an Calcium und Magnesium und langsame Mineralisierung durch die Stabilität der Ton-Humin-Komplexe. Auch diese Art von organischer Substanz lässt sich auf landwirtschaftlich genutzte Flächen zurückführen .

Chemische Zusammensetzung von Humus

Die chemische Bestimmung von Humus ist aufgrund der Komplexität und Heterogenität seiner Zusammensetzung in vielerlei Hinsicht ungenau. Viele Autoren unterscheiden die organische Substanz des Bodens in Humin- und Nichthuminverbindungen . Letztere haben eine genau definierte systematische Lokalisierung und werden in einer der verschiedenen Klassen makromolekularer Verbindungen ( Proteine , Lipide , Polysaccharide , Lignin , Wachs , Nukleinsäuren usw.) oder einfacher mono- oder polyfunktioneller organischer Verbindungen ( Zucker , Carboxylgruppen ) identifiziert Säuren , Alkohole , Aminosäuren , Polyphenole usw.). Sowohl wegen der unbestimmten chemischen Zusammensetzung als auch wegen der strukturellen Komplexität ist der Versuch einer systematischen Humusansammlung unmöglich; es hat jedoch konstante physikalische und chemische Eigenschaften, die es ermöglichen, es eindeutig von anderen organischen Verbindungen zu unterscheiden.

Eine Definition von Humus identifiziert ihn in erster Linie als ein supramolekulares Aggregat , das heißt als eine Vereinigung transformierter Moleküle biologischen Ursprungs mit relativ niedrigem Molekulargewicht . Humus hat eine noch nicht vollständig definierte Zusammensetzung, hat kolloidale Eigenschaften und ist in der Farbe von gelb über braun bis schwarz variabel. Seine chemischen Bestandteile werden nach einem aufwändigen Extraktionsprozess identifiziert. Angesichts der strukturellen Komplexität von Humus stellt jeder Extraktionsprozess ein Artefakt dar, das die Ergebnisse verändert. Das Thema ist Gegenstand umfangreicher Studien und Debatten und wird zum Zweck der Standardisierung auf wissenschaftlicher Ebene von der International Humic Substances Society (IHSS ) koordiniert, die die Standardextraktionsverfahren definiert hat .

Gewinnung von Humusbestandteilen

Das IHSS-definierte Standardverfahren zur Gewinnung und Isolierung von Humusbestandteilen wurde erstmals 1981 definiert . Später wurde es verbessert. Das aktuelle, seit 1996 eingeführte Verfahren sieht die Durchführung verschiedener mechanischer (Rühren und Zentrifugieren ), physikalisch-chemischer ( Adsorption , Dialyse ) und chemischer (Behandlungen mit Säuren und Laugen ) Behandlungen an der Ausgangsprobe oder an den isolierten Fraktionen in den einzelnen Phasen vor .

Der Vorgang dauert insgesamt einige Tage, bedingt durch den Zeitbedarf der Rührphasen. Insgesamt ist es in zwei Hauptphasen unterteilt, aus denen zwei lösliche Fraktionen, repräsentiert durch Fulvosäuren , und eine unlösliche, repräsentiert durch Huminsäuren, erhalten werden .

In der ersten Phase wird die Probe in einer HCl -Lösung suspendiert , gerührt und anschließend durch Dekantieren oder Zentrifugieren von einem festen Rückstand und einem als FA 1-Extrakt bezeichneten Überstand getrennt .

Die zweite Phase findet auf dem festen Rückstand statt, der neutralisiert und anschließend in einer NaOH -Lösung suspendiert wird . Die Suspension wird mehreren intermittierenden Rührzyklen unterzogen und schließlich werden ein unlöslicher Niederschlag und ein Überstand, genannt FA 2 -Extrakt , durch Zentrifugation getrennt .

Die erhaltenen Produkte werden Behandlungen unterzogen, die mit spezifischen Methoden durchgeführt werden, um jeweils Fulvinsäuren und Huminsäuren zu isolieren.

