Nährstoffkreislauf im Boden

Der Nährstoffkreislauf im Boden ist die Bewegung essenzieller Pflanzennährstoffe zwischen mineralischen, organischen, austauschbaren und gelösten Pools durch Verwitterung, biologische Transformation, Sorption, Aufnahme und Verlust.

Definition

Der Nährstoffkreislauf im Boden ist die Gesamtheit der biologischen, chemischen und physikalischen Prozesse, die Pflanzennährstoffe zwischen den mineralischen, organischen, adsorbierten und gelösten Pools des Bodens sowie zwischen Boden, Pflanzen und der weiteren Umwelt übertragen.

Scope

Dieses Thema behandelt die essenziellen Pflanzennährstoffe und ihre Bodenkreisläufe, insbesondere Stickstoff, Phosphor, Kalium und Schwefel, die Prozesse der Mineralisierung, Fixierung, Sorption und Aufnahme, die die Verfügbarkeit steuern, sowie die Wege des Nährstoffverlusts. Es verbindet Bodenchemie und -biologie mit der Nährstoffversorgung, die die Fruchtbarkeit definiert.

Core questions

• Welche Nährstoffe sind essenziell und in welchen Formen nehmen Pflanzen sie auf?
• Wie steuern Mineralisierung und Immobilisierung die Nährstoffverfügbarkeit?
• Wie begrenzen Sorption und Fixierung die Verfügbarkeit von Phosphor und Kalium?
• Auf welchen Wegen gehen Nährstoffe aus dem Boden verloren?

Key concepts

• Essenzielle Makro- und Mikronährstoffe
• Mineralisierung und Immobilisierung
• Der Stickstoffkreislauf im Boden
• Phosphorsorption und -fixierung
• Kaliumfixierung und -freisetzung
• Wege des Nährstoffverlusts

Key theories

Nährstoffpools und Transformationen

Jeder Nährstoff zirkuliert zwischen mineralischen, organischen, austauschbaren und gelösten Pools durch Verwitterung, Mineralisierung, Sorption und Aufnahme; die Verfügbarkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt spiegelt das Gleichgewicht dieser Transformationen wider und nicht den Gesamtgehalt.

Stickstoffkreislauf im Boden

Bodenstickstoff bewegt sich durch Fixierung, Mineralisierung zu Ammonium, Nitrifikation zu Nitrat, Pflanzen- und mikrobielle Aufnahme sowie Verluste durch Auswaschung, Denitrifikation und Verflüchtigung, was Stickstoff zum dynamischsten und managementempfindlichsten Nährstoff macht.

Mechanisms

In Mineralien und organischer Substanz gebundene Nährstoffe werden verfügbar, wenn Verwitterung und mikrobieller Abbau sie in die Bodenlösung und an Austauschstellen freisetzen, von wo aus die Wurzeln sie aufnehmen. Stickstoff wird von Mikroben durch Mineralisierung, Nitrifikation und Denitrifikation umgewandelt; Phosphor wird stark sorbiert und präzipitiert, was seine Löslichkeit begrenzt; Kalium wird an und in Tonmineralien gebunden. Verluste treten durch Auswaschung löslicher Ionen wie Nitrat, durch gasförmige Stickstoffverluste und durch Entzug bei Ernte und Erosion auf.

Clinical relevance

Das Verständnis des Nährstoffkreislaufs ist die Grundlage für die Dünger- und Güllebewirtschaftung: Es erklärt, warum Nährstoffe in Verfügbarkeit und Mobilität variieren, wie das Angebot an den Pflanzenbedarf angepasst werden kann und wie Verluste minimiert werden können, die Inputs verschwenden und Wasser verschmutzen, wodurch sowohl die Produktivität als auch der Umweltschutz unterstützt werden.

History

Liebigs Mineraltheorie der Pflanzenernährung aus dem 19. Jahrhundert stellte fest, dass das Pflanzenwachstum von einer Versorgung mit mineralischen Nährstoffen abhängt, und das Gesetz des Minimums besagt, dass der Ertrag durch den knappsten Nährstoff begrenzt wird. Die Bodenkunde des 20. Jahrhunderts detaillierte die Kreisläufe einzelner Nährstoffe, insbesondere Stickstoff und Phosphor, und untermauerte damit das moderne Nährstoffmanagement.

Key figures

• Justus von Liebig
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• brady2016
• sparks2003

Frequently asked questions

Warum ist Stickstoff der am häufigsten limitierende und am leichtesten verlorene Nährstoff?

Stickstoff wird in großen Mengen benötigt und zirkuliert in hochmobilen und gasförmigen Formen; Nitrat wird leicht mit dem Drainagewasser ausgewaschen, und Stickstoff kann als Gas durch Denitrifikation und Ammoniakverflüchtigung verloren gehen, sodass er sowohl häufig mangelhaft als auch schwer zu halten ist.

Warum kann ein Boden reich an einem Nährstoff sein, obwohl Pflanzen ihn immer noch nicht aufnehmen können?

Der Gesamt-Nährstoffgehalt ist nicht gleichbedeutend mit der Verfügbarkeit; Phosphor und Kalium können beispielsweise reichlich vorhanden sein, aber weitgehend in Mineralien gebunden oder stark sorbiert sein, sodass nur der kleine Anteil in der Bodenlösung und an Austauschstellen von Pflanzen leicht aufgenommen wird.