Humus

Dieser Artikel beschreibt das Bodenprodukt, für das Gericht siehe Hummus, für die syrische Stadt Homs.

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Als Humus (lat. „Erdboden“) wird das gesamte im Boden enthaltene tote organische Material bezeichnet. Zum Humus gehören abgestorbene Pflanzenreste, tierische Exkremente und Kadaver und mehr in allen Stadien der Zersetzung. Humus kann an der Bodenoberfläche mehr oder weniger mächtige Auflagen bilden oder auch, durch tierische Aktivität oder von abgestorbenen Wurzeln herrührend, in den Mineralboden eingearbeitet sein. Der Humus unterliegt vor allem der Aktivität von Mikroorganismen, die durch ihre Stoffwechselaktivitäten zu seinem Auf-, Um- oder Abbau beitragen (siehe hierzu auch: Mutterboden und Oberboden).

Entstehung

Das Ausgangsmaterial für Humus, vornehmlich Pflanzen und Pflanzenteile, besteht aus einer Fülle unterschiedlichster organischer Stoffe, die sich in ihrer Abbaubarkeit durch Mikroorganismen erheblich unterscheiden können. Viele Kohlenhydrate und Proteine werden sehr schnell zersetzt. Andere Stoffe, beispielsweise Cellulose oder Lignin können aufgrund ihrer molekularen Struktur nur langsam bzw. nur von Nahrungsspezialisten angegriffen und abgebaut werden. Daher kommt es, dass bestimmte Humusbestandteile nur wenige Wochen oder Monate im Boden verweilen (Nährhumus), andere jedoch Jahrhunderte oder Jahrtausende lang.

Struktur

Die Humusauflage eines naturbelassenen Bodens kann maximal drei Horizonte umfassen:

Mit O_l oder L wird der Rohhumushorizont bezeichnet. Er enthält abgestorbene Pflanzenreste. Diese sind als solche noch ohne Einschränkung erkennbar und nach Pflanzenart klassifizierbar.Bei einem Boden, bei dem direkt unter der Streuauflage ein humusreicher A_h-Horizont (s. u.) liegt, wird der Humushorizont als Mull bezeichnet.

O_f bezeichnet den Moderhorizont. 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. Besteht die Humusauflage aus Streu- und Moderhorizont, so wird sie als Moder bezeichnet.

O_h bezeichnet den Streuhorizont (engl.: litter - Streu). An dem darin enthaltenen Material sind keinerlei pflanzliche Strukturen mehr erkennbar. Die Zersetzung des Pflanzenmaterials hat ein weit fortgeschrittenes Stadium erreicht. Eine Humusauflage, die alle drei beschriebenen Auflagenhorizonte umfasst, wird als Rohhumus bezeichnet.

Nicht mit zur Humusauflage gehört der A_h-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 desto stärker, je ungünstiger sich die Umwelt für die Aktivität der Mikroorganismen gestaltet.

Bedeutung

Für den Boden als Ökosystem (Schauplatz des Bodenlebens) ist der Humus von essentieller Bedeutung. Der Humus

schützt den Boden vor Erosion durch Regen, weil das Wasser gleichmäßig und tief einsickern kann
reduziert die Erosion durch Wind
enthält Schleim- und Klebestoffe, die dem Erdreich eine körnige Struktur verleihen
ernährt Regenwürmer und andere nützliche Bodenorganismen
senkt die Bodentemperatur im Sommer und erhöht sie im Winter
versorgt die Pflanzen mit Nährstoffen, wobei er sie so langsam abgibt, dass die Pflanzen sie bewältigen können
befähigt den Boden, das Wasser schwammartig zu speichern und begrenzt die Verdunstung auf ein Minimum
kontrolliert die chemischen Veränderungsprozesse im Boden bei Zugabe von Kalk und organischem Dünger
setzt organische Säuren frei, mit denen hoch alkalischer Boden neutralisiert wird, um Mineralien freizusetzen
speichert Ammoniak und andere Stickstoffverbindungen in austauschbarer und verwertbarer Form

Verschiedene Arten von Humus

Folgende verschiedene Arten von Humus gibt es:

Mullhumus

Mullhumus ist stets eng mit der Tonmineralsubstanz verbunden (Ton-Humus-Komplex) und nicht abschwemm-, abblas- oder absiebbar. Mullhumus ist maßgeblich an der Bildung eines hohlraumreichen, stabilen Krümelgefüges basenreicher Böden beteiligt.

Entstehung

Der Mullhumus entsteht durch biologische Umsetzung des Bodens und hat wesentlich andere Qualitäten als mechanisch aufgelockerter Boden. Regenwürmer sorgen durch ihre stetigen Kotablagerungen auf der Bodenoberfläche und in ihren Gängen dafür, dass der Oberboden fortwährend mit neugebildetem Mullhumus versorgt wird.