Huminsäuren sind in dem in der zweiten Phase abgetrennten unlöslichen Niederschlag enthalten. Dieser Niederschlag wird aufeinanderfolgenden Suspensions- und Fällungsbehandlungen unterzogen, um ihn zu reinigen, indem die anorganischen Komponenten und die nicht humifizierte organische Substanz entfernt werden. Zusammenfassend sind die Behandlungen wie folgt:

1. Suspension in KOH- und KCl-Lösung und Zentrifugation. Aus diesem Vorgang werden die festen Rückstände verworfen und der Überstand wird aufbewahrt.
2. Der aus dem vorherigen Vorgang erhaltene Überstand wird einer Fällungsbehandlung durch Zugabe von HCl unterzogen. Nach der Zentrifugation wird der Überstand verworfen und der Niederschlag aufbewahrt.
3. Der Niederschlag wird in HCl- und HF -Lösung suspendiert, gerührt und zentrifugiert, wobei der Überstand verworfen wird. Diese Behandlung zielt darauf ab, die Mineralsalze mit dem Überstand zu entfernen und muss wiederholt werden, bis die Salzkonzentration im verworfenen Überstand unter 1 % fällt.
4. Nach dem vorherigen Vorgang wird der Niederschlag einer Dialyse mit destilliertem Wasser unterzogen. Der Vorgang endet, wenn die filtrierte Lösung keine Cl- ^Ionen mehr enthält . An diesem Punkt gilt der Niederschlag als vollständig entsalzt.
5. Der verbleibende Niederschlag nach der Dialyse wird durch Huminsäuren repräsentiert und einer Gefriertrocknung unterzogen, um ihn konservieren zu können.

Die FS-Extrakte, die Fulvinsäuren enthalten, werden stattdessen separat Isolierungsbehandlungen auf der Basis von Adsorption unterzogen . Zu diesem Zweck wird ein nichtionischer Austauscher verwendet, repräsentiert durch ein Harz (XAD-8). Die für den FA 1-Auszug und den FA 2-Auszug angewandte Methodik unterscheidet sich in operativen Details. Die aus dem FA 1-Extrakt isolierten Fulvinsäuren werden in Lösung konserviert, während die aus dem FA 2-Extrakt isolierten durch Lyophilisierung im trockenen Zustand konserviert werden.

Zusammensetzung der Huminstoffe

Funktionelle Carboxylgruppe

Das Wissen über die chemische Zusammensetzung ist ungewiss und entwickelt sich ständig weiter, auch in Bezug auf die Verwendung fortschrittlicherer Methoden. Mehr als die Zusammensetzung und Struktur im engeren Sinne, über die es noch ungefähre Informationen gibt, haben Teilkenntnisse über die chemischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften und die Existenz bestimmter funktioneller Gruppen einen erheblichen Wert. Ein Großteil dieses Wissens wird tatsächlich aus interpretativen Hypothesen der Untersuchungsergebnisse abgeleitet, insbesondere in Bezug auf die Tatsache, dass der Untersuchungsgegenstand das Artefakt eines Extraktionsverfahrens ist, das die tatsächliche Struktur und Zusammensetzung verändert, und dass einige Untersuchungsmethoden Artefakte erzeugen an sich.

Hinsichtlich der Zusammensetzung in Elementen weist die Literatur darauf hin, dass der Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt in Huminsäuren höher ist, während der Sauerstoffgehalt in Fulvosäuren höher ist .

Der saure Charakter von Huminverbindungen wird dem Vorhandensein von funktionellen Säuregruppen zugeschrieben, wie dem mit aliphatischen Ketten oder aromatischen Ringen assoziierten Carboxyl und der phenolischen Gruppe von aromatischen Kernen. Die Säureeigenschaften sind bei Fulvinsäuren stärker ausgeprägt , was auch den höheren Sauerstoffgehalt dieser Komponenten und ihren Löslichkeitscharakter erklärt.

Phenolische funktionelle Gruppe

Spektroskopische Untersuchungen (Ultraviolett, Infrarot, Magnetresonanz) haben das Vorhandensein von Hydroxidgruppen (-OH), Carbonylgruppen (C=O), Carboxylgruppen, aromatischen Ringen, unter denen auch Chinone und aliphatische Ketten und die Hypothese des Vorhandenseins von andere funktionelle Gruppen wie zum Beispiel Amin (-NH ₂ ) und Thiol (-SH) .

Die Angaben zur Struktur sind unsicherer und beziehen sich auf interpretative Hypothesen. Im Allgemeinen teilen wir das Vorhandensein von kondensierten aromatischen Kernen in Huminsäuren, die als Skelett fungieren, an das einfache organische Verbindungen (Chinone, Aminosäuren, Aminozucker, Polyphenole), makromolekulare Verbindungen ( Polysaccharide , Polypeptide ) und Metalle gebunden sind. Einige Hypothesen führen den Ursprung dieser aromatischen Kondensationskeime auf die Abbauprodukte von Lignin zurück . Nach einigen Hypothesen würde die Polymerisation von Fulvinsäuren stattdessen nach einigen Hypothesen auf Wasserstoffbrückenbindungen zurückzuführen sein, die von den Carboxyl- und Phenolgruppen der aromatischen Kerne gebildet werden, mit der Bildung einer dreidimensionalen Struktur, die relativ einfache organische Verbindungen nutzt darin. Auf der Ebene der eigentlichen Hypothese ist es die chemische Identität der aromatischen Kerne, die in jedem Fall Phenylcarbonsäuren und Polyphenolen zugeschrieben wird .

Physikalische und chemische Eigenschaften

Die chemischen und strukturellen Eigenschaften des Humus sind die Grundlage für Eigenschaften, die von grundlegender Bedeutung für die Eigenschaften des Bodens sind, mit Rückwirkungen auf seine Fruchtbarkeit.

Kolloidale Eigenschaft

Das hohe Molekulargewicht und die Dichte an sauren funktionellen Gruppen sind für die kolloidalen Eigenschaften von Humus verantwortlich. Humus verhält sich wie ein hydrophiles Kolloid , elektronegativ gegenüber gewöhnlichen pH -Werten im Boden. Sein normaler Aggregatzustand ist der eines ausgeflockten Kolloids , insbesondere in leicht sauer bis mäßig alkalisch reagierenden Böden (pH < 8,5). In stark alkalischen Böden (pH > 8,5) ist es dispergiert .

Acidität, Austausch und Chelatbildung

Die sauren Eigenschaften sind auf die Carboxylgruppen und die phenolischen Gruppen zurückzuführen. Da es sich um schwache Säuren handelt, nimmt die Dissoziation mit dem pH-Wert zu: Bei normalen Werten dissoziieren die Carboxylgruppen, während bei hohen pH-Werten auch die Hydroxylgruppen von Phenolen dissoziieren. Die Bildung negativer Ladungen durch Säuredissoziation ist neben der Zuschreibung der Eigenschaften eines elektronegativen Kolloids an Humus der Ursprung grundlegender chemischer Eigenschaften:

• Kationenaustauschkapazität . Negative Ladungen werden durch die Adsorption von Kationen ( H ⁺ und Al ³⁺ -Ionen ) in sehr sauren Böden, Metallkationen ( Ca ²⁺ , Mg ²⁺ , K ⁺ usw.) neutralisiert. Durch Ionenaustausch hält der Humus die Austauschbasen fest, bewahrt sie vor Auswaschung und gibt sie nach und nach wieder ab. Bei Humus kommt dieser Eigenschaft eine erhebliche Bedeutung zu, da die CSC im Durchschnitt deutlich höher ist als bei Tonmineralen (3-400 meq pro100g  ) . Die Austauschkapazität steigt mit steigendem pH -Wert aufgrund der diesen bindenden Beziehung zum Grad der Säuredissoziation des Humus.
• Pufferleistung . Aufgrund der schwach sauren Eigenschaften von Humus und des Vorhandenseins von auf seiner Oberfläche adsorbierten Austauschbasen (unter normalen pH-Bedingungen) hat Humus eine hohe Pufferkraft gegen pH-Schwankungen: Im ersten Fall setzt der Humus in Gegenwart von Säuren Austauschbasen frei und Wasserstoffionen adsorbiert , wodurch ihre Aktivität in der zirkulierenden Lösung verringert wird; im zweiten Fall adsorbiert es in Gegenwart von Basen Metallkationen und setzt Wasserstoffionen frei, die die Hydroxidionen neutralisieren . Aufgrund dieser Eigenschaften nimmt die Pufferkraft gegenüber einer Ansäuerung mit steigendem pH-Wert zu, während sie gegenüber einer Alkalisierung mit abnehmendem pH-Wert zunimmt. In neutral oder leicht sauer reagierenden Böden zeigt sich die Pufferkraft sowohl in Richtung Versauerung als auch in Richtung Alkalisierung am intensivsten und wirkt so wirksam Schwankungen hin zu anomalen Reaktionen entgegen. Bei sauren und alkalischen Böden hingegen stellt diese Eigenschaft einen ungünstigen Zustand dar, da sie Korrektureingriffen entgegensteht.
• Chelat . Dank des Vorhandenseins benachbarter Carboxylgruppen oder benachbarter Carboxyl- und Hydroxylgruppen hat Humus chelatbildende Eigenschaften gegenüber Mikroelementen ( Eisen , Kupfer , Zink usw.), da er metallorganische Bindungen bildet, die sie vor der Unlöslichkeit bewahren.

Wechselwirkungen mit Nährstoffen

Unter den intrinsischen chemischen Eigenschaften, die Rückwirkungen auf die mineralische Ernährung von Pflanzen haben, muss neben der Kationenaustauschkapazität auch die Rolle bei der biologischen Absorption berücksichtigt werden, die von grundlegender agronomischer Bedeutung ist. Die Zusammensetzung der Humusbestandteile umfasst grundlegende Nahrungselemente wie Stickstoff , Schwefel , Phosphor und dank der Bildung von metallorganischen Bindungen Kalium, Magnesium, Calcium, Eisen usw. Obwohl diese Elemente nicht sofort pflanzenverfügbar sind, bilden sie eine Reserve, die nach und nach durch Mineralisierung freigesetzt wird. Humus stellt daher eines der grundlegenden Werkzeuge dar, um die Aufnahmefähigkeit des Bodens zu manifestieren , und ist insbesondere in folgenden Zusammenhängen von erheblicher Bedeutung:

• die extrem beweglichen Elemente, die durch leichtes Auswaschen verloren gehen (Stickstoff und Schwefel), werden vom Boden dank ihrer Einarbeitung in den Humus zurückgehalten, der unter Flockungsbedingungen nicht mobil ist;
• die leicht unlöslich zu machenden oder zu fixierenden Elemente (Phosphor und Kalium) werden dank ihrer Einarbeitung in den Humus, der sie allmählich in löslicher Form freisetzt, vor Retrogradation bewahrt. Diese Eigenschaft ist grundlegend in kalkhaltigen Böden und in sauren Böden, wo Phosphor dazu bestimmt ist, in ersterem Fall in Form von Tricalciumphosphat und in letzterem von Aluminium- und Eisenphosphat unlöslich gemacht zu werden; Das Vorhandensein einer guten Humusversorgung ermöglicht es daher, die negativen Phänomene der Phosphorimmobilisierung zu verlangsamen.

Im Hinblick auf die Wechselwirkungen zwischen Kalium und Erdalkalimetallen (Kalzium und Magnesium) hilft Humus, die Antagonismen, die zwischen diesen Elementen ausgeübt werden, durch selektive Adsorption zu regulieren. Calcium und Magnesium einerseits und Kalium andererseits üben einen wechselseitigen Antagonismus aus, der sich in Radikalresorption mit möglichen Mangelerscheinungen äußert. Da Humus Calcium und Magnesium stärker adsorbiert, senkt er deren Gehalt in der zirkulierenden Lösung und begünstigt so die radikale Aufnahme von Kalium. Umgekehrt richtet sich die Adsorption bei hohen Mengen an Kalium hauptsächlich auf letzteres, wodurch dessen Konkurrenz bei der Radikalabsorption mit Calcium und Magnesium eingeschränkt wird.

Wechselwirkung mit synthetischen organischen Verbindungen

Eine aus ökologischer Sicht grundlegende chemische Eigenschaft ist die Fähigkeit, verschiedene organische Moleküle, die chemisch und biologisch aktiv sind, zu adsorbieren, zu immobilisieren und zu inaktivieren. Diese Maßnahme ist wichtig, da sie die Umweltauswirkungen verschiedener Pestizide, insbesondere einiger Kategorien von Herbiziden , begrenzt oder vollständig verringert, ihre Auswaschung und gleichzeitig die Manifestation von Restwirkungen aufgrund der Persistenz im Boden vermeidet. Als Beispiele können wir Glyphosat und Triazine anführen : Diese Herbizide werden nämlich vom Humus adsorbiert und verlieren durch die Einarbeitung ihre biologische Aktivität. Die Wirksamkeit ist so, dass Glyphosat innerhalb weniger Tage im Boden deaktiviert wird und die als Herbizide mit Residualwirkung eingesetzten Triazine in torfigen Böden nicht empfohlen werden und in organikreichen Böden höher dosiert werden müssen.

