Anmerkungen zur Humusbilanzierung


Inhaltsübersicht:

 Was ist Humus?
 Humus und Bodenfruchtbarkeit
 Warum wird die Humusbilanzierung vernachlässigt ?
 Weshalb sollte Humus bilanziert werden ?
 Wie wird Humus bilanziert
 Kennziffern zur Humusbilanzierung 
      Humuszehrende Fruchtarten 
      Humusmehrende Fruchtarten in Hauptfruchtstellung 
      Zwischenfrüchte(Aberntung des Aufwuchses) 
      Brache  
      Organische Dünger(Faktoren zur Umrechnung in HE) 




  Was ist Humus?
In der Bodenkunde versteht man unter Humus die gesamte organische Substanz des Bodens. Diese ist durch die Tätigkeit der Bodenorganismen einem ständigen Auf- undAbbauprozess unterworfen, wird durch diese aber auch stabilisiert. Das Verhältnis zwischen abbauenden zu aufbauenden Vorgängen bestimmt langfristig den Humusgehalt der Böden.
Chemisch betrachtet ist Humus keine einheitliche Substanz. Vielmehr besteht Humus aus stabilisierten phenolischen Verbindungen, deren Zusammensetzung sich bis heute einer exakten Beschreibung entzieht. Eine grobe Einteilung der Humusstoffe kann durch die Bestimmung der Löslichkeit der Humusstoffe in konzentrierter Natronlauge erfolgen. Als Huminsäuren wird die Fraktion der organischen Bodensubstanz bezeichnet, die in Natronlauge löslich ist, während die Fulvosäuren in Natronlauge zwar in Lösung gehen, aber mit Säuren wieder fällbar sind. Die Humine sind Natronlauge gegenüber stabil und damit unlöslich.
Ausgangssubstanz für die Humusbildung sind energiereiche, leicht abbaubare organische Primärsubstanzen, die hauptsächlich von Pflanzen zur Verfügung gestellt werden. Die Abbaubarkeit und auch die Umsetzungsgasgeschwindigkeit des Pflanzenmaterials hängt entscheidend vom Verhältnis von Kohlenstoff (C) zu Stickstoff (N) ab. Je näher das sog. C/N – Verhältnis der pflanzlichen Ausgangssubstanz dem der Mikroorganismen selbst kommt, um so höher ist die Umsetzungsgeschwindigkeit. So verläuft beispielsweise die Umsetzung von Leguminosenwurzeln mit einem C/N – Verhältnis von ca. 10/1, das etwa demjenigen der Mikroorganismen selbst entspricht, wesentlich schneller als von Getreidestroh mit einem C/N – Verhältnis von 80/1 bis 100/1. Hier sind die Mikroorganismen gezwungen, zum Aufbau körpereigener Substanz Stickstoff aus der Bodenumgebung zu entnehmen, was den Abbauprozess des Pflanzenmaterials deutlich verlangsamt. Die Schlussfolgerung, dass Ausgangsmaterial mit einem weiten C/N – Verhältnis wie z.B. Getreidestroh (C/N = 80/1 bis 100/1) deshalb besonders für den Humusaufbau geeignet ist, ist jedoch falsch. Humus weist zwar ein enges C/N – Verhältnis von 10/1 bis 15/1 auf, ist aber selbst nur sehr langsam zersetzbar. Dieser scheinbare Wiederspruch lässt sich erklären, wenn man bedenkt, dass das pflanzliche Ausgangsmaterial eine Vielzahl biochemischer Umwandlungsprozesse durchlaufen muss, die, wie schon erwähnt, im einzelnen noch nicht geklärt sind, bis daraus stabile Huminstoffe entstehen.
Dieser Vorgang wird unter dem Oberbegriff Stabilisierung zusammengefasst. Dabei können entweder das schwer zersetzbare Lignin (verholztes Pflanzengewebe) oder aber leicht zersetzbare Pflanzensubstanz als Ausgangsstoffe für mikrobilelle Umwandlung zu phenolischen Aldehyden und phenolischen Säuren dienen, die dann weiter zu Poyphenolen umgewandelt werden. Diese Reaktionen laufen nur ab, wenn ausreichend Energie in Form von schnell zersetzbarem Substrat vorliegt. Deshalb ist auch die weit verbreitete Meinung, man könne durch die ausschließliche Zufuhr von schwer zersetzbarem Pflanzenmaterial (wie z.B. Getreidestroh) den Aufbau von Dauerhumus besonders fördern, sehr zweifelhaft. Vielmehr ist eine ausgewogene Zufuhr von schwer- und leichtzersetzbarer organischer Substanz dem Humusaufbau dienlich. In einem letzten Schritt reagieren Chinone, die enzymatisch aus den Polyphenolen gebildet wurden, mit Aminoverbindungen zu stabilen Huminstoffen.


  Humus und Bodenfruchtbarkeit
Seit jeher wird der Humusgehalt der Böden zu Recht mit der natürlichen Bodenfruchtbarkeit in Verbindung gebracht. Hieraus erklärt sich auch die besondere Beachtung der Humuswirtschaft seit den Anfängen der agrarwissenschaftlichen Forschung. In engem Zusammenhang hiermit stand die besondere Wertschätzung des Stallmistes mit seiner Fähigkeit, die natürliche Bodenfruchtbarkeit zu erhalten beziehungsweise zu steigern. Die besondere Wertschätzung des Stallmistes kommt in einem Ausspruch aus der damaligen Zeit zum Ausdruck, dass das Grünland als Stallmistlieferant die Mutter des Ackerbaus sei.


  Warum wirkt aber Humus so positiv auf die Bodenfruchtbarkeit?

Humus hat aufgrund seiner kolloidalen Struktur die Fähigkeit, Wasser an seiner immens großen inneren Oberfläche bis zu einem Vielfachen seines Eigengewichtes zu speichern. Hierdurch wird die Haltefähigkeit für pflanzenverfügbares Bodenwasser äußerst positiv beeinflusst.

Die Kolloidstruktur von Humus erlaubt die reversible Bindung von Nährstoffen an seiner Oberfläche. Damit wird Humus zum Nährstoffpuffer in den Böden.

Humus ist in der Lage, eine stabile Verbindung mit den mineralischen Bestandteilen der Böden zum sog. Ton - Humuskomplex einzugehen. Dies hat einen überaus positiven Einfluss, sowohl auf das Bodengefüge und die Bodengare als auch auf das Nährstofftranslokationsvermögen der Böden.

Aufgrund der Fähigkeit, auch organische Moleküle wie z.B. Pflanzenschutzmittel so lange oberfächlich zu binden, bis diese von Mikroorganismen abgebaut sind,kann Humus eine Schutzfunktion für das Grundwasser zugeschrieben werden.

Humus kommt bezüglich des Bodenlufthaushaltes aufgrund seiner garefördernden Wirkung eine besondere Rolle zu.

Humus steigert aufgrund seiner dunklen Farbe die Absorption von Strahlung und hilft so die Bodenerwärmung zu beschleunigen.

Die Liste der positiven Wirkungen von Humus auf die Bodenfruchtbarkeit könnte noch beliebig verlängert werden. Diese wenigen Beispiele zeigen jedoch bereits, dass ein fruchtbarer Boden ohne Humus nur schwer vorstellbar ist und das die Bewertung von Humus nur über seinen reinen Gehalt an Nährstoffen viel zu kurzsichtig ist.


  Warum wird die Humusbilanzierung vernachlässigt ?

In der jüngsten Vergangenheit mehren sich die Anzeichen dafür, dass die kontinuierlichen Ertragszuwächse im Ackerbau, an die man sich in den letzten 50 Jahren gewöhnt hat, an eine Obergrenze stoßen. In gleichem Maße wie die Erträge durch Züchtungsfortschritte, Düngungsoptimierung und Pflanzenschutz stiegen, gerieten die Grundprinzipien der Humuswirtschaft in der konventionellen Landwirtschaft immer mehr in Vergessenheit. Die Gründe hierfür sind vielschichtiger Natur. 

der Mineraldüngung als "Kompensationsinstrument" für Bodenfruchtbarkeit wurde blind vertraut
Stallmist als der Prototyp eines humusmehrenden Düngers wurde aus arbeits wirtschaftlichen Gründen zunehmend durch Gülle ersetzt
im Feldfutterbau fand eine fast völlige Umorientierung von denjenigen Fruchtfolgeelementen mit einer deutlich humusmehrenden Wirkung wie Ackergras, Klee, Luzerne oder Kleegras hin zu dem kostengünstigeren, aber humuszehrenden Silomais statt
der durch die EU-Subventionspolitik entstandene Kostendruck hatte eine zunehmende Polarisierung und Spezialisierung zur Folge, die eine Vielzahl reiner Ackerbaubetriebe entstehen ließ, deren Möglichkeiten des Humusersatzes über organische Dünger stark eingeschränkt oder nicht vorhanden war.
ebenfalls als Folge der Subventionspolitik fand eine dramatische Einschränkung im Fruchtartenspektrum statt, die heute sehr stark „getreidelastig“ ist und den Anbau von echten Humusmehrern wie z.B. Erbsen oder Ackerbohnen wenig lukrativ erscheinen lässt
dem Landwirt stand bisher kein praktikables Instrument zur Verfügung, das eine langfristige Kalkulation der Entwicklung der Humusgehalte zugelassen hätte, da die Bodenanalysen nur Momentaufnahmen darstellen und zudem starken Schwankungen, bedingt durch die Heterogenität der Böden, unterliegen.

 

Weshalb sollte Humus bilanziert werden ?

Eine Rückbesinnung auf die alten Prinzipien der Humuswirtschaft, die stets eine höhere Zufuhr- als Verbrauchswerte von Humus zu realisieren suchten, um eine "Fruchtbarkeitsreserve" zu schaffen, sind in diesem Jahrhundert wichtiger denn je. Bis zur Mitte dieses Jahrhunderts wird es sich zeigen, ob die Nahrungsmittelproduktion den Anforderungen einer rasant wachsenden Weltbevölkerung, unter, aufgrund des Klimawandels, sich immer weiter verschlechternden Produktionsbedingungen, gerecht werden kann. Eine der Grundvoraussetzungen für hohe Ackerbauerträge ist eine hohe natürliche Fruchtbarkeit der Böden, die zu einem erheblichen Teil vom Humusgehalt mitgetragen wird. Da Humus nur über relativ lange Zeiträume in größerem Umfang in unseren Ackerböden angereichert werden kann, der Abbau jedoch unter ungünstigen Bedingungen wesentlich rasanter verläuft, ist eine Abschätzung des Humusverbrauches sowie der Humusnachlieferung von größter Wichtigkeit für eine nachhaltige Aufrechterhaltung einer hohen Bodenfruchtbarkeit.

 Wie wird Humus bilanziert ?

Die heutigen Bilanzierungsmethoden zum Humushaushalt der Böden stützen sich vorrangig auf Arbeiten von RAUHE und SCHÖNMEIER, 1966; ASMUS und HERMANN, 1977; KUNDLER et. al., 1981. Aus der lange bekannten Erkenntnis der positiven Wirkung des Humus auf die Ertragsfähigkeit des Bodens wird in diesen Arbeiten versucht, die Wechselwirkung von Humusaufbau und Humusabbau in unterschiedlichen Anbausystemen zu berechnen oder zu prognostizieren. Darin liegt auch der Sinn dieser Methoden, denn es ist nicht nur der aktuelle Humusgehalt des Bodens von Bedeutung, sondern die Langzeitwirkungen unterschiedlicher Anbausysteme auf den Humushaushalt. Datengrundlage für diese Methoden sind aufwendige Langzeitversuche. Besonders bekannt ist die HE-Methode (Humuseinheit) nach Rauhe, wobei hier gilt:

