Junge Landschaft - GaLaBau Wissen

Ein Blick in den Boden

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138. Folge Unsere Serie für den Nachwuchs erläutert das wichtigste GaLaBau-Grundlagenwissen vom Abstecken bis zum Zaunbau: Diesmal geht es um das Thema Boden.

Nach dem kleinen Exkurs in die Welt des Wassers im letzten Heft betrachten wir heute einmal einen ebenso wertvollen und für die Umwelt wichtigen Bestandteil unserer Erde - den Boden. Boden ist im Vergleich zu Wasser ein ziemlich umfangreiches Wissensgebiet und es geschieht nicht selten, dass man dabei aneinander vorbei redet. Man kann Boden aus vielen Perspektiven beleuchten, beispielsweise aus einem vegetationstechnischen Blickwinkel, aus bautechnischen Erwägungen oder aus geologischer Sicht, um nur einige zu nennen.

Was ist denn eigentlich Boden?

Als Boden bezeichnet man allgemein den lockeren Teil der obersten Erdschicht, der durch Verwitterung aus Gesteinen und organischen Materialen und durch Humusbildung entstanden ist. Boden ist kein totes Material, sondern besteht neben den oben genannten Elementen auch aus abgestorbenen organischen Materialien sowie - durchaus bemerkenswert - aus lebenden Pflanzenwurzeln, Mikroorganismen und vielen kleinen Tieren und Pflanzen. Boden ist im besten Fall ein gut eingespielter Lebensraum inklusive aller Bewohner.

Boden ist allerdings nicht gleich Boden. Er unterliegt nicht nur stetigem Wandel, sondern weist auch viele regionale Besonderheiten auf. Boden ist das "Trägermaterial" für fast alle Pflanzen, die mit ihren Wurzeln in ihm Halt finden, und bildet einen wesentlichen natürlichen Raum für die Entstehung von Nahrungsgrundlagen höherer Tiere und des Menschen.

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Für Zahlenfreaks heißt das: 5 t Bodenlebewesen (Bakterien, Pilze, Bodentiere) verarbeiten pro Hektar im Jahr 4-15 t Pflanzenreste, Tierkot und Kadaver zu fruchtbarem, lockerem Humus. Da er den Ursprung allen Lebens bildet, nannten unsere Altvorderen diese entstandene Schicht "Mutterboden" oder "Muttererde".

Blöde Sprüche, wie "Ich kenne nur Vaterland und keinen Mutterboden!", die man manchmal noch im Berufsschulunterricht zu hören bekommt, sind hier fehl am Platz und lassen mangende Ehrfurcht erkennen. Denn die Lage ist inzwischen allzu ernst, fruchtbare Böden sind gefährdet.

Boden - eine gefährdete "Spezies"?

Die größte Gefahr für den Boden geht - oh, wie überraschend - vom Menschen aus. Auf der einen Seite wird Boden durch Urbanisierung, den Bau von Städten, Dörfern, und Industriegebieten verdichtet und gedeckelt (zugedeckt) und auf der anderen Seite durch intensive landwirtschaftliche Nutzung freigelegt, verdichtet und gelockert. Böden werden unter Beton und Asphalt vergraben, durch einseitigen Anbau ausgelaugt und durch Erosion abgetragen. Die über Müll und andere anorganische Schadstoffe, wie Schwermetalle und organische Chemikalien (Düngung, Pestizideinsatz), eingebrachten Bestandteile belasten den Boden zusätzlich.

Durch den Klimawandel, durch Abholzung und Überweidung gehen jedes Jahr Millionen Tonnen Böden unwiederbringlich verloren. Boden ist nicht vermehrbar und steht nur begrenzt zur Verfügung.

Ein Boden entsteht

Boden entsteht in der Gesteinsschicht der äußersten Erdoberfläche. Dabei leisten die drei Arten der Verwitterung (physikalische, mechanische oder chemische, biologische oder biochemische Verwitterung) ihren nicht unwesentlichen Beitrag.

