Grundlagen zum Boden

Der Boden


 Inhaltsverzeichnis

1. Boden als Naturkörper
2. Wie entsteht ein Boden.


2.1. Die Bodenbildungsprozesse.
3. Was ist ein gesunder Boden für die Landwirtschaft?.
4. Bodenbeschreibende Eigenschaften.
5. Arten des Wassers im Boden.
6. Die Luft im Boden.
7. Zustand der Böden.
8. Schutz der Böden.
9. Literaturliste

.

1. Boden als Naturkörper

Der Boden ist die belebte oberste Erdkruste des Festlandes. Die einzelnen Böden sind nach unten durch festes oder lockeres Gestein, nach oben durch die Atmosphäre (und teilweise durch eine Vegetationsdecke) begrenzt, während sie zur Seite gleitend in benachbarte Böden übergehen. [5]

Ein Boden besteht aus Mineralien unterschiedlicher Art und Größe sowie aus organischen Stoffen, dem Humus. Minerale und Humus sind in bestimmter Weise im Raum angeordnet, bilden miteinander das Bodengefüge mit einem bestimmten Hohlraumsystem. Dieses besteht aus Poren unterschiedlicher Größe und Form, die mit der Bodenlösung, d.h. Wasser mit gelösten Stoffen, und der Bodenluft gefüllt sind. Böden weisen charakteristische Horizonte auf, die oben streuähnlich sind, nach unten gesteinsähnlich werden.

Boden sind Naturkörper unterschiedlichen Alters, die je nach Art des Ausgangsgesteins und Reliefs unter einem bestimmten Klima und damit einer bestimmten streuliefernden Vegetation mit charakteristischen Lebensgemeinschaften (Biozönosen) durch bodenbildende Prozesse entstanden sind. [5]

Die Gesamtheit der Böden, welcher als Pedosphäre bezeichnet wird, ist ein Durchdringungsbereich von anderen Sphären. Hier durchdringen sich die Lithosphäre (feste Gesteinshülle der Erde), die Atmosphäre (gasförmige Hülle der Erde), die Hydrosphäre (ober- und unterirdisches Wasservorkommen der Erde), die Biosphäre und die Anthroposphäre (vom Mensch geschaffener Lebensraum). [4]

Die Ökosphäre (Abb 1-1) umfasst die Gesamtheit aller Ökosysteme und schließt damit auch die Pedosphäre ein. Die Böden einer Landschaft sind dabei miteinander durch Energie-, Wasser-, und Stoffflüsse verknüpft (Abb. 2). [5]

Die Pedosphäre kann zwischen einigen Dezimeter bis hin zu einigen Dezimeter dick sein. Bei dicken Böden ist eine eindeutige Grenze zwischen dem belebten Boden und dem lediglich physikalisch und chemisch verwitterten Gestein nicht zu ziehen. [4]

Die groben Bestandteile (Steine, Kies Gerölle) werden Bodenskelett genannt. Die Korngrößenverteilung (Textur) bestimmt physikalische und chemische Bodeneigenschaften wie z.B. Bearbeitbarkeit, Wasserspeicherung und Erosionsanfälligkeit.

Die chemische Zusammensetzung des Boden hängt von Mineralbestand des Ausgangsgesteins und den Vorgängen der Bodenbildung (siehe Kapitel 2.1) ab.

Zur Beschreibung des Boden werden die einzelnen Schichten als Horizonte gekennzeichnet.

Grafik: Ausschnitt aus der Pedosphäre, hier 1m² in sich einheitlicher mitteleuropäischer Boden

Weitere Unterteilung [6]:
Horizonte können zusätzlich an Hand bestimmter Eigenschaften mit Hilfe von Kleinbuchstaben unterteilt werden:

A-Horizont:

• Ae-Horizont: ausgewaschener, meist grauer (humusarmer) A-Horizont
• Ah-Horizont: humusreicher A-Horizont
• Al-Horizont: ausgewaschener A-Horizont (l = lessiviert)

B-Horizont:

• Bv-Horizont: durch Verwitterung verbraunt und verlehmt
• Bh-Horizont: humusangereichert
• Bt-Horizont: tonangereichert (kräftig braun)

C-Horizont:

• Cn-Horizont: unverwittertes Ausgangsgestein
• Cv-Horizont: schwach verwittertes Ausgangsgestein

Als A- Horizont wird der mineralische Oberboden bezeichnet. Der B- Horizont ist der mineralischer Unterboden und der C- Horizont ist das Gestein unter dem Boden.