Im Laubmischwald enthält Mullhumus etwa 6% organische Substanz, zu diesen zählen die lebenden Wurzeln auch die Bodenlebewesen in einer unvorstellbaren Individuenzahlen. Durch diese lebenden Bestandteile wird der Boden humifiziert, aufgelockert und mineralisiert. Der Boden wird auch in seiner Konsistenz krümeliger und durchlüftet. Dieses kontinuierliche Umarbeiten des Bodens führt an allen Oberflächen zu einem Reichtum an leicht verfügbaren Ionen und führt somit auch zu einer besseren Nährstoffversorgung der Pflanzen.

Moderhumus

Moderhumus ist typisch für sehr leichte Sandböden (unter 5% Ton). Die Humusteilchen liegen lose zwischen den Sandkörnchen. Sie sind abschwemm-, abblas- und absiebbar. 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.

Dauerhumus

Im Gegensatz zum Nährhumus wird der Dauerhumus nur sehr langsam abgebaut. Er ist ein aus organischen Stoffgruppen mit Hilfe von Bodentieren und Mikroorganismen neu entstandenes Produkt. Dauerhumus bildet zusammen mit dem Ton die Kolloidsubstanz des Bodens. Der Dauerhumus stellt den größten Teil der organischen Substanz des Bodens (im allgemeinen über 90%) und verursacht die dunkle Farbe des humosen Oberbodens. Seine überragende Bedeutung für die Bodenfruchtbarkeit verdankt er folgenden Eigenschaften:

Auf Grund seiner Kolloidnatur vermag der Dauerhumus sowohl Wasser als auch Nährstoffe zu binden und wieder an die Pflanzen abzugeben. Das Wasser- und Nährstoffbindungsvermögen beträgt ein Vielfaches von dem des Tones.
Er ist ein wesentliches Bau- und Stabilisierungselement des Bodengefüges.
Seine dunkle Farbe fördert die Erwärmung der Bodenoberfläche.
Er enthält die Hauptmasse des Bodenstickstoffs.

Der Dauerhumus lässt sich unterteilen in Mullhumus und Moderhumus. Bei Waldböden kennt man neben Mull- und Moderhumus noch den Rohhumus.

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 (der Holzstoff, je nach Verholzungsgrad der Pflanzen 10-40%)
stickstoffhaltige Verbindungen (meist weniger als 10%)

Aufgaben des Nährhumus

Er 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.

Rohhumus

Der Rohhumus ist die ungünstigste Humusform: Schwer zersetzbare Vegetationsrückstände bilden Auflagehumus (Streu) über dem Mineralboden. Rohhumus findet man auf biotisch inaktiven Böden, bei denen oftmals das schlechte 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 sind die Blätter der Nadelbäume schwerer zersetzbar als die der Laubbäume. Im allgemeinen sind Bestandteile wie Wachse, Harze sowie Gerbstoffe und auch Lignin am schwersten umsetzbar, folglich überdauern abgestorbene Pflanzenteile mit hohen Anteilen dieser Stoffe auch wesentlich länger, und bringen oftmals nur minderwertigen Humus hervor (zum Beispiel wenn die klimatischen Bedingungen die Zersetzung zusätzlich behindern).

Humusgehalt der Böden

Der Humusgehalt der Böden kann in weiten Grenzen schwanken. Er ist abhängig von 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 Nassböden (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%).

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 um so 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).

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 intensiven Hackfruchtbau heruntergewirtschaftet werden.

Humuszufuhr

Die Zufuhr von organischer Substanz erfolgt durch

die bei der Ernte auf dem Feld verbleibenden Ernterückstände (Wurzeln, Stoppeln, Stroh, Sprossmasse),
den gezielten Anbau von Zwischenfrüchten zur Gründüngung und durch
Wirtschaftsdünger (Mist, Gülle, Kompost, Klärdünger).

Die Menge der dem Boden zugeführten organischen Substanz wird sehr von der Art der angebauten Pflanzen und ihrer Beerntung bestimmt. Es kommt jedoch nicht nur auf die Menge an. Ernterückstände, Zwischenfrüchte, Stallmist und Gülle sind in ihrer Wirkung auf den Humusgehalt unterschiedlich zu bewerten. Stallmist besitzt bereits etwa 25-30% Dauerhumusstoffe. Bei den Ernterückständen handelt es sich dagegen um mehr oder weniger leicht zersetzliche Substanzen, deren Abbau um so schneller erfolgt, je weicher (weniger verholzt) und eiweißreicher sie sind.