Wir erforschen den Boden/Wir bestimmen den Bodentyp
Durch das Zusammenwirken von Niederschlag, Grundwasser und Temperatur sind Böden mit übereinstimmenden oder ähnlichen Merkmalen entstanden (Horizontkombination, Gefüge, Nährstoffgehalt, Eignung für bestimmte Pflanzen). Böden der gleichen Entwicklungsstufe werden zu Bodentypen zusammengefasst. Die Böden sind keineswegs alle gleich. Aus gleichem Ausgangsgestein können unterschiedliche Böden entstehen. Böden, wie sie jetzt existieren, werden in natürlicher Lage in einigen hundert Jahren anders aussehen. Sie sind einer Entwicklung unterworfen, sie altern. In unserem Klima (humides Klima) verlieren die Böden ihren Kalkvorrat, wir sagen, sie werden sauer.
Die Namen der Bodentypen leiten sich zumeist von einer auffälligen Eigenschaft, z. B. der Farbe ab (Schwarzerde, Braunerde). Es wird bei er Benennung auch die Zugehörigkeit zu einer Landschaft herangezogen (z. B. Marsch).
Versuchsanstellung
Um einen Einblick in den Bodenkörper zu erhalten, müssen wir ein Loch in den Boden graben. Wichtig ist es, einen geeigneten Standort zu finden, wo sich der Boden ungestört entwickeln konnte.
Untersuchungsmaterialien
- Spaten
- Messlatte oder Zentimetermaß
- Fotoapparat
- Bestimmungstabelle für Bodentypen
Versuchsablauf
- a) Hebe mit dem Spaten eine Grube aus. Sie soll etwa 100 an breit, 150 cm lang und 120 bis 150 cm tief sein. Die Einstiegseite sollte schräg und gestuft sein.
- b) Stich zu Beginn der Besichtigung die Profilwand nochmals frisch ab.
- c) Stelle die einzelnen Horizonte fest und miss die Mächtigkeit der Horizonte.
- d) Nimm Bodenproben für spätere Untersuchungen.
Versuchsvorbereitung
Eine Profilgrube sollte vor der Besichtigung ausgehoben werden, weil ein erheblicher Zeitaufwand erforderlich ist. Es ist wenig sinnvoll, mehrere Schüler an der Ausschachtung zu beteiligen, weil sie sich gegenseitig behindern würden. Es gibt Schulen, welche über eine ständige Profilwand verfügen, die im Bedarfsfall nur neu abgestochen werden muss. Diese Einrichtung ist sicherlich vorteilhaft.
Durchführung des Unterrichts
Vor Ort ist es die Aufgabe des Lehrers, Sachinformationen über die Eigenarten von Bodenprofilen zu geben. Hingegen können die Arbeiten der Diagnose und Dokumentation gut in Gruppenarbeit vergeben werden.
Aufgaben für die Schüler:
- pH-Wert-Bestimmungen in den einzelnen Horizonten
- Entnahme von Bodenproben für weitere Untersuchungen
- Vermessung der Horizonte und schriftliche Dokumentation
- Entnahme und Fixierung des Bodenprofils
- Bilddokumentation von der Profilwand
Thematische Auswertung
a) Ökologische Auswertung
Eine ökologische Auswertung dient dem Zweck, den Boden als Pflanzenstandort (und als Lebensraum für Bodentiere und Mikroorganismen) zu kennzeichnen und daraus Aussagen und Voraussagen für die Lebensbedingungen der Pflanzen und Tiere zu treffen.
Schwerpunkt Pflanzenwachstum
Aus den ermittelten Profileigenschaften ergeben sich Rückschlüsse auf die Durchwurzelbarkeit des Bodens, auf den Wasser-, Luft-, Wärme- und Nährstoffhaushalt. Bei mehrfacher Schichtung gilt unser Interesse zunächst der obersten Schicht: eine gute Durchwurzelbarkeit bleibt wirkungslos, wenn die darüber liegende Schicht verdichtet ist, so dass Pflanzenwurzeln sie nicht durchdringen können.
Besonders beachtenswert sind:
- a) undurchlässige Steinbänder (z. B. Ortsteinschichten)
- b) die Durchfeuchtung der Horizonte (jährliche Niederschlagsmenge beim Wetteramt erfragen)
- c) Bodentemperatur (Messung besonders empfehlenswert bei landwirtschaftlich und gärtnerisch genutzten Böden)
- d) Nährstoffversorgung (speziell bei landwirtschaftlich und gärtnerisch genutzten Böden)
b) Bodengenetische Deutung des Bodenprofils
Es ist ein bodentypisches Phänomen, dass der Boden seine eigene Entwicklungsgeschichte von Jahrtausenden selbst dokumentiert. Wir müssen nur die Zeichen (Färbung, Gestein, Profilaufbau etc.) richtig deuten.
Bodentypen
Podsol
Der Podsol (aus dem Russischen pod „unter“, zola „Asche“, frei übersetzt „Ascheboden“), ist ein saurer, an Nährstoffen armer bzw. verarmter Bodentyp in einem feuchtkalten oder feuchtgemäßigten Klima.
Die Entstehung von Podsolen bezeichnet man als Podsolierung. Sie bilden sich aus quarzreichen Ausgangsgesteinen wie Sandstein, Granit oder aus lockeren, ebenfalls quarzreichen Sanden, wie z.B. Dünensand. Der geringe Gehalt an verwitterbaren Mineralen führt einerseits zu einem Mangel an Tonmineralen und andererseits zu geringem Puffervermögen. Aufgrund des niedrigen pH-Wertes kommt es zu einer Verlagerung (Auswaschung) von Eisen- und Aluminiumhydroxid sowie Huminstoffen mit dem Sickerwasser aus dem Ober- in den Unterboden. Es entsteht ein ausgeblichener, stark verarmter Oberbodenhorizont (Ae-Horizont).
Im Unterbodenhorizont werden, bei etwas höheren pH-Werten, die Eisen- bzw. Aluminiumverbindungen und Huminstoffe wieder ausgefällt bzw. fixiert (Bs, Bh oder Bsh-Horizont). Sie bilden dort den sogenannten Ortstein, der oft in geschlossenen Schichten auftritt. Diese wasserstauende Ortsteinschicht behindert das Wurzelwachstum.
Die Entwicklung dauert bis zu 1000 Jahre. Der grobporige (wasserdurchlässige) und nährstoffarme Podsol (wenig Humus im Mineralboden) weist aufgrund des niedrigen pH-Wertes ein geringes Bodenleben auf. Dies führt in natürlichem Zustand unter Wald zu einer schwer abbaubaren, mächtigen Rohhumusauflage, die aufgrund ihrer geringen Mineralisierung nur in geringen Mengen pflanzenverfügbare Nährstoffe liefert.
Durch Kalkung und intensive Humuswirtschaft mit Grün- und Stalldüngung kann die Fruchtbarkeit des leicht zu bearbeitenden Podsols deutlich verbessert werden.
In der Agrarwirtschaft gehören die Podsole zu den ertragsarmen Böden. Sie sind sandig, nährstoffarm und sauer, haben also Eigenschaften, die einem optimalen Wachstum der meisten Nutzpflanzen entgegenstehen. In Gegenden mit hohem Anteil von Podsolböden war in der Vergangenheit die Bevölkerung häufig vom Hunger bedroht. Heute ist es mit gleichmäßig hohen Düngegaben und evtl. mit Beregnung möglich, auch auf Podsolen ertragreich zu wirtschaften. Da Podsole jedoch zur Auswaschung neigen, besteht die Gefahr, dass Dünger und Pflanzenschutzmittel ins Grundwasser gelangen können.
Gebiete mit überwiegendem Podsolanteil, wie z.B. Sanderflächen oder Gebiete mit periglaziärer oder holozäner Flugsandsedimentation (Binnendünen), sind heute meistens mit Wald bestockt.
Podsol ist der typische Boden der borealen Nadelwälder. Das geringe Nährstoffangebot und die niedrigen pH-Werte bieten für Nadelbaumarten wie Kiefer und Fichte noch ausreichend günstige Lebensbedingungen.
Braunerde
Die Braunerde zählt zu den am häufigsten und am weitesten verbreiteten Bodentypen in den gemäßigten Breiten. Der Name deutet auf ihr Erscheinungsbild hin. Bei der "Verbraunung" entstehen bräunliche Eisenoxide und Hydroxide. Einfacher ausgedrückt bildet sich nichts anderes als Rost. Dadurch erhält die Braunerde ihren typischen braunen B-Horizont. Daneben laufen jedoch noch weitere wichtige grundlegende Prozesse ab, wie die Entbasung und die Verlehmung. Somit ist die Braunerde trotz des eher unscheinbaren Aussehens ein sehr vielseitiger und interessanter Bodentyp.
nach: uni-hohenheim.de
Die Braunerde ist auf kalkfreiem und kalkarmen Gestein der dominante Boden in den gemäßigten Breiten. Sie stellt jedoch meistens nur ein kurzfristiges Durchgangsstadium in der Entwicklung zu weiteren Bodentypen dar, und kann sich weiter z.B. zur Parabraunerde oder zur sehr stark versauerten Podsole entwickeln.
Wir finden Braunerden beispielsweise in den Moränengebieten des regenreichen Alpenvorlandes sowie in den Mittelgebirgen wo sie in fast allen Reliefpositionen außerhalb von Talauen, vernässten Senken oder extremen Steillagen vorkommen. In weiten Bereichen Norddeutschlands spielt die Braunerde über quarzreichen Dünen- und kaltzeitlichen Geschiebesanden eine wichtige Rolle. Hier kommt es aber aufgrund unterschiedlicher Körnung und historischer Nutzungen zu einem Mosaik zwischen Subtypen und weiterentwickelten Böden, wie Podsolen.
Die Eigenschaften der Braunerde weisen eine weite Spannbreite stark abhängig vom zugrunde liegenden Ausgangsmaterial, Entwicklungstiefe und Versauerungsgrad auf. Auch kann die Mächtigkeit des A-Horizontes stark variieren. So sind Braunerden auf Kalzium- und Manganreichem Gestein wie Basalt sehr basenreich, oft tiefgründig und haben die Humusform Mull. Anders sieht es dagegen bei der Entwicklung auf quarzreichen, armen Gesteinen, z.B. Sandstein, aus. Hier sind die entstandenen Braunerden stark versauert, nährstoffarm und die Humusform ist Moder bis hin zum Rohhumus (unter Nadelwald).
Betrachtet man die sich stark unterscheidenden Eigenschaften so ist klar, dass auch die daraus resultierende Nutzbarkeit der Braunerden von Region zu Region stark schwankt. Die tiefgründigen, nährstoffreicheren und somit durchaus fruchtbaren Braunerden werden ackerbaulich genutzt, falls sie sich nicht allzu steiler Hanglage befinden. Die flachgründigen, oftmals steinigen und stärker versauerten Braunerden dienen als Waldstandorte, können jedoch mit ausreichender Düngung auch als Acker oder Grünland genutzt werden.
nach: uni-hohenheim.de
Gley
Vergleyung bezeichnet in der Bodenkunde die Umverteilung von Eisen und Mangan in Böden, die durch oberflächennahes Grundwasser beeinflusst sind. Dadurch kommt es zur Ausprägung Grundwasser-beeinflusster Horizonte (G-Horizonte). Vergleyung tritt oft in Marschen auf und beeinflusst in geringerem Maße auch Auen und Strände.
Die dauerhaft nassen Bereiche unterhalb des Grundwasserspiegels werden nicht belüftet, die allgemeinen Umgebungsbedingungen sind anaerob (Reduktionshorizont) und das im Boden häufige Eisen liegt als graues, reduziertes Eisen(II) vor. Eisen(II) ist leicht wasserlöslich und damit transportfähig. Andere Metalle wie gelöstes Mangan kommen ebenfalls vor, sind aber weniger bedeutend.
Durch Kapillarkräfte wird Grundwasser über die Feinporen des Bodens nach oben in belüftete Zonen gehoben, wie sich auch ein in Wasser gehaltenes Papier mit der Zeit vollsaugt. Mit dem Wasser werden gelöste, reduzierte Metalle wie das Eisen(II) aufwärts transportiert. Dort wird es, unter Sauerstoffeinflus in oranges Eisen(III) (Rost) oxidiert, das schwer löslich ist und sofort ausfällt. Die Feinporen, die als Transportwege dienen, sind sie wassergefüllt und reduzierend (grau). Die Grobporen enthalten dagegen Luft und sind oxidierend (orange). Es entsteht die typische Marmorierung des vergleyten Bodens. Manchmal kann sich oxidiertes Eisen im Übergang zur belüfteten Zone anreichern, so dass sich Raseneisenstein bildet.
Aueböden
Auenböden finden sich in den Tälern von Fließgewässern. Ihr Bodenkörper setzt sich aus fluviatilen Sedimenten zusammen und wird durch einen hohen Grundwasserstand beeinflusst, der in Abhängigkeit vom Wasserstand des Flusses zum Teil erheblich schwanken kann. Je nach Fluss sind mehrere Meter im Verlauf eines Jahres möglich. Nicht eingedeichte Flächen unterliegen periodischen Überschwemmungen und sind daher durch ständige Erosion und Sedimentation geprägt. In Gebieten hinter den Deichen ist die Materialverlagerung gestoppt.
Bei der Sedimentation kommt es auch zu der für Flusstäler typischen Sortierung der Korngrößen. Dabei werden die abgelagerten Sedimente in Richtung zur Flussmündung, sowie mit zunehmendem Abstand zum Fluss immer feiner, da die Fließgeschwindigkeit abnimmt.
Aueböden werden durch Überschwemmungen mit Nährstoffen und vorteilhaftem Bodenmaterial angereichert und sind daher sehr fruchtbar. Deshalb werden sie sehr gerne landwirtschaftlich genutzt. Um dem Hochwasser als einzigem bedeutendem Nachteil zu begegnen, werden sie oft eingedeicht. Wegen der hohen Ertragerwartungen werden häufig trotz der Hochwassergefahr auch Flächen vor den Deichen beackert. Meist überwiegt dort aber die Nutzung als (Mäh)weide. Ein großes Problem der landwirtschaftlichen Nutzung der Auenböden ist der Eintrag von Schadstoffen und Dünger über das Grundwasser in den nahen Fluss.
Bei einer natürlichen Besiedlung sind auf Auenböden Weich- oder Hartholzauen zu erwarten. Wegen der hohen Fruchtbarkeit der Auenstandorte ist die natürliche Vegetation aber weitgehend durch Ackerbau und Gründland verdrängt worden. In Deutschland bestehen nur noch sehr kleine und meist stark gestörte Reste. In den letzten Jahrzehnten, vor allem nach hohen Überschwemmungsschäden, erfolgte aber ein Umdenken im Hinblick auf ihre Hochwasserschutzfunktion, so dass diese Biotope heute stark geschützt und gefördert werden.
Laterit / Ferralit (Ferrasol) / Terra Rossa
Laterit
Laterit (von lat. laterus, „Ziegelstein“) ist ein in tropischen Gebieten häufig auftretendes Oberflächenprodukt, das durch intensive und lang anhaltende Verwitterung der zugrunde liegenden Gesteine entsteht. Laterite sind entweder weich bis bröcklig oder hart und physikalisch widerstandsfähig. An der Luft getrockneter Laterit dient in manchen Gegenden der Erde als Bauziegel.
Die Gesteine an der Erdoberfläche werden unter dem Einfluss der hohen Temperaturen und Niederschläge der Tropen tiefgründig zersetzt, wobei die in den Ausgangsgesteinen auftretenden Minerale weitgehend gelöst werden. Bei dieser chemischen Verwitterung wird ein hoher Anteil der leichter löslichen Elemente Natrium, Kalium, Calcium, Magnesium und Silicium (Kieselsäure) im durchsickernden Niederschlagswasser fortgeführt, wodurch es zu einer starken Rückstandsanreicherung der schwerer löslichen Elemente Eisen und Aluminium kommt (Ferrallitisierung).
Laterite bestehen neben dem aus dem Ausgangsgestein stammenden, nur schwer löslichen Quarz vor allem aus den bei der Verwitterung neu gebildeten Mineralen Goethit, Hämatit u.a. Die Eisenoxide Goethit und Hämatit bedingen die meist rotbraune Farbe der Laterite, welche zumeist nur wenige Meter mächtig sind, jedoch auch wesentlich höhere Mächtigkeiten erreichen können.
Ferrasol
Ferrasole sind tiefgründig verwittert (bis 40m und mehr), sauer und meist intensiv gelb, orange oder rot gefärbt. Neben der Anreicherung der Eisen- und Aluminiumgehalte werden sie von einer extremen Nährstoffverarmung geprägt, die die landwirtschaftliche Nutzung vor große Herausforderungen stellt. Für die Entstehung der tiefgründig und intensiv verwitterten Ferralsole müssen zwei Kriterien erfüllt sein: Zum einen müssen die Böden einer starken und kontinuierlichen Verwitterung unterliegen, und zum anderen muss diese Verwitterung bereits über einen extrem langen Zeitraum abgelaufen sein. Deshalb ist die Verbreitung der Ferralsole eng an bestimmte Regionen in den Tropen gebunden.
Unter natürlichen Bedingungen wächst auf Ferralsolen ein tropischer Regenwald mit einem geschlossenen Nährstoffkreislauf. Sobald der Wald für die Landwirtschaft gerodet wird, kommt es zu einer Unterbrechung des Kreislaufes und großen Problemen, insbesondere mit der Nährstoffbalance.
Ohne eine beständige und intensive Düngung (hoher Input) ist eine Dauernutzung mit Feldfrüchten unmöglich, da die Böden sofort auslaugen. Die traditionelle, und auch optimale, Nutzung erfolgt über den Wanderfeldbau (Shifting Cultivation). Dabei müssen nach nur einer Kulturperiode Brachephasen von 10–30 Jahren eingeplant werden, um eine Erholung der Flächen zu gewährleisten. Dies macht den Wanderfeldbau zu einer sehr flächenintensiven Nutzung. Auf Grund der Bevölkerungsentwicklung können die Bauern in vielen betroffenen Staaten diese Zeiten nicht mehr einhalten. Eine Folge ist ein deutliches Absinken der Erträge.
Terra Rossa
Der besonders im Mittelmeerraum vorkommende Terra Rossa ähnelt dem Laterit in Zusammensetzung und Entstehung erreicht jedoch lange nicht dessen Mächtigkeit. Der Terra rossa ist ein recht guter Boden, der zwar im Sommer an der Oberfläche austrocknet, aber wegen seiner Mächtigkeit (>1 m) genügend tiefgründig ist, um genug Wasser zu speichern. Somit ist er wegen seiner Lehmstruktur gut für die Landwirtschaft geeignet.
Regenwaldboden
Tropische Regenwälder sind wegen der stetigen Versorgung mit Wasser besonders üppig begrünte Gebiete. Dieser Anschein von unbegrenztem Wachstumspotential trügt jedoch, da er nur von der sichtbaren Oberfläche abgeleitet ist. Der Untergrund ist nämlich - beispielsweise im Vergleich zu europäischen Mischwäldern - eher unfruchtbar. Jahrtausendelang waren die Böden der meisten Regenwälder unentwegt der feucht-warmen Witterung ausgesetzt, so dass das Gestein im Untergrund extrem stark und mancherorts bis zu 50 Meter tief verwittert ist. Zugleich reicherten sich an der Oberfläche Eisenoxide und Aluminiumoxide an, die den Boden vieler tropischer Waldgebiete rötlich erscheinen lassen. Viele Mineralien, die auch für die Ernährung der Pflanzen wichtig wären (u. a. Phosphor, Stickstoff und Calcium), sind infolge dieser Verwitterung jedoch immer tiefer in den Boden abgesunken, so dass er an der Oberfläche relativ arm an Nährstoffen ist. Es entstehen Ferralsole und Latosole, nährstoffarme Böden.
Dieses Geschehen hatte zur Folge, dass die Nährstoffe so gut wie ausschließlich über der Erde „bevorratet“ sind: In den lebenden oder erst seit kurzem abgestorbenen Pflanzen und Tieren. Aufgrund des Klimas werden alle abgestorbenen organischen Substanzen jedoch rasch und wegen der fehlenden Jahreszeiten zudem kontinuierlich zersetzt. Danach stehen sie wieder als anorganische Nährstoffe für andere Pflanzen zur Verfügung. Wegen des dichten Wurzelwerks versickern diese Nährstoffe kaum noch in den Untergrund, zum Teil werden sie auch schon in größerer Höhe über dem Boden von epiphytischen Pflanzen aufgenommen.
Die Vegetation der heutigen tropischen Regenwälder ist somit Ausdruck der Anpassung an einen im Grunde unwirtlichen Boden: Sie existieren seit dem Tertiär, weil sich in ihnen ein fein abgestimmtes, zugleich aber gegen Störungen recht anfälliges „Recyclingsystem“ (Stoffkreislauf) für organische Stoffe entwickelt hat.
Einfache Analyseverfahren
Organische Zusammensetzung
- Humusanteil
- Bakterienkunde
- Lichtmikroskop
- Plattengussverfahren
- Bakterienkeimzahl
- Bodenpilze
- Kohlenstoffdioxidbildung
- Regenwurm
Bodenwasser, -luft, -wärme
Bodenreaktion
