Das Kompostbuch

Der Boden

In der Natur halten sich Eintrag und Verbrauch organischer Stoffe die Waage. Schön können wir dies bei Spaziergängen durch Laubwälder und Laubmischwälder beobachten. Im Herbst bildet herabfallendes Laub eine dicke Decke, es verrottet im Folgejahr, die frei werdenden Nährstoffe stehen der wachsenden Vegetation wieder zur Verfügung. Wenn im Herbst erneut Blattmasse auf den Boden fällt, hat sich die Schicht vom Vorjahr gleichmäßig abgebaut. Das Wachstum entzieht so viele Nährstoffe wie angeliefert werden.

Ein Musterbeispiel für einen natürlichen Kreislauf stellt auch der tropische Regenwald dar. Diese Vegetationsform wächst auf stark verwitterten, äußerst nährstoffarmen Böden. Das üppige Wachstum mit ungeheurer Artenfülle und riesigen Bäumen kann nur aus sich heraus bestehen: Neuer Wuchs entwickelt sich nur auf der Grundlage der abgestorbenen organischen Masse, die zu Boden fällt. In dem feuchtwarmen Klima verlaufen Zersetzungsprozesse vergleichsweise schnell: Ein dicker Baumstamm zerbröselt innerhalb von Monaten. Der europäische Wanderer, der gewohnt ist, über liegende Baumstämme zu steigen, riskiert dort, ins morsche Holz einzubrechen. Das verletzliche Gleichgewicht des Regenwaldes wird deutlich, wenn Flächen gerodet werden: Fehlt der Wald, werden keine Nährstoffe mehr nachgeliefert. Es bleibt unfruchtbarer Boden übrig, den die ursprüngliche Vegetationsform über Jahrzehnte hinweg nicht mehr besiedeln kann.

Während in der Natur Nährstoffzufuhr und Nährstoffentzug im Gleichgewicht stehen, wird auf bewirtschafteten Flächen den Böden mehr entnommen, als Verwitterung von Mineralien und Zersetzung organischer Substanz nachliefern können. Allein die Entnahme von Erntegut unterbricht den natürlichen Kreislauf, denn dadurch wird Pflanzenmasse entfernt. Zur Praxis des Landbaus gehört daher die Zufuhr von Nährstoffen. Gedüngt wird, um Nährstoffverluste auszugleichen, vor allem um die Erträge zu steigern.

Düngen muss man hierzulande auch, weil die Böden in Mitteleuropa der Auswaschung unterliegen, weil Regenwasser durch sie in das Grundwasser sickert. Leicht lösliche Mineralstoffe wie Kalzium und Bor werden in großen Mengen in das Grundwasser ausgewaschen, während das schwer lösliche Phosphat weitgehend im Boden verbleibt. Daraus resultiert, dass man Böden Kalzium in Form von Kalk oder Gesteinsmehl zuführen muss, während die hohen Phosphatgehalte in gut gedüngten, bewirtschafteten Böden die Gefahr von Überversorgung bergen. Häufig wird in diesem Zusammenhang auch die Frage des Nitratgehaltes von Böden diskutiert. Aus übermäßig mit Stickstoff versorgten Böden wird Nitrat, das zu krebserregendem Nitrit umgewandelt werden kann, ins Grundwasser eingetragen. Ein Puffer ist hierbei der Dauerhumus im Boden: An ihn werden Stickstoffverbindungen angelagert, man spricht von Stickstofffestlegung. Diese Verbindungen werden nicht ausgewaschen und stehen für das Pflanzenwachstum zur Verfügung.

In der Natur werden abgestorbene Teile von Lebewesen durch Mikroorganismen im Boden zersetzt und zu neuen Substanzen neu zusammengefügt. Wurzeln nehmen frei werdende Nährstoffe auf und ermöglichen neues Wachstum.

Bodenfruchtbarkeit

Das Zusammenwirken von allen mineralischen und organischen Stoffen im Boden, die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften eines Bodens mit all ihren Auswirkungen auf den Wasserhaushalt und die Nährstoffversorgung, werden mit dem Begriff Bodenfruchtbarkeit umschrieben. Damit meint man die Fähigkeit eines Bodens, Voraussetzungen für Pflanzenwachstum zu bieten, was im Falle einer guten Bodenfruchtbarkeit bedeutet, dass hohe Erträge zu erwarten sind. Bodenfruchtbarkeit bezieht sich demnach nicht allein auf das Vorhandensein von Nährstoffen, sondern ebenso auf die Fähigkeit des Bodens, Wassermoleküle und Ionen festzuhalten und den Pflanzen zur Verfügung zu stellen.

Zum Erhalt der Bodenfruchtbarkeit trug immer auch die Kompost- und Mulchwirtschaft bei. Nicht nur beließ man die Ernterückstände auf den Feldern, man brachte auch Mist auf. Abfälle konnte man kompostieren und das daraus gewonnene Material trug zur Anreicherung von organischer Substanz im Boden bei. Heute wissen wir, wie wichtig es ist, nicht nur Nährstoffe zuzuführen, was mit Hilfe von Düngemitteln aus dem Handel leicht gelingt. Es kommt ebenso darauf an, die Struktur der Böden und damit ihre Fruchtbarkeit zu erhalten. Wir müssen dafür sorgen, dass sich stabile Ton-Humus-Komplexe bilden. Dazu müssen wir regelmäßig organische Substanzen zuführen, damit sich Humusstoffe bilden können.

Ein hoher Anteil organischer Substanz im Boden wirkt außerdem der Bodenmüdigkeit entgegen. Ständige Bodennutzung, verbunden mit Nährstoffentzug, strapaziert den Boden. Wird immer wieder dieselbe Kultur angebaut, kommt es außerdem zum einseitigen Auslaugen, schädliche Verbindungen und Krankheitskeime können sich im Boden anreichern. Der Gärtner spricht bei dieser Erscheinung von Bodenmüdigkeit. Schon früh erkannte man, dass Mischkultur und Fruchtwechsel dieser Erscheinung entgegenwirken. Dazu gab es im alten China ausgetüftelte Fruchtfolgen, die eine ertragreiche Bewirtschaftung von Flächen über Jahrtausende hinweg gewährleisteten.

Maßnahmen zur Bodenverbesserung können ungünstige Voraussetzungen für das Pflanzenwachstum verbessern. Für die Lenkung von Bodeneigenschaften spielt die Zufuhr organischer Substanz eine wichtige Rolle. Zum Beispiel wird ein nährstoffarmer Sandboden durch zusätzliche Düngung fruchtbarer gemacht. In Sandböden ermöglichen Humusstoffe die Anlagerung von Nährstoffen, die dadurch festgehalten und nicht so leicht ausgewaschen werden. In Tonböden dagegen sorgt Kompost für die Bildung von Ton-Humus-Komplexen. Es entstehen Krümel, die von Hohlräumen umgeben sind. Dadurch dringt mehr Luft in den Boden ein, die Erde verschlämmt bei Regen weniger leicht. Somit verbessert Kompost alle Bodenarten.

Verdichtete Böden besitzen kaum Grobporen, es dringt wenig Luft ein, Wasser fließt schlecht ab. Mit der Zufuhr organischer Substanz lässt sich das Gefüge auflockern.

Gut gepflegter Gartenboden weist eine feinkrümelige Struktur mit vielen Poren in unterschiedlicher Stärke auf.

Boden und Pflanzennährstoffe

Für ihr Wachstum beziehen Pflanzen Kohlenstoff und Sauerstoff aus der Luft in Form der Gase Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂). Aus dem Boden nehmen sie über ihre Wurzeln Wasser auf. Aus dem Boden erhalten sie in Ionenform auch alle benötigten Nährstoffe. Somit bildet der Boden die Grundlage allen Pflanzenlebens – im wahrsten Sinne des Wortes. Dieses hochkomplexe System unterliegt beständigen chemischen, physikalischen und biologischen Veränderungen.

Zu den festen Bestandteilen des Bodens gehören zum einen die Verwitterungsprodukte der gesteinsbildenden Mineralien (Silikate, Tonmineralien, Kalk), die sowohl an mineralische Substanzen als auch an organische Humusstoffe gebunden sind. Nur ein verschwindend geringer Teil befindet sich gelöst im Boden. Zum anderen zählen die organischen Substanzen und deren Zersetzungsprodukte zu den festen Bodenbestandteilen. Zu den organischen Substanzen im Boden zählen alle Überreste von Pflanzen und Tieren sowie ihre Umwandlungsprodukte. Humus bezeichnet organische Substanz, die bereits eine weitgehende Veränderung erfahren hat.

