Bodenkundliche Grundlagen II

Transcrição

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Inhaltsverzeichnis
I. Bodenentwicklung in Mitteleuropa............................................................................2
A. Kalkserie..............................................................................................................2
1. Rendzina .........................................................................................................2
2. Terra fusca ......................................................................................................3
B. Mergelserie..........................................................................................................4
1. Pararendzina ...................................................................................................5
2. Parabraunerde ................................................................................................5
3. Fahlerde ..........................................................................................................6
C. Silikatserie...........................................................................................................8
1. Syrosem ..........................................................................................................8
2. Lockersyrosem ...........................................................................................9
3. Ranker .............................................................................................................9
4. Regosol ...........................................................................................................9
5. Braunerde........................................................................................................9
6. Podsol .............................................................................................................9
D. Tonserie ............................................................................................................14
E. Stauwasserböden ..............................................................................................14
1. Pseudogley ...................................................................................................14
2. Stagnogley ....................................................................................................15
F. Grundwasserböden ...........................................................................................17
1. Auenböden....................................................................................................17
2. Marschen.......................................................................................................17
3. Gleye..............................................................................................................18
II. Bodenentwicklung in den Tropen ......................................................................19
1. Tropen als Raum der Bodenbildung ..................................................................19
2. Die wichtigsten tropischen Böden......................................................................22
A. Böden der immerfeuchten Innertropen ..........................................................22
1. Ferralsole...................................................................................................24
2. Nitisole.......................................................................................................26
3. Acrisole......................................................................................................26
4. Alisole ........................................................................................................27
5. Lixisols ......................................................................................................28
6. Plinthisols..................................................................................................29
B. Böden der wechselfeuchten Subtropen .........................................................30
1. Vertisole.....................................................................................................30
2. Planosol.....................................................................................................32
C. Böden der ariden Tropen...............................................................................33
1. Solonchak..................................................................................................37
2. Soloneze ....................................................................................................38
3. Gypsisols...................................................................................................38
4. Calcisols ....................................................................................................39
5. Andosole ...................................................................................................40
III. Bodensystematik ..................................................................................................45
1. Einführung .........................................................................................................45
2. Geschichte der Bodensystematik ......................................................................45
3. US-Soil-Taxonomy.............................................................................................46
4. System der FAO-Weltbodenkarte ......................................................................46
5. Beispiel der Gliederung von Böden nach der deutschen Systematik ................47
Inst. Boku Waldern. / Grundl. Bodenkunde II / Überarbeitete Version / SS 00
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I. Bodenentwicklung in Mitteleuropa
Wesentliche bodenbildende Faktoren sind das Gestein, das Klima, die Vegetation,
menschliche Einflüsse (Nutzung, Deposition) und die Zeit.
Um die Bodenentwicklung und die entstehenden Bodentypen zu systematisieren,
kann man z. B. charakteristische, häufiger vorkommende Gesteinsgruppen einer
Klimaregion zusammenfassen und sog. "Gesteinsserien" bilden:
A. Kalkserie
Kalkstein liegt vor, wenn Carbonat > 75 %
Die Carbonatserie beginnt mit dem Carbonat-Syrosem mit der Horizontfolge Ai-mC,
der nächste Bodentyp dieser Entwicklungsreihe ist die Rendzina.
1. Rendzina
1.1 Profil: Ah-(Cv)-mCn
1.2 Name: poln. "Rauschen" des Pfluges an Steinen aufgrund der Flachgründgkeit
1.3 Entwicklung, Eigenschaften: Schlüsselprozesse in Rendzinen sind die
Lösungsverwitterung (Kalklösung) und Humusanreicherung. Der Ca-Reichtum führt
zu einer "chemischen Fixierung" von Huminsäuren als Ca-Humate, daher sind
Rendzinen häufig humusreich (meist über 5 % Humus im Ah). Primäre Minerale
sind kaum verwittert (warum wohl?). Aufgrund der günstigen Bodenreaktion ist der
Mineralboden biologisch sehr aktiv, der Ah besteht zum größten Teil aus biogenen
Krümeln, daher gute Durchlüftung.
Die alkalische Bodenreaktion führt zu einer starken Immobilisierung von
Schwermetallen (z. B. Mn, Fe, Cu), so daß es bei nicht angepaßten Baumarten zu
Mangelchlorosen kommen kann. Behebung des Mangels durch Düngung ist kaum
sinnvoll (Grund??). Auch die P-Verfügbarkeit ist gering.
Rendzinen sind meist trockene Standorte, da ihre Speicherleistung für
pflanzenverfügbares Wasser niedrig ist, und das meist klüftige Ausgangsgestein für
eine rasche Abfuhr von freiem Wasser führt.
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1.4 Verbreitung: häufig auf carbonatischen Sedimentgesteinen deutscher
Mittelgebirge und in den Kalkalpen, im Mittelmeerraum treten sog. trockene
"Xerorendzinen" auf.
1.5 Nutzung: meist Wald,- warum wohl?
2. Terra fusca
2.1 Profil, Prozess: Carbonatgesteine enthalten 1 - 5 % nicht-carbonatische
Lösungsrückstände. Bei der Carbonatlösung bleibt dieser nicht-carbonatische
Lösungsrückstand der Gesteine zurück. Er besteht hauptsächlich aus Tonmineralen
und Oxiden und liegt in der Kornfraktion "Ton" vor. Den mineralischen Horizont, der
aus diesem Lösungsrückstand besteht, und in dem eine Strukturbildung durch
Quellen und Schrumpfen der Tone stattfindet, bezeichnet man als T-Horizont, den
Bodentyp als Terra fusca (früher Kalksteinbraunlehm): Ah-T(Bav)-kmC .
2.2 Vorkommen: auf erosionsfernen Lagen, vergesellschaftet mit Rendzinen oder
Parabraunerden.
2.3 Eigenschaften: schwer bearbeitbar, daher meist Grünland oder Wald. Landwirte
bezeichnen solche Böden als "Stundenböden", da sie nur "stundenweise" bearbeitet
werden können, in nassem Zustand verschmieren sie, in trockenem Zustand sind sie
zu hart.
Folgende
Schlüsselprozesse
prägen
die
Böden
der
Kalkserie:
Entcarbonatisierung, Humusanreicherung und Strukturbildung.
- Entcarbonatisierung (Syrosem und Rendzina). Die Kalklösung ist ein kinetisch
relativ schneller Prozeß, so daß man chemische Gleichgewichte berechnen und
damit die Geschwindigkeit der Kalklösung abgeschätzen kann. In Abb. 1 ist der
Verlust an Kalkgestein in mm pro Jahr dargestellt unter Berücksichtigung bekannter
Lösungs- bzw. Dissoziationsgleichgewichte der Kohlensäure, des Calcits und der
CO2-Löslichkeit, sowie des spezifischen Gewichtes des Calcits. Unabhängige
Variable ist der vom CO2-Partialdruck gesteuerte pH-Wert der Bodenlösung,
Hilfsvariable ist die Sickerrate. (Wie man so etwas berechnet, wurde im
Sommersemester dargelegt).
Man sieht, daß der pH-Wert der Bodenlösung < 7.5 und die jährliche Sickerrate
> 50 mm sein muß, damit es zu einer merklichen Kalklösung und damit zu einer
Anreicherung eines nicht-carbonatischen Lösungsrückstandes kommt. Unterstellen
wir einen pH-Wert der Bodenlösung von 7.2, Sickerraten von 200 mm / a und 5 %
nicht-carbonatischen Lösungsrückstand, dann wären in 10 000 Jahren ein 20 m
mächtiges Kalkpaket gelöst und ein Kalkverwitterungslehm mit der Mächtigkeit von
1 m entstanden. Solche Betrachtungen sind z. B. hilfreich, wenn man abschätzen
will, ob historische menschliche Nutzungen zu einer Erosion von entkalktem
Bodenmaterial geführt haben oder ob entcarbonatisierte Bodenhorizonte auf
Umlagerungsprozesse zurückgeführt werden müssen.
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Abb. 1: Kalklösung bei
Gleichgewichtsbedingun
gen (in mm / a) in
Funktion vom pH-Wert
der Bodenlösung und
der jährlichen Sickerrate
(Sickerraten von 50 mm
(= unterste Linie) bis
1050 mm (= oberste
Linie)
- Humusanreicherung findet in allen Böden statt. Der Humusgehalt ist ein
Fließgleichgewicht aus Streuanlieferung und Streuabbau. Beim Streuabbau
entstehen sog. "Huminsäuren" unterschiedlicher Molekülgröße und unterschiedlicher
Azidität. Bei Anwesenheit von Carbonat sorgt das in der Bodenlösung überreichlich
vorhandene Ca2+ für eine Fällung und eine Fixierung von stark lichtadsorbierenden
Ca-Humaten. Aus diesem Grund ist der Ah-Horizont von Rendzinen meist tief
schwarz gefärbt.
- Strukturbildung. Insbesondere im T-Horizont der Terra fusca entsteht ein
polyedrisches Absonderungsgefüge durch Quellen und Schrumpfen der in der
Tonfraktion enthaltenen Tonminerale. Quellen und Schrumpfen verlaufen jedoch
nicht symmetrisch, denn der im Zustand höchster Austrocknung erreichte
Schrumpfungszustand ist nicht mehr voll reversibel. D. h. auch im Zustand voller
Wassersättigung (z. B. nach mehrtägigem Landregen) behält ein Tonboden seine
Struktur weitgehend und zerfließt nicht zu einem unfruchtbaren Zweiphasengemisch
aus Ton und Wasser. Der physikalische Grund dafür, daß Tonböden ein
"Langzeitgedächtnis" für den Zustand der größten räumlichen Nähe ihrer
Tonteilchen besitzten, hängt mit der Oberflächenspannung des Wassers zusammen,
ist nicht ganz trivial, und wird u. a. in vertiefenden Lehrangeboten erläutert.
In Rendzinen überwiegt im Ah-Horizont die biogene Strukturbildung durch
Bodentiere (z. B. Wurmlosungsgefüge).
B. Mergelserie
Unter Mergel versteht man Gesteine (locker oder fest) mit 25 - 75 % Carbonat. Eines
der am häufigsten vorkommenden Mergelgesteine in der Umgebung Freiburgs ist
das äolische Sediment "Löß" (= Schluffmergel). Gesteine mit weniger als 25 %
Carbonaten werden als "mergelig" bezeichnet. (Obwohl Lösse z. T. weniger als
25 % Carbonat besitzen, werden sie zu den "Schluffmergeln" gerechnet.)
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Die Mergelserie beginnt mit dem Carbonat-Lockersyrosem. Der nächste Bodentyp
der Entwicklungsreihe: Pararendzina.
1. Pararendzina
FAO: calcaric Regosol
1.1 Profil, Entwicklung: Entwicklung aus Löß, Geschiebemergel, carbonathaltigen
Terrassenschottern.
1.2 Verbreitung: Als Klimaxstadien nur in semiariden Gebieten denkbar (z. B.
Kaiserstuhl), sonst Erosionslagen bei landwirtschaftlicher Nutzung (z. B. Weinbau).
1.3 Nutzung: C-Horizont als Lockergestein i. d. R. durchwurzelbar, daher häufig
landwirtschaftlich genutzt, idealer Weinbauboden warmer Regionen Mitteleuropas.
2. Parabraunerde
2.1 Profil: Ah-Al-Bt-(Bv)-C
2.2 Name: soll Verwandtschaft zur Braunerde (die eigentlich gar nicht besteht)
signalisieren (FAO: Luvisol, (BS im B > 50 %) sonst Acrisol).
2.3 Entwicklung: Nach der Entcarbonatisierung ist die Bodenlösung elektrolytarm.
Dies begünstigt eine Dispergierung und Verlagerung von Kolloiden (Humus,
Tonminerale, Oxide).
2.4 Verbreitung: Parabraunerden sind die am weitesten verbreiteten Bodentypen der
gemäßigt humiden Gebiete Mitteleuropa und Nordamerikas.
2.5 Eigenschaften, Nutzung: Parabraunerden sind i. d. R. sehr fruchtbare
Ackerstandorte, weniger wegen ihrer bodenchemischen Eigenschaften, sondern
wegen der hohen Speicherleistung an pflanzenverfügbarem Wasser. Nachteilig ist
ihre "physikalische Labilität", d. h. sie können durch Bewirtschaftungsfehler sehr
leicht verformt werden und dabei ihre günstige Porengrößenverteilung einbüßen,
wobei es dann zu O2-Mangel kommen kann.
Die Tonverlagerung führt im Bt-Horizont zu einer Einlagerungsverdichtung, im
Unterboden kann daher Luftmangel auftreten. Durch wiederholten Fichtenreinanbau
kann aufgrund der flachen Durchwurzelung (Fichtenwurzeln haben einen sehr
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hohen Sauerstoffbedarf) der negative Duchlüftungsgradient autokatalytisch verstärkt
werden.
3. Fahlerde
Wenn der tonverarmte Oberboden durch zusätzliche Auswaschung von
Huminsäuren deutlich aufgehellt ist (Prozeß der Posolierung, s.u.), entsteht ein AelHorizont, und es liegt eine Fahlerde vor.
Die Schlüsselpr33ozesse der Entcarbonatisierung und Humusanreicherung
verlaufen analog der Kalkserie. Bodenchemisch besteht also eine enge
Verwandtschaft zwischen den frühen Entwicklungsstadien von Kalk- und
Mergelserie. Ökologisch besteht jedoch ein großer Unterschied, da innerhalb der
Mergelserie bereits die Rohböden einen durchwurzelbaren und zur
Wasserspeicherung fähigen C-Horizont besitzen und daher landwirtschaftlich
genutzt werden können. So können z. B. nach Rebflurbereinigungen im Lößgebiet
die dabei entstehenden Carbonat-Lockersyroseme sofort für den Weinanbau
genutzt werden.
Der charakteristischste Schlüsselprozeß der Mergelserie ist die Tonverlagerung,
die den Bodentyp der Parabraunerde prägt.
