WAS IST DER IONENAUSTAUSCH?
Im Boden gibt es mineralische und organische Bestandteile – sogenannte Bodenkolloide. Sie sind an der Oberfläche elektrisch geladen. Somit können sie anders elektrisch geladene Ionen anlagern (Adsorption) oder an die Bodenlösung abgeben (Desorption).
Ionen, die an den Bodenkolloiden bereits anhaften, werden durch Ionen aus der Bodenlösung verdrängt und ausgetauscht. Dies wird als Ionenaustausch bezeichnet.
Bei negativer Ladung wirken die Bodenkolloide als Kationenaustauscher, bei positiver Ladung als Anionenaustauscher. Die meisten Bodenkolloide sind negativ geladen – damit überwiegen die Kationenaustauscher.
Der Ionenaustausch im Boden spielt sich zwischen den Tonmineralen (Kationentauscher) und den Huminstoffen (dienen als Kationen- und als Anionentauscher) ab. Auf leichteren Böden dominiert der Humus, auf schwereren Böden die Tonminerale den Ionenaustausch.
Zu den wichtigsten austauschbaren Kationen im Boden zählen: Ca++, Mg++, K+, Na+ als basisch wirkende Kationen, sowie Al+++ und H+ als sauer wirkende Kationen. Als Anionen sind vor allem NO3-, Cl- und SO4- zu nennen. Sie werden im Boden schwächer gebunden und nehmen bei ihrer Auswaschung ein ungebundenes Kation in den Untergrund mit – das bezeichnet man als Anionenauswaschung.
Der Ionenaustausch vollzieht sich als Interaktionsprozess zwischen Festsubstanz und der flüssigen Bodenlösung. Austauschbar sind alle Ionen, die an den Austauschern sorbiert oder in der Bodenlösung vorhanden sind.
Fest gebundene Ionen im Kristallgitter von Mineralien oder in organischen Substanzen sind nicht austauschbar. Diese können jedoch durch Abbauprozesse im Boden (Verwitterung, Zersetzung), die von Mikroorganismen umgesetzt werden, wieder mobilisiert werden und stehen dann erneut zur Verfügung. Im anderen Fall führen Mineralneubildungen und Humifizierungsprozesse zur Festsetzung von Ionen. Damit verändern sich die Anteile von austauschbaren und immobilen Ionen laufend.
Der Ionenaustausch hat Einfluss auf unterschiedliche Prozesse im Boden. Wie stark dieser Einfluss ist, hängt unter anderem von der Austauschkapazität des Bodens ab. Als Austauschkapazität wird die Summe der austauschbaren Ionen im Boden bezeichnet.
Die Funktion des Bodens als Ionenaustauscher ist eine wesentliche Voraussetzung für die Nährstoffversorgung.
Wurzeln scheiden H+- und HCO3--Ionen, die bei der Zellatmung entstehen, aus.
Diese geben sie an die Bodenlösung ab und nehmen im Austausch dafür äquivalente Mengen von Anionen oder Kationen aus der Bodenlösung auf.
Durch Adsorption der als Nährstoffe fungierenden Ionen (Nährionen) an den Austauschern bleiben diese für die Pflanzen verfügbar und werden vor Auswaschung geschützt. Von der insgesamt für die Pflanzen verfügbaren Menge an Nährionen ist in der Regel immer nur ein geringer Anteil in der Bodenlösung vorhanden. Der Hauptanteil ist an den Austauschern sorbiert und kann durch Ionenabgabe der Pflanzenwurzeln über die Bodenlösung eingetauscht werden.
Da viele Nährionen positiv und die Bodenkolloide überwiegend negativ geladen sind, spielt der Kationenaustausch im Vergleich zum Anionenaustausch die wichtigere Rolle.
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