Nährstoffmineralisierung und -immobilisierung

Mineralisierung und Immobilisierung sind die entgegengesetzten mikrobiellen Prozesse, die Nährstoffe zwischen organischen und anorganischen Formen umwandeln und somit bestimmen, wie viel des Nährstoffpools den Pflanzen zu einem bestimmten Zeitpunkt zur Verfügung steht.

Definition

Mineralisierung ist die mikrobielle Umwandlung von Nährstoffen, die in organischer Substanz gebunden sind, in lösliche anorganische Formen wie Ammonium und Phosphat; Immobilisierung ist die Aufnahme dieser anorganischen Nährstoffe in die mikrobielle Biomasse, wodurch sie vorübergehend aus dem verfügbaren Pool entfernt werden.

Scope

Dieses Thema behandelt die mikrobielle Umwandlung organischer Nährstoffe in pflanzenverfügbare mineralische Formen (Mineralisierung) und die umgekehrte Assimilation mineralischer Nährstoffe in mikrobielle Biomasse (Immobilisierung), die steuernde Rolle des Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnisses von Rückständen sowie die Nettofreisetzung von Stickstoff und anderen Nährstoffen. Es verknüpft die Zersetzung mit der Nährstoffversorgung.

Core questions

• Wie wandeln Mikroben organische Nährstoffe in pflanzenverfügbare Formen um?
• Was ist Immobilisierung und wann dominiert sie?
• Wie steuert das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis von Rückständen die Nettofreisetzung?
• Wie bestimmen Mineralisierung und Immobilisierung den Zeitpunkt der Nährstoffverfügbarkeit?

Key concepts

• Mineralisierung von Stickstoff und Phosphor
• Immobilisierung in mikrobielle Biomasse
• Nettomineralisierung und Nettoimmobilisierung
• Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis von Rückständen
• Zersetzung und Nährstofffreisetzung
• Umsatz der mikrobiellen Biomasse

Key theories

Mineralisierungs-Immobilisierungs-Umsatz

Mineralisierung und Immobilisierung treten gleichzeitig auf, und ihre Nettobilanz, ob Nährstoffe freigesetzt oder gebunden werden, hängt vom Energie- und Nährstoffgehalt des Substrats ab, das die Mikroben zersetzen.

Steuerung durch das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis

Wenn Rückstände ein hohes Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis aufweisen, entziehen Mikroben dem Boden mineralischen Stickstoff, um Biomasse aufzubauen (Nettoimmobilisierung); wenn das Verhältnis niedrig ist, wird überschüssiger Stickstoff freigesetzt (Nettomineralisierung), sodass die Rückstandsqualität den Zeitpunkt der Nährstoffverfügbarkeit steuert.

Mechanisms

Wenn Mikroben organische Rückstände zur Energiegewinnung zersetzen, brechen sie die Bindungen, die Nährstoffe halten, und setzen überschüssigen Stickstoff, Phosphor und Schwefel als mineralische Ionen frei, wenn das Substrat mehr Nährstoffe enthält, als die Mikroben benötigen. Ist das Substrat kohlenstoffreich, aber nährstoffarm, entziehen Mikroben der Bodenlösung mineralische Nährstoffe, um ihre Biomasse aufzubauen, wodurch diese vorübergehend immobilisiert werden; die Nährstoffe werden wieder freigesetzt, wenn diese Mikroben absterben und selbst zersetzt werden. Das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis des Rückstands ist der Hauptfaktor, der bestimmt, welcher Prozess dominiert.

Clinical relevance

Mineralisierung und Immobilisierung erklären, warum die Einarbeitung kohlenstoffreicher Rückstände wie Stroh eine Kultur vorübergehend mit Stickstoff unterversorgen kann, während kohlenstoffarme Rückstände und Dünger Nährstoffe schnell freisetzen; die Steuerung der Rückstandsqualität und des Zeitpunkts ist entscheidend, um die Nährstoffversorgung mit dem Pflanzenbedarf zu synchronisieren und Verluste zu reduzieren.

History

Die Erkenntnis, dass die Zersetzung Nährstoffe sowohl freisetzen als auch binden kann, gesteuert durch das Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis organischer Einträge, wurde zu einem grundlegenden Prinzip der Bodenfruchtbarkeit und des Nährstoffmanagements, als sich die Bodenbiochemie im 20. Jahrhundert entwickelte.

Key figures

• Eldor A. Paul
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• paul2015
• brady2016

Frequently asked questions

Warum kann die Zugabe von Stroh zum Boden den Stickstoff für Pflanzen vorübergehend reduzieren?

Stroh hat ein hohes Kohlenstoff-Stickstoff-Verhältnis, sodass die Mikroben, die es zersetzen, mehr Stickstoff benötigen, als das Stroh liefert, und mineralischen Stickstoff aus dem Boden in ihre Biomasse aufnehmen; diese Immobilisierung senkt vorübergehend den für Pflanzen verfügbaren Stickstoff, bis die Mikroben absterben und ihn wieder freisetzen.

Was ist der Unterschied zwischen Mineralisierung und Immobilisierung?

Mineralisierung wandelt Nährstoffe aus organischer Substanz in pflanzenverfügbare anorganische Formen um, während Immobilisierung das Gegenteil bewirkt, indem sie anorganische Nährstoffe in mikrobieller Biomasse bindet; beide Prozesse laufen gleichzeitig ab, und ihre Nettobilanz bestimmt, ob Nährstoffe freigesetzt oder zurückgehalten werden.