1 Humuseinheit (HE) = 1 Tonne (t) Humus mit 50 kg Stickstoff und 580 kg Kohlenstoff

LEITHOLD und HÜLSBERGEN

entwickelten hieraus eine spezielle Methodik mit geänderten Koeffizienten (LEITHOLD, G., HÜLSBERGEN, K. J., MICHEL, D. und H. SCHÖNMEIER: Humusbilanzierung - Methoden und Anwendungen als Agrar-Umweltindikator in: Schriftenreihe der Sächsischen Landesanstalt für Landwirtschaft Heft 3, 2. Jahrgang 1997 S. 19 – 28). Die hier publizierten Humusbilanzkoeffizienten dienen als Berechnungsgrundlage für den Humusbilanzierer. Hierbei wird nach LEITHOLD et al. (1997) zwischen ökologischem und integriertem Landbau aus folgenden Gründen unterschieden: Im Ökologischen Landbau sind gegenüber konventioneller Landbewirtschaftung höhere standortspezifische Humusvorräte anzustreben, um ausreichend Erträge zu erzielen. Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen der Versorgung der Böden mit organischer Substanz und dem Ertragsniveau. Bei Verzicht auf die Anwendung von Mineralstickstoff ist die Ernährung der Kulturpflanzen wesentlich vom Umsatz der organischen Bodensubstanz abhängig, insbesondere von einer ausreichenden Stickstoffmineralisation. Bei hohem Humusversorgungsgrad erfolgt ein schneller Abbau von Nährhumus, organischem Dünger sowie von Ernte- und Wurzelrückständen. Die mikrobiellen Umsetzungsprozesse sind intensiviert. Die direkte und indirekte Humusersatzwirkung des Mineralstickstoff muss durch den Anbau humusmehrender Fruchtarten und / oder erhöhte organische Düngung kompensiert werden. Die Nährstoffgehalte der organischen Dünger sind im ökologischen Landbau niedriger als im konventionellen Landbau ( MIEHE, 1994; BIERMANN, 1995), so dass die Stickstoff– und Humusersatzleistung geringer anzusetzen ist. Durch stärkere mechanische Pflegemaßnahmen werden Humusabbauprozesse angeregt. Die erhöhte Zufuhr organischer Substanz stellt kein überhöhtes Stickstoffbelastungspotential für die Umwelt dar, da der Stickstoff-Zukauf im Ökologischen Landbau streng limitiert ist.


Kennziffern zur Humusbilanzierung im integrierten und ökologischen Landbau in Humuseinheiten (HE)


   Humuszehrende Fruchtarten

Fruchtart

HE integriert

HE ökologisch

Rüben

-2,3

-3,4

Kartoffeln sowie 1. Gruppe Gemüse

-1,80

-2,75

Silomais sowie 2. Gruppe Gemüse

-1,35 

-2,05

Getreide, Ölfrüchte¹), So.-Blumen, Körnermais, Faserpflanzen sowie
3. Gruppe Gemüse

-0,70 

-1,05

nach BAUMANN und SCHMIDT (1979)
1. Gruppe Gemüse:Porree, Spargel, Rhabarber, Gurke, Kürbis 2. Gruppe Gemüse:Chicoree, Kohlrübe, Möhren, Meerrettich, Schwarzwurzel, Tomaten 3. Gruppe Gemüse:Feldsalat, Grünkohl, Kohlrabi, Kopfsalat, Radies, Rettich, Rote Rüben, Spinat, Zwiebeln
bei Getreide und Raps
1) Bedarfskoeffizienten nach Ernte von Korn und Stroh, bei restl. Kulturen dieser Gruppe ist Humusersatzleistung der Koppelprodukte in Bedarfskoeffizienten berücksichtigt


Humusmehrende Fruchtarten in Hauptfruchtstellung

Hauptfrucht Anbauform HE
Ackergras je Hauptnutzungsjahr +1,05
Ackergras im Ansaatjahr als Sommerblanksaat +0,20
Ackergras im Ansaatjahr als Untersaat +0,35
Luzerne im Ansaatjahr als Frühjahrsblanksaat +1,2
Luzerne im Ansaatjahr bei Gründeckfrucht +0,6
Luzerne zur Körnernutzung im Ansaatjahr als Einsaat in Getreide +0,5
Luzerne im Ansaatjahr als Sommerblanksaat +0,3
Luzerne im 1. Hauptnutzungsjahr +1,8
Luzerne im 2. Hauptnutzungsjahr +1,4
Luzerne im 3. Hauptnutzungsjahr +0,8
Leguminosen-Grasgemenge im Ansaatjahr als Frühjahrsblanksaat +1,4
Leguminosen-Grasgemenge im Ansaatjahr bei Gründeckfrucht +0,6
Leguminosen-Grasgemenge im Ansaatjahr als Einsaat in Getreide +0,5
Leguminosen-Grasgemenge im Ansaatjahr als Sommerblanksaat +0,3
Leguminosen-Grasgemenge im 1. Hauptnutzungsjahr +2,1
Leguminosen-Grasgemenge im 2. Hauptnutzungsjahr +1,8
Leguminosen-Grasgemenge im 3. Hauptnutzungsjahr +1,0
Körnerleguminosen(Stroh abgeerntet) +0,35


 Humusmehrende Fruchtarten in Zwischenfruchtstellung

Anbauform Fruchtarten HE
Winterzwischenfrüchte Winterroggen -0,30
Leguminosen-/Nichtleguminosenmenge(Wickroggen,Weidelgras) +0,30
Landsberger Gemenge +0,50

Stoppelfrüchte (Herbstumbruch bzw.
abfrierend)

Leguminosen-/Nichtleguminosen-gemenge +0,20
Gräsermischungen +0,20
Raps, Rübsen, Senf, Phacelia, Perco +0,15
Untersaaten bei Herbstumbruch Gräsermischungen +0,30
Leguminosen- / Nichtleguminosen-gemenge +0,60
Untersaaten bei Frühjahrsumbruch bzw.nachfolgenderFutternutzung Gräsermischungen +0,50
Leguminosen- / Nichtleguminosen-gemenge +0,70
Grünhafer u. a. Nichtleguminosen zur Futternutzung (Frühjahrsaussaat) -0,20

 Brache


Bracheform Anbauform HE
Rotationsbrache (einjährig) bei Selbstbegrünung ab Herbst des Vorjahres +0,20
ab Frühjahr des Brachejahres +0,10
Rotationsbrache (einjährig) bei gezielter Begrünung mit: Leguminosen-/Nichtleguminosengemenge ab Spätsommer/Herbst des Vorjahres +1,50
ab Frühjahr des Brachejahres +1,20
5-jährige Stillegung bei Selbstbegrünung +2,50
bei gezielter Begrünung +4,50


  Organische Dünger

Berechnungsformel: Frischmasse in t * Faktor = Humuseinheit

Düngerform   Faktor
Frischmist 0,05
Rottemist 0,07
Mistkompost 0,10
Rindergülle (je 10 % TS) 0,022
Schweinegülle (je 10 % TS) 0,018
Stroh 0,12
Gründüngung (je 10 % TS) 0,013
Kompost 0,14

Quelle: Tagungsband‚ 4. Wiss. -Tagung Ökol. Landbau’, 1997, Bonn, S. 56 - 62