Als Nährstoffe werden in diesem Zusammenhang Elemente und Verbindungen bezeichnet, die Pflanzen als Primärproduzenten benötigen, um organische Substanz aufzubauen (s. Nahrungskette und Nahrungsnetz im Boden).

Alle natürlichen Elemente kommen im Boden vor und etwa 40-50 sind in Pflanzen nachweisbar. Neben den Grundelementen Kohlenstoff (C), Sauerstoff (O) und Wasserstoff (H), die in Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) enthalten sind, gelten aber nur 13 dieser Elemente als lebensnotwendige Nährelemente. Sie werden in Hauptnährelemente und Spurenstoffe bzw. Spurenelemente differenziert. Hauptnährelemente sind: Stickstoff (N), Phosphor (P), Schwefel (S), Kalium (K), Calcium (Ca) und Magnesium (Mg). Zu den Spurenelementen, die nur in sehr geringen Mengen benötigt werden, gehören Bor (B), Molybdän (Mo), Chlor (Cl), Eisen (Fe), Mangan (Mn), Zink (Zn) und Kupfer (Cu).

Diese Nährelemente werden in der Regel in Form von Ionen als Anionen oder Kationen über die Wurzeln aus der Bodenlösung aufgenommen und auch als Mineralstoffe oder Nährsalze bezeichnet. Sie entstammen der Verwitterung von Mineralen im Boden oder werden bei der Zersetzung der organischen Substanz freigesetzt und mineralisiert (s. Stoffkreisläufe).

Die Nährelemente liegen im Boden in verschiedenen Bindungs- und Zustandsformen vor:

• mineralische Bindung: Die Nährelemente sind im Kristallgitter von Mineralen oder in Molekülen amorpher Verbindungen (z.B. Eisenoxid) gebunden und werden bei Verwitterungsprozessen freigesetzt.
• organische Bindung: Die Nährelemente sind in organischen Verbindungen gebunden und werden bei der Zersetzung der organischen Substanz freigesetzt (z.B. Nucleinsäuren: ? N und P; Proteine: ? N und S; Chlorophyll: ? N und Mg).
• sorptive Bindung: Die Nährelemente sind als austauschbare Anionen und Kationen an mineralischen oder organischen Bodenpartikeln (Austauscher) adsorbiert (s. Ionenaustausch und Austauschkapazität).
• nicht gebunden: Die Nährelemente liegen als ungebundene Ionen in der Bodenlösung vor und können von den Pflanzen direkt aufgenommen werden.

In der Regel sind über 98% der Nährelemente im Boden mineralisch oder organisch gebunden. Nur etwa 2% kommen an den Austauschern sorbiert bzw. ungebunden in der Bodenlösung vor. Bis auf Stickstoff, Schwefel und Phosphor sind die Nährelemente primär mineralisch gebunden (vgl. SCHROEDER 1992, S. 136-138).

Abhängig von den verschiedenen Bindungsformen sind die Nährelemente im Boden unterschiedlich verfügbar. Nährelemente, die fest in mineralischen oder organischen Bodenbestandteilen gebunden sind, gehören zur Reservefraktion . Sie werden erst durch intensive Verwitterungs- und Zersetzungsprozesse mobilisiert (s. Abb.). Zur nachlieferbaren Fraktion zählen die Nährelemente, die weniger fest gebunden sind und durch Verwitterung/ Zersetzung oder die Ionen-Ausscheidung der Pflanzenwurzeln im Laufe einer Vegetationsperiode freigesetzt werden können.

Nährelemente, die von Bodenpartikeln adsorbiert sind und gegen Ionen aus der Bodenlösung bzw. von den Pflanzenwurzeln ausgeschiedenen Ionen (H⁺ , OH^- und HCO^3-) ausgetauscht werden können, gehören zur austauschbaren Fraktion. Am leichtesten pflanzenverfügbar ist die lösliche Fraktion , wozu die Nährelemente zählen, die im Bodenwasser gelöst sind und als freie Ionen von den Wurzeln aufgenommen werden können (s. Abb.)

Verfügbarkeit der Nährelemente im Boden und beeinflussende Faktoren (Abb. verändert nach SCHROEDER 1992, S. 139)

Die einzelnen Fraktionen stehen untereinander in einem dynamischen Gleichgewicht und sind unterschiedlich beständig. Durch Verwitterungs- und Verwesungsprozesse sowie Ionenaustauschprozesse werden Nährelemente mobilisiert und verfügbar. Auf der anderen Seite werden sie durch Fixierung in mineralische Bindungen, Einbau in organische Substanzen oder Austauscheradsorption immobilisiert. Darüber hinaus wird das Gleichgewicht durch Zufuhr bzw. Entzug von Nährelementen beeinflusst (s. Abb.), wobei der Nährelemententzug tendenziell die Mobilisierungsprozesse fördert.

Mobilisierungs- und Immobilisierungsprozesse, aber auch Entzug oder Zufuhr von Nährelementen spielen eine wesentliche Rolle im Nährstoffhaushalt des Bodens. Sie werden von zahlreichen Faktoren beeinflusst, insbesondere von der Bodenfeuchte, von der Bodenreaktion und vom Redox-Potential. So fördert eine zunehmende Bodenfeuchtigkeit z.B. die Mobilisierungsprozesse.

Weitere Informationen:

• Ionenaustausch und Austauschkapazität
• Bodenreaktion
• Redox-System und Redox-Potential
  

Literatur:

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.