Pflanzennährstoffe

Für die Pflanzenernährung wichtig sind insbesondere die Elemente Stickstoff, Phosphor, Kalium, Kalzium und Magnesium. Dazu kommen die sogenannten Spurenelemente wie Eisen, Bor, Kupfer oder Mangan. Diese Pflanzennährstoffe finden sich als elektrisch geladene Teilchen, die man als Ionen bezeichnet, im Boden. Positiv geladene Ionen nennt man Kationen, negativ geladene Ionen nennt man Anionen. Ein Anion ist zum Beispiel das Nitrat (NO₃^2-). Die meisten Nährstoffe werden als positiv geladene Kationen (K⁺, Mg²⁺, Ca²⁺) aufgenommen. Das Wort »Ion« stammt aus dem Griechischen und bedeutet »das Wandernde«: Ionen können sich zwischen elektrischen Ladungen und im Boden zwischen Bodenteilchen und Wurzeln bewegen.

Die Ionen der Nährstoffe sind durch ihre Ladungen an die Tonmineralien und Humussubstanzen im Boden gebunden. Diesen Bodenteilchen kommt die wichtige Aufgabe zu, die Nährstoffe so fest zu halten, dass sie nicht ausgewaschen werden können, jedoch locker genug, damit sie von den Pflanzen ausgelöst werden können. Um sie auszulösen, sondern die Wurzeln Wasserstoffionen (H⁺) ab. Durch diese chemischen Vorgänge und zusammen mit Mikroorganismen entsteht rund um die Wurzeln ein bestimmtes saures Milieu. Diesen Bereich nennt man Rhizosphäre.

Die Bedeutung der organischen Bodenbestandteile für die Bodenfruchtbarkeit erkannte man in ihrem ganzen Umfang Ende des 20. Jahrhunderts, als die Grenzen synthetischer Düngemittel deutlich wurden. Es kommt im Landbau nämlich nicht nur auf eine kurzfristige Versorgung der Pflanzen mit Nährstoffen an. Viel wichtiger ist es, die Bodenlebewesen auf Dauer zu ernähren und die Struktur des Bodens langfristig zu bewahren. Dazu braucht es organische Stoffe.

Die wichtigsten Humusbestandteile sind Huminstoffe. Huminstoffe sind komplexe organische Verbindungen. Für ihren Aufbau werden organische Stoffe im Boden zerlegt und zu einer völlig neuen Struktur zusammengebaut. Huminstoffe besitzen eine große Oberfläche. Zusammen mit ihren Bindungskräften sind sie in der Lage, Nährstoffe anzulagern, festzuhalten und vor Auswaschung zu schützen.

Man kann grob drei Huminstoffgruppen unterscheiden: die Fulvosäuren, die Huminsäuren und die Humine. Eine wichtige Rolle spielen die gut löslichen Fulvosäuren für den Nährstofftransport im Boden: Fulvosäuren und andere lösliche organische Verbindungen können schwer lösliche Metallkationen scherenförmig umfassen und ermöglichen damit deren Transport.

In den Bodenteilchen kleben organische und mineralische Bodenbestandteile zusammen.

Huminstoffgruppen

(nach Kuntze, Roeschmann, Schwerdtfeger 1988)

Der in den Huminstoffen eingebaute Stickstoff dient als Nahrungsreserve im Boden, indem er allmählich mineralisiert und daher pflanzenverfügbar gemacht wird. Eine gleichmäßige Nährstoffversorgung hängt somit von einem beständigen Nachschub organischer Substanzen ab. Dabei muss man bedenken, dass Humus wesentlich schneller abgebaut als aufgebaut wird.

Zwischen organischen und mineralischen Bodenbestandteilen kommt es zu starken Bindungen. Die organischen und mineralischen Bestandteile vermischen sich so weit, dass niedermolekulare organische Substanzen in die Zwischenschichten von Tonmineralien eingebaut werden. Es entstehen die sogenannten Ton-Humus-Komplexe, die die Krümelstruktur des Bodens ausmachen. Nur wenn sich aus Ton-Humus-Komplexen ein feinkrümeliger Boden bildet, können Pflanzenwurzeln optimal wachsen. Die Hohlräume zwischen diesen Teilchen sind zum Teil mit Wasser, zum Teil mit Luft gefüllt. Für ein gutes Pflanzenwachstum sollte die Hälfte dieser Hohlräume mit Wasser, die andere Hälfte mit Luft gefüllt sein, damit die Wurzeln atmen können. Je größer die Oberfläche der Teilchen ist, desto leichter haben Pflanzenwurzeln einen Zugriff auf die Bodenteilchen. 1 g Boden kann eine Oberfläche von 500 m² haben.

Böden weisen eine typische Schichtung über verwittertem Gestein auf. Organische Substanz wird von der Oberfläche her durch die Tätigkeit der Bodenlebewesen allmählich in etwas tiefere Lagen eingearbeitet.