Der G- Horizont ist die Schicht, die vom Grundwasser beeinflusst wird.

Eine genauere Charakterisierung der Horizonte erfolgt durch anhängen von Kleinbuchstaben. So bedeutet zum Beispiel Ah ein humushaltiger Oberboden und Cv ist eine Schicht aus verwittertem Gestein.

Der A- und B- Horizont werden auch zum Solum zusammengefasst. Die Bodenkrume ist eine andere Bezeichnung für den humushaltigen Oberboden.

2. Wie entsteht ein Boden 

Der Boden wird durch Bodenbildungsprozess gebildet. Diese Prozesse sind Verwitterung, Ablagerung, Verlagerung und Umwandlung. Diese Schicht besteht immer aus toter anorganischer und organischer Substanz, aber auch aus lebenden Organismen.

Die Bodenbildung (und auch die –zerstörung) wird von den verschiedenen Faktoren wie Ausgangsgestein, Relief, Klima, Wasser, Pflanzen, Tiere und Menschen beeinflusst. Sie wirken immer zusammen, müssen aber nicht immer die gleiche Bedeutung haben.

Die Abb 1-2 stellt einen typischen Boden als Naturkörper dar. Dieser hat sich aus einem Festgestein (Granit), das als C-Horizont bezeichnet wird, entwickelt. Durch Verwitterungsprozesse ist das Gestein in Bruchstücke (Steine) und seine Minerale (Quarz, Feldspäte, Glimmer) zerfallen, die zusammen mit neu gebildeten Mineralen (Tonminerale, Eisenoxide u.a.) als Partikel unterschiedlicher Größe (Sand, Schluff, Ton) die anorganische Festsubstanz bilden. Bei dem Zerfall des Gesteins entstanden Hohlräume. Diese groben Poren sind meist mit Luft gefüllt, die feineren mit Wasser. Durch Tonmineral-bildung wurden A- und B- Horizont lehmig und durch Eisenoxid braun gefärbt. Durch abgestorbene Pflanzenreste wurden die Bodenflora und –fauna zum geringen Teil in schwarze Huminstoffe umgewandelt, und mit mineralischen Substanzen zum letztendlich braunschwarz gefärbten A-Horizont vermischt, über dem sich eine organische Auflage (O-Horizont) befindet. [5]

2.1. Die Bodenbildungsprozesse

Bei der Bildung von Boden wirken mehrere Prozesse zusammen. Jede Phase der Bodenbildung entspricht einer bestimmten Kombination von Prozessen. Diese Bündel von Bodenbildungsvorgängen werden häufig unter einem Namen zusammengefasst, etwa die Bodenversalzung oder Vergleyung. All diese Vorgänge des Bodens sind zeitabhängig. Die Bodenbildung dauert sehr lange. In 200 bis 300 Jahre wird ein Zentimeter Boden neu gebildet.

Die Böden unserer Erde sind oft zu einer anderen Zeit und unter einem anderen Klima gebildet worden. So sind z.B. die Vogelsberg Laterite unter feucht-tropischem oder subtropischem Klima  (Paläoböden, griechisch palaios : alt) gebildet worden.

Typische Vorgänge bei der Bodenbildung sind Abbauprozesse, Aufbauprozesse und Verlagerungsprozesse. Die Abbauprozesse sind unterschiedliche Verwitterungsvorgänge der mineralischen Bodenbestandteile. Bei den Aufbauprozessen werden neue Stoffe wie z.B. Tonminerale und Oxide durch die Humifizierung gebildet. Durch diese Vorgänge wird ein regellos angeordnetes Gemisch einzelner Bodenpartikel in einem Boden mit Aufbaugefüge, verwandelt. Die Verlagerungsprozesse können sowohl einzelne Bodenbestandteile als auch die Bodenhorizontale oder sogar den Boden als ganzes betreffen (Solifluktion = Bodenfließen). Die bodenwühlenden Lebewesen durchmischen das Bodenmaterial (Bioturbation). Dies kann ebenso durch den Frost (Kryoturbation) oder dem Landwirt beim Pflügen (Kultoturbation) geschehen. Häufigste Verlagerungsvorgänge ist die Lösungswanderung in vertikaler und/oder horizontaler Richtung sowie die mechanische Verschlämmung toniger und teilweise auch humoser Substanzen mit dem Sickerwasser aus dem Oberboden in den Unterboden.