Wechselwirkung mit mineralischen Bestandteilen

Humus interagiert mit den mineralischen Bestandteilen des Bodens und bildet organo-mineralische Komplexe. In sauren Böden bildet Humus Komplexe mit Eisen- und Aluminiumhydroxiden, hydrophoben und elektropositiven Kolloiden, die den Flockungszustand stabilisieren. Die Mobilität dieser Komplexe hängt vom Verhältnis Hydroxide/Humus ab. Bei hohen Werten überwiegt die Unlöslichkeit der Aluminium- und Eisenhydroxide, daher neigen diese dazu, sich im Bodenprofil anzureichern; Bei niedrigen Werten überwiegt die Mobilität von Humus, aufgrund der Instabilität aufgrund von Calciummangel und bei hoher Luftfeuchtigkeit werden die Hydroxide leicht ausgelaugt.

Wichtiger für die Bildung der Bodenstruktur ist die Bildung von Humo-Ton-Komplexen : Humus wirkt als Zement, indem er die primären Aggregate (gebildet aus Tonmineralien) zu sekundären strukturellen Aggregaten in der Größenordnung von bindet1–3mm  . _ Diese Bedingung begünstigt die Entwicklung einer glomerulären Struktur, die typisch für Böden ist, die gut mit organischer Substanz ausgestattet sind, im Gegensatz zu der körnigen Struktur, die typisch für Tonböden ist, die arm an organischer Substanz sind. Eine wesentliche Voraussetzung für die Bildung von Humo-Ton-Komplexen ist die Anwesenheit mäßiger Mengen an Calcium. Calciumionen wirken nämlich als elektrostatische Brücke zwischen Humin- und Tonkolloiden und stabilisieren die organo-mineralischen Komplexe und die Struktur. Aus diesem Grund haben im Allgemeinen neutral oder mäßig alkalisch reagierende Böden mit einem guten Humusgehalt eine gute und stabile Struktur.

Wassereinlagerungen

Mechanismus der Wasserretention im Boden
Legende :
S: nicht kolloidales Teilchen
A: mineralisches Kolloid
H: organisches Kolloid
I: Aufnahmewasser
C: Kapillarwasser
m: Makropore

Als hydrophiles Kolloid hat Humus die Eigenschaft, Wassermoleküle an seiner Oberfläche zu binden und dabei das 20-fache seines Eigengewichts aufzunehmen. Folglich hat Humus eine bemerkenswerte Wasserspeicherkapazität, die höher ist als die der mineralischen Kolloide des Bodens.

Allerdings ist zu beachten, dass die Matrixspannung des Wassers im Humus niedrigere Werte hat, daher ist zum Entziehen des Wassers aus dem Humus ein größerer Energieaufwand der Pflanzen notwendig.

Agronomische und ökologische Rolle von Humus

Aufgrund der oben beschriebenen physikalischen und chemischen Eigenschaften werden dem Humus wichtige Funktionen zugeschrieben, die dem Boden bei guter Ausstattung deutlich andere physikalische, chemische und mechanische Eigenschaften verleihen als bei schlechter Ausstattung. Die meisten dieser Eigenschaften sind als positiv zu interpretieren, allerdings führt eine zu hohe Zufuhr an Humus zu einigen unerwünschten Nebenwirkungen.

Die positiven Effekte auf die physikalisch-mechanischen Eigenschaften sind im Wesentlichen mit der Ausbildung einer stabilen und glomerulären Struktur verbunden. Ein Boden mit guter Struktur, unter sonst gleichen Bedingungen, hat ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Feuchtigkeit und Belüftung, ist durchlässig, weich. Die hohe Humusaufnahmefähigkeit verleiht dem Boden auch ein größeres Wasserhaltevermögen. Letztendlich führt die gute Humusversorgung zu besseren Lebensbedingungen für Pflanzen und Mikroorganismen und gleichzeitig zu mechanischen Bedingungen, die die Aufbereitungs- und Bewässerungskosten reduzieren .

Nicht weniger wichtig sind die Auswirkungen auf die chemischen Eigenschaften des Bodens. Der offensichtlichste Vorteil eines hohen Humusgehalts ist die hohe Versorgung mit Nährstoffen aufgrund der hohen Kapazität des Kationenaustauschs und der biologischen Absorption, Faktoren, die die Nährstoffe vor Auswaschung bewahren. Jedoch sollte die Rolle, die der Humus bei der Regulierung von Antagonismen zwischen Nahrungselementen, der Verlangsamung der Phänomene der Retrogradation und Mineralfixierung zu Phosphor und Kalium, der Bewahrung von Spurenelementen vor der Insolubilisierung spielt, nicht übersehen werden. In Böden mit normaler Reaktion, neutral oder leicht sauer, zeigt sich die starke Pufferkraft von Humus am besten, indem er den Ursachen von anomalen pH-Schwankungen entgegenwirkt. Dieser Aspekt ist wesentlich, um die für die Aufnahme von Nährstoffen günstigen Löslichkeitsbedingungen im Laufe der Zeit zu stabilisieren. Letztendlich führt der gute Humusgehalt zu optimalen Ernährungsbedingungen für Pflanzen, dank der hohen Nährstoffmengen und der ausgewogeneren Dynamik, die sich zwischen Festphase, flüssiger Phase und Wurzelsystemen einstellt.