- Tonverlagerung: Transport von Kolloiden und Partikeln. Neben gelösten
Bestandteilen kann die Bodenlösung auch Kolloide und kleine Partikel (meist
< 0.2 µm) transportieren. Folgende physikalischen, mineralogischen und
bodenchemischen Bedingungen fördern diesen Prozess, der Tonverlagerung oder
Lessivierung genannt wird:
• Es müssen ausreichend Grobporen vorhanden sein, damit Phasen mit hoher
Beweglichkeit des Porenwassers über größere Distanzen (bis zu einigen dm)
auftreten können.
• Es
müssen
dispergierbare
Primärsubstanzen
vorliegen,
solche
Primärsubstanzen sind in erster Linie quellbare Tonminerale (vor allem
Smectite), aber auch Huminstoffe und Sesquioxide. (Man sollte nicht die
Begriffe Ton und Tonminerale verwechseln: Ton ist ein Korngrößenbegriff:
∅ < 2 µm, Tonmineral ein mineralogischer Sammelbegriff für bodenbürtige
Schichtsilikate.)
• Die Bodenlösung muß arm an koagulierend wirkenden Ionen sein. Dies wird
einerseits gefördert durch eine insgesamt elektrolytarme Bodenlösung,
andererseits durch die spezielle Abwesenheit mehrwertiger Kationen (z. B. Ca2+,
Al3+). Damit ist z. B. klar, daß eine Tonverlagerung kaum ablaufen wird, solange
freies Carbonat in der Feinerde vorliegt. Ist dies der Fall, ist aufgrund der relativ
hohen Carbonatlöslichkeit stets soviel Ca2+ in der Bodenlösung, daß es nicht zu
einer Peptisierung von Kolloiden kommen kann. In stark sauren Böden
(pH < 4.2) werden Al-Oxide und Hydroxide instabil und es kommt zu einer
Ausschüttung des stark flockenden Al3+ in die Bodenlösung, d. h. also auch bei
stark saurer Bodenreaktion kann eine Tonverlagerung nicht stattfinden.
Begünstigt wird die Tonverlagerung dagegen von Bodenreaktionen zwischen
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pH 6 und pH 5, da hier der Ionengehalt und insbesondere der von flockenden
Ionen in der Bodenlösung gering ist.
Die kolloidal gelösten oder suspendierten Tonteilchen werden dort abgelagert, wo
die Bedingungen zur Dispergierung nicht mehr wirksam sind (z. B. bei einem pHGradienten oder einem Konzentrationsgradienten mit der Bodentiefe, bzw. wenn der
Sickerwasserfluß stark verlangsamt wird). Die Tonteilchen werden an
Aggregatoberflächen und Porenwänden abgelagert und bilden dort sog.
"Toncutane". Da meist auch Oxide und Huminstoffe kolloidal mitverfrachtet werden,
haben die Toncutane häufig eine dunklere Färbung als die übrige Bodenmatrix.
Dadurch kann man sie auch von sog. "stress-cutanen" unterscheiden, die durch
das Quellen und Schrumpfen von tonigen Aggregaten entstehen können.
Durch den Prozess der Tonverlagerungen können im Verlauf der Bodenentwicklung
gewaltige Substanzmengen verfrachtet werden. Man schätzt, daß in Böden aus
Würm-Löß seit Beginn der Bodenbildung vor ca. 10 000 Jahren 40 - 100 kg Ton pro
m2 verlagert wurden. Die Tonverlagerung dürfte heute in Waldböden kein
flächenhaft bedeutender Prozeß mehr sein, da die meisten nicht-carbonatischen
Standorte zu sauer sind.
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C. Silikatserie
In der Umgebung Freiburgs sind die häufigsten Silikatgesteine, auf denen sich die
Böden der Silikatserie entwickeln: Granit, Gneis und Buntsandstein. Alle diese
Gesteine enthalten Silikate, die man als Salze der Ortho-Kieselsäure auffassen
kann. Da die Si-O-Si Bindung sehr stabil ist, sind Silikate äußerst schwer löslich. Die
Lösungsverwitterung der Silikate läuft daher um Größenordnungen langsamer ab als
die der Carbonate, so daß im gemäßigt humiden Bereich keine
Lösungsgleichgewichte erreicht werden (d. h., die Reaktionsprodukte sind mit dem
Sickerwasser längst abgeführt, bevor die Reaktion der Silikatlösung ihr
Gleichgewicht erreicht; es ist lohnend, über die ökologischen Konsequenzen dieser
Tatsache nachzudenken!)
1. Syrosem
1.1 Profil: Rohboden aus Festgestein Ai-mC-Profil, humoser Horizont < 2 cm
1.2 Name: russ. "roher Boden", FAO: Lithosol
1.3 Entwicklung: nur Humusakkumulation, kaum chem. Veränderung des Gesteins,
Übergangsstadien zu Rendzinen oder Rankern.
1.4 Eigenschaften: Flugstaubakkumulation, extrem wechseltrocken, Standort für
Moose und Flechten.
1.5 Verbreitung: Erosionslagen, Bauwerke.
1.6 Nutzung: keine
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2. Lockersyrosem
2.1 Profil: Ai-lC, Lockermaterial > 30 cm
2.2 Name: FAO: Regosol
2.3 Entwicklung: Übergangsstadien zu Regosolen, Pararendzinen, Pelosolen
2.4 Eigenschaften: Ökologisch wie ein "echter" Boden, da tiefgründig
durchwurzelbar.
2.5 Verbreitung: z. B. Dünen
3. Ranker
3.1 Profil: Ah-mC
3.2 Name: Rank = Berghalde, Steilhang
3.3 Verbreitung: Felsrippen der Mittelgebirge (Kaiserstuhl: quarzfreie Ranker auf
Tephrit)
3.4 Nutzung: Grünland oder Wald
4. Regosol
4.1 Profil: Ah-lC, Lockergestein max. 30 cm, CaCO3 < 2 %
4.2 Name: griech. rhegos = Decke
4.3 Verbreitung: häufig landwirtschaftliche Erosionslagen
5. Braunerde
5.1 Profil: Ah-Bv-C
5.2 Name: von RAMANN, FAO: Cambisol wie Ranker u. Regosole
5.3 Entwicklung: gehen aus Rankern, Regosolen oder aus Pararendzinen hervor
Voraussetzung: Entcarbonatisierung
5.4 Eigenschaften: variieren in weiten Bereichen, je nach primärer Ausstattung des
Ausgangsgesteins, basenreiche Braunerden sind in Mitteleuropa jedoch äußerst
selten.
5.5 Nutzung: häufig Waldstandort, aber auch ackerbauliche Nutzung (Düngung,
Wasserzufuhr)
6. Podsol
6.1 Profil: Ol-Of-Oh-Ahe-Ae-Bh(s)-Bs-C
6.2 Name: russ: "Ascheboden"
6.3 Entwicklung: Faktoren, welche die Podsolierung begünstigen: hohe
Niederschläge,
niedrige
Jahresmitteltemperatur,
"basenarme"
Gesteine,
durchlässiges Substrat, Nadelhölzer, Ericaceae
• sekundäre Podsole aus Braunerden und Parabraunerden
• primäre Podsole aus Rankern
• mit und ohne anthropogenen Einfluß
6.4 Verbreitung: kalt bis gemäßigt humide Breiten, im Schwarzwald häufig an
Hängen, bes. an Südhängen
6.5 Eigenschaften: Nährstoffarmut
6.6 Nutzung: Mittelgebirge: Wald, in der Ebene können Podsole durch Düngung
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fruchtbar gemacht werden, Problem: sog. "Ortsteinhorizonte", d. h. verhärtete BhsHorizonte, welche die mechanische Gründigkeit begrenzen; Abhilfe: Tiefumbruch
6.7 Prozeß: Podsolierung: abwärts gerichteter Transport von gelösten organischen
Säuren, die bei vorwiegend pilzlichem Streuabbau anfallen, und die mit Eisen,
Aluminium und anderen Metallen sog "Komplexe" bilden können. Es kommt dann zur
vertikalen Verlagerung dieser metallorganischen Komplexe, was am Ort ihrer Abfuhr
zu einer Bleichung (Ae-Horizont), am Ort ihrer Ablagerung (Bsh-Horizont) zu einer
Braunfärbung der Bodenmatrix führt.
Unter einem "metallorganischen Komplex" versteht man eine Verbindung, in der die
Nebenvalenzen eines Zentralatoms (z. B. Fe, Al, Pb, Cu) durch sog.
"Ligandenelektronen" einer organischen Verbindung aufgefüllt werden. In
Huminsäuren gibt es zahlreiche Gruppen, die solche Ligandenelektronen zur
Verfügung stellen können, z. B. die häufige Carbonylgruppe. Komplexe sind meist
sehr stabile Verbindungen. Ein Sonderfall der Komplexbildung sind die sog.
"Chelate", die dann entstehen, wenn die komplexierende organische Substanz zwei
funktionelle Gruppen besitzt, die Ligandenelektronen zur Verfügung stellen können.
Das Zentralatom wird dann gewissermaßen "in die Zange genommen".
Aufgrund der komplexierenden und chelatisierenden Eigenschaften von
Huminsäuren könnte man den Humus als einen "Schwermetallfänger"
bezeichnen. Denken Sie über die ökologischen Konsequenzen nach!
Die Wiederausfällung der Huminsäuren erfolgt entweder durch pH-Gradient,
abnehmende Löslichkeit bei steigendem Metall/Kohlenstoff-Verhältnis, oder auch
nur bei Stagnation der Sickerwasserbewegung. Der Ort der Wiederausfällung ist der
Bsh-Horizont. Häufig erfolgt eine räumliche Trennung in Bh-Horizont (gelöste
organische Substanz wird ausgefällt und gibt die co-transportierten Metalle frei) und
Bs-Horizont.
Zentrale Prozesse der Silikatserie:
− Humusakkumulation
− Verbraunung
− Verlehmung
− Gefügebildung
− Podsolierung
Dabei sind Verbraunung und Verlehmung die braunerdetypischen Prozesse,
Podsolierung der podsoltypische Prozeß, Humusakkumulation und
Gefügebildung laufen in allen Böden ab!
- VERBRAUNUNG und VERLEHMUNG sind die wichtigsten "in-situ-Prozesse" im
Mineralkörper einer Braunerde.
Verbraunung: Zweiwertiges Eisen, das in den Kristallgittern von Silikaten (z. B.
Feldspäte, Glimmer) gebunden ist, wird freigesetzt und oxidiert. Häufige Oxide
der Böden gemäßigt humider Zonen: Ferrihydrit (amorph) und Goethit
(kristallin). Die braune Farbe vieler unserer Böden ist auf diese Oxide
zurückzuführen.
Treibendes Agens der Verbraunung ist die Versauerung:
Quellen der Versauerung:
− natürliche
− Wirkung der Kohlensäure
− Export basischer Salze
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− Kationenüberschuß in der Biomasse
− Oxidation von S und zweiwertiger Metalle
− Nitratauswaschung, Entkopplungen des N-Kreislaufs
− anthropogene
− Biomasseexport
− Nitratauswaschung bei N-Depositionen
− Deposition von Ammonium und Mineralsäuren
Verlehmung: aus Fragmenten der Silikatverwitterung (z. B. von Feldspäten und
Glimmern) entstehen bodeneigene Schichtsilikate, sog. Tonminerale.
Die Bildung sekundärer Tonminerale ist ein schönes Beispiel dafür, daß der
langfristig unvermeidliche Strukturverlust "kaskadenartig", d. h. über strukturierte
Zwischenstufen
abläuft.
Thermodynamisch
bedeutet
das,
daß
die
Entropieentstehung zeitlich gestreckt wird.
Es gibt Hinweise darauf, daß in Waldböden Mitteleuropas eine anthropogen
angetriebene Tonmineralzerstörung abläuft.
Auch Tonminerale können ähnlich wie Huminsäuren Kationen in austauschbarer
Form binden, und zwar aufgrund spezieller Eigenschaften ihrer Gitterstruktur, die
zu einer permanenten negativen Überschßladung führt. Als chemisch stabile
"Speicher" von mittelfristig pflanzenverfügbaren Nährelementkationen kommt den
Tonmineralen eine Schlüsselrolle bei der Bodenfruchtbarkeit zu.
Verbraunung und Verlehmung sind Teilprozesse der Silikatverwitterung. Die
Silikatverwitterung ist chemisch gesehen eine Pufferreaktion, da Protonen
verbraucht werden.
Wechselwirkungen zwischen der Bodenlösung und der Bodenfestphase lassen
sich also auch unter dem ökologisch wichtigen Aspekt der Pufferung
beschreiben. (vgl. Skript Bodenkundliche Grundlagen I)
In den deutschen Mittelgebirgen ist die Verbraunung und Verlehmung bzw.
allgemein der Entwicklungsstand von Böden der Silikatserie nicht allein der
Bodenbildung im Holozän zuzuschreiben. Die Böden tragen dort auch Merkmale
glazialer und periglazialer Vorgänge. Dabei sind in den Mittelgebirgen vor allem die
periglazialen Einflüsse von flächenhafter Bedeutung.
• Periglaziale Vorgänge außerhalb der Vereisungsgebiete
Es herrschte Dauerfrost mit periodischem Auftauen. An den Hängen kam es daher
zu Bodenfließen, sog. Solifluktion. Dabei können verschieden Phasen
ausgeschieden werden, die sich häufig in der Schichtung der Bodenprofile
widerspiegeln.
Zu Beginn kriechen sog. Erdgletscher, d. h. Eis-Bodengemische zu Tal. Diese
Erdgletscher hinterlassen nach dem Auftauen eine dichte Folge mit +/- hangparallel
eingeregelten Steinen
• "Erdgletscher" => Basisfolge
Über diese Basisfolge floss ein wassergesättigter Gesteinsbrei und hinterließ eine
lockere Folge mit ungeregelt gelagerten Steinen
• fließender Gesteinsbrei: => Hauptfolge
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Schließlich kommt es durch Kammeisbildung (kann an Frosttagen an frischen
Wegböschungen beobachtet werden!) zur Emporhebung von Steinen, die darurch
hangabwärts in Bewegung geraten.
• durch Kammeis gerollte Blöcke: => Deckfolge
In Abb. 2 ist die periglaziale Schichtung von Böden der Mittelgebirgshänge
schematisch dargestellt. Diese Schichtung muß nicht immer vollständig sein!