Schon der russischer Bodenkundler W.W. Dokucaev definierte im 19. Jahrhundert Boden (B) als Funktion ihrer genetischen Faktoren, mit:

-         Ausgangsgestein (G)

-         Klima (K)

-         Organismen (O)

-         Relief (R)

-         Zeit (Z)

-      Mensch (M)

B = f(G, K, O, R, M) * Z (Bodenbildungsfunktion)

Die genetischen Faktoren lösen in ihrem komplexen Zusammenspiel bestimmte bodenbildende Prozesse wie z.B. Gesteinszerteilung, Verlehmung und Verbraunung, Zersetzung und Humifizierung, Aggregatbildung und Mischung, Tonverlagerung und Podsolierung, Marmorierung und Versalzung aus, die in Abhängigkeit von ihrer Intensität und Dauer zu charakteristischen Bodeneigenschaften führen. Damit erlauben die heutigen Eigenschaften der Böden Rückschlüsse auf die abgelaufenen Prozesse sowie die bestimmenden genetischen Faktoren und tragen damit zu einer Rekonstruktion der Landschaftsgeschichte wie auch zu einer Prognose der zukünftigen Boden- und Landschaftsentwicklung bei.

Zu den typischen pedogenen (im Boden entstandenen) Verwitterungsneubildungen zählen vor allem Oxide und die zu den Silicaten gehörenden Tonminerale, von denen einige die Fähigkeit besitzen Wasser und Nährstoffe anzulagern und ähnlich wie Ionentauscher wieder freizusetzen.

3. Was ist ein gesunder Boden für die Landwirtschaft?

Bei einem Boden mit hoher biologischer Aktivität werden die mineralischen Bodenbestandteile durch schleimförmige Bakterienkolonien, Pilz und Algenfäden und feine Wurzelhaare zu abgerundeten Krümeln verklebt und verbunden. Dieses hohlraumreiche, stabile Krümelgefüge, zu dem auch die Regenwürmer entscheidend beitragen, beeinflusst günstig den Bodenwasser- und Lufthaushalt sowie das gesamte Bodenklima.
Sowohl die lebenden wie auch die toten organischen Substanzen beeinflussen die Ertragsfähigkeit oder Fruchtbarkeit eines Boden etwa um den Faktor 3 bis 5 stärker als die Tonminerale.

Die Ackerböden werden in einem Ackerschätzungsrahmen nach Bodenart, Zustandsstufen und Entstehungsart in Klassen eingeteilt. Daraus resultiert die Ackerzahl. Diese gibt Auskunft über die natürliche Ertragsfähigkeit eines Bodens. Lehmige Bodenarten aus Löß erreichen die maximale mögliche Ackerzahl von 100, Sandböden in sehr schlechtem Zustand nur 10.

Die Bodenorganismen haben zwar einen geringen Anteil an der Bodenmasse, kommen aber auf einem Quadratmeter Bodenoberfläche bis in 30 Zentimeter Tiefe, häufig in Millionen- bis Milliardenzahlen vor. Ihre Aufgabe ist die Zersetzung, Umwandlung, ständige Durchmischung (Bioturbation), Lockerung des Bodens und Lebendverbauung, welches ein sehr wichtiges Merkmal der Bodengare
(Idealzustand eines fruchtbaren Bodens, krümelig, humos, gut durchlüftet, ausreichend feucht und leicht durchwurzelt) ist.

Nur gesunde Böden schließen die natürlichen Kreisläufe und sind Lebensraum für zahlreiche Tiere und Pflanzen. [3]

4. Bodenbeschreibende Eigenschaften

Vor Ort wird der Boden einer ersten Analyse mittels der sogenannten Fingerprobe unterzogen. Dabei wird eine durchfeuchtete Bodenprobe mit den Fingerspitzen geknetet und gerieben und auf die Merkmale Formbarkeit, Bindigkeit und Glanz untersucht. Die Bodenfarbe kann visuell mit genormten Farbtafeln verglichen werden.

Weitere Eigenschaften des Bodens können mittels Analyse im Labor bestimmt werden. Beispiele dafür sind die Kationen – Austauschkapazität, die Bodenreaktion, die Pufferung und das Redox-Potential.
Mit der Bestimmung der Kationen - Austauschkapazität wird die Bindung von Kationen an elektrisch negativen Ladungsplätzen beschrieben. Diese ist abhängig von der Größe und der Gesamtoberfläche. Zum Beispiel haben Tonminerale eine Oberfläche von 800 m² je g Substanz.

Mit der Bodenreaktion wird der Säuregrad eines Bodens (sauer, neutral, alkalisch) durch den pH-Wert der Bodenlösung bestimmt. Dieser hat Auswirkung auf fast alle Prozesse, die im Boden ablaufen wie zum Beispiel die chemische Verwitterung, die Neubildung von Mineralen und die Humifizierung.

Mit der Pufferung wird die Fähigkeit, plötzliche und starke Änderung der Bodenreaktion aufzufangen, charakterisiert. Eine wichtige Rolle spielen dabei die anorganischen und organischen Austauscher, sowie die Basen im Boden.

Mit dem Redox-Potential wird das Verhältnis von Oxidation zu Reduktion beschrieben. Dies umfasst die Oxidations- und Reduktionsvorgänge im Boden. Die Redoxeigenschaften beeinflussen u.a. den Abbau der organischen Substanzen und die Verfügbarkeit der Pflanzennährstoffe.

5. Arten des Wassers im Boden

Wasser kommt im Boden flüssig und gasförmig (Wasserdampf) vor und bei Frost auch im festen Zustand. Anders als beim Grundwasser werden die Bewegungen des Bodenwassers nicht nur von der Schwerkraft und der Reibung bestimmt.

Das Sickerwasser sickert durch die Schwerkraft durch den Boden zum Grundwasser. Das

Stauwasser kann als Sonderform des Grundwassers aufgefasst werden. Dieses bildet sich nach ausgiebigen Niederschlägen oder nach der Schneeschmelze. Das Haftwasser haftet an den festen Bodenpartikeln. Das Kapillarwasser steigt entgegen der Schwerkraft durch Kapillarkräfte auf.

Der Maßstab für die Wassermenge, die ein Boden entgegen der Schwerkraft halten kann ist die Feld(wasser)kapazität.

Von dem Wasser im Boden ist nur ein Anteil für die Pflanzen verfügbar, so ist das Haftwasser bei feinkörnigen Bodenarten zu fest an die Bodenpartikel gebunden, als das die Pflanzen es aufnehmen könnten.

Sandige Bodenarten besitzen eine niedrige Feldkapazität und damit für die Landwirtschaft einen geringen Nährstoffvorrat. Daraus resultieren oft  starke Düngung der Böden. Wegen der geringen Feldkapazität werden hohe Düngermengen nicht in Pflanzsubstanz umgesetzt, sondern ein großer Anteil der Düngemittel wird ausgewaschen. Dies führt wiederum zu Nitratbelastungen des Grundwassers und zur Eutrophierung (Nährstoffanreicherung in einem Gewässer) der Oberflächenwässer.

6. Die Luft im Boden

Die nicht vom Wasser eingenommenen Poren im Boden sind mit Luft gefüllt. Allgemein gilt, dass die Luftkapazität im Gegensatz zur Wasserkapazität mit abnehmender Korngröße niedriger wird. Die Luftkapazität von sandigen Böden beträgt ca. 30 Prozent und die von Tonböden unter 15 Prozent. In feinkörnigen Böden kann es deshalb zu Sauerstoffmangel und Pflanzenschäden kommen. Ohne frische Sauerstoffzufuhr ist bei starkem Pflanzenwachstum der Sauerstoff der Bodenluft nach ca. 20 Tagen verbraucht. Der Sauerstoffgehalt der Bodenluft ist im langfristigen Durchschnitt gleich dem Gehalt der Atmosphäre. Hingegen ist der Wasserdampfgehalt und Kohlendioxidgehalt größer als in der Atmosphäre.

7. Zustand der Böden

Der Zustand der Böden unserer Erde ist weltweit besorgniserregend. Allein durch Wasser- und Winderosion gehen jährlich mindestens 75 Milliarden Tonnen an Boden verloren, auf einem Hektar bis zu 40 Tonnen, während die Neubildungsrate lediglich etwa ein bis zwei Tonnen pro Hektar und Jahr betragen.

Die Überdüngung ist nur einer von vielen Faktoren, die den Boden und darüber hinaus andere Bereiche der Umwelt belasten und zerstören, wie Immissionen von Schadstoffen, die Bodenerosion oder der Einsatz schwerer Landmaschinen, der zu Bodenverdichtungen mit nachteiligen Folgen für den Wasser-, Luft-, Wärme,- und Nährstoffhaushalt der Böden führen kann.