Bei dem Vorgang der Verwitterung werden Gesteine zerkleinert, umgeformt und aufgelöst.

Während bei der physikalischen oder mechanischen Verwitterung die Gesteine zerfallen, ohne ihre chemische Zusammensetzung zu verändern, findet bei der chemischen Verwitterung eine stoffliche Veränderung statt.

Das Ergebnis der physikalischen Verwitterung hängt von der Dauer, der Schnelligkeit und der Häufigkeit physikalischer Einwirkungen (Erwärmung, Gefrieren, Salzsprengungen) ab. Aber auch mechanischer Abrieb durch von Wasser, Eis und Wind mitgeführte Gesteinspartikel oder die zerstörerischen Kraft von Pflanzenwurzeln leisten einen Beitrag zur Bodenbildung.

Im Anschluss erfolgt die chemische Verwitterung. Sie wird durch die physikalische Verwitterung und das Klima beeinflusst. Es erfolgt eine stoffliche Veränderung in Form einer Umbildung bis hin zu einer kompletten Auflösung des Gesteins. In der Hauptsache handelt es sich bei diesen chemischen Reaktionen um Oxidationen, das heißt der Sauerstoff der Luft reagiert mit einem weiteren chemischen Element (Eisen, Mangan).

Aber auch unter Zuhilfenahme von Wasser werden Minerale zersetzt und Nährstoffe für Pflanzen freigesetzt (Hydrolyse). Bei hoher Konzentration von organischem Material im Boden entsteht durch die Lebensvorgänge der Bodenorganismen CO2 (Atmung), das sich in Wasser gelöst als Kohlensäure am Zersetzungsprozess (bei Kalkstein oder auch bei Dolomit) beteiligt (Karbonatverwitterung).

Bei der biologischen Verwitterung sind die Urheber des Verwitterungsprozesses Stoffe, die durch das Tun von Tieren und Pflanzen entstehen. Sie können sowohl chemischen als auch mechanischen Ursprungs sein. Angehörige der Ruderalflora und -fauna entziehen dem Gestein Metallionen und leiten einen Zerstörungsprozess ein. Höhere Pflanzen zerstören mit ihren Wurzeln Gesteine oder auch durch chemische Austauschvorgänge an den Wurzelhaaren (Mineralisierung).

Bei der Bodenbildung verbinden sich große Teile organischer und anorganischer (mineralischer) Teilchen über vielfältige und komplizierte Mechanismen zu stabilen Ton-Humus-Komplexen. Es entsteht ein stabiles Aggregatgefüge.

Sehen wir genauer hin

Will man einen Boden bewerten, muss man die einzelnen Bodenbestandteile und deren Verhältnis zueinander kennen. Dabei kann man davon ausgehen, dass sich Boden in der Regel aus 50 Prozent festen, unbelebten Stoffen zusammensetzt und zu 50 Prozent aus Hohlräumen, den sogenannten Poren, die mit Wasser und Gasen gefüllt sind. Der Boden ist also kein starres und stabiles Gebilde, sondern er ist flexibel und lässt sich unter Druck verformen.

Das Ausgangsgestein, die eigentliche Festsubstanz, besteht zu mehr als 95 Prozent aus anorganischen (mineralischen) Stoffen; deshalb bezeichnet man diesen Teil des Bodens auch als Mineralboden. Das Gestein, das für den Boden prägend ist, nennt man Muttergestein. Seine Reste, Umwandlungs- und Zersetzungsprodukte bestimmen im hohen Maße die Qualität des Bodens. Es wird zwischen Erstarrungsgestein (Magmatit) und Ablagerungsgestein (Sediment) unterschieden.

Die Erstarrungsgesteine entstanden vor mehr als 4 Mrd. Jahren und sind immer in Verbindung mit vulkanischer Aktivität entstanden. Erreicht das flüssige Magma die Erdoberfläche, kühlt es verhältnismäßig schnell ab und bildet Ergussgestein. