WAS SIND HUMINSÄUREN?

1. Huminstoffe

Huminstoffe entstehen durch die chemische und biologische Humifizierung von pflanzlichen und tierischen Stoffen (Bild 1.1) und durch die biologischen Aktivitäten von Mikroorganismen.

Typical vegetation of the Tertiary period

Bild 1.1 – Typische Vegetation des Tertiärs.

Die beste Quelle für Huminsäuren sind oberflächennahe Sedimentschichten aus Weichbraunkohle, auch Leonardit genannt. (Bild 1.2, 1.2a,1.3) Geeignetes Leonardit enthält Huminsäuren in sehr hoher Konzentration.

Bild 1.2 - Kohleentstehung
(Moor→ Torf → (Leonardit) → Braunkohle).
(Copyright © Humintech 2018)

Bild 1.2a – Typische Vegetation des Tertiärs.

Bild 1.3 – Überreste eines Mammutbaumes aus dem Tertiär (gefunden in der Kohlengrube Donatus, Deutschland, Rhein-Erft-Kreis,1907).

Die wissenschaftliche Erforschung von Huminsäuren und ihren nutzbaren Eigenschaften hat in Deutschland eine lange Tradition, die mit den Arbeiten des Chemikers Franz Carl Achard (1753-1821) begann. Der kommerzielle Einsatz huminsäurehaltiger Braunkohle z.B. als Farbstoff unter der Bezeichnung „Kölner Braun“ aus dem Kölner Braunkohlerevier und „Kassler Braun“ geht in Deutschland bis auf das 19. Jahrhundert zurück. Im Laufe des letzten Jahrhunderts hat sich die Verwendung von Huminsäuren u. a. im Agrarsektor, der Medizin und im Umweltbereich etabliert. Humintech ist ein deutsches Technologie-Unternehmen mit Sitz in Grevenbroich, das an diese langjährige Tradition anknüpft. Wir bauen den bis zu 70 Millionen Jahre alten Rohstoff ab. Deutschland ist bei weitem der größte Braunkohleproduzent mit 176 Mio.t, gefolgt von China mit etwa 100 Mio. t und den USA mit 75 Mio.t.

Unsere erfahrenen Geologen selektieren die Abbaugebiete der bekanntermaßen hervorragenden deutschen Braunkohlequellen nach niedrigem Schadstoffgehalt und hohem Oxidationsgrad, welcher für die Bioaktivität des Rohstoffs von entscheidender Bedeutung ist. Schon seit Beginn der 70er Jahre wurden Bergbaufolgelandschaften rekultiviert. Seit dieser Zeit entwickeln und produzieren wir huminsäurenbasierte Produkte für die Agrarwirtschaft und andere Bereiche . Wir achten bei der Produktion besonders auf schonende Verarbeitung der Rohstoffe, um ihre bioaktiven Strukturen zu erhalten. Unsere langjährige Erfahrung und patentierte Verfahren sind ein Garant für die einzigartige Qualität unserer Erzeugnisse, die von unseren Kunden weltweit immer wieder bestätigt wird. Unsere Produkte werden in über 70 Ländern an Wiederverkäufer und Formulatoren exportiert und wir zählen heute zu den führenden Produzenten und Exporteuren huminsäurenbasierter Produkte.

Coal formation: (from bog via Lignite to coal)

Untersuchung eines Kohlebettes im Braunkohletagebau Garzweiler II, Deutschland.

Examination of a coalbed at the lignite mining strip site Garzweiler II, Germany

Garzweiler II, Braunkohlentagebau, Deutschland.

Garzweiler II, Braunkohlentagebau, Deutschland.

Garzweiler II, Braunkohlentagebau, Deutschland.

Hauptsitz Humintech, Deutschland.

Huminsäuren und ihre Quellen

Huminstoffe sind in allen Böden und Gewässern zu finden und entstehen aus pflanzlichen Abbauprodukten. Sie lassen sich durch Extraktion in Humin, Huminsäure und Fulvosäure aufspalten. Ihre Salze nennt man Humate und Fulvate. Huminsäure bildet als Hauptfraktion das biologische Zentrum des Humus. Fruchtbare Erde enthält maximal 3% und Torf etwa 3-10 % Huminsäuren. In einer bestimmten Schicht der Weichbraunkohle, die das Stadium der Braunkohle noch nicht erreicht hat, findet man sie in einer Konzentration bis zu 85 %. Diese Weichbraunkohleschicht wird international üblich als Leonardit bezeichnet. Leonardit unterscheidet sich von Weichbraunkohle durch einen höheren Oxidationsgrad und seinen höheren Gehalt an Huminsäuren. Seit der Endeckung hoher Konzentrationen an Huminsäuren in Leonardit ist deren kommerzielle Produktion für die Landwirtschaft drastisch gestiegen.

Das biologische Zentrum und den Hauptanteil natürlicher Huminstoffe bilden die Huminsäuren, die sich wiederum in Huminsäure und Fulvosäure gliedern. (Abb. 1.1, Bild 1.4, 1.5). Huminsäuren bieten eine ausgezeichnete natürliche und organische Möglichkeit, Pflanzen und Böden mit einer konzentrierten Dosis essentieller Nährstoffe, Vitamine und Spurenelemente zu versorgen. Es handelt sich um komplexe Moleküle, die von Natur aus in Böden, Torf, Meeren und Süßwasser vorkommen.

Bild 1.4 – Huminsäure (organisch) bei 35.000 x facher Vergrößerung.
(Copyright © Humintech 2000)

Bild 1.5 – Huminsäure / Fulvosäure.
(Copyright © Humintech 2000)

Leonardit ist eine organische Substanz, die den Zustand der Kohle nicht erreicht hat. Anders als normale Weichbraunkohle weist Leonardit einen höheren Oxidationsgrad auf und enthält einen höheren Anteil Huminsäuren und Carboxylgruppen. Abb. 1.2 zeigt die chemische Extraktion von Leonardit.

Abbildung 1.2 – Isolierung von Huminsäure und Fulvosäure durch Achard (1786).
(Copyright © Humintech 2018)

Bildung von Kohle (Braunkohle) zu Leonardit und deren basische Extraktion zur Gewinnung wasserlöslicher Huminsäuren (Rausa et al.). (fig.1.3)

Nach heutigem Wissensstand besteht Humus nicht aus langkettigen Huminstoffen (Abb. 1.4 A), sondern aus kurzkettigen chemischen Substanzen unterschiedlicher Art (Abb. 1.4 B), die mit Kationen (gelb) und Tonpartikeln Aggregate bilden: Polysaccharide (blau), Polypeptide (grün), aliphatische Gruppen (z.B. Fette) (bordeaux), aromatische Ligninfragmente (braun).
(Quelle: Simpson et al., 2002).

Long chained (A) and short chained (B) humic substances

Abbildung 1.4 – Langkettige (A) und kurzkettige (B) Huminstoffe.
(Copyright © Humintech 2018)

Im Vergleich zu anderen organischen Produkten ist Leonardit äußerst reich an Huminsäuren. Während Leonardit das Endprodukt eines 70 Millionen Jahre währenden Humifizierungsprozesses ist, ist beispielsweise die Entstehungszeit von Torf innerhalb weniger tausend Jahre abgeschlossen.

Leonardit und andere Huminsäurenquellen unterscheiden sich daher in ihrer Molekularstruktur, was die extrem bioaktiven Eigenschaften von Leonardit erklärt. Ihre biologische Aktivität liegt um das Fünffache höher als es bei anderen Huminstoffen der Fall ist. Ein Kilogramm Leonardit entspricht etwa fünf Kilogramm herkömmlicher organischer Huminsäurequellen.

Bezogen auf den Huminsäurengehalt entspricht ein Liter LIQHUMUS®
(Flüssigkonzentrat, Abb.1.6, 1.7) sieben bis acht Tonnen organischer Gülle.

Liquid concentrate of water-soluble humate

Bild 1.6 - Flüssigkonzentrat wasserlösliche Humate.
(Copyright © Humintech 2018)

Bild 1.7 - LIQHUMUS®
(Copyright © Humintech 2018)

Gleichermaßen entspricht ein Kilogramm POWHUMUS®
(konzentriertes Pulver, Abb. 1.8, 1.9) etwa 30 Tonnen Gülle. Leonardit ist jedoch kein Düngemittel.

Concentrated powder of potassium humate

Bild 1.8 – Konzentriertes Kaliumhumatpulver.
(Copyright © Humintech 2018)

Bild 1.9 - POWHUMUS®
(Copyright © Humintech 2018)

Leonardit wirkt als Bodenverbesserer sowie als Biokatalysator und Biostimulator für Pflanzen (Bild 1.10). Im Vergleich zu anderen organischen Produkten fördert Leonardit insbesondere das Pflanzenwachstum (Biomasseproduktion) und die Bodenfruchtbarkeit.

Ein weiterer Vorteil ist seine langfristige Wirksamkeit, da es ähnlich langsam wie Tierdünger, Kompost oder Torf verzehrt wird. Da es sich bei Leonardit um ein Zersetzungsprodukt handelt, tritt es nicht in einen Ernährungswettbewerb mit Pflanzen um Nährstoffe wie Stickstoff. Dies ist bei unvollständig zersetztem Kompost nicht der Fall, bei dem die organischen Substanzen im Boden von Mikroorganismen schnell aufgebraucht werden und ohne jegliche Humusbildung mineralisieren.

Unsere Produkte auf Leonarditbasis verbessern die Bodenstruktur auf bis zu fünf Jahre.

2. WAS HUMINSÄUREN LEISTEN KÖNNEN

Aus aktuellen wissenschaftlichen Studien geht hervor, dass die Fruchtbarkeit des Bodens sehr stark vom Huminsäuregehalt bestimmt wird. Ihre hohe Kationenaustauschkapazität (KAK), der Sauerstoffgehalt sowie die überdurchschnittliche Wasserspeicherkapazität machen sie zu einem wertvollen Werkzeug zur Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit und des Pflanzenwachstums.
Das wichtigste Merkmal der Huminsäuren ist ihre Fähigkeit, unlösliche Metallionen, Oxide und Hydroxide zu binden und bei Bedarf langsam und kontinuierlich an die Pflanzen abzugeben. Aufgrund dieser Eigenschaften wirken Huminsäuren gleich dreifach auf Boden und Pflanze ein: physikalisch, chemisch und biologisch.

2.1. Physikalische Vorzüge:

Huminsäuren verändern die Bodenstruktur physikalisch:

Sie verbessern die Bodenstruktur, in dem sie den hohen Wasser- und Nährstoffverlusten in leichten, sandigen Böden vorbeugen. Gleichzeitig verleihen sie dem Boden durch Zersetzungsprozesse neue Fruchtbarkeit. In schweren, kompakten Böden verbessern sie die Durchlüftung und Wasserhaltefähigkeit, was die Anbaubedingungen wesentlich erleichtert.
Sie beugen Bodenrissen, Oberflächenwasserabfluss und Bodenerosionen vor, indem sie die Bindefähigkeit von Kolloiden erhöhen.
Sie helfen den Boden aufzulockern, was eine bessere Bodendurchlüftung und Bodenbearbeitbarkeit zur Folge hat.
Sie erhöhen die Wasserhaltefähigkeit des Bodens und erhöhen somit die Resistenz gegenüber Tockenperioden und Dürren.
Sie verdunkeln die Farbe des Bodens und begünstigen damit eine höhere Absorption der Sonnenenergie.

2.2. Chemische Vorzüge:

Huminsäuren wirken chemisch auf die Fixationseigenschaften des Bodens ein:

Sie neutralisieren sowohl saure und alkalische Böden, d.h. sie wirken regulierend auf den Boden-pH-Wert.
Sie erhöhen und optimieren die Aufnahme von Nährstoffen und Wasser aus dem Boden in die Pflanze.
Sie erhöhen die Pufferkapazitäten des Bodens.
Sie wirken als natürlicher Chelator für Metallionen unter alkalischen Bedigungen und begünstigen ihre Aufnahme durch die Wurzeln.
Sie sind reich an organischen und mineralischen Substanzen, die eine wesentliche Rolle für das Pflanzenwachstum spielen.
Sie halten wasserlösliche anorganische Dünger im Wurzelbereich der Pflanze und reduzieren damit deren Auswaschung in das Grundwasser.
Sie verfügen über eine extrem hohe Kationenaustauschkapazität.
Sie begünstigen die Umwandlung von Nährstoffen (N, P, K,+ Fe, ZN und andere Spurenelemente) in pflanzenverfügbare Formen.
Sie erhöhen die Stickstoffaufnahme der Pflanze.
Sie vermindern die Reaktion von Phosphor mit Ca, Fe, Mf und Al und stellen ihn der Pflanze in einer freien und günstigen Form zur Verfügung. Das steigert die Effektivität besonders von mineralischen Düngemitteln beträchtlich.
Sie entziehen dem Boden Kohlendioxid aus Calciumcarbonat und ermöglichen dessen Verwendung bei der Photosynthese.
Sie sind wirksam bei Chlorose (Bleichsucht), einer häufigen Eisenmangelerkrankung von Kulturpflanzen.
Sie reduzieren die Verfügbarkeit toxischer Substanzen im Boden.

2.3. Biologische Vorzüge:

Huminsäuren regen biologisch die Pflanze und die Mikroorganismenaktivität im Boden an:

Sie stimulieren Pflanzenenzyme und erhöhen deren Produktion.
In vielen biologischen Prozessen agieren sie als organischer Katalysator
Sie stimulieren das Wachstum und die Vermehrung erwünschter Bodenmikroorganismen.
Sie erhöhen die natürliche Widerstandskraft der Pflanze gegen Krankheiten und Insektenbefall.
Sie stimulieren das Wurzelwachstum, besonders in der Vertikalen, und ermöglichen eine verbesserte Nährstoffaufnahme. Die Wurzelatmung und -ausbreitung Wird verbessert.
Sie begünstigen die Bildung von Chlorophyll, Zuckern und Aminosäuren in Pflanzen und unterstützen die Photosynthese. Der Vitamin- und Mineralgehalt der Pflanze steigt.
Sie verstärken die Zellwände von Früchten, was deren Lagerfähigkeit und Haltbarkeit positiv beeinflusst.
Sie erhöhen die Keimungsrate und Lebensfähigkeit von Saatgut.
Sie stimulieren das Pflanzenwachstum (mehr Biomasse), indem sie die Zellteilung und Ausbildung des Wurzelsystems beschleunigen, was zu einer höheren Trockenmasse bei der Ernte führt.
Sie verbessern die Qualität des Ernteguts; sowohl bezüglich der optischen Erscheinung als auch des Nährstoffgehalts.

Optimale Verwertung von Nährstoffen

Abbildung 2.1 – Gesteigerte Nährstoffspeicherung durch Huminsäuren.
(Copyright © Humintech 2018)

Abbildung 2.2 – Ca-Brücke zwischen Ton und Humus.
(Copyright © Humintech 2018)

Abbildung 2.3 – Wachstum bzw. Ernteertrag werden durch die knappsten Ressource eingeschränkt.
(Copyright © Humintech 2018)

Wirkung im Boden

Vergleichende Darstellung von schweren tonigen, leichten sandigen und humusreichen Böden.
(Copyright © Humintech 2005)

Verdichtete Tonböden

Huminsäuren belüften verdichtete Böden und verbessern deren Struktur. Dadurch können Wasser, Nährstoffe und Wurzeln leichter in den Boden eindringen (s. Bild 2.3, Abb. 2.4, 2.5).

Vergleichende Darstellung von schweren tonigen und humusreichen Böden.
(Copyright © Humintech 2005)

Compacted clay soil without humic substance

Bild 2.3 – Verdichteter Tonboden ohne Huminstoffe.
(Copyright © Humintech 2018)

Compact, hardly penetrable soil structure

Abbildung 2.4 – Kompakte, schwer durchlässige Bodenstruktur.
(Copyright © Humintech 2018)

Humic acids aerate compact soils

Abbildung 2.5 – Huminsäuren belüften kompakte Böden.
(Copyright © Humintech 2018)

Leichte sandige Böden

In humusarmen Sandböden ummanteln Huminsäuren die Sandpartikel, verbessern die Kationenaustauschkapazität (KAK) und erhöhen die Fähigkeit des Bodens, Nährstoffe und Wasser zu halten. Dadurch bleiben Nährstoffe (insbesondere Nitrat) für die Pflanzen verfügbar (s. Bild 2.1, 2.2, Abb. 2.6, 2.7).

Vergleichende Darstellung von leichten sandigen und humusreichen Böden.
(Copyright © Humintech 2005)

Sandy soils without humic substance

Bild 2.1 – Sandige Böden ohne Huminstoffe.

Greening with PERLHUMUS

Bild 2.2 – Begrünung mit PERLHUMUS®.

Sandy soils poor in humus can’t retain nutrients

Abbildung 2.6 – Sandige, humusarme Böden können keine Nährstoffe speichern.
(Copyright © Humintech 2018)

Effect of the cation exchange capacity to sandy soils

Abbildung 2.7 – Einfluss der Kationenaustauschkapazität auf sandige Böden.
(Copyright © Humintech 2018)

Versalzte Böden

Salze werden durch die hohe Kationenaustauschkapazität (KAK) der Huminsäuren gespalten. Kationen (z.B. Ca und Mg) werden gebunden und chelatisiert. Der hohe osmotische Druck im Wurzelbereich wird reduziert (s. Abb. 2.8, 2.9, 2.10, Bild 2.4).

Splitting of salt

Humic acids reduce the effects of salinity

Highly Salinized soil

Bild 2.4 – Stark versalzener Boden.

Saure Böden

Aufgrund ihrer hohen Pufferkapazität neutralisieren Huminsäuren saure Böden, was den säurebedingten Stress in den Pflanzenwurzeln dezimiert. Pflanzenschädigende Elemente, insbesondere Aluminium und Schwermetalle, werden durch die Huminsäuren fest gebunden und immobilisiert. Dadurch wird ihre Toxizität reduziert und aluminiumgebundenes Phosphat freigesetzt (s. Abb. 2.11, 2.12).

Abbildung 2.11 – Vergleichsschema: Sauren Böden ohne und mit Huminsäuren.
(Copyright © Humintech 2020)

Alkalische Böden

Aufgrund des hohen pH-Wertes alkalischer Böden sind viele essenzielle Nährstoffe und Spurenelemente nicht in pflanzlicher Form verfügbar. Huminsäuren puffern den hohen pH-Wert und wandeln Nährstoffe und Spurenelemente durch Komplexbildung in pflanzenverträgliche Formen um. Calciumgebundenes Phosphat wird gelöst und in verfügbarer Form freigestellt.
(s. Abb. 2.13, 2.12).

Effekt auf Wurzelsystem bei Sauren und Alkalischen Böden

Abbildung 2.12 – Huminsäuren schafft im Boden ideale Bedingungen für die Wurzelentwicklung, indem sie z.B. die Nährstoffaufnahme, Bodenbelüftung, Wasserspeicherkapazität, Kationenaustauschkapazität (KAK) und die Bildung von Ton-Humus-Komplexen unterstützen. (PDF)

Erodierte Böden
Durch den Zusatz von Huminsäuren wird organische Substanz im Mutterboden angereichert. Die resultierende verstärkte Wurzelbildung und die Stabilisierung von Ton-Humus-Komplexen reduzieren die Erosion erheblich.

Trockene Böden
Huminsäuren erhöhen die Wasserhaltefähigkeit des Bodens, sodass den Pflanzen auch in Trockenzeiten Wasser zur Verfügung steht. Das beugt sowohl dürrebedingten Stresssituationen für die Pflanzen vor und reduziert gleichzeitig den Verbrauch wertvollen Wassers.

Pestizid-, herbizid- und fungizidbelastete Böden
Huminsäuren erhöhen die Wirksamkeit von Pestiziden, Fungiziden sowie Herbiziden und immobilisieren deren schädliche Rückstände.

3. ÖKOLOGISCHER NUTZEN DER HUMINSÄUREN

Die ökologischen Vorteile der Huminsäuren sind vielfältig: Sie bieten profitable und effektive Lösungen für ökologische Probleme, während sie die Umwelt gleicheitig schonen und bewahren.

3.1 Nitratauswaschung

Böden mit einem hohen Gehalt an Huminsäuren sind ein Garant für eine geringe Nitratauswaschung und optimale Nährstoffeffizienz. Ein infolge des Huminsäurengehalts gut entwickeltes Wurzelsystem verhindert, dass sich Nitrat und Pestizide mit dem Grundwasser vermischen (s.Abb. 3.1). Darüber hinaus ist ein niedriger Nitratgehalt ein Indikator und eine Voraussetzung für den ökologischen Landbau.

Häufig verwenden Landwirte mehr Düngemittel als die Pflanzen aufnehmen können. Die Folge ist eine hohe Nitratkonzentration im Boden, die später im Grundwasser zu finden ist. Das kontaminierte Wasser kann nur durch ein aufwändiges und teures Abwasserbehandlungsverfahren gereinigt werden.

Wichtig: Statt nur die Symptome (Wasserverschmutzung) zu bekämpfen, ist es notwendig, die grundlegenden Ursachen (Nitratauswaschung) anzugehen.

3.2 Übersalzung

Zweitens reduzieren Huminsäuren das Übersalzungsproblem bei der Anwendung wasserlöslicher Mineraldünger. Huminsäuren sind in der Lage, hohe Salzgehalte im Boden zu verringern – und damit auch die resultierenden Toxizitäten. Das gilt vor alle für die NH4-Toxizität ammoniakhaltiger Düngemittel, was gerade für Jungpflanzen von großer Bedeutung ist.

Generell reduzieren Huminsäuren die Wurzelverbrennung, die durch übermäßige Salzkonzentrationen im Boden nach der Befruchtung entsteht, indem sie einer dauerhaft hohen Salzkonzentration entgegenwirken. Darüber hinaus verringern Huminsäuren den für Flüssigdünger typischen unangenehmen Geruch.

3.3 Bodenerosionen

Drittens sind Huminsäuren ein wirksames Mittel zur Bekämpfung von Bodenerosion: Sie erhöhen die Bindefähigkeit von Kolloiden, verbessern das Wurzelsystem und begünstigen das Pflanzenwachstum.

Leonardit- und humatebasierte Produkte sind weltweit durch renommierte Organisationen und Institutionen für den ökologischen Landbau zertifiziert (s. Abb. 3.1).

4. WIRTSCHAFTLICHER NUTZEN VON HUMINSÄUREN

Huminsäuren chelatieren Nährstoffe, insbesondere Eisen, und halten sie in pflanzenverfügbarer Form in Wurzelnähe. Das optimiert die Nährstoffversorgung der Pflanze. Die regelmäßige Anwendung hochwertiger Huminsäuren kann eine Ertragssteigerungen von bis zu 70% bewirken – bei einem um 30% reduzierten Einsatz von Düngemitteln und Pestiziden sowie einem besseren und gesünderen Wachstum von Gräsern, Zierpflanzen, Nutzpflanzen und Wäldern. Darüber hinaus erhöhen sie die Wasserspeicherkapazität des Bodens erheblich, sodass der Wasserverbrauch deutlich reduziert werden kann.

Die besten wirtschaftlichen Ergebnisse zeitigt der Einsatz auf leichten und sandigen, humusarmen Böden sowie auf Rekultivierungsfeldern. In solchen Böden sind die vielfältigen positiven Auswirkungen von Huminsäuren besonders deutlich zu beobachten. Dieser Bodentyp dominiert die Anbauflächen in trockenen und warmen Regionen. Aufgrund der hohen Mineralisierungsrate organischer Substanzen ist die Versorgung solcher Böden mit stabilen Huminsäuren für die Erhaltung und Verbesserung der Bodenfruchtbarkeit unerlässlich.

5. HUMINTECH

HUMINTECH® bietet eine Vielzahl teils jahrzehntelang erfolgreich erprobter Produkten an, die auf die Bedürfnisse verschiedener Bodenverhältnisse und Pflanzen zugeschnitten sind (s. Bild 5.1). Die Bodenbehandlung mit HUMINTECH®-Produkten bewirkt qualitative und quantitative Ertragssteigerungen, während sie die Material- und Arbeitskosten senkt. Die umfangreiche Produktlinie der HUMINTECH® GmbH wird aus Huminstoffen höchster Güte hergestellt und ist darauf ausgelegt, die Beedürfnisse einer gesunden, bewussten und modernen Weltgemeinschaft zu erfüllen.