Taschenlehrbuch Biologie - Evolution - Oekologie

untergeordnete Rolle.
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2.2.6 Mineralstoffe und Boden
    Praktisch alle Mineralstoffe in Lebewesen stammen ursprünglich aus Mineralien in Böden, die bei der Verwitterung freigesetzt und von Pflanzen aufgenommen werden. Dies trifft allerdings nicht für Stickstoff zu. Stickstoff in Ökosystemen stammt ausschließlich aus atmosphärischen Quellen. In terrestrische Ökosysteme gelangt er vor allem durch Stickstoff-fixierende Mikroorganismen wie Cyanobakterien und Wurzelsymbionten, insbesondere den mit Leguminosen assoziierten Rhizobien ( Mikrobiologie , Botanik ). Stickstoff muss deshalb im Laufe der Entwicklung von Ökosystemen erst angereichert werden, wobei anfänglich vor allem Cyanobakterien eine dominierende Rolle spielen. Im Laufe dieser Anreicherung baut sich Humusmaterial auf und es etablieren sich interne Mineralstoffkreisläufe ( Siehe hier , hier ).
Verwitterung und Bodenbildung
    Unter Verwitterung versteht man die Freisetzung von Mineralstoffen aus dem mineralischen Bodenkörper (Gesteinen) durch äußere Einwirkungen, insbesondere durch Oxidation und durch Säuren ( Siehe hier ). Gesteine bestehen entweder aus erkaltetem Magma oder aus Sedimenten. Quelle von Mineralien sind Silikate , die aus Silicium-Sauerstoff-Tetraedern aufgebaut sind. In magmatischem Gestein liegen diese als Primäre Silikate vor, die sich in ihrem Gehalt an Mineralien und deren Löslichkeit stark unterscheiden. In vielen Silikaten ist ein Teil der Si 4+ -Ionen durch Al 3+ -Ionen ersetzt, wodurch diese negativ geladen sind. Diese negative Ladung wird durch weitere Kationen, insbesondere K + , Na + , Ca 2+ und Mg 2+ , neutralisiert. Die in Graniten und Basalten enthaltenen Feldspäte sind beispielsweise reich an Na + , K + , Ca 2+ und Mg 2+ . Glimmer enthält dagegen neben Al 3+ vor allem K + . Die Freisetzung dieser Kationen aus Primärsilikaten ist abhängig von der Kristallstruktur der Silikate sowie dem Anteil von Aluminiumionen und anderer Kationen, insbesondere auch von Eisen, das oxidiert werden kann. Durch die Verwitterung von Primärsilikaten entstehen Sekundärsilikate ( Tonmineralien ), die aus zwei oder drei übereinander geschichteten Lagen von Si 4+ -Tetraedern und Al 3+ -Oktaedern bestehen (Blattsilikate). In den Zwischenschichten dieser Mineralien werden Kationen eingelagert, die durch Schwellungsprozesse im Austausch gegen Protonen freigesetzt werden können. Sedimentgesteine bestehen im Gegensatz zu magmatischem Gestein vor allem aus Sekundärmineralien.
    Als Boden bezeichnet man die durch physikalische, chemische und biologische Verwitterung und Umlagerung aus den Ausgangssubstraten entstandene oberste Kruste des Festlands. Parallel zu Verwitterungsprozessen tritt dabei eine mehr oder weniger starke Anreicherung von organischer Substanz auf. Der stark mit organischer Substanz durchsetzte obere Boden wird als A-Horizont bezeichnet, unterhalb dieses Horizonts folgen meist Verwitterungshorizonte, in denen keine biogene Einmischung von organischem Material erfolgt ( B-Horizont ). Darunter folgt das unverwitterte Ausgangsgestein ( C-Horizont ). Bodenleben beschränkt sich weitgehend auf die obersten Bodenschichten, meist befinden sich >90 % der tierischen Organismen in den obersten 10 cm eines Bodens bzw. in der darüber liegenden organischen Auflage (Abb. 2. 22 , Siehe hier ).

    Abb. 2. 22 Horizonte. Horizontierung einer sauren Braunerde auf Löss (Fichtenwald, Solling): Auflagehorizonte (L-, F- und H-Schicht), Ah-Horizont geprägt durch Eintrag von Humusmaterial und B-Horizont aus verwittertem Ausgangsgestein (Löss). (Foto von Stefan Scheu, Göttingen.)
    Eine für die Pflanzenernährung wichtige Eigenschaft von Böden ist die Fähigkeit zur Bindung von Kationen an geladenen Oberflächen. Sowohl die Oberflächen von Tonmineralien als auch von Humussubstanzen sind vor allem negativ geladen. Bei Tonmineralen liegt dies daran, dass Si 4+ - teilweise durch Al 3+ -Ionen ersetzt werden, in Humussubstanzen liegen bei höheren pH-Werten deren Carboxyl-, Carbonyl- und Enolgruppen in deprotonierter Form vor. Pflanzen geben über ihre Wurzeln Protonen ab, die an Oberflächen von Tonmineralien und an Humussubstanzen gebundene Kationen austauschen. Pflanzen tragen damit zur Versauerung von Böden bei; Pflanzengewebe ist dagegen mit Kationen angereichert, die bei der Zersetzung von Pflanzenrückständen wieder frei werden. Organische Auflagen von Böden sind deshalb in der Regel basenreicher als der darunterliegende Mineralboden.