Humus finden wir in mitteleuropäischen Böden nur in den obersten Schichten. Sein Anteil im Boden beträgt 2 bis 8 Prozent. Liegt der Humusanteil im Boden über 10 Prozent, spricht man von einem humushaltigen, sehr stark humosen Boden. Der Humusanteil in Gartenböden liegt in der Regel bei 5 bis 10 Prozent.

Einen groben Anhaltspunkt für den Humusgehalt gibt die Farbe des Bodens: Ein toniger bis lehmiger Boden hat bei einem Humusanteil unter 4 Prozent eine strohgelbe bis hellgraue Färbung. Bei einem Gehalt von 4 bis 6 Prozent nimmt er eine graue oder kastanienbraune bis dunkelbraune Färbung an. Bei einem Humusanteil von 10 bis 12 Prozent wirkt er schwarz. Sandige Böden dagegen sehen bereits bei einem Humusgehalt von etwa 5 Prozent pechschwarz aus. Je nach Feuchtigkeitsgehalt eines Bodens ist die Färbung dunkler oder heller.

Humusbildung in der Natur

Natürliche Böden weisen eine charakteristische Schichtung auf. Innerhalb der oberen Lagen bildet sich Humus. In Waldböden lassen sich die einzelnen Auflagehorizonte gut erkennen: Obenauf liegen im Streuhorizont wenig veränderte Pflanzenreste wie Blätter, Nadeln, Holz und Streu. Diese Feinsubstanz ist locker miteinander verklebt. Diese Auflage bezeichnet man als »L-Lage« vom englischen Wort litter für »Streu«. Der Anteil der organischen Feinsubstanz ist dort niedriger als 10 Prozent.

Im darunterliegenden Vermoderungshorizont finden sich gebleichte Pflanzenreste, deren Struktur nicht mehr erkennbar ist. In der locker verklebten, schichtartig gepackten Masse finden sich Milben, Ausscheidungen von Würmern und Pilzhyphen. Die Bezeichnung »Of-Lage« für diese Schicht leitet sich vom englischen Wort fermentation für »Gärung« ab. Der Anteil der organischen Feinsubstanz steigt auf bis zu 70 Prozent. Das Kürzel »O« steht in der Bodenkunde für den Auflagehorizont (»O« für organic, organisch).

Unterhalb davon liegt der Humusstoffhorizont. Pflanzenstrukturen sind dort nicht mehr erkennbar, doch es findet noch keine Vermischung mit dem Mineralboden statt. Diese »Oh-Lage« genannte Schicht ist nach dem englischen Wort humification für »Humifikation (Humusbildung, Vermoderung)« benannt. Der Anteil an organischer Feinsubstanz liegt bei 50 bis 80 Prozent.

Je nach Boden, Klima und Feuchtigkeitsgehalt entstehen unterschiedliche Humusformen:

Unter günstigen mikrobiologischen Bedingungen bildet sich die günstigste Humusform: der Mull. Durch die Passage im Verdauungstrakt von Würmern vermischt sich mineralisches mit organischem Material zu stabilen Ton-Humus-Komplexen. Es entstehen stabile organo-mineralische Bindungen. Mull hat einen frischen Erdgeruch und einen ausgeglichenen pH-Wert im Bereich von 7.

Auf Böden mit schwacher biologischer Aktivität, auf »untätigen« Böden, bildet sich Rohhumus. Das ist zum Beispiel unter Heide, in Nadelwäldern oder auf sauren Wiesen der Fall. Der Abbau organischer Substanz findet vorwiegend abiologisch statt, es kommt nicht zu einer Vermischung mit mineralischen Bodenteilchen. Saurer Regen fördert die Bildung von sehr saurem Rohhumus.

Bei ungünstigen Bedingungen ist die Streuzersetzung gehemmt und die biogene Vermischung unzureichend. Es entsteht Moder. Auf sauren Böden kommt es leicht zur Moderbildung, etwa auf Sandböden. Es entsteht ein typischer Geruch nach Kartoffelkeller.

Daneben unterscheidet die Bodenkunde zwischen Humusformen, die zumindest teilweise unter Wasser gebildet werden. Dazu zählen zum Beispiel die Niedermoortorfe und die Hochmoortorfe. Noch vor wenigen Jahrzehnten gab man Gartenböden mit Hilfe von Torf organische Substanz bei. Inzwischen stehen die Torfflächen in Mitteleuropa weitgehend unter Naturschutz und der Einsatz von Torf als Zuschlagsstoff für den Boden wird als bedenklich angesehen. Heute achten wir darauf, den Boden durch eine geeignete Bewirtschaftung mit organischer Substanz zu versorgen, indem wir Gründünger einsäen oder konsequente Kompostwirtschaft betreiben.