Durch die anhaltende Überbeanspruchung verlieren unsere Böden wichtige Funktionen. Symptome dieser Beanspruchung durch den Menschen sind Vegetationsverlust, Erosion, Humusabbau, Versauerung und Versiegelung. [3]

8. Schutz der Böden

Der Schutz von Böden ist im Vergleich zu den anderen Umweltmedien Luft und Wasser und Naturschutz im öffentlichen Bewusstsein und in der Umsetzung in Planungsvorgängen bisher zweitrangig. Seit 1998 trat das Bundes-Bodenschutzgesetzt (BbodSchG 1998) in Kraft, vorher war das Umweltmedium Boden in verschiedenen flächenhaften Planungen zu berücksichtigen. 2002 folgte das Gesetz der Umweltverträglichkeitsprüfung (UVPG 2002), wo auf Mensch, Tier, Pflanze, Wasser, Klima und Luft und ausdrücklich auch der Boden eingegangen wird. Seitens der EU wird ein gemeinsames Boden Monitoring angestrebt.

Im Rahmen von Planungsprozessen wird die Lebensraumfunktion Boden oft nur indirekt berücksichtigt oder auf die Teilfunktion „Lebensraum für Pflanzen“ reduziert. Dadurch werden Parameter für die Ausweisung schützender Böden herangezogen, die aus Sicht der Bodenorganismen nicht relevant oder zumindest nicht ausreichend sind. Für ein Verfahren zur Bewertung der Teilfunktion „Lebensraum für Bodenorganismen“ ist daher u.a. zu fordern, dass die Definition und Abgrenzung der Lebensräume von Bodenlebensgemeinschaftstypen bodenbiologisch begründet sind. [1]

Der Fachausschuss „Biologische Bewertung von Böden“ des Bundesverbandes Boden (BVB) hat sich mit diesem Thema befasst und ist zu folgendem Ergebnis gekommen.

Aufgrund der Standortreue wichtiger Bodentiergruppen ist es möglich, die Verbreitung von Bodenorganismengemeinschaften vorherzusagen und kartographisch darzustellen. Eine Bewertung anhand von Kriterien des Naturschutzes (z.B. Seltenheit auf unterschiedlichen räumlichen Skalen) ist möglich. Darüber hinaus können die vorgelegten Informationen auch für einen Soll-Ist-Abgleich, d.h. für einen Vergleich der am Standort vorgefundenen (Ist) mit der erwarteten Organismenpopulation (Soll), genutzt werden.

Das im Rahmen des Fachausschusses erstellte Verfahren baut auf den aktuellen Stand des Wissens auf und kann anhand zukünftiger Erkenntnisse über die Zusammenhänge zwischen Standortfaktoren und die Verbreitung von Bodenorganismen erweitert werden. [1]

Die Schwarzerde, welche auch Tschernoseme genannt wird, aus Sachsen Anhalt wurde erstmals am Weltbodentag am 5. Dezember 2004 zum Boden des Jahres 2005 ausgewählt. [3]

Grund für den Weltbodentag und Boden des Jahres ist die Wichtigkeit der Böden für unser Leben. Nur gesunde Böden schließen die natürlichen Kreisläufe und sind Lebensraum für zahlreiche Tiere und Pflanzen.

9. Literatur- und Quellenliste

[1] Bundesverband Boden e.V., BVB-Materialien Band 13, Biologische Charakterisierung von Böden, Ansatz zur Bewertung des Bodens als Lebensraum für Bodenorganismen im Rahmen von Planungsprozessen, 2005
[2] Umweltbundesamt (UBA), Daten zur Umwelt, Der Zustand der Umwelt in Deutschland, Ausgabe 2005
[3] Bundesverband Boden e.V., Fachtagung an der Landesanstalt für Umweltschutz Sachsen-Anhalt, „Das Schutzgut Boden in der Eingriffsregelung Anspruch und Praxis“, 2005
[4] http://de.encarta.msn.com/encyclopedia_761576446/Boden.html, Dr. phil. Nat. Peter Göbel, Boden
[5] Lehrbuch der Bodenkunde, Hans-Peter Blume, Gerhard W. Brümmer, Udo Schwertmann, Rainer Horn, Ingrid Kögler-Knaber, Karl Stahr, Karl Auerswald, Lothar Beyer, Anton Hartmann., Norbert Litz, Andreas Scheinost, Helge Stanjek, Gerhard Welp, Berndt-Michael Wilke, 2002
[6] http://www.geolinde.musin.de/glossar/themen/bodenhorizonte.htm