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- HUMUSAKKUMULATION
Das Fließgleichgewicht des Humusgehaltes läßt sich abschätzen, wenn die jährliche
Streumenge (z. B. konstant im Dauerwald) und der mittlere Erhaltungsquotient
bekannt ist.
Aus Abb. 3 ist ersichtlich, daß die mittleren Erhaltungsquotienten für Streu weit über
0.9 liegen müssen (bei 1 fände überhaupt kein Streuabbau statt), wenn es zu einer
nennenswerten Humusanreicherung im Wald kommen soll. Man sieht auch, daß bei
stetig wachsender Humusanhäufung (z. B. Hochmoor) die Erhaltungsquotienten
annähernd 1 betragen müssen. Der mittlere Humusgehalt in Nadelwaldbeständen
Baden-Württembergs liegt bei ca. 300 Tonnen Trs./ha, das entspräche bei einem
jährlichen Streufall von 10 000 kg / ha (incl. input an Wurzelnekromasse) einem
mittleren Erhaltungsquotienten von 0.97. In Abb. 3, unten, ist der der Einfluß des
Streufalls auf die Endmenge an Humus bei einem Erhaltungsquotienten von 0.93
dargestellt. Man sieht, daß bei einem um 0.04 kleinerem Erhaltungsquotient (0.93
statt 0.97) die Endmenge an Humus bei einem Streufall von 10 000 kg / ha / a nur
noch ca. 150 Tonnen pro Hektar beträgt, also nur die Hälfte der Endmenge bei
einem Erhaltungsquotienten von 0.97!
Abb. 3:
Humusakkumulation
in Funktion vom
Erhaltungsquotienten
und vom Streufall
(zugrundeliegendes
Modell vgl. S. 21)
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D. Tonserie
Die Böden der Tonserie entwickeln sich auf verfestigten und unverfestigten
Tongesteinen
Der charakteristische Bodentyp der Tonserie ist der Pelosol, Schlüsselprozeß ist
die abiotische Gefügebildung im P-Horizont. Ökologisch entspricht der Pelosol
weitgehend der Terra fusca aus der Kalkserie (siehe dort). Die deutsche
Bodensystematik unterscheidet jedoch hier nach
der
Herkunft
des
Ausgangsmaterials: Bei der Terra fusca ist es der nichtcarbonatische
Lösungsrückstand von Kalkgestein, beim Pelosol primäres Tongestein.
E. Stauwasserböden
Bei Stauwasserböden prägt sog "Zuschußwasser", d. h. Wasser, das nicht
unmittelbar aus Niederschlägen stammt, sowohl die Merkmale des Bodenprofils als
auch die ökologischen Eigenschaften. Charakteristisch für diese Böden ist, daß sie
längere Zeit ungespanntes Wasser enthalten und damit das luftführende
Porenvolumen nicht ausreicht, permanent aerobe Bedingungen im Solum
aufrechtzuerhalten.
Stauwasserböden sind redoximorphe Böden, das Agens der Redoximorphie ist
Stauwasser.
Es gibt zwei wichtige Bodentypen, die von Stauwasser beeinflußt sind, nämlich der
Pseudogley und der Stagnogley
1. Pseudogley
1.1 Name: dem Gley (=semiterrestrischer Boden!) ähnlich, FAO: stagnic Gleysols
1.2 Profil: Ah-Sw-Sd, man unterscheidet primäre und sekundäre Pseudogleye:
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• primär: aus tonreichem Gestein mit geringer Wasserleitfähigkeit entstanden,
bzw. aus geschichteten Substraten (z. B. Sand über Ton, häufig vorkommend
im Oberen Buntsandstein)
• sekundär: meist aus Paabraunerden entwickelt: Ah-AlSw-BtSd, der BtHorizont wirkt als Staukörper
1.3 Prozess: Redoxomorphose aufgrund immer wiederkehrender Staunässe erfolgt
eine Umverteilung von Eisen und Mangan auf kleiner Distanz aufgrund reduktiver
Mobilisierung, Diffusion und oxidativer Wiederausfällung. Der Grad der
Marmorierung spiegelt meist nicht den Grad der Vernässung wieder, Grund:
Materialien "zeichnen" unterschiedlich, oft ist die Marmorierung (teil-) reliktisch.
1.4 Nutzung: meist Wiesen- oder Waldstandorte, wegen der Frühjahrsstaunässe
ackerbaulich problematisch, Abhilfe durch Dränung meist nicht möglich (schlechte
Wasserleitfähigkeit!) und auch nicht sinnvoll, Möglichkeit der Tiefenbearbeitung mit
biologischer "Fixierung" des grobporenreicheren Unterbodens durch tiefwurzelnde
Pflanzen
1.5 Verbeitung: Niederschlag i. d. R. über 700 mm, in Ebenen und Senken der Lößund Geschiebemergellandschafen
Ein Subtyp des Pseudogleys ist der Haftnässepseudogley: es läßt sich kein
Staukörper und keine Stauzone unterscheiden: tritt auf entweder bei generell
geringer Luftkapazität oder bei körnungsbedingter Porendiskontinuität: z. B. bei
schluffreichem Substrat über sandig-kiesigem Untergrund: hängende Menisken
können aufgrund des engeren Fließquerschnitts im gröber gekörnten und geporten
Substrat nicht entwässern.
2. Stagnogley
2.1 Profil: Aeg-Sew-Sd
2.2 Name: soll geringe Wasserzügigkeit signalisieren, volkstümliche Begriffe:
Molkenboden Missenboden, FAO: Planosols
2.3 Prozess: Naßbleichung, laterale Abfuhr von Fe und Mn, Wiederausfällung, wenn
Stauwasser sauerstoffreicher wird: Vergesellschaftet mit Ockererden; bei
zunehmender Vernässung Übergang zu Moorstagnogleyen und Mooren.
2.4 Nutzung: Für Landwirtschaft ungeeignet, meist Wald, dort häufig durch Stürme
"unfreiwillig kartiert".
2.5 Verbreitung: hochgelegene Verebnungen mitteleuropäischer Mittelgebirge, kühlperhumides Klima.
- REDOXOMORPHOSE: Einfluß von Grund- und Stauwasser (Redoxiemorphie)
Man unterscheidet in der Bodenkunde zwischen Grund- und Stauwasser.
Grundwasser bildet sich, wenn versickerndes Wasser auf undurchlässige Schichten
trifft und als freies, ungespanntes Wasser ständig vorhanden ist. Von Stauwasser
spricht man, wenn die Stauung oberflächennah geschieht und Wasser nicht immer
ganzjährig in freier, ungespannter Form vorliegt.
Das Porenvolumen eines Boden ist entweder mit der Bodenluft oder der
Bodenlösung gefüllt. Da die Sauerstofflöslichkeit in Wasser sehr gering ist, sind die
aeroben Bodenorganismen (inclusive Baumwurzeln aerenchymloser Spezies!) auf
den O2-Gehalt der Bodenluft angewiesen. Bei Böden, in denen der Porenraum meist
oder immer mit Wasser gefüllt ist, kommt es hauptsächlich an der Phasengrenze
Wasser/Luft zu Reduktions- und Oxidationsprozessen, die bleibende Spuren im
______________________________________________________________________________________ 16
Bodenprofil hinterlassen (Redoximorphie). Die Merkmale der Redoximorphie sind
deshalb so auffällig, weil einige Metalle im Boden (z. B. Fe) in mehreren Oxidationsbzw. Reduktionsstufen vorliegen können, und dieser Wechsel der Wertigkeit mit
einem Farbwechsel verbunden ist.
Man kann die Neigung eines Bodens zur Redoximorphose auch durch die Messung
des Redoxpotentials bestimmen. Dabei wird ein Boden-Edelmetall-Sytem
summarisch als "Halbzelle" eines Redoxsystems betrachtet und mit einer StandardHalbzelle sowohl elektrisch als auch mit einer Salzbrücke (Möglichkeit der
Anionendiffusion) verbunden. Dabei gibt die gemessene Spannung Auskunft
darüber, ob der Boden gegenüber der Standard-Halbzelle als Elektronendonator
oder -akzeptor wirkt. Das Prinzip einer Redoxpotentialmessung ist in Abb. 4
dargestellt.
In Böden kann man zwar summarische Redoxpotentiale
messen,
sie
meist aber nicht den Einzelpotentialen definierter Abb. 4 Redoxsysteme
zuordnen. Man mißt i. d. R. ein ein über viele Redoxsysteme integrierendes
Potential, das allendings weitgehende Aussagen über redoxabhängige
Schlüsselreaktionen, an denen meist Mikroorganismen beteiligt sind, zuläßt:
Eh (Volt)
Redoxreaktion
0.45 - 0.55
Beginn der NO3 Reduktion
0.35 - 0.45
Beginn der Mn -Bildung
0.22
Nitrat i. d. R. nicht mehr nachweisbar
0.15
Beginn der Fe
-0.05
Beginn der Sulfatreduktion
-0.12
Beginn der CH4-Bildung
-0.18
SO4 i. d. R. nicht mehr nachweisbar
—
2+
2+
-Bildung
2-
______________________________________________________________________________________ 17
Die Messung von Redoxpotentialen in Böden ist methodisch nicht unproblematisch,
weil
a) die Aktivitäten der oxidierten bzw. reduzierten Stufe sehr gering sein können;
a) im Boden oftmals kleinräumige Redoxgradienten bestehen, welche eine hohe
Streuung der Mittelwerte verursachen, wobei solche Mittelwerte oft wenig über
tatsächlich ablaufende Redoxreaktionen aussagen.
F. Grundwasserböden
Alle bisher besprochenen Böden gehören zu der Abteilung "Landböden".
Zu der Abteilung der Grundwasserböden oder den semiterrestrischen Böden zählen
die Boden-Klassen:
− Auenböden
− Gleye und Marschen.
1. Auenböden
sind periodisch überflutete Böden der Flußtäler. Bis 80 cm Bodentiefe sind sie
i. d. R. nicht redoximorph.
• Auenrohboden, Rambla (Ai-aC)
• Paternia Ah-aC, (junger Auenboden), wenn carbonathaltig entsteht die
• Kalkpaternia (auch Auenpararendzina), wenn nach der Entcarbonatisierung
Verbraunung einsetzen kann, entsteht die:
• Vega, autochton: (Ah-Bv-Go), wenn bereits verbrauntes Material sedimentiert
wird, entsteht eine allochtone Vega (Ah-aM-Go).
Heute gibt es nicht mehr viel intakte Auen mit periodischer Überflutung, dennoch
z. T. Beibehaltung der Auenbodentypen; Grund: Überschwemmung durch
"Druckwasser" auch bei Abschirmung durch Deiche, fließendes Unterboden-Wasser
ist i. d. R. sauerstoffhaltiger, nur bei völlig trockengelegten Auen Übergänge zu
Landböden: z. B. Parabraunerde-Vega etc. .
Eigenschaften, Nutzung: nährstoffreich, i. d. R. auch gut durchlüftet, biologisch sehr
aktiv; Problem: häufig kontaminiert mit Schwermetallen und Organika aus der
Lösungsfracht der Flüsse, die natürliche Vegetation der Auen sind Auenwälder mit
hohem Anteil an Ulmen, Stieleichen und Eschen.
2. Marschen
Flachlandschaft in Meereshöhe und im Tidenbereich der Flüsse, ähnlich wie Gleye
Ah-Go-Gr-Horizontierung.
Entwicklungsreihe:
Schlickwatt (Humusbildung, Oxidation, Säurebildung (Sulfide!)) → Salzmarsch
(Aussüßung) → Kalkmarsch (Entcarbonatisierung) → Kleimarsch (Tonverlagerung)
→ Knickmarsch
Meerestransgressionen waren durch Stillstandsphasen und Regressionen
unterbrochen:
häufig
sind
daher
fossile
Ah-Horizonte:
Dwogmarsch;
bei Überschlickung küstenfernerer Gebiete z. B. Geestmarsch, Torfmarsch.
______________________________________________________________________________________ 18
Nutzung: Kalk- und Kleimarschen gehören zu den fruchtbarsten Ackerstandorten,
Knickmarschen werden meist als Grünland genutzt.
Verbreitung: Küstenzone und Tidenbereiche der Flußläufe, in Niedersachsen
werden See- Brack-und Flußmarschen unterschieden, je nach Salzgehalt des
Tidenwassers.
3. Gleye
Typischer Gley
3.1 Name: "Klei"= entwässerter Schlick, FAO: Gleysols
3.2 Profil: Ah-Go-Gr , (Subtypen ohne Go-Horizont: Naßgley, Anmoorgley)
3.3 Prozess: Redoximorphie, gekopelt an die Dynamik des Grundwassers
3.4 Nutzung: natürliche Standorte nässeverträglicher Pflanzengesellschaften:
Bruchwälder, aber auch Wiesen, Weiden
Hangoxigley und Quellgley
häufig fehlt ein Gr-Horizont, vor allem bei rasch ziehendem, sauerstoffreichem
Hangwasser
______________________________________________________________________________________ 19
II. Bodenentwicklung in den Tropen
1. Tropen als Raum der Bodenbildung
Unterschiede der Randbedingungen der Bodenbildung iund Bodennutzung im
Vergleich u den gemäßigt humiden Breiten:
• längere Zeiträume der Bodenentwicklung
• anderes Klima
• i. d. R. gravierendere Folgen bei Mißmanagement
Unter dem Aspekt der Bodengenese kann man drei „tropische Großräume“ mit
jeweils typischen pedogenen Schlüsselprozessen ausscheiden:
• immerfeuchte Tropen: höhere Verwitterungsraten und die ständige Abfuhr von
löslichen Verwitterungsprodukten führen zu einer relativen Anreicherung quasistabiler Endprodukte der Verwitterung (Si-arme Schichtsilikate, Al- und Fe-Oxide
und Hydroxide) im Solum. Trotz höherer Streuproduktion im immerfeuchten
tropischen
Regenwald
verschieben
hohe
Mineralisierungsraten
das
Fließgleichgewicht des Humusvorrates zu niedrigeren Humusgehalten. Typische
Böden mit dieser Pozeßcharakteristik sind die Ferralsole, die z. B. auf den alten
Landoberflächen des Amazonasbeckens und in Zentralafrika flächendeckend
vorkommen
• wechselfeuchte Subtropen: ein häufiger Wechsel zwischen trockenen und
feuchten Phasen - bei insgesamt jedoch noch vertikalem Flußgradienten im
Boden - führt zu einer relativen Anreicherung metastabiler Produkte pedogener
Synthesen. Dies kann sowohl die organische Substanz betreffen als auch
pedogene Minerale. So sind Böden der Subtropen gemessen an der
Streuproduktion häufig relativ humusreich, und/oder reich an peogenen,
metastabilen Schichtsilikaten. Ein typische Beispiel für letzteres sind die
Vertisole, in denen das Zusammentreffen von starken Schwankungen des
Bodenwassergehaltes mit der Anreicherung quellfähiger Dreischichtsilikate den
namensgebenen Prozeß der Peloturbation (= Durchmischung des Substrates
aufgrund von Quellungs- und Schrumpfungsvorgängen der Tonfraktion) auslöst.
• aride Tropen: in dieser Klimazone, in der die potentielle Verdunstung größer ist
als die Niederschläge, können sich relativ lösliche Minerale bzw. Salze im Solum
relativ anreichern.Je nach dem Mineralgehalt des Ausgangsmaterials, dem
Salzgehalt des Grundwasers bzw. der Aridität der Region können in solchen
Böden Calciumcarbonat, Gips oder sogar aus dem „sea-spray“ stammende, stark
lösliche Haloide (z. B. Steinsalz) angereichert werden. Das extreme Beispiel einer
Anreicherung atmogen eingtragener Salze findet man in den „Solonchaks“.Bei der
Nutzung von Böden in dieser Klimazone besteht immer die Gefahr, daß der
Prozeß der Versalzung durch den wirtschaftenden Menschen bis zur
(quasi)irreversiblen Unfruchtbarkeit verstärkt wird.
Vor allem in den humiden Tropen ist das Produktionspotential der Böden in der
Vergangenheit erheblich überschätzt worden, weil dort die artenreiche
Lebensgemeinschaft "tropischer Regenwald" eine hohe Produktivität besitzt. Die
Fruchtbarkeit der innertropischen Böden ist jedoch meist auf die autochthone
Vegetation beschränkt, da diese Vegetation (= tropischer Regenwald)
Regelfunktionen übernommen hat, die in gemäßigt humuden Breiten die Böden
______________________________________________________________________________________ 20
leisten. So ist z. B. im tropischen Regenwald die Biomasse der bedeutendste
Speicher verfügbarer Ionen und nicht der Boden.
An der extrem unterschiedlichen Gleichgewichtsnähe von Bodenlösung und
Bodenfestphase in den humiden Tropen (= gleichgewichtsfern) und in den ariden
Tropen (= gleichgewichtsnah) kann man sich klarmachen, daß Böden auf lange
Sicht zwei grundsätzliche Entwicklungsrichtun-gen einschlagen können: Sie müssen
entweder versauern oder alkalinisieren. Das liegt an dem starken Einfluß des im
Boden voherrschenden Flußgradienten auf den Säure-/Basestatus: In humiden
Regionen werden basische Saze ausgewaschen (= Versauerung) in ariden Gebieten
werden sie im Solum angereichert (= Alkalinisierung).
Dieser Zusammenhang ist in Abb. 5 schematisch dargestellt.
Versauerung und Alkalinisierung von Böden
Sauer
neutral
alkalisch
Abb. 5: Einfluß des
vorherrschenden
Flußgradienten humider und
arider Regionen auf den
Säure-/Basesteatus des
Bodens
Man kann auch sagen, daß das Problem der anthropogenen beschleunigten
Bodenversauerung in der nördlichen (humiden) Hemisphäre gewissermaßen ein
spiegebildlich analoger Prozeß der anthropogen verstärkten Alkalinisierung
(= Versalzung) der Böden der subtropischen bis ariden Gebiete darstellt.
Als Beispiel der besonderen Bedingungen der Bodenbildung in den Tropen sei die
Humusakkumulation in den humiden Innertropen kurz gestreift: Im immerfeuchten
______________________________________________________________________________________ 21
tropischen Regenwald haben wir die höchste Streuproduktion aller Waldtypen.
Dennoch ist der Humusgehalt der Böden (meist Ferralsole oder Acrisole) wesentlich
geringer als beispielsweise bei uns in temperaten Laubwäldern. Warum ist das so?
Der Kohlenstoffgehalt in Böden stellt ein Fließgleichgewicht dar aus
Kohlenstoffzufuhr (z. B. Streufall, Wurzeln, Ernterückstände etc.) und
Kohlenstoffabfuhr (CO2 bei vollständiger aerober Mineralisierung).
Man kann nun den (Gleichgewichts-)Humusgehalt des Bodens durch einfache
Modellüberlegungen aus der Kohlenstoffzufuhr und der Kohlenstoffabfuhr schätzen:
Dazu definieren wir:
• jährliche (konstante) Streufallmenge: a (z. B. in einem Dauerwald)
• mittlerer Erhaltungsquotient: q (bei q=1 findet keinerlei Abbau statt).
In den Jahren 1 bis n findet man folgende Humusmengen:
1 Jahr
2 Jahr
3 Jahr
4 Jahr
n Jahr
a
aq+a
(aq+a)q+a
(aq2+aq+a)q+ a
?
0
2
2
3
aq
a(1+q)
a(1+q+q )
a(1+q+q +q )
a(1+q+q2+q3+...+qn-1)
Der Humusvorrat im n-ten Jahr (Vn) entspricht also:
Vn=a(1+q+q2+q3+...+qn-1)
(1)
Um zu sehen, ob diese geometrische Reihe konvergiert, schaut man, wie groß der
Vorrat an Humus im Jahr n+1 ist:
Es gilt:
Vn+1 = Vn + aqn
(2)
Vn+1 = Vn ⋅ q +a
(3)
Durch Einsetzen von (2) in (3) erhält man:
(4)
Vn + aqn = Vn ⋅ q +a
n
Vn (1-q) = a (1-q )
(5)
(6)
Vn = a (1-qn) / (1-q)
Da q<1 ist, ist folgende Grenzwertbetrachtung möglich:
lim Vn= a / (1-q)
(7)
n->∞
∞
Wenn wir z. B. einen jährlichen Streufall von 5 000 kg Trockensubstanz pro Hektar
haben und einen mittleren Erhaltungsquotienten von q = 0.95, beträgt die
Gleichgewichts-Humusmenge 5 000 : 0.05, also 100 t / ha.
Man kann daraus folgende Schlüsse ziehen:
• die mittleren Erhaltungsquotienten müssen relativ hoch sein, damit es zu
nennenswerten Humusanreicherungen kommt.
• In Hochmooren muß der mittlere Erhaltungsquotient praktisch gleich 1 sein.
• geringe Änderungen des mittleren Erhaltungsquotientenkönnen erhebliche
Änderungen der (Gleichgewichts-) Humusmengen bewirken (globale Erwärmung!)
Der mittlere Humusvorrat Baden-Württembergischer Nadelholzbestände lieg bei ca
300 t / ha. Das würde bei einem Input von 10 000 kg / a / ha (Streu +
Wurzelnekromasse) einem mittleren Erhaltungsquotienten von ca. 0.97 entsprechen.
Der Erhaltungsquotient ist also die „Schlüsselgröße“, die den Humusgehalt im
Boden weitgehend determiniert. In einem tropischen Regenwald liegt der
jährliche Streufall bei ca. 20 t / ha, typische Humusgehalte sind z. B. 100 t / ha.
______________________________________________________________________________________ 22
Nach der Fomel (7) errechnet sich daraus ein mittlerer Erhaltungsquotient von
nur 0.8! Der geringe Erhaltungsquotient ist natürlich auf die klimabedingt hohe
Mineralisierungsrate zurückzuführen. Das ganze zeigt ein Grunddilemma der
Landnutzung in den humiden Tropen: Die Fruchtbarkeit der Böden beruht
häufig weitgehend auf den Funktionen des Humus, aufgrund niedriger
Erhaltungsquotienten ist es jedoch schwierig, organische Substanz im Boden
zu erhalten oder gar anzureichern
Man muß bei so einfachen Modellen immer auch deren Grenzen berücksichtigen.
Die gravierendste Abweichung von der Realität ist sicher die, daß verschieden
Humusfraktionen im Boden sehr unterschiedliche Erhaltungsquotienten besitzen. So
ist er z. B. bei frischer Streu sehr niedrig, bei Minerabodenhumus dürfte er nahe bei
1 liegen. Die grundsätzliche Schwäche dieses Modells liegt also in der
Annahme einer zeitlichen und örtlichen Konstanz der Erhaltungsquotienten. Es
gibt daher auch zahlreiche Modelle, in denen mehrere Humusspeicher mit
verschiedenen Erhaltungsquotienten miteinander verknüpft sind. Je spezifischer
jedoch solche Modelle spezielle Standortseigenschaften widerspiegeln, desto
weniger allgemeinültig sind sie.
2. Die wichtigsten tropischen Böden
Es werden die wichtigsten Böden der Tropen nach der Systematik der
Weltbodenkarte (FAO-Systematik) behandelt:
A. Böden der immerfeuchten Innertropen
Die Böden der feuchten Innertropen zeichnen sich häufig durch hohes Alter und
durch eine relative Anreicherung stabiler, Si-armer Endprodukte der Verwitterung
aus. Diese Endprodukte prägen auch die ökologisch wichtigen Eigenschaften der
Böden als Pflanzenstandort, die wir im „Austauschermodell“ des Bodens zu
beschreiben versuchen. Oxide, Hydroxide und Si-arme Schichtsilikate besitzen
kaum Gitterladung, ihr Ionentauschpotential beruht vielmehr auf randlichen Si-OH
bzw. Me-OH-Gruppen, die aus sterischen Gründen Wasser anlagern und je nach
pH-Wert der umgebenden Lösung Protonen bzw Hydroxylionen dissoziieren:
MeO
+ H2O → H3O+
MeOH0
+H2O
MeOH2+
+ H2O → OH-
______________________________________________________________________________________ 23
Da die inhomogenen pedogene Oxide und Hydroxide randliche OH-Gruppen mit
unterschiedlicher Säurestärke besitzen, können bei einem bestimmten pH-Wert
nebeneinander positive und negative Ladungen vorkommen. Der pH-Wert, bei dem
die negativen und positiven Ladungen gleich sind, heißt isoelektrischer Punkt (IeP)
eines
Oxids.
Die
ökologische
Bedeutung
dieses
pH-abhängigen
Austauschverhaltens wird in Abb. 6 deutlich: Bei den pH-Werten, die üblicherweise
in Ferralsolen und in Böden mit verwandtem Mineralbestand gemessen werden (pH
4-4.5), überwiegt die positive Ladung, d. h. diese Böden sind starke
Anionentauscher. Nur wenn organische Substanz am Ionentausch beteiligt ist, wird
bei typischen pH-Werten eine überwiegend negative Ladung gemessen, d. h. diese
Böden vermögen auch Kationen in ökologische relevantem Unfang austauschbar
speichern. Dies unterstreicht u. a. die Bedeutung der Humuswirtschaft bei der
-2
mmolc/100g
LNP
0
Ferralsol,
B-Horizont
+4
+6
4
5
6
7
8
pH
mmolc/100g
-6
Ferralsol,
A-Horizont
-4
-2
LNP
0
Abb 6: Ladungsneutralpunkt
eines Ferralsols mit und ohne
Beteiligung der organischen
Substanz
+2
4
5
6
7
8
pH
______________________________________________________________________________________ 24
1. Ferralsole
(Oxisole, früher Latosole)
Abb. 7
1.1 Algemeines: Ferralsole bedecken weltweit ca. 750 Mio ha, ca. 60 % davon
befinden sich in Mittel- und Südamerika.
Der diagnostische Horizont der Ferralsole ist ein „ferralic horizon“ d. h. ein Horizont
in dem - abgesehen von der Chloritisierung vorhandener Dreischichtsilikate - keine
Neubildung pedogener Schichtsilikate stattfindet. Die Kationenaustauschkapazität
des ferralic horizon muß unter 160 µmolc / g Ton betragen (wichtiges
differentialdiagnostisches Merkmal zum „acric horizon“). Dominierender Prozeß ist
die relative Anreichrung von Oxiden und Si-armen Zweischichtsilikaten. Aufgrund
ihres Alters und ihrer etwas einseitigen Ausstattung mit Mineralen sind Ferralsole oft
sehr tiefgründige Böden mit wenig deutlichen Horizontgrenzen.
1.2 Morphe, Prozesse:
• intensiv und tiefgründig verwittert
• relative Anreicherung von Fe- und Al-Oxiden,
• meist rot oder gelb
• dominierender Prozeß: Ferallitisierung und Desilifizierung
• Anreicherung stabiler Endprodukte der Verwitterung: Kaolinit, Gibbsit und schwer
verwitterbare primäre Minerale wie Zirkon, Turmalin, Anatas und Rutil
• stabiles Gefüge aufgrund hoher Fe- und Al-Gehalte
Trotz Massenverlusten bis zu 90 % gegenüber dem Ausgangsgestein tritt häufig
keine Sackung auf. Wenn die Gesteinsstruktur noch erkennbar ist, spricht man von
isomorphem Zersatz. Die Lockerdecken des ferralitisierten Materials kann 40 - 60 m
tief reichen (noch tiefere Verwitterungszonen sind wohl durch Umlagerungen
entstanden).
______________________________________________________________________________________ 25
Häufige Subtypen (soil units) sind:
• haplic Ferralsols: „normale“ Ferralsols
• plinthic Ferralsols, wenn ein plinthitischer Horizont von mindestens 30 cm
Mächtigkeit in einer Bodentiefe bis 125 cm gefunden wird (vgl. Abb. 8)
• humic Ferralsols, wenn bis 50 cm Bodentiefe im Mittel mehr als ∼1 % C
vorhanden ist
• gibbsic Feralsols, wenn ein mindestens 30 cm mächtiger Horizont vorliegt, in
dem der Gibbsitgehalt mindestens 25 % beträgt. Dies bedingt i. d. R. eine
Gelbfärbung (früher „Gelblatosol“).
+
2
Fe
Desilifizierung
1.3 Verbreitung, Nutzung
• typische (Wald-)Böden der feuchten Innertropen
• Fruchtbarkeit beruht hauptsächlich auf Funktionen des Humus, daher sinken nach
Entwaldung die Erträge i. d. R. rasch ab. Wenn also Ferralsole bewirtschaftet
werden sollen, kommt der Humuspflege besondere Bedeutung zu.
• verbreitete Probleme: P-Fixierung aufgrund der Dominaz variabler Ladungen und
des niedrigen pH.
• bei plinthic
Ferralitisierung und
Feralsols besteht die
Plinthitisierung
Gefahr der
irreversiblen
Verhärtung, wenn
z. B. der
Plinthithorizont durch
Erosion an die
Bodenoberfläche
gelangt und
austrocknet (früher
Plinthit
wurde dieser
Vorgang als
Fe3+
„Lateritbildung“ bzw.
Lateritisierung
bezeichnet).
Fe2+
relativ angereicherte Al- u.
Fe-Oxide
primäre Silikate
Abb 8: Ferralsol mit
Plinthithorizont.
Plinthitisierung kann man
näherungsweise als
"tropische
Pseudovergleyung"
bezeichnen.
______________________________________________________________________________________ 26
2. Nitisole
2.1 Allgemeines: Ca. 200 Mio ha der immerfeuchten Innertropen werden von
Nitisolen bedeckt. Die größten Vorkommen liegen in Zentralafrika.
Der diagnostische Horizont der Nitisole ist der „nitic horizon“,der folgende Kriterien
erfüllen muß:
• mindestens 30 % Ton, dabei herrschen 1:1-Minerale vor
• i. d. R. polyedrische Struktur mit Tonbelägen
• rote Farben vorherrschend, keine Hydromorphie-Fleckung
• hoher Gehalt an amorphen Fe-Oxiden
Früher hat man die Nitisole auch als "tropische Rotlehme" bezeichnet.
Es dominiert Kaolinit, im Gegensatz zu den Ferralsolen sind Nitisole etwas reicher
an verwitterbaren Mineralen, sie entstehen meist aus basenreicheren
Ausgangsgesteinen. Der Kaolinit der Nitisole liegt außerdem in sehr kleinen
Kristallen vor und hat damit eine große spezifische Oberfläche sowie eine höhere
(variable) Ladung als allgemein den Kaoliniten in gemäßigten Zonen zugesprochen
wird.
2.2 Nutzung, Eigenschaften:Nitisole werden häufig als Plantagen (z. B. Kokosnuß,
Kaffee) genutzt. Sie sind i. d. R. gut bearbeitbar, ihr Nährstoffhaushalt ist wesentlich
stabiler als der der Ferralsole. Nitisole sind daher häufig die Böden der tropischen
Landwirtschaft. Probleme bereitet - wie schon bei den Ferralsolen - die Armut an
verfügbarem Phosphor. Eine mineralische P-Düngung scheitert oft an der
Devisenknappheit tropischer Länder, außerden ist sie nur dann erfolgreich, wenn ein
relativ hoher Humusgehalt eine P-Fixierung verhindert.
Häufige Subtypen („soil units“):
• humic Nitisols: mehr als 1.4 % C bis 1m Tiefe, diese Böden zählen zu den
fruchtbarsten der humiden Tropen.
• alic Nitisols: wenn bis 50 cm Bodentiefe mehr als 20 µmolc/g austauschbares
Aluminium mit einmolarem KCl extrahiert werden kann.
3. Acrisole
3.1 Allgemeines: Der diagnostische Horizont der Acrisole ist der „argic horizon“, der
folgende Bedingungen erfüllen muß:
• mindestens 8 % Ton in der Feinerde
• der Tongehalt muß höher als der des darüberliegenden Horizontes sein (die
Differenz wiederum hängt vom Tongehalt des darüberliegenden Horizontes ab, je
toniger dieser ist, umso größer muß der die Differenz zum „argic horizon“ sein)
• bei den Acrisolen muß der argic horizon noch folgende spezielle Bedingung
erfüllen: die Austauschkapazität muß kleiner als 240 µmolc/g Ton sein, die
Basensättigung muß weniger als 50 % betragen.
3.2 Entstehung, Morphe: Acrisole entstehen aus basenarmem Gestein. Auf den
alten Landoberflächen der Tropen sind oft mit Ferralsolen vergesellschaftet. Acrisole
findet man häufiger in Erosionslagen (z. B. an Hängen), Ferralsole in
______________________________________________________________________________________ 27
erosionsgeschützten Lagen. Nach diesem Befund könnte man Acrisole als „erosiv
verjüngte“ Ferralsole bezeichnen.
3.3 Eigenschaften, Nutzung: Die meisten Acrisole sind ähnlich wie die Ferralsole von
Wäldern bedeckt. Die häufigste Nutzung ist die der „shifting cultivation“, da mit
dieser Wirtschaftsform der Nährelementspeicher der Biomasse gewissermaßen
„geöffnet“ und der landwirtschaftlichen Nutzung zugänglich gemacht werden kann.
Dauerfeldbau würde meist (nicht bezahlbaren) hohen Düngemitteleinsatz erfordern.
Tropische Dauerkulturen wie Kaffee, Kokospalmen, Kautschuk, Mango, oder auch
tropische Kiefernarten (z. B. pinus caribea) sind an die sauren, nährstoffarmen
Bedingungen angepaßt.
Früher bezeichnete man die Acrisole auch neben anderen Böden mit einem argic
horizon (fälschlicherweise) als "tropische Parabraunerden".
4. Alisole
4.1 Allgemeines: Alisole sind tonreich und besitzen in der Tonfraktion „aktive
Tonminerale“ (2:1-Minerale) die allerdings eine hohe Al-Sättigung und eine niedrige
Basensättigung aufweisen. Einen eigenen diagnostische Horizont besitzen die
Alisole nicht. Sie dürfen nicht stauwasserbeeinflußt sein.
4.2 Morphe, Prozesse: Alisole sind normalerweise gut drainierte, weil im Unterboden
strukturstabile Böden (hohe Al-Sättigung der Tonminerale!), die sich i. d. R. auf
basenreichem Ausgangsmaterial entwickelt haben. (Daher der (noch) relativ hohe
Gehalt an Dreichicht- oder Vierschicht-Tonmineralen). Im Unterboden herrschen
polyedrische oder prismatische Strukturen vor, Alisole zeigen somit eine stärkere
Aggregierung als die Acrisole. In Abb. 9 ist die Gruppierung von Ferralsolen,
Acrisolen und Alisolen in einem Diagramm dargestellt, in dem die Menge an
austauschbarem Aluminium der Tonfraktion in Abhängigkeit von deren
Austauschkapazität aufgetragen ist.
4.3 Eigenschaften, Nutzung: Das Hauptproblem bei der Nutzung der Alisole ist die
Al-Toxizität, die häufig eine tiefe Durchwurzelung des Al-gesättigten Unterbodens
verhindert. Al-tolerante Früchte wie Tee, Kautschuk und eingeschränkt auch Kaffee
und Zuckerrohr können angebaut werden. Durch Düngung und Kalkung kann zwar
die Al-Aktivität zurückgedrängt werden, häufig sind jedoch im Verbreitungsgebiet der
Alisole (feuchte Innertropen bis Subtropen) nicht die Mittel für teure
Bodenmeliorationen vorhanden.
80
60
40
20
KCl-extrahierbares Al in cmolc/kg Ton
______________________________________________________________________________________ 28
30
60
90
120
Kationenaustauschkapazität des Tons (cmolc/kg)
Abb. 9: Chemische
Differenzierung von Ferralsolen,
Acrisolen und Alisolen aufgrund
der Kationenaustauschkapazität
des Tons und der
austauschbaren Al-Menge
5. Lixisols
5.1 Allgemeines: Wie bei den Acrisolen ist der diagnostische Horizont ein „argic
horizon“, mit einer Austauschkapazität < 240 µmolc/g Ton, im Gegensatz zu den
Acrisolen muß die Basensättigung jedoch 50 % überschreiten. Die Abgrenzung zum
„nitic horizon“ ist zuweilen schwierig, nitic horizons haben deutlichere scharfkantige
Sekundäraggregate mit Tonbelägen, die aber nicht aus einer Tonverlagerung,
sondern durch Quellung und Schrumpfung entstanden sind. (Wie man sieht, braucht
man schon ein ordentliches bodenkundliches Labor, um die Böden der Tropen
einigermaßen sicher nach der FAO-Systematik klassifizieren zu können.)
5.2 Entstehung, Morphe: Lixisole entstehen i. d. R. aus basenreicherem Gestein als
Acrisole, sie kommen auch eher in trockeneren Bereichen der humiden Tropen und
Subtropen vor. Ihr höherer Basenreichtum kann so auch als Folge geringerer
Transportgradienten durch das Bodenwasser aufgefaßt werden. Da der
humushaltige Oberboden vom meist rot gefärbten „argic horizon“ häufig durch
braun-gelbe Farben abgesetzt ist, wurden diese Böden als „Red-Yellow-PodzolicSoils“ bezeichnet. (Hat nichts mit der Podsolierung in den gemäßigt humiden Breiten
zu tun!) Noch heute heißen diese Böden in der brasilianischen Klassifikation
„podzólicos vermelho-amarelo eutróficos“.
5.3 Vegetation, Eigenschaften, Nutzung: Die natürliche Vegetation der Lixisols in
tropischen und subtropischen Regionen sind häufig Baumsavannen. Sie werden
daher häufig als Viehweiden genutzt. Ähnlich wie Acrisole findet man sie aber auch
vergesellschaftet mit Ferralsolen, wobei sie meist in den mehr erosionsbeeinflußten
Lagen auftreten (= “erosiv verjüngte Ferralsole“?).
Eine Differenzierung der wichtigsten großen Bodeneinheiten der feuchten
Innertropen nach pH-Wert, Textur und Austauschkapazität ist in Abb. 10 dargestellt.
______________________________________________________________________________________ 29
?
Austauschkapazität des Tons
VERTISOL
ALISOL
ALISOL
LS
FERRALSOL
LIXISOL
<
4.
2
pH
(K
C
l)
>
5
O
TI S
I
N
FERRALSOL
tonig
Textur
Abb. 10:
Gruppierung
von
Ferralsols, Acrisols, Lixisols
Vertisols und Alisols in einem
Textur / pH / KAK-Diagramm
ACRISOL
sandig
6. Plinthisols
6.1 Allgemeines: Charakteristisch für Plinthisole sind zwei Eigenschaften:
• es muß oberflächen-nah ein hydromorph gefleckter Horizont vorkommen;
• dieser Horizont muß irreversibel verhärten, wenn er an der Bodenober-fläche
wiederholt austrocknet.
Diagnostischer Horizont ist ein „plinthic horizon“, der mindestens 15 cm mächtig ist,
und in dem mindestens 10 % des Bodenmaterials Redoximorphiemerkmale zeigt.
Wenn der Plinthit bereits verhärtet ist, spricht man von „petroplinthit“ (früher
„Laterit“).
6.2 Vorkommen, Morphe, Eigenschaften: Plinthisole könnte man als „tropische
Pseudogleye“ bezeichnen. Schlüsselprozeß ist also eine durch Stauwasser
ausgelöste Redoximorphose. Wie in den gemäßigt humiden Zonen der Sd und SwHorizont von Pseudogleyen kaum durchwurzelt ist, findet man auch im
Plinthithorizont kaum Wurzeln. Wenn der Plinthithorizont hoch ansteht, treten in den
humiden Innertropen als natürliche Vegetation Feuchtsavannen auf, da der
Wurzelraum für Bäume i. d. R. zu geringmächtig ist. Im Zusammenhang mit
Plinthiten findet der Landschaftsentwicklung der humiden Tropen häufig eine
„Reliefumkehr“ statt: Wenn z. B. durch Erosion ein ursprünglich tieferliegender
Plinthihorizont freigelegt wird und verhärtet (d. h. zum „pertoplinthit“ wird), ist das
darunterliegende Lockermaterial vor weiterem Abtrag geschützt und wird als
Erhöhung aus der Landschaft herauspräpariert. So sind auch im Amazonasbecken
die tafelbegrartigen Erhebungen häufig von petroplinthiten und baumarmer bzw.
baumloser Vergetation bedeckt.
______________________________________________________________________________________ 30
6.3 Nutzung: Plinthisole sind für die Pflanzen- und Tierproduktion kaum nutzbar, da
eine Drainage als Voraussetzung der Erhöhung der Produktivität die Gefahr der
irreversiblen Verhärtung des Plinthithorizontes herbeiführt (früher als Lateritisierung
bezeichnet). Andererseits ist jedoch Plinthitmaterial in den humiden Innertropen von
der ansässigen Bevölkerung als Baustein heißbegehrt, da aufgrund der oft sehr
mächtigen Verwitterungsdecken ein Zugang zum festem Ausgangsgestein kaum
möglich ist. Getrockneter Plinthit ist also ein wichtiges Baumaterial in den humiden
Tropen. Gelegentlich wird er auch als Rohstoff zur Gewinnung von Mangan,
Aluminium und Eisen genutzt.
B. Böden der wechselfeuchten Subtropen
Die wechselfeuchten Subtropen sind als bodenbildender Raum dadurch
gekennzeichnet, daß einerseits klimabedingt intensive pedogene Ab- und
Umbauprozesse stattfinden, daß jedoch im Gegensatz zu den feuchten Innertropen
der weniger starke vertikale Transportgradient einen längeren Verbleib metastabiler
Abbauprodukte im Solum ermöglicht, so daß auch pedogene Synthesen stattfinden
können.
1. Vertisole
1.1 Allgemeines: Diagnostischer Horizont der Vertisole ist ein „vertic horizon“. Das
Material dieses Horizontes muß einen linearen Ausdehnungskoeffizienten von 0.06
oder mehr haben: (Lfeucht 330 hPa -Ltrocken) / Ltrocken (L=Länge eines kohärenten
Bodenblocks). Dieser Koeffizient (Coefficient of linear extensibility, COLE) drückt
das Quellungs- und Schrumpfungspotential des Bodenmaterials aus, d. h. um als
vertic horizon eingestuft zu werden, muß das Bodenmaterial beim Quellen eine
Längsausdehnung von mindestens 6 % aufweisen. Dieser Koeffizient ist für die
Klassifikation deshalb so wichtig, weil das Quellungs- und Schrumpfungsverhalten
der Tone den Schlüsselprozeß der Vertisole, die Peloturbation, antreibt.
1.2 Morphe, Prozesse: Vertisole sind reich an quellfähigen Dreischichtsilikaten
(Tonminerale des „Smectit-Typs“), im trockenen Zustand entstehen daher tiefe
Schrumpfrisse,
in
das
humoses
Oberbodenmaterial
hineinfällt.
Bei
Wiederbefeuchtung quellen die Tone, durch quellungsbedingte Scherbewegungen
werden einzelne Aggregate gegeneinander verschoben und es entstehen glänzende
Scherflächen, die sog. "slicken sides". Gleichzeitig wird das in die Risse gefallene
humose Oberbodenmaterial mit dem Unterboden vermischt, es entstehen so tief
humose, i. d. R. dunkel gefärbte Böden (Selbstmulcheffekt, vgl. Abb. 11).
______________________________________________________________________________________ 31
Peloturbation bei Vertisolen
Trockenzeit
Quellung
Schrumpfung
humoses Oberbodenmaterial
Gilgai-Relief
fällt in die Trockenrisse
Abb 11:
"Selbstmulcheffekt" bei
Vertisolen aufgrund von
Quellen und
Schrumpfen der Tone in
Abhängigkeit vom
Wassergehalt
Regenzeit
Quellungs- und Schrunmppfungsprozesse können im Extremfall eine Tagesrhythmik
aufweisen, d. h. die Tonminerale quellen am Morgen und schrumpfen am
Nachmittag. Die dabei entstehenden, kleinflächigen Hebungs- und Senkungszonen
bezeichnet man als Gilgai-Relief. Die ständige Bewegung des Bodenmaterials bei
den Vertisolen schafft z. B. Probleme beim Zaunbau.
1.3 Verbreitung:
• Subtropen mit Jahresniederschlägen zwischen 300 und 1300 mm bei
ausgeprägten Regen- und Trockenzeiten,
• in Indien sind Vertisole weit verbreitet und als fruchtbare "Black cotton Soils"
bekannt.
1.4 Eigenschaften:
• Oft nährstoffreich, aber schwer zu bearbeiten → "Stundenböden"
• wechselfeucht
• Zuckerrohr, Erdnuß, und Reis können bei bei ausreichend Wasser angebaut
werden.
• Die trockeneren Varianten werden oft als Weide genutzt oder im Trockenfeldbau.
Häufige Subtypen der Vertisole sind:
• Calcic Vertisols
• Gypsic Vertisols
• Sodic Vertisols
Man sieht, daß in den Subtypen des Vertisols häufig die Anwesenheit relativ
löslicher bzw. mobiler Substanzen (z. B. Kalk, Gips, Na-Ion) angesprochen wird. Die
verdeutlicht das Nutzungsrisiko der Vertisole, wenn in den Wasserhaushalt
eingegriffen wird: die Gefahr der Versalzung.
Ein weiterer wichtiger Boden der wechselfeuchten Subtropen ist der Planosol.
______________________________________________________________________________________ 32
2. Planosol
2.1 Allgemeines: Der Name bringt bereits zum Ausdruck, daß es sich hierbei um
einen Boden der Ebene handelt. Diagnostischer Horizont ist ein „eluvic horizon“,
d. h. ein an Ton und/oder Oxiden verarmter Horizont. Der Horizont hat „stagnic“
Eigenschaften, d. h. er enthält zeitweise Stauwasser. Planosole sind genetisch
verwandt mit den Pseudo- und Stagnogleyen der deutschen Systematik.
2.2 Morphe, Prozesse: Charakteristisch für Planosole ist ein Sprung des
Tongehaltes im Solum. Der tonreichere Unterboden wirkt als Staukörper, der
tonärmere Oberboden ist ein Stauwasserleiter und daher von meist heller, grauer
Farbe (= eluvic horizon).
2.3 Verbreitung: Die meisten Planosole (ca. 40 %) finden sich in Südamerika, im
nördlichen Argentinien und im südlichen Brasilien. Weltweit sind ca. 130 Mio ha
Erdoberfläche von Planosolen bedeckt. In Südostaustralien gibt es weitere größere
Vorkommen von Planosolen.
2.4 Eigenschaften: Das Auftreten von Stauwasser schränkt die landwirtschaftliche
Nutzung der Planosole stark ein. Die dichte Stausohle verhindert eine tiefe
Durchwurzelung. Aufgrund der geringen Produktivität ist auch der Humusgehalt
i. d. R. niedrig und damit auch die Stickstoffverfügbarkeit eingeschränkt. Planosole
werden daher kaum planmäßig, sondern eher als extensive Weide genutz.
Planosole
mit
extremen
Staueigenschaften
tragen
eine
spärliche
Savannenvegetation. Ein mögliches Nutzungspotential der Planosols liegt wohl im
Reisanbau. Die intensive Kultivierung dieser Böden ist jedoch sehr schwierig, und
erfordert viel lokales Erfahrungswissen.
Häufige Subtypen der Planosole sind:
• Vertic Planosols, wenn Peloturbation stattfindet
• Dystric Planosols, wenn die Basensättigung <50 % ist
• Histic Planosls, wenn eine Organische Auflage von mindestens 10 cm
Mächtigkeit vorliegt.
______________________________________________________________________________________ 33
C. Böden der ariden Tropen
Aride Klimate sind dadurch gekennzeichnet, daß in der Jahresbilanz die potentielle
Verdunstung größer ist als die Niederschläge. Der je nach klimatischer Situation
mehr oder weniger schwache vertikale „Auswaschungsgradient“ führt dazu, daß
diese Böden metastabile Umbauprodukte oder sogar leicht wasserlösliche
Substanzen im Solum speichern und anreichern können. Ein großes Nutzungsrisiko
dieser Böden liegt demzufolge in einer Versalzung, wenn z. B. mit
Beregnungswasser mehr lösliche Salze dem Boden zugeführt werden, als durch den
vertikalen Lösungstransport wieder entfernt werden. Dabei ist vor allem die
Anreicherung des peptisierend wirkenden Natriums schädlich. (Grund!!)
- Versalzung
In Abb. 12 ist eine einfache und weit verbreitete Methode zur Berechnung der NaSättigung bei bekanntem Na-Ca- und Mg-Gehalt der Bodenlösung unter der
Annahme eines chemischen Gleichgewichtes dargestellt. Verwendet wurde dabei
die sog. „GAPON-Gleichung“, die vom Massenwirkungsgesetz abgeleitet wird. In
Abb. 13 ist die Natriumsättigung der Austauscher bei Abhängigkeit von der Na-, Caund Mg-Aktivität in der Bodenlösung unter Annahme konzentrations-unabhängiger
Eintauschstärken bei chemischem Gleichgewicht dargestellt. Als GAPON
Koeffizient, der die relative Eintauschstärke des Na gegenüber Ca und Mg
charakterisiert, wurde 0.1 angenommen.
Da kG weitgehend konstant ist (keines der beteiligten Ionen wird z. B. bei niedrigen
Konzentrationen aus sterischen Gründen bevorzugt adsorbiert), kann aus dem
Abb. 12:
GAPON-Gleichung
zur Berechnung der
Na-Sättigung
bei
Sorptionsgleichgewic
ht zwischen Na, Ca
und Mg
______________________________________________________________________________________ 34
Na/(Ca+Mg)-Verhältnis der Bodenlösung oder des Bewässerungs-wassers die zu
erwartende Na-Sättigung des Austauschers berechnet werden. Man darf diese
Gleichung natürlich nur dann anwenden, wenn Na, Ca und Mg den Hauptteil der
Kationensumme der Bodenlösung ausmachen. Das ist in ariden Gebieten meist der
Fall.
Man sieht, es kommt sehr auf die „Gegenspieler“ (Ca+Mg) des Natriums an, ob eine
nennenswerte Na-Sättigung zustande kommen kann oder nicht. Dies zu wissen und
bei bestimmten Beregnungswasserquali-täten vorhersagen zu können, ist von
großer öklogischer und wirtschaftlicher Bedeutung, da bei vielen tropischen Kulturen
eine relativ eng begrenzte Salztoleranz besteht. So vertragen z. B. Orangenkulturen
keine Na-Sättigung>15 %. Wenn man also in ariden Gebieten bewässern will, muß
man sich immer überlegen, ob sich dadurch mittel- bis langfristig lösliche Salze im
Boden anreichern und wie diese Salze wieder entfernt werden können.
67
Na-Sättigung
(%)
45
1
24
0
1
Na
0.1-1
mol/l
(Ca+Mg) 1-0.1 mol/l
0.1
Abb. 13:
Natriumsättigung der
Austauscher in Funktion
der (Ca+Mg)-Aktivität
und der Na-Aktivität in
der Bodenlösung bzw.
im Beregnungswasser
bei chemischem
Gleichgewicht und
konstanten relativen
Eintauschstärken
Es gibt natürlich auch sehr viel komplexere Modelle zur Prognose der Versalzung.
Man kann z. B. Wasserflüsse in die Modelle einbeziehen und die Zeitdauer bis zur
Einstellung
eines
bestimmten
Versalzungszustandes
berechnen.
(Bei
Gleichgewichten kommt ja die Zeit definitionsgemäß als Variable nicht vor,
Gleichgewicht ist ein „zeitloser“ Zustand.)
Häufig bedroht von der Versalzung sind z. B. die sehr fruchtbaren Vertisole. Ein
großer Teil der „black-cotton-soils“ in Indien ist bereits aufgrund von falscher
Bewässerungstechnik versalzt und unfruchtbar geworden. Man kann sagen, daß
weltweit die Versalzung neben der Erosion das zweite große Bodenschutzproblem
darstellt.
Salzquellen:
• Niederschläge, Salzgehalt nimmt i. d. R. exponentiell ab mit der Entfernung zur
Küste, 20 - 200 kg Na/a/ha, Küstennähe 100 - 200 kg Na/a/ha
• Mineralverwitterung
• fossile Salze in marinen Sedimenten
______________________________________________________________________________________ 35
• menschliche Wirtschaft (Steigerung
elektrolyhaltigem Wasser)
der
Evaporation,
Wasserzufuhr
mit
Wasserqualität, Parameter der Salinität:
• Gesamtsalzgehalt (gar nicht so leicht zu bestimmen!)
• osmot. Potential
• elektrische Leitfähigkeit der Bodenlösung oder einer wassergesättigten
Bodenpaste, die ältere Einheit ist „mho“ als Kehrwert von „Ohm“, die SI-Einheit ist
Siemens, als Grenzwert für geeignetes Beregnungswasser gelten Leitfähigkeiten
< 0.75 mS/cm
• chem. Analyse der Einzelsalze
• SAR-Wert (sodium adsorption ratio), dieser Wert kann näherungseise durch
folgenden Ausdruck bestimmt werden: SAR =[Na+]/[(Ca2+ + Mg2+)/2]½. Dabei sind
alle Angaben in mol/l. D. h. aus dem Verhältnis von Natrium zu (Ca+Mg) in der
Bodenlösung kann die zu erwartende Na-Sorption geschätzt werden. Dabei ist
der Wertigkeitseffekt von Ca und Mg gegenüber Na durch die Potenz ½
berücksichtigt. Dies trägt der Tatsache Rechnung, daß nach dem Coulomb´schen
Gesetz die Anziehungskraft zwischen zwei Teilchen proportional dem Produkt der
(entgegengsetzen) Ladungen ist. Der SAR -Wert ist nur dann sinnvoll, wenn
• keine Bicarbonat-Anionen in der Bodenlösung sind, welche Ca oder Mg
fällen;
• keine Komplexbildner vorhanden sind;
• die Austauscher keinen der beteiligten Ionen aus sterischen Gründen
bevorzugen
• die Anwesenheit spezieller Ionen kann das Nutzungspotential einschränken, so
gibt es z. B. chloridempfindliche Pflanzen
Diagnose von Versalzungsproblemen:
• elektrische Leitfähigkeit einer wassergesättigten Bodenpaste. <0.75 mS/cm
• Na-Sättigung > 10-15 %
• Borkonzentration >1-2 m/l (Bodenlösung)
• Chloridkonzentration > 20-40 mg/l (Bodenlösung)
Management:
• Pflanzenwahl, z. B. Toleranz gegenüber
• Na-Sättigung der Kolloide.
Extrem empfindlich
Na 2-10 %
Zitrus-Früchte,
Avocado
Nüsse
allgemein Früchte von Laubbäumen
empfindlich mäßig tolerant
Na 10-20 % Na 20-40 %
Bohnen
Reis
Klee
Haferarten
tolerant
Na 40-60 %
Weizen
Baumwolle
Tomaten
Alfala
• elektrische Leitfähigkeit: Für viele Kulturpflanzen sind Ertragskurven
erstellt worden, in denen der relative Ertrag in Funktion von der
elektrischen Leitfähigkei der Bodenlösung dargestellt ist. Für viele Früchte
wird ein prozentualer Ertragsverlust pro Anstieg um eine Einheit der
elektrischen Leitfähigkeit der Bodenlösung (bzw. einer wassergesättigten
Bodenpaste) angegeben. Dieser Abfall der Produktivität ist besonders groß
bei
______________________________________________________________________________________ 36
•
•
•
•
•
•
•
Ananas
Aprikose
Zitrone
Apfel
Erdbeere
Erdnuß
Soja
• Bewässerungstechnik
• geeignete Wasserqualität (elektrisch Leitfähigkeit SAR-Wert, vgl.
Abb. 14)
• „Leaching requirement“: rechnerischer Anteil des Wassers, der im
Wurzelraum versickern muß, damit bei gegebener Wasserqualität und bei
den klimatischen Bedingungen des Standortes keine Salzanreicherung
stattfindet. Man kann das LR pragmatisch so bestimmen, indem man
gerade soviel bewässert, bis die elektrische Leitfähigkeit der Bodenlösung
unter einen bestimmten (kritischen) Grenzwert abgesunken ist
V3-Na4
V1-Na2
V1-Na1
Na-Sättigungs-Risiko
Klassifikation von Beregnungswasser in den USA
Abb. 14:
Typisierung
von
Beregnungswasser im Hinblick
auf das Risiko der Versalzung
sowie das Risiko einer zu hohen
Na-Sättigung
• Einsatz von Gips zur Verdrängung von Na-Salzen und zur pH-Absenkung,
wenn der Salzstatus unbefriedigend ist (bei Auswaschung stark Nagesättigter Böden mit „reinem Wasser“ würde bei Abnahme der NaKonzentration eine Peptisierung de Kolloide stattfinden, was eine
drastische Reduktion der Wasserleitfähigkeit zur Folge hätte!)
(Verständnisfrage: Könnte man anstelle von Gips auch Kalk benutzen?)
______________________________________________________________________________________ 37
• Mulch zur Reduktion der Evaporation
• Unterflurbewässerung zur Minimierung der Evaporation (evtl.Abdecken
der Bodenoberfläche mit Folie)
Der im Hinblick auf seinen natürlichen Salzhaushalt extremste Boden der ariden
Tropen ist der
1. Solonchak
1.1 Allgemeines: 260 - 340 Mio ha der Erdoberfläche werden von Solonchaks
bedeckt. Der Ursprung der im Solum gespeicherten Salze kann sehr verschieden
sein:
• marin
• gesteinsbürtig
• vulkanisch
• hydrothermal
• äolisch
Solonchaks tragen allenfalls eine salztolerante, halophytische Vegetaion, bei
extremer Salinität können sie auch vollkommen vegetationsfrei sein. Zwei Kriterien
müssen erfüllt sein, damit ein „salic horizon“ ausgeschieden wird, der in Solonchaks
obligatorisch ist:
• das Löslichkeitsprodukt der beteiligten Salze muß niedriger als das des Gipses
sein (pKGips = 4.85);
• in einem Sättigungsextakt muß die elektrische Leitfähigkeit mehr als 15 mS / cm
(pH < 8.5, Neutralsalze) oder mehr als 8 mS / cm (pH > 8.5 oder pH < 3.5)
betragen (mS / cm = Milisiemens pro cm).
1.2 Morphe, Prozesse: Schlüsselprozeß der Solonchaks ist die Versalzung; man
unterscheidet:
Tagwasserversalzung: Salzzufuhr mit dem Regenwasser 0.1 - 10 kg NaCl / a / ha,
je nach Nähe zur Küste.
Leicht lösliche Salze (z. B. Nitrate, Chloride) befinden sich weiter unten als schwerer
lösliche Salze (Sulfate, Carbonate), da episodischer, in den Boden eindringender
Regen die Salze nach ihrer Löslichkeit „fraktioniert“; diese Fraktionierung wird durch
aufsteigende Feuchtigkeit nicht völlig aufgehoben, da sich das Wasser in dem stark
ausgetrockneten Oberboden meist dampfförmig nach oben bewegt.
Grundwasserversalzung: im Bereich der Meeresküsten, oder bei brackigem
Grundwasser.
Leicht lösliche Salze finden sich jetzt an höheren Partien des Solums, da im
aufsteigenden Grundwasser die am besten löslichen Salze am weitesten
transportiert werden (= umgekehrt wie bei der Tagwasserversalzung). Erreicht das
Grundwasser die Bodenoberfläche, entstehen Salzkrusten. Häufig zeigen Solochaks
auch völlig undifferenzierte oder komplexe Salzgradienten, die keine eindeutigen
Rückschlüsse auf die Art der Salzanreicherung zulassen.
______________________________________________________________________________________ 38
Nach der Dominanz des Anions der im Boden gespeicherten Salze unterscheidet
man:
• Saure Chlorid-Böden
• Neutrale Chlorid-Sulfat-Böden
• Neutrale Sulfat-Böden
• Saure Sulfat-Böden
• alkalische Bikarbonat-Sulfat-Böden
• stark alkalische Bikarbonat-Böden
(Die Einstufung sauer/alkalisch ergibt sich natürlich daraus, ob die begleitenden
Kationen vorwiegend Neutralkationen oder Kationsäuren sind).
1.3 Eigenschaften, Nutzung: Eine Nutzung von Solonchaks wäre allenfalls nach der
Auswaschung der löslichen Salze möglich. Die dazu nötigen Wassermengen sind in
den extrem ariden Gebieten, in denen diese Böden entstehen, normalerweise nicht
ohne großen technische Aufwand verfügbar.
2. Soloneze
2.1 Allgemeines: Soloneze kommen in trockenen, semiariden Steppenklimaten mit
Jahresniederschlägen zwischen 400 und 500 mm vor. Die Salzakkumulation findet
im Gegensatz zu den Solonchaks in tieferen Partien des Solums statt, wobei sich die
Salzfront im trockenen Sommer aufwärts, im feuchteren Winter abwärts bewegt. Der
diagnostische Horizont der Solnez ist ein „natric horizon“ der normalerweise dicht
und wenig durchlässig ist ,einen pH-Wert > 8.5 und eine hohe Na- bzw. Na/MgSättigung aufweist. Beträgt die Na-Sättigung mehr als 15 %, spicht man von „sodic
properties“. Früher nannte man Soloneze aufgrund der meist dunklen Farbe des
salzhaltigen Unterbodens Schwarzalkali-Böden.
2.2 Morphe, Prozesse: Aufgrund der hohen Na-Sättigung besitzen die Soloneze eine
sehr geringe Aggregatstabilität (Grund!!). Eine Nutzung ist i. d. R. erst nach
Auswaschung der Salze möglich.
3. Gypsisols
3.1 Allgemeines: Gypsisole findet man wie Solonchake und Soloneze hauptsächlich
in ariden Gebieten, wo sie ca. 90 Mio ha einnehmen. Diagnostischer Horizont ist ein
„gypsic horizon“ mit sekundärer Gipsanreicherung (CaSO4 • 2H2O). Dieser
diagnostische Horozont kann als „orthogypsic horizon“ (mindestens 15 Vol % Gips),
als „hypergipsic horizon“ (mindestens 60 Vol % Gips) oder als „petrogypsic horizon“
(mindestens 60 Vol % Gips und eine mindestens 10 cm mächtige, verhärtete
Gipsanreicherung) vorliegen. Primäre gipshaltige Substrate (z. B. „Gipskeuper“)
bringen keine Gypsisols hervor. Die sekundäre Gipsanreicherung kann folgende
Formen haben:
• Pseudomycel
• unverfestigter Gips in feinen Korngrößen
• kristalliner Gips in gröberen Korngrößen
______________________________________________________________________________________ 39
• kohärente, verfestigte Gipskrusten
• polygonale Gipskrusten
3.2 Morphe, Prozesse, Eigenschaften: Der Schlüsselprozeß ist die o. g. sekundäre
Gipsanreicherung. Es ist wichtig, daß Gypsisole nur dann ausgeschieden werden,
wenn der „gypsic horizon“ der einzige diagnostische Horizont ist. Gypsic horizons
können auch in Vertisolen, Solonchaks und Solonezen vorkommen! Daher sind auch
kaum allgemeine Aussagen zu Nutzbarkeit von Gypsisolen möglich. Da Gypsisole in
ariden bzw. semi-ariden Gebieten vorkommen, können diese Böden allenfalls bei
künstlicher Wasserzufuhr genutzt werden. Dabei besteht die Gefahr der weiteren
Versalzung.
4. Calcisols
4.1 Allgemeines: Calcisole kommen in ariden und semi-ariden Regionen vor, wo sie
ca. 800 Mio ha bedecken. Dominierender Prozeß ist die Anreicherung von
sekundärem Carbonat im Solum. Diese Anreicherung kann diffus, diskontinuierlich
oder kontinuierlich sein.
Ist sie diskontinuierlich (im fortgeschritteneren Stadium der sekundären
Kalkanreicherung) können folgende Formen auftreten:
• Pseudomycel (häufig auch bei uns im Löß unter Pararendzinen oder
Parabraunerden zu beobachten)
• Kalkbeläge
• weiche Konkretionen
• harte Konkretionen
• Adern
Bei kontinuierlicher Kalkanreicherung (=“calcrete“) unterscheidet man folgende
Formen:
• ungeschichtete calcrete
• massiv
• konkretionär
• geschichtete calcrete
• plattig
• kompakt
• lamellenartig
4.2 Morphe, Prozesse, Eigenschaften: Calcisole haben naturgemäß eine hohe
Basensättigung, der pH-Wert ist meist leicht alkalisch. Auch hier gilt analog wie bei
den „Gypsisols“: ein „Calcic horizon“ (> 15 % sekundäres Carbonat, mindestens
20 cm mächtig) oder ein „hypercalcic horizon“ (> 50 % sekundärer Kalk, mindesten
5 cm mächtig) allein bergründet nur dann einen Calcisol, wenn kein anderer
diagnostischer Horizont zusätzlich vorliegt. Calcic horizons kommen z. B. häufig in
Vertisols, Gypsisols, Solonchaks, Solonetzen und Luvisols vor. Die Nutzbarbeit der
Calcisole ist ähnlich wie die der Gypsisole zu beurteilen.
______________________________________________________________________________________ 40
5. Andosole
Andosole können eigentlich nicht speziell als tropische Bodenbildung gewertet
werden, da sie aufgrund der speziellen Eigenschaften ihrer „Kolloidfraktion“
ausgeschieden werden. Diese Kolloidfraktion zeichnet sich durch eine Dominanz
parakristalliner Komplexe aus (z. B. Allophane, Imogolit), wie sie in vulkanischen
Aschen vorherrschen Da viele aktiven Vulkane in tropischen Regionen vorkommen,
seien die Andosole, die weltweit über 100 Mio ha bedecken, hier kurz behandelt:
• Name: japan. ando = schwarzer Boden;
• aus jungen vulkanischen Aschen entstanden;
• locker, humusreich
• Tonfraktion überwiegend aus röntgenamorphem Allophan, teilweise auch frische
vulkanische Gläser;
• hohe variable Ladung, im sauren Bereich stark P-fixierend;
Diagnostischer Horizont ist ein „andic horizon“, mit weitgehend röntgenamorphen,
jungen vulkanischen Mineralen. Man unterscheidet drei Subtypen:
• vitr-andic, wenn vulkanische Gläser vorherrschen
• sil-andic, wenn Allophane vorherrschen
• alu-andic, wenn Sesquioxide vorherrschen.
Die Tonfraktion der Andosole hat im Gegensatz zur Tonfraktion gemäßigt humider
Breiten, in der kristalline Schichtsilikate dominieren, kaum eine Gitterladung,
sondern nahezu ausschließlich variable Ladungen. Da z. B. die Allophane im sauren
Bereich eine positive Ladung tragen und als starke Anionentauscher fungieren (vgl.
Abb. 12, Ladungsneutralpunkt!) ist ein großes Nutzungsproblem der Andosole die
starke Bindung anionischer Nährelemente, insbesondere eine starke P-Fixierung,
Die starke Bindung von Anionen bedingt natürlich auch, daß Huminstoffe
(=Polyanionen!!) in Andosolen sehr stabile Ton-Humuskomplexe eingehen.
Andosole sind aus diesem Grund oft humusreich.
Die bodenphysikalischen Eigenschaften der Andosole sind sehr günstig: sie haben
ein großes Porenvolumen, hohe Aggregatstabilität und sind damit i. d. R. gut
drainiert und weniger erosionsanfällig.
Bei den Solonchaken hatten wir die Versalzung als gravierendes Nutzungsproblem
tropischer Böden kennengelernt. Ein weiteres vom Menschen verursachtes
Bodenschutzproblem, das vor allem in den Tropen verheerende Folgen hat, ist die
Bodenerosion.
- EROSION
1. Einführung
• 7000 Jahre menschlicher Kulturgeschichte ist von Bodenerosion begleitet, der
Mensch hat dabei erstaunlich wenig Problembewußtsein entwickelt;
• entscheidende Durchbruch bei der naturwissenschaftlichen Behandlung der
Erosion: kinetische Betrachtung, ELLISON, 1944
• trotz wissenschaftlicher Klärung ist die Bodenerosion in tropischen Regionen
immer noch das Bodenschutzproblem Nr.1
______________________________________________________________________________________ 41
2. Erosion durch Wasser
Der Prozess der Erosion durch Wasser besteht aus drei Teilschritten:
a. Bodenteilchen werden aus ihrem natürlichen Verband isoliert
b. Bodenteilchen werden transportiert
c. Bodenteilchen werden sedimentiert
Entsprechend diesen Teilschritten hängt das Ereignis "Wassererosion" ab von
- der Erosivität des Niederschlags,
- der Erodierbarkeit des Bodens.
Alle empirischen Prognosemodelle zur Abschätzung des Erosionsrisikos müüsen
daher mit quantitativen Angaben zur Häufigkeit erosiver Niederschläge und mit
Faktoren der Erodierbarkeit des Bodens parametrisiert werden.
Erosion ist zwar in erster Linie ein Problem tropischer und subtropischer
Regionen, aber auch in unseren Breiten spielt die Erosion lokal eine große Rolle:
- Weinbaugebiete auf Löß (als die Weinberge noch nicht grün waren!)
- Hackfruchtfeldbau
- Mais (!)
- mittlere jährliche Abträge liegen bei 20 t/ha/a (=ca. 1.5 mm Abtrag bei dB=1.5
g/cm3), Bodenbildungsraten liegen demgegenüber bei maximal 0.25 bis 0.5 mm/a.
2.1 Erosivität von Niederschlägen
Damit ein Niederschlag Erosion auslösen kann, muß er genügend Energie besitzten,
um Bodenteilchen zu mobilisieren und genügend Wasser liefern, daß es zum
Oberflächenabfluß kommt.
− Methoden der Bestimmung der Erosivität
Niederschlagsmenge: kaum Korrelationen zur Erosion
höchste Intensität: kaum Korrelation
Gesamtenergie: bessere Korrelation, aber immer noch hohe Reststreuung
Produkt aus höchster Intensität eines Halbstundenintervalls und der Gesamtenergie:
beste Korrelation:
EI30-Index.
E = Gesamtenergie eines Regens;
I30 = die maximale mittlere Intensität des Niederschlages innerhalb eines
Halbstundenintervalls.
