Böden
enthalten zahlreiche Reduktions- und Oxidations-Systeme,
in denen gekoppelte Reduktions- und Oxidationsprozesse
ablaufen wie z.B. Ammonifikation (= Reduktion von Nitrat
zu Ammonium) und Nitrifikation (= Oxidation von Ammonium
zu Nitrit und Nitrat).
Insbesondere in der Bodenlösung finden
ständig
solche Oxidations- und Reduktionsprozesse (= Redox-Reaktionen)
statt. Bei der Oxidation werden Elektronen abgegeben, z.B.
durch die Bindung von Sauerstoff-Ionen und/oder Abgabe von
Wasserstoff-Ionen, bei der Reduktion Elektronen aufgenommen.
Ein Beispiel:
Da bei Oxidationsprozessen
Wasserstoff(H+)-Ionen produziert und bei Reduktionsprozessen
wieder gebunden werden, wirken sich Redox-Reaktionen grundsätzlich
auf die Bodenreaktion aus.
Als Maß für die oxidierende bzw. reduzierende
Kraft eines Redox-Systems gilt das Redox-Potential (E). Es
bezeichnet das elektrische Potential (in Millivolt (mV)),
das durch den Elektronentransport vom Elektronen-Donator
zum Elektronen-Akzeptor entsteht. Ein hohes Redox-Potential
korreliert mit einer starken Oxidationskraft im Redox-System.
Im Boden variieren die Redox-Potentiale zwischen -300 mV
(= stark reduzierende Verhältnisse) und +800 mV (= stark
oxidierende Verhältnisse).
Hohe Redox-Potentiale, die mit einem Überwiegen von
Oxidationsprozessen einhergehen, sind kennzeichnend für
gut belüftete und sauerstoffreiche Böden mit großen
Anteilen von oxidierten Verbindungen (z.B. Fe- und Mn-Oxide/-Hydroxide,
Nitrate, Sulfate) und weitgehendem Abbau der leicht umsetzbaren
organischen Substanz. Böden mit Sauerstoffmangel und
einer Anreicherung leicht abbaubarer organischer Substanz
dagegen zeichnen sich durch ein niedriges Redox-Potential
aus. Das gilt insbesondere für Grund- und Stauwasser-
sowie Überflutungsböden.
Atmungsprozesse aerober Bodenorganismen,
die Sauerstoff verbrauchen, und Reduktionsprozesse anaerober
Mikroorganismen verursachen eine Erniedrigung des Redox-Potentials.
Parallel dazu steigen die pH-Werte (s. Bodenreaktion),
da bei Reduktionsprozessen Wasserstoff-Ionen gebunden werden
(s.o.). Umgekehrt sinkt mit steigendem Redox-Potential
der pH-Wert, weil durch Oxidationsprozesse Wasserstoff-Ionen
produziert werden.
Insgesamt gesehen beeinflusst das
Redox-Potential verschiedene pedogenetische Prozesse wie
z.B. die Oxidationsverwitterung, Verwesung, Bodenfärbung
und Bodenbildungsprozesse. Darüber
hinaus ist es von ökologischer Bedeutung, insbesondere
im Hinblick auf die Verfügbarkeit oxidier- und reduzierbarer
Nährelemente wie N, S, Fe, Mn und Mo (s. Nährstoffhaushalt)
oder die Freisetzung löslicher Phosphate (durch
Reduktion von FeIII-Hydroxid-Phosphat-Komplexen; s. SCHROEDER
1992, S. 82).
Bei niedrigen Redox-Potentialen
liegen die meisten Elemente und Verbindungen in niedrigeren
Oxidationsstufen vor und weisen in der Regel eine höhere Löslichkeit auf.
Damit sind sie leichter verfügbar für die Pflanzen,
können aber auch schneller aus dem Boden ausgewaschen
werden oder mit anderen Verbindungen reagieren.
Weitere Informationen:
Literatur:
Gisi, U./
Schenker, R./ Schulin, R./ Stadelmann, F.X./ Sticher, H.
(1997): Bodenökologie
- 2. Auflage - Stuttgart; New York: Thieme.
Hintermaier-Erhard,
G./ Zech, W. (1997): Wörterbuch
der Bodenkunde. Stuttgart: Enke.
Scheffer, F./ Schachtschabel,
P. (2002): Lehrbuch der Bodenkunde - 15. Auflage -. Heidelberg;
Berlin: Spektrum Akademischer Verlag.
Schroeder, D. (1992):
Bodenkunde in Stichworten - 5. Auflage - Berlin; Stuttgart:
Borntraeger.
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