Aus biologischer Sicht ist die intensivste Aktivität von Mikroorganismen zu nennen, die in einige grundlegende Phasen der biogeochemischen Stoffkreisläufe eingreifen . Ein Boden, der gut mit organischer Substanz ausgestattet ist und ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Mineralisierung und Humifizierung aufweist, ist biologisch sehr aktiv mit unbestrittenen Vorteilen für den Umsatz der Elemente. Auch organische Kolloide stellen bevorzugte Orte für die Ansiedlung von Bakterienkolonien dar.

Aus ökologischer Sicht ist die Erosionsschutzwirkung von Humus von grundlegender Bedeutung, da die Bildung von Humo-Ton-Komplexen eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Oberflächenerosion (durch Wind und abfließendes Wasser) und Auswaschung ermöglicht. Die Bedeutung dieser Rolle ist so groß, dass Berg- und Hügelwaldböden, die von Bränden und unkontrollierter Entwaldung betroffen sind, innerhalb weniger Jahre Erosion und hydrogeologischer Instabilität ausgesetzt sind . Nicht weniger wichtig ist die Rolle, die der hohe Humusgehalt bei der Erhaltung der Verschmutzungsphänomene der Grundwasserleiter durch die Adsorption und Inaktivierung potenziell toxischer Substanzen (synthetische organische Verbindungen, Schwermetalle) spielt.

Humifizierung

Die Humifizierung ist die Gesamtheit enzymatischer Abbauprozesse durch verschiedene Arten von Bakterien , Aktinomyceten und Pilzen , durch die die sich zersetzende organische Substanz einem erneuten Verarbeitungsprozess unterzogen wird, ausgehend von mehr oder weniger einfachen organischen Verbindungen, von denen einige schwer zu zersetzen sind. andere von der vollständigen Mineralisierung abgezogen.

Im Zusammenhang mit dem Kohlenstoffkreislauf stellt es konzeptionell eine Abweichung des Kreislaufs dar, die einen Anteil an organischem Kohlenstoff von der Mineralisierung abzieht .

Die Humifizierung erfolgt intensiver in den oberflächlichen Schichten des Bodens und wird durch äußere Faktoren beeinflusst, die auf Mikroorganismen einwirken, wie Temperatur, Feuchtigkeit, Bodensäure .

Mineralisierung

Mineralisierung ist die Gesamtheit der Abbauprozesse der organischen Substanz mit der Bildung von anorganischen Verbindungen in Form von Wasser , Kohlendioxid und Mineralsalzen ( Ammonium , Phosphate , Sulfate und Metallkationen) als Endprodukte . Sie stellt die letzte Phase des oxidativen Abbaus der organischen Substanz dar und lässt sich in zwei Phasen unterteilen:

• die erste betrifft den eigentlichen Humus und ist verantwortlich für die Freisetzung eines Teils der Elemente in anorganischer Form und für die Bildung einfacher organischer Verbindungen;
• die zweite betrifft einfache organische Verbindungen, die sowohl aus der Zersetzung von Humus als auch aus der Zersetzung organischer Makromoleküle ( Proteine ​​, Lipide , Polysaccharide , Nukleinsäuren usw.) stammen.

Bibliographie

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• G. Gisotti, Prinzipien der Geopedologie , Bologna, Calderini, 1988, ISBN  88-7019-347-0 .

Verwandte Artikel

• Chemische Eigenschaften des Bodens
• Struktur (Boden)
• Physikalische Eigenschaften des Bodens
• Bodenreaktion
• Düngung
• Kompost
• Stickstoffkreislauf
• Kohlenstoffzyklus

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Externe Links

• ( EN ) IHSS, offizielle WWW-Seite , auf ihss.gatech.edu . Archiviert vom Original am 28. März 2008 . Offizielle Seite der International Humic Substances Society.