Die Gesamtenergie eines Niederschlages kann aus den Energien der einzelnen
Intensitätsstufen, denen diskrete Tropfengrößen zugeordnet werden, berechnet
werden, z. B. nach SCHWERTMANN et al. 1987:
− Ei=(11.89+logIi)Ni, für 0.05 < Ii < 76.2 mm/h (Tropfengröße steigt mit der Intensität
Ii noch an)
− Ei=0 für Ii < 0.05
− Ei=28.33 Ni für Ii>76.2 (Tropfengröße steigt mit zunehmender Intensität nicht mehr
an, Gesamtenergie ist daher nur noch eine Funktion der Niederschlagsmenge Ni.
Zu beachten ist hier, daß die Beziehung zwischen Intensität und Tropfengröße
einer regionalen Kalibrierung bedarf. Ein weiteres Problem ist, daß die
zusätzliche Beschleunigung von Regentropfen durch Wind oder Sturm nicht
berücksichtigt ist.)
Der I30-Wert (maximale mittlere Intensität eines Halbstundenintervalls) muß aus
Regenschreiberaufzeichnungen gemäß Abb. 15 entnommen werden.
______________________________________________________________________________________ 42
Abb. 15
Problem: Der EI30-Index beleuchtet das Erosionsproblem nur aus der Sicht des
Bodenverlustes. Es gibt aber noch das Problem der Eutrophierung von Gewässern
(P!) mit nähstoffhaltigem Ober-bodenmaterial. Dies ist auch bei sehr geringen
erdodierten Bodenmengen, die für die Massenbilanz des Bodens kaum eine Rolle
spielen, eutrophierend wirksam. Diesem Gesichtspunkt werden solche Indizes nicht
gerecht.
-2
-1
Mittlere jährliche Niederschlagserosivität (EI30-Index) in kJ mm m h
Deutschland:
30 - 150 (> 70 nur Mittelgebirge, Alpen)
USA:
90 - 1000
Kamerun:
400 - 3500
Parná (Brasilien)
600 - 1200
Man sieht, daß in den humiden Tropen bis zu 100-fach höhere Erosivitäten auftreten
als in den gemäßigt humiden Zonen.
Wenn keine Regenschreiber vorhanden sind, kann auch der KE > 1 bzw. KE > 25 Index verwendet werden. Dieser Index summiert die Energie eines
Niederschlagsereignisses, abzüglich der Energie, die der Intensität < 1 inch/h bzw.
< 25 mm/h zugeordnet wird. Dieser Index wird hauptsächlich in Afrika verwendet.
2.2 Erodierbarkeit von Böden
− Methoden der Bestimmung der Erodierbarkeit (="K-Faktor")
− Im K-Faktor werden Bodeneigenschaften ausgedrückt, die den Boden anfällig
bzw. unempfindlich für Erosion machen: Durchlässigkeit, Körnung, Humusgehalt,
Aggregatstabilität etc.
Der K-Faktor gibt an, wieviel Boden von einer standardisierten Fläche (9 %
Hangneigung, Hanglänge 22 m bei einer standardisierten Regenerosivität
abgetragen wird.
2.3 Universelle Bodenabtragsgleichung
Die am häufigsten benutzte WISCHMEIER-Gleichung ist ein typisches Beispiel für
ein technologisches Modell, das nicht dem wissenschaftlichen Erkenntniszuwachs
______________________________________________________________________________________ 43
dient, sondern brauchbare Prognosen liefern soll. Demgegenüber arbeitet man z.Zt
auch an deterministischen Modellen, deren Kern die physikalischen Prozesse bei
der Mobilisierung und beim Transport von Bodenteilchen enthält.
• von WISCHMEIER u. SMITH für die USA entwickelt
A = (R x K x LS x C x P) x 2.24 (t/ha)
darin bedeuten:
A
= Abtrag
R
= Faktor der Erosivität
K
= Faktor der Erodierbarkeit
LS = Faktor aus Hangneigung und Hanglänge
C
= Faktor für die Schutzwirkung der Vegetation (unter Wald ist c i. d. R. 0,
d. h. A=0)
P
= Faktor für andere erosionmindernder Schutzmaßnahmen (z. B.
Konturpflügen)
K-Faktoren werden ebenfalls durch stochastische Modelle prognostiziert (z. B.
SCHWERTMANN et al., 1990):
Beispiel für die Berechnung von K-Faktoren:
K=2.77x10-6xM1.14(12- %O) + 0.043 (A-2) + 0.033(4-P)
darin bedeuten:
M
= ( %Schluff + Feinsand)x(100-%Ton)
O
= org Subst. in %
A
= Aggregatklasse
P
= Permeabilitätsklasse
Beispiel für die Berechnung des LS-Faktors
LS=(lUSLE/22.1)m x (s/9)1.5
darin bedeuten:
LS = Hanglängen- und Neigungsfaktor
lUSLE = erosive Hanglänge (Zwischen Entstehung von Abluß und Vorfluter bzw.
Depositionsraum)
m
= Hangneigungsfaktor (0.15-0.5)
s
= Hangneigung in Grad
In Abb. 16 ist der Einfluß der Hanglänge und der Hangneigung auf die relative
Erosion dargestellt. Man sieht, daß Hangneigung und Hanglänge sich gegenseitig
verstärkende Faktoren der Erodierbarkeit sind. Überhalb einer Hangneigung von
3 % nimmt der Effekt der Hanglänge auf die Erodierbarkeit stark zu.
______________________________________________________________________________________ 44
Abb. 16
3. Erosion durch Wind
Die zur Bewegung eines Teilchens erforderliche Windgeschwindigkeit beträgt:
5 - 10
10 - 20
20 - 50 50 - 150 150 - 250
1000
2000
∅ (µm)
v (m/s)
17
10
6
4
5
11
16
Man sieht, am anfälligsten für Winderosion sind Teilchen mit einer Krongröße
zwischen 0.02 und 0.25 mm (Grobschluff u. Feinsand vgl. Löß!!). Kleinere Körner
erfordern höhere Windgeschwindigkeiten, da sie meist zu Aggregaten verbacken
sind und somit eine Ablöseenergie erforderlich wird.
Voraussetzungen für die Winderosion sind eine vegetationsarme, trockene
Bodenoberfläche größerer Ausdehnung. Neben ariden Gebieten ist dies auch in
intensiv ackerbaulich genutzen Regionen (z. B. great plains der USA) der Fall.
______________________________________________________________________________________
45
III. Bodensystematik
1. Einführung
Böden sind Naturobjekte mit einer sehr hohen Vielfalt. Bereits sehr früh begann man
daher, Böden nach gemeinsamen Merkmalen zu klassifizieren. Die Klassifikation soll
hauptsächlich zwei Zielen dienen:
• Charakterisierung von Nutzungspotentialen,
• Erarbeitung eines „wissenschaftlichen Rahmens“.
Deutschland: nicht ganz einheitliches Konzept, d. h. Böden werden nach dem jeweils
überwiegenden Merkmal oder Prozeß klassifiziert.
Kriterien der Klassifikation:
- Landschaften, z. B. Marschen, Auen
- Prozesse (genetisches Konzept, überwiegendes Kriterium)
- Eigenschaften (z. B. Gesteinsrohböden, Syroseme)
Bei vielen praktischen Bodenkartierungen werden sog. "effektive Konzepte"
verwendet, dabei steht die Wirkung des Bodens auf andere Objekte im Vordergrund,
z. B. die Nutzbarkeit als Pflanzenstandort.
− Z. B. die forstlichen Standortskartierungen sind strikt effektive Kartierungen,
d. h. erfaßt und kartiert werden Eigenschaften, die für das Waldwachstum wichtig
sind.
− Vorteile / Nachteile genet. Konzept / effektives Konzept: Offenheit für wiss.
Fortschritt, Nutzungsänderung, ökonom. Gesichtspunkte.
Die Bodensystematiken sind nicht vergleichbar mit den Systematiken von Pflanzen- und
Tierearten. Pflanzen- und Tierarten sind eindeutig codiert (durch Gene) und zeigen
damit (zumindest theoretisch) eindeutige Verwandschafts- und Hierarchiebeziehungen.
Die Merkmalsmuster von Böden sind nicht codiert. An der Entstehung von Böden sind
auch chaotische Prozesse beteiligt (z. B. Stoffumlagerungen durch Wasser und Wind).
Jedes Klassifikationssystem für Böden ist daher zwangsläufig bis zu einem gewissen
Grad willkürlich und bedarf der Einigung auf Konventionen.
2. Geschichte der Bodensystematik
• genetische Klassifikation geht auf DOKUTSCHAJEW zurück, daher viele russische
Namen in der Bodenkunde, heutige Klassifikation in Deutschland beruht im
wesentlichen auf KUBIENA (1953).
• in den USA entwicklete sich eine strikte Merkmalsklassifikation ("7th approximation"),
die sich auf quantifizierbare Eigenschaften diagnostischer Horizonte stützt. Dabei
werden synthetische Begriffe aus lateinischen und griechischen Wortstämmen
verwendet.
Die
US-Taxonomy
verzichtet
weitgehend
darauf,
einen
„wissenschaftlichen Rahmen“ für die Bodenkunde stellen zu wollen.
______________________________________________________________________________________
46
3. US-Soil-Taxonomy
Oberste Kategorie: Orders, derzeit 11
− dritte Order sind z. B. die Spodosols, das sind Böden die Podsolierungsmerkmale
zeigen.
− Suborders werden durch Hinzufügen weiterer Buchstabenkombinationen gebildet:
z. B. orthic, aquic etc.
− "Normale" Podsole wären Orthods, hydromorphe Podsole Aquods;
− Suborders entsprechen etwa unseren Bodentypen, eine Übersetzung ist jedoch
häufig schwierig.
4. System der FAO-Weltbodenkarte
(wurde bei Abschnitt II, Bodenentwicklung in den Tropen, verwendet)
− seit 1961;
− 28 Bodeneinheiten, in 3 - 6 Untereinheiten weiter differenziert;
− die wichtigsten Einheiten (häufig selbsterklärende Begriffe): Histosols (= Moore),
Lithosols, Fluvisols = Auenböden), Luvisols (= Parabraunerde, BS > 50 %), Acrisols
(= Parabraunerde BS < 50 %);
− z. B. Braunerde → Cambisol; Podsol-Braunerde → dystric cambisol; Parabraunerde
→ orthic Luvisol (bei hoher Basensättigung) bzw. Acrisol (bei niedriger
Basensättigung, i. d. R. unter Wald!).
______________________________________________________________________________________
5. Beispiel der Gliederung von Böden nach der deutschen Systematik
(Ausschnitt)
Abteilung
Klasse
Landböden, z. B.:
Rohböden (Syroseme)
A/C-Böden (ohne Steppenböden), z. B.:
Bodentyp
Ranker (silikatisch, Festgestein)
Regosol (silikatisch, Lockergestein)
Rendzina (carbonatisch, Festgestein)
Pararendzina (carbonatisch,
Lockergestein)
Steppenböden
Pelosole
Braunerden, z. B.:
Braunerde
Parabraunerde (Tonverlagerung)
Fahlerde (mit verfahltem Oberboden)
Podsole, z. B.:
typischer Podsol
Staupodsol
Terrae calcis, z. B.:
Terra fusca
Terra rossa
Stauwasserböden, z. B.:
Pseudogley
Haftnässepseudogley
Stagnogley
Kolluvien
Grundwasserböden,
z. B.:
Aueböden
Gleye, z. B.:
typischer Gley
Naßgooley
Anmoorgley
Marschen
Semisubhydrische Böden
und subhydrische Böden
Moore, z. B.:
Niedermoor
Übergangsmoor
Hochmoor
Kultisole
47
______________________________________________________________________________________
Formalismen, Symbole (jeweils kleine Auswahl)
1) HORIZONTSYMBOLE (Hauptsymbole)
A Mineralischer Oberbodenhorizont mit Humusakkumulation
B Mineralischer Unterbodenhorizont
- Steingehalt < 75 %
- Verwitterung, Verlehmung "in situ"
- Akkumulation gelöster oder suspendierter Stoffe aus dem Oberboden
- Feinerde frei von lithogenem Carbonat
C Mineralischer Untergrundhorizont
- i. d. R. Ausgangsgestein
T Mineralischer Unterbodenhorizont aus dem Lösungsrückstand von
Carbonatgestein
- Tongehalt > 45 %
- Polyedergefüge
- carbonatfrei
S Mineralbodenhorizont mit Stauwassereinfluß
- Luftvolumen<3 %
P Mineralischer Unterbodenhorizont aus Tongestein
- Tongehalt>45 %
- Prismen- oder Polyedergefüge
G Mineralbodenhorizont unter Grundwassereinfluß stehend
M Kolluvialer Mineralbodenhorizont
H Organische Horizonte (Org. Subst > 300 mg/g)
48
______________________________________________________________________________________
49
2) MERKMALSSYMBOLE
vor dem Hauptsymbol: geogenes Merkmal
nach dem Hauptsymbol: pedogenes Merkmal
Pedogene Merkmale:
Symbol Bedeutung
Kombinierbar mit
h
biogener oder chemischer Humuseintrag
A, B
l
Tonauswaschung
A
e
Auswaschung von Huminsäuren, Al, Fe, Mn
A
p
durch Bodenbearbeitung beeinflußt
A
i
Horizontmerkmale wenig ausgeprägt
A
v
Verwitterung, Verbraunung, Verlehmung
B, C
n
unverwittert
C
t
Toneinwaschung
B
s
Oxideinwaschung
B
c
sekundäre Carbonatausfällung
C, G, H
w
wasserleitend
S
d
wasserstauend
S
g
wasserstauend durch "Haftnässe"
S
o
oxidiert
S
r
reduziert
S
Geogene Merkmale:
Symbol Bedeutung
Kombinierbar mit
l
locker
C
m
massiv
C
f
fossil, begrabener Horizont
frei kombinierbar
r
reliktischer, überprägter Horizont
frei kombinierbar
Beispiel:
lCc: lockeres Ausgangsgestein mit sekundärer Carbonatausfällung (z. B. Löß unter
einer Pararendzina oder Parabraunerde)
Geologischer Schichtwechsel im Bodenprofil wird durch II...III vor dem Hauptsymbol
gekennzeichnet.

Bodenkundliche Grundlagen II

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