Kompostierung wandelt organische Substanz in Humusstoffe um – schneller, als die natürlichen Abbauvorgänge ablaufen. Je nach organischer Substanz und Zersetzungsgrad lassen sich Nährhumus und Dauerhumus unterscheiden, siehe auch die Tabelle auf der rechten Seite. Nährhumus ist leicht abbaubar, Dauerhumus dagegen ist beständig, aber zersetzbar. Jedes organische Material wird sowohl in Nährhumus als auch in Dauerhumus eingebaut. Zuerst erfolgt die Zersetzung, dann der Neuaufbau. Die schnell abbaubaren Verbindungen im Nährhumus dienen als ergiebige Nahrungsquelle für Mikroorganismen im Boden. Nährhumus wird weitgehend mineralisiert. Gründüngung und Ernterückstände liefern hohe Anteile dieser leicht umsetzbaren organischen Substanz. Die beständigen Verbindungen im Dauerhumus sind für die Mikroorganismen dagegen schwerer zu zersetzen. Dauerhumus, wie er in reifem Kompost enthalten ist, dient der langsamen, aber anhaltenden Bodenverbesserung. Er verbessert dauerhaft die Bodenstruktur.

Beide Humusformen bewirken eine langfristige Ertragssicherung und haben einen günstigen Einfluss auf die Qualität der Erzeugnisse. Man kann sie sehr grob anhand ihrer Färbung erkennen: Milder, nährstoffreicher Humus ist sattbraun bis schwarz gefärbt. Saurer, nährstoffarmer Humus hat dagegen eine ockerbraune bis rotbraune Farbe.

Einfluss von Humus auf die Bodenqualität

(nach Seitz 1990)

Kalkgehalt und pH-Wert des Bodens und ihre Bedeutung für die Pflanzenernährung

Eine entscheidende Rolle für den Abbau organischer Stoffe und für die Verfügbarkeit von Nährstoffen hat der Kalkgehalt im Boden. Er beeinflusst den Säure-Basen-Haushalt des Bodens, das heißt die Konzentration von Wasserstoffionen (H⁺) in der Bodenlösung, die man als pH-Wert angibt: Sauer entspricht einem pH-Wert von weniger als 7. Es herrscht ein Überschuss an positiver Ladung vor. Neutral sind die Verhältnisse bei einem pH-Wert von 7. Basisch oder alkalisch ist eine Lösung mit einem pH-Wert über 7. Dann ist negative Ladung im Überschuss vorhanden.

Der pH-Wert wirkt sich auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Böden aus. Er beeinflusst die Aktivität der Bodenlebewesen, die Entstehung von Tonmineralien und die Verfügbarkeit von Nährstoffen. Im neutralen bis schwach sauren Bereich sind die Pflanzennährstoffe in der Regel optimal verfügbar. Moorbeetpflanzen wie Rhododendren, Heidekraut, Heidelbeeren oder Heidekraut sind an ein saures Bodenmilieu angepasst. Sie gedeihen bei einem höheren pH-Wert im Boden schlecht. Andere Pflanzen reagieren auf einen zu sauren Boden, indem sie aufgehellte, gelbliche Blätter bilden. Diese Erscheinung, die man Chlorose nennt, geht zurück auf eine verschlechterte Eisenversorgung aufgrund eines zu hohen pH-Wertes. Aufgehellte, chlorotische Blätter sieht man oft bei Rhododendren, die in lehmiger Erde wachsen, oder bei Kartoffel-Rosen auf kalkhaltigen Böden.

Der pH-Wert des Bodens hängt wesentlich ab vom Gehalt an basisch wirkenden Kationen, hauptsächlich von Kalziumionen (Ca²⁺) und Magnesiumionen (Mg²⁺). In unserem meist regenreichen Klima werden diese Ionen leicht in das Grundwasser ausgewaschen. Dazu kommt, dass Pflanzen Kationen wie Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺ und Na⁺ in hohem Maße für ihre Ernährung aufnehmen und somit dem Boden entziehen, was letztlich zu einer Versauerung des Bodens führt. Versorgt man den Boden ab und zu mit zusätzlichem Kalk, gleicht dieser Zusatz den Verlust aus und bindet darüber hinaus negativ geladene Tonmineralien. Kalk, den man in Form von Algenkalk unmittelbar auf den Kompost streut, neutralisiert die beim Abbau entstehenden Huminsäuren und beschleunigt die Rotte. Kalkzugaben verbessern die Qualität von Kompost und beugen einer Bodenversauerung vor.