Wichtige Bodeneigenschaften in der Landwirtschaft: organische Bodensubstanz und organischer Kohlenstoff

Autorin: Eleni Baka, M.Sc.

Im zweiten Teil unserer Artikelserie “Wichtige Bodeneigenschaften in der Landwirtschaft” befassen wir uns mit organischer Bodensubstanz, abgekürzt OBS, und mit organischem Kohlenstoff (C_org).

Die oben genannten Begriffe stehen in direktem Zusammenhang miteinander, stellen aber zwei unterschiedliche Bodeneigenschaften dar: “Organische Bodensubstanz” beschreibt den hauptsächlich kohlenstoffhaltigen Anteil im Boden, der aus verschiedenen Quellen stammt, zum Beispiel aus den Überresten von Pflanzen, Tieren oder anderen Organismen. Unter “Organischer Kohlenstoffgehalt” ist der messbare Anteil des in der organischen Bodensubstanz enthaltenen Kohlenstoffs (C) zu verstehen.

Beide Bodenwerte sind von großer Bedeutung für die meisten Bodeneigenschaften, da sie  Auswirkungen auf die Bodenfruchtbarkeit, das heißt unter anderem Nährstoffspeicherung, Wasser- und Wärmespeicherung, Wärmetransformation und Bodenstruktur sowie den globalen Kreislauf von Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel haben. Aufgrund ihres Mitwirkens an zahlreichen Bodenfunktionen stellen sie heutzutage wichtige Parameter für eine regenerative Landwirtschaft dar.

Deutsche Bezeichnungen: Organische Bodensubstanz (OBS), Organischer Kohlenstoff (C_org)

Englische Bezeichnungen: Soil organic matter (SOM), Soil organic carbon (SOC)

Wie unterscheiden sich  organische Bodensubstanz und organischer Kohlenstoff voneinander?

Die organische Komponente des Bodens besteht aus lebenden Organismen, die auch als Edaphon bezeichnet werden, und toter organischer Masse, also unverändertes sowie umgewandeltes organisches Material beziehungsweise Humus.

Das Edaphon wird in Pflanzenwurzeln, Bodentiere und Mikroorganismen unterteilt. Die tote organische Substanz besteht aus pflanzlichen und tierischen Residuen, also den Überbleibseln von Blättern, Nadeln, Pflanzenresten und -wurzeln, Pilzhyphen, Bakterien sowie Tierkörpern.

Die Bausteine der Biomasse sind unter anderem Cellulose, Lignine, Proteine, Fette, Chitine und Kohlenhydrate. Die tote organische Substanz kann zudem in morphologisch unverändertes und amorphes, verändertes Material untergliedert werden.

Wie wird die organische Bodensubstanz charakterisiert?

Um die organische Bodensubstanz (OBS) zu charakterisieren, können sowohl physikalische als auch chemische Fraktionierungen durchgeführt werden. Es ist jedoch allgemeinhin üblich, die chemische Unterteilung in Fulvosäuren, Huminsäuren und Humine vorzunehmen. Aus physikalischer Sicht ist die organische Substanz in die folgenden Gruppen eingeteilt:

• Gelöste organische Substanz
• Partikuläre organische Substanz
• Humus
• Widerstandsfähige organische Substanz

Wie bereits oben erwähnt, besteht der größte Anteil der organischen Bodensubstanz, circa 58 Prozent, aus organischem Kohlenstoff. Bei C_org handelt es sich um den Anteil von Kohlenstoff (C), der in Form organischer Bodensubstanz im Boden vorhanden ist.

Kohlenstoff liegt im Boden vorwiegend als organische Substanz vor. Nur in seltenen Fällen gibt es höhere Anteile an Bodenkohlenstoff in anorganischer Form, das heißt in Form von Karbonaten (CO₃).Der Gesamtgehalt von Kohlenstoff dient daher als Indikator für die organische Substanz. Diese ist wiederum ein sehrwichtiger Bodenbestandteil, da sie sich unter anderem positiv auf die Nährstoffspeicherung, den Wasserhaushalt, die Bodenstruktur und das Bodenleben auswirkt.

Was bedeuten die Begriffe “organisch” und “anorganisch”?

“Organisch” und “anorganisch” sind aus der Chemie stemmende Begriffe. Organische Verbindungen sind Moleküle, die vorwiegend ausKetten von Kohlenstoffatomen (C) bestehen, die über vier Bindungsstellen verfügen. Aufgrund dieser Eigenschaft sind Kohlenstoffatome dazu fähig, sich untereinander leicht über eine oder zwei dieser Stellen zu verbinden. An den anderen ein bis drei Bindungsstellen des Kohlenstoffs befinden sich in organischen Verbindungen meist Wasserstoffatome und seltener andere Atome, wie Sauerstoff und Stickstoff.

Zu den organischen Verbindungen mit besonders langen Kohlenstoffketten zählt zum Beispiel Cellulose (Zellulose, (C6H10O5)n) ), sie ist der Hauptbestandteil von Pflanzenfasern.

Moleküle, die keine oder nur isolierte C-Atome enthalten, werden hingegen als anorganische Verbindungen bezeichnet. Ein Hauptvertreter dieser Gruppe ist Karbonat (CO₃), ein Hauptbestandteil von Kalk, der in Böden vorkommen kann.

Was versteht man unter Zersetzungsprozess?

Als Zersetzung wird der Abbau der organischen Substanz, also der abgestorbenen und umgewandelten Reste von Pflanzen und Tieren, bezeichnet. Bei diesem Abbauprozess spielen Mikroorganismen, zum Beispiel Bakterien, Pilze und Bodentiere, eine wesentliche Rolle. 

Gemäß der Produktenarten dieses Prozesses unterscheidet sich Zersetzung in zwei Hauptkategorien:

• Mineralisierung: Die organische Substanz wird vollständig zu anorganischen Stoffen (z.B. Kohlenstoffdioxid, Wasser, Magnesium, Eisen, Stickstoff) abgebaut.
• Humifizierung: Die organischen Substanzen werden bei der Zersetzung in Humusstoffe umgewandelt und graduell zu Humus aufgebaut.

Der Zersetzungsprozess verläuft in drei miteinander verknüpften Phasen ab: _¹

1. Biochemische Initialphase: Die Phase erfolgt ohne äußerlich erkennbare Zerstörung des Zellverbandes kurz vor sowie nach dem Absterben der Pflanzen- und Tierorgane und umfasst Hydrolyse- und Oxidationsvorgänge. Hierbei werden hochpolymere Verbindungen gespalten, zum Beispiel Stärke in Zucker oder Eiweiß in Peptide, und Aminosäuren sowie wasserlösliche Komponenten ausgewaschen. Äußerlich sichtbar wird dieser Prozess beispielsweise an der Farbänderung von Laub und Streu.

2. Mechanische Zerkleinerungsphase: Durch Zerbeißen, Zernagen sowie die völlige Aufnahme in den Körper und teilweise Ausscheidung als Losung zerstören Organismen der Makro- und Mesofauna die Zellverbände. Hierbei wird die Streu insbesondere durch Regenwürmer, Enchytraeiden und verschiedene Arthropoden in den Boden eingearbeitet.

3. Mikrobielle Ab- und Umbauphase: Heterotroph und saprophytisch lebende Organismen des Edaphons zerlegen die organischen Verbindungen durch enzymatische Aufspaltung in ihre Grundbausteine. Diese werden von Organismen als Energiequelle und zum Aufbau neuer Körpersubstanz genutzt, unter anderem für den Betriebs- und den Baustoffwechsel. Die organischen Reste werden von den Mikroorganismen enzymatisch aufgespalten und „veratmet“. Im Zuge dieser Oxidation werden kohlenstoff-, sauerstoff- und wasserstoffhaltige organische Verbindungen unter Freisetzung von Energie zu Kohlenstoffdioxid, Wasser und anorganischen Verbindungen umgewandelt. Dieser Abbauprozess stellt die oben schon erwähnte Mineralisierung dar.

In der nächsten Ausgabe von “Wichtige Bodeneigenschaften in der Landwirtschaft” werden wir uns eingehender mit organischer Bodensubstanz befassen.

Der Boden ist das Kapitel des Landwirts

Der Boden fungiert als eine Art Bank für Nährstoffe. Damit man weiß, welche Nährstoffe verfügbar sind und welche Investitionen man tätigen kann, muss man den Boden ganzheitlich betrachten. Der langfristig im Boden gebundene Kohlenstoff, der auf organische Substanz zurückzuführen ist, stellt das “Sparkonto” dar, von dem Landwirte auf lange Sicht profitieren.

Auf dem “Bestandskonto” befindet sich mineralisch gebundene, organische Substanz, beispielsweise Steine, die Kohlenstoff erzeugen. Dieses Vermögen kann einzig durch eine Veränderung des pH-Wertes beeinflusst werden. Das aktuelle Kapitel befindet sich in Form der freien partikulären organischen Substanz auf dem “Girokonto” des Bodens.

Der organische Kohlenstoff, der in der “Nährstoffbank” des Bodens verfügbar ist, stellt das gesamte verfügbare Kapitel des Landwirts dar und verdeutlicht, wie viel er investieren kann beziehungsweise sollte. Hierbei ist es wichtig zu betonen, dass nur durch eine ordnungsgemäße Kapitalverwaltung eine nachhaltige Landnutzung möglich ist, die sowohl die Umwelt als auch den Geldbeutel schont.

Stenon ermöglicht den Zugang

Um das organische Kapitel auch nutzen zu können, muss ein Landwirt die Eigenschaften seines Bodens kennen und diese im Überblick behalten. Es bedarf folglich einer regelmäßigen Messung des Erdbodens – nur so erhält ein Landwirt einen Überblick über die aktuellen Werte, um mit seiner “Nährstoffbank” effizient wirtschaften zu können.

Stenon steht hierbei helfend zur Seite. Da die Bestimmung der organischen Bodeneigenschaften essentiell für die Düngeplanung ist , möchten wir Landwirte mit unserem mobilen Bodenanalysegerät unterstützten. Mit Hilfe des FarmLabs kann die Menge an organischem Kohlenstoff im Erdboden bestimmt werden – im Rahmen einer vollumfänglichen Bodenanalyse dienen diese Werte als Grundlage für eine langfristige Düngestrategie.

Über Stenon

Dank des sensorgestützten und cloud-basierten FarmLabs von Stenon sind Landwirte in der Lage, Bodenanalysen in Echtzeit durchzuführen. Die Messungen erfolgen binnen weniger Sekunden und werden daraufhin an unsere Software übertragen, sodass die Werte direkt vor Ort eingesehen werden können. Auf Grundlage der Messergebnisse lässt sich die Situation des Bodens beurteilen und die Düngung anpassen. Mit einer langfristig optimierten Düngestrategie können Landwirte nicht nur ihre Ausgaben für Dünger senken, sondern auch die Umwelt nachhaltig schonen.

Nie zuvor war es so einfach, Bodenproben zu nehmen und unter anderem den Kohlenstoffgehalt des Bodens zu überprüfen. Wenn Sie sich für diese moderne Technik interessieren und von den Vorteilen des DLG-zertifizierten FarmLabs profitieren möchten, dann melden Sie sich bei uns. Wir vereinbaren gern einen Kennenlerntermin mit Ihnen und beantworten Ihre Fragen: