Humifizierung und Mineralisierung bei der Bodenbildung
Humifizierung und Mineralisierung sind Stoffumwandlungsprozesse bei der Bodenbildung, wobei Humifizierung den Mechanismus der Zersetzung der abgestorbenen organischen Substanz im Boden und die Bildung von Huminstoffen und Mineralisierung den endgültigen Abbau von Humus zu mineralischen Endprodukten unter Freisetzung von Energie kennzeichnet. Zwischen Humifizierung und Mineralisierung besteht ein standorttypisches Wechselspiel, das letztlich von klimatischen Faktoren gesteuert wird. Die Intensität beider Prozesse hängt u. a. von der Zusammensetzung der organischen Ausgangssubstanz, vom Feuchte- und Wärmedargebot, von der Durchlüftung und der Bodenreaktion ab.
Ein wichtiger Vorgang der Bodenbildung ist die Aufbereitung von Humus. Der Humus, die abgestorbene organische Substanz im Boden, wird ständig durch zum Teil sehr komplizierte physikalische und chemische Prozesse ab- und umgebaut. Wichtige Stoffumwandlungsprozesse, die beim Ab- und Umbau organischer Substanz zu Boden eine wichtige Rolle spielen, sind die Humifizierung und die Mineralisierung.
Humifizierung
Von besonderer Bedeutung für die Bodenfruchtbarkeit ist der Gehalt des Bodens an Huminstoffen. Der Prozess ihrer Bildung im Boden wird als Humifizierung bezeichnet.
Hierbei werden nach der mechanischen Zersetzung der organischen Ausgangssubstanz, z. B. durch Regenwürmer, auf und im Boden neue organische Stoffe gebildet:
Infolge biochemischer Prozesse werden die aus dem Zellverband freigesetzten Proteine, Kohlenhydrate, Zellulose, Lignine, Fette, Gerbstoffe usw. zu braun bis schwarz gefärbten hochmolekularen organischen Stoffen umgebildet. Bei der Humifizierung entsteht auch Kohlenstoffdioxid, das aus dem Boden in die Atmosphäre entweicht.
Das Ausmaß und die Ergebnisse der Humifizierung, an der teilweise auch Klein- und Kleinstlebewesen mitwirken, sind von den Bedingungen am jeweiligen Standort abhängig, u. a. vom Klima, von der Pflanzenbedeckung, vom ph-Wert, der Mineralzusammensetzung und vom Alter des Bodens. Deshalb gibt es im Humus auch unterschiedliche Huminstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften:
| Fulvosäuren | Huminsäuren | Humine | |
| Farbe | gelb–rotbraun | braun–schwarz | schwarz |
| Löslichkeit in: | |||
| - Wasser | leicht | schwer | unlöslich |
| - Säure | löslich | unlöslich | unlöslich |
| - Lauge | löslich | löslich | unlöslich |
| Säurecharakter | stark | mittel | schwach |
| Mobilität | stark | gut | schwach |
Fulvosäure entsteht vor allem bei der Humifizierung schwer zersetzlicher Nadelstreu. Sie ist wasserlöslich und kann sich mit den im Boden enthaltenen Eisen- und Aluminiumoxiden verbinden. Fulvosäure kommt als saurer und aggressiver Humusbestandteil vor allem in den Podsolböden des Norddeutschen Tieflands und des Alpenvorlands vor.
Huminsäuren entstehen bei der Humifizierung leicht zersetzlicher Streu. Sie sind in Wasser schwer löslich und bilden mit mehrwertigen Kationen schwer lösliche Verbindungen. Sie entstehen vorzugsweise bei der Verbraunung, d. h. bei der Entstehung der in Deutschland weitverbreiteten Braunerden und bei der Schwarzerdebildung.
Die Böden unterscheiden sich demzufolge auch hinsichtlich ihrer Huminstoffe beträchtlich.
Mineralisierung
Die Mineralisierung ist ein Humusabbauvorgang, bei dem die organische Substanz, die Huminstoffe, unter Freisetzung von Energie zu anorganischen Verbindungen abgebaut wird. An diesem Prozess sind Mikroorganismen beteiligt. Sie wirken als Mineralisierer, da sie einen Teil dieser anorganischen Verbindungen in ihrem Körper festlegen, speichern, und damit z. B. vor der Auswaschung in die unteren Bodenhorizonte bewahren.
Der andere Teil der anorganischen Verbindungen geht in den Nährstoffkreislauf ein und wird erneut von den Pflanzen als Nährstoff aufgenommen.
Umfang und Tempo der Mineralisierung werden durch die Standortbedingungen gesteuert. Wichtige Einflussfaktoren sind beispielsweise die Zusammensetzung der organischen Ausgangssubstanz, die Feuchte- und Wärmeverhältnisse und die Art der Durchlüftung des Bodens.
Die Mineralisierungsrate, d. h. die Menge der bei der Mineralisierung von organischer Substanz entstandenen Nährstoffe, ist für den Nährstoffhaushalt von Böden bedeutsam, wie die folgenden Beispiele zeigen:
- Unter Luftabschluss und Nässe sowie bei Kälte kommt die Mineralisierung fast zum Stillstand. Demzufolge häuft sich unter solchen Bedingungen in und auf den Böden organisches Material an. Das ist z. B. bei den Torfen und Rohhumusdecken in den Tundren sowie in den borealen Nadelwäldern im nördlichen Nordamerika und Eurasien der Fall.
- Unter warmfeuchten Klimabedingungen sind dagegen die anfallenden organischen Materialien in kürzester Zeit umgesetzt. Deshalb ist trotz enormer Biomasseproduktion der tropischen Regenwälder der Humusgehalt der tropischen Böden sehr bescheiden. Die riesigen Nährstoffmengen, die in der Biomasse des Regenwaldes festgelegt sind, stehen allerdings nach dem Absterben und der rascher Mineralisierung für das erneute Pflanzenwachstum bald wieder zur Verfügung.
Aus diesem Grunde kann auch beispielsweise in Mitteleuropa durch Kompostwirtschaft und Gründüngung der Humusgehalt von Böden und damit die Bodenfruchtbarkeit nicht ins Unendliche gesteigert werden. Die Wirkungen dieser Arten der Bodenverbesserung werden nämlich durch eine beschleunigt ablaufende Mineralisierung begrenzt.
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Der Vorgang der Humifizierung
