Was vom Leben im Boden übrig bleibt

Zu der Fachtagung „Mehr Leben in den Boden bringen“ hatten die Universität Hohenheim, die Hochschule für Wirtschaft und Umwelt Nürtingen-Geislingen und das Landwirtschaftliche Technologiezentrum Augustenberg (LTZ) in Zusammenarbeit mit der Gesellschaft für konservierende Bodenbearbeitung (GkB) nach Hohenheim eingeladen (siehe Heft 5).

Vier Fragen zur Humusbildung im Boden und zum Ertrag

© Heiner Krehl

Zur Person

Prof. Dr. Torsten Müller

Leiter des Fachgebiets Düngung und Bodenstoffhaushalt am Institut für Kulturpflanzenwissenschaften der Universität Hohenheim

Zu seinem Vortragsthema „Humus – oder was vom Leben übrig bleibt“ antwortete Prof. Dr. Torsten Müller, Leiter des Fachgebiets Düngung und Bodenstoffhaushalt an der Universität Hohenheim, auf folgende vier Fragen:

1. Kann eine organische Düngung den Ertrag zusätzlich zur mineralischen Düngung steigern?
2. Besteht ein Zusammenhang zwischen Humusvorräten im Boden und Ertrag?
3. Führt eine reduzierte Bodenbearbeitung zur Steigerung der Humusvorräte?
4. Bringt die Kompostierung im Vergleich zur direkten Anwendung organischer Rückstände Vorteile?

Zunächst jedoch erklärt er, was unter Humus überhaupt zu verstehen ist.

Klassisch: Tote organische Substanz wird humifiziert

Nach klassischer Sichtweise besteht die organische Bodensubstanz zum einen aus lebenden Organismen und zum anderen aus toter organischer Substanz, dem Humus.

Zu den lebenden Organismen gehören die Wurzeln und das sogenannte Edaphon (griechisch édaphos = Erdboden). Das Edaphon wird von allen in und auf dem Erdboden lebenden Kleinlebewesen gebildet – und zwar sowohl Pflanzen als auch Tieren. Demnach besteht das Edaphon aus

• Mikroorganismen: Bakterien, Pilze und Algen.
• Mikrofauna: Protozoen, Nematoden.
• Mesofauna: Milben, Springschwänze.
• Makrofauna: Regenwürmer, Insektenlarven, Asseln.

Zum Humus, der toten organischen Substanz, gehören tote Organismen oder Teile davon wie Wurzeln, Leichen, Ernterückstände, organischer Dünger. Diese toten Organismen zersetzen sich durch mikrobiellen Abbau in kleine organische Moleküle sowie anorganische Stoffe wie Kohlendioxid (CO₂), Wasser (H₂O) und Mineralstoffe. Durch Humifikation oder Humifizierung entstehen langkettige Huminstoffe. Der weitere, langsame mikrobielle Abbau setzt seinerseits Mineralstoffe frei. Ton-Humus-Komplexe stabilisieren dabei den Abbauprozess und bilden Dauerhumus.

Modern: Reste toter Mikroorganismen an Mineralen

Nach moderner Sichtweise wird Humus – stärker als in der klassischen Sicht – als ein dynamischer Prozess verstanden und weniger als das Vorhandensein chemischer Stoffe und der Bildung von Huminstoffen. Die Wissenschaftler sprechen von ‚Kontinuum-Modell‘. Dabei sehen sie das organische Material und dessen verschiedene Abbauphasen im Mittelpunkt. Die Stabilität des Systems wird nach dem ‚Kontinuum-Modell‘ vom Umfeld beeinflusst – und weniger von den Eigenschaften von Molekülen. Die Stabilität wird danach insbesondere von der Bindung organischer Substanz an Tonminerale, den Einschluss in Bodenaggregaten und die Umweltbedingungen beeinflusst. Nach der modernen Sicht besteht Humus überwiegend aus abgestorbenen Überresten von Mikroorganismen wie Bakterien und Pilzen, die an Mineraloberflächen stabilisiert wurden.

Humus im Fließgleichgewicht

Müller spricht von „Humus im Fließgleichgewicht“ und erklärt den dynamischen Prozess mit dem „Modell Badewanne“. So wie auslaufendes Wasser aus einer undichten Badewanne kontinuierlich nachgefüllt wird, fühle sich eine Wurzel, die Nährstoffe und Wasser aus dem Humus aufnimmt und nicht benötigte Reststoffe abgibt.

Unter Grünland sind die Humusvorräte in den Böden Baden-Württembergs durchschnittlich am höchsten. Dahinter folgt der Wald, bei bis zu 100 cm Tiefe nur knapp vor Ackerland. Das zeigen Daten der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW). © Heiner Krehl

Die Humusvorräte (C_org) in Böden Baden-Württembergs betragen bis zu 100 cm Tiefe durchschnittlich auf Ackerland 98 t/ha, auf Grünland 115 t/ha, auf Grünland inklusive Moor- und Anmoorstandorte 137 t/ha und unter Wald auf 101 t/ha. Diese Daten stammen aus der Klimopass-Studie der Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (LUBW), zitiert nach Waldmann und Weinzierl, 2014.

Nun zur Beantwortung der eingangs gestellten Fragen.

Organische Düngung kann den Ertrag steigern

Kann eine organische Düngung den Ertrag zusätzlich zur mineralischen Düngung steigern? Müllers Antwort: „Ja, insbesondere Stallmist, allerdings unter Inkaufnahme zusätzlicher Umweltrisiken.“ Er ergänzt: „Eine organische Düngung kann eine mineralische Düngung teilweise ersetzen, wenn auch mit steigendem Umweltrisiko.“ Dabei bezieht sich der Düngeexperte unter anderem auf Versuche an der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft in Zuckerrüben, Kartoffeln, Sommergerste und Winterweizen.

Auf extremen Böden kann Humus den Ertrag erhöhen

Besteht ein Zusammenhang zwischen Humusvorräten im Boden und Ertrag? Hier lautet die Antwort: „Ein Zusammenhang besteht nur bei sehr leichten (Sand) und sehr schweren (Ton) Böden.“ Der Hohenheimer Professor verweist dabei unter anderem auf Versuche in Bayern zur Beziehung zwischen Kornertrag und Bodeneigenschaften.

Reduzierte Bodenbearbeitung, hier Strip-Till, steigert im Vergleich zum Pflug nicht immer die Humusvorräte, sondern kann auch zu deren Verminderung führen. Es kommt vor allem zur Umverteilung des Humus von unten nach oben im Bodenprofil. © Kuhn

Reduzierte Bearbeitung steigert nicht die Humusvorräte

Führt eine reduziere Bodenbearbeitung immer zur Steigerung der Humusvorräte? Müller antwortet: „Nein. Reduzierte Bodenbearbeitung kann auch zu einer Verminderung der Humusvorräte führen. Es kommt eher zu einer Umverteilung von unten nach oben im Bodenprofil.“

Müller bezieht sich bei dieser Antwort unter anderem auf Versuche von Prof. Dr. Thomas Appel von der Fachhochschule Bingen. Die Landwirtschaftskammer in Rheinland-Pfalz verglich die Auswirkungen unterschiedlicher Verfahren der Bodenbearbeitung sowie Direktsaat hinsichtlich ihres Gehaltes an organischem Kohlenstoff im Boden (C_org) bis zu etwa 60 cm Tiefe nach neun Jahren. Die häufig geäußerte Vermutung, der Humusvorrat könne durch Pflugverzicht erhöht werden, konnte dabei über das gesamte Bodenprofil bis 60 cm Tiefe auf den Versuchsstandorten in Rheinland-Pfalz nicht bestätigt werden. Zum einen konzentriert sich der organische Kohlenstoff bei pflugloser Bodenbearbeitung und Direktsaat in der oberen Bodenschicht bis 5 cm Tiefe. Zum anderen kann der höhere Humusvorrat in dieser oberen Schicht die Humusverluste in den tieferen Bodenschichten öfters nicht ausgleichen.

Kompostierung kann zu Nährstoffverlusten führen

Aus Studien, die beispielsweise den Verlauf von Temperatur und pH-Wert während der Kompostierung sowie die Wirkung von Kompost auf Pilzerkrankungen untersuchen, lassen sich Rückschlüsse auf den Vergleich von Kompost und direkter Zufuhr organischen Materials schließen. Dabei zeigt sich: Während der Kompostierung können vor allem folgende Nährstoffverluste auftreten:

• Gasförmige Stickstoff-Verluste als Ammoniak (NH₃), indem organischer Stickstoff zu Ammoniak mineralisiert, sowie als Lachgas (N₂O) und Stickstoff-Gas (N₂), indem das Ammonium (NH₄+) zu Nitrat (NO₃-) nitrifiziert und dieses Nitrat wiederum bei Sauerstoffarmut in der Miete zu Lachgas (N₂O) und Stickstoff-Gas (N₂) denitrifiziert.
• Auswaschungsverluste durch Regen- und Prozesswasser, wie Kationen (K+) und Nitrat (NO₃-).

Die Kompostierung kann zwar, wie Studien zeigen, unangenehmen Geruch bei der Düngung vermeiden, hygienisierend wirken und die Keimfähigkeit von Unkrautsamen verringern. Ein Fragezeichen ist jedoch hinter die Erhöhung des Düngewerts und der biologischen Aktivität im Boden sowie den positiven Einfluss auf die Qualität der landwirtschaftlichen Produkte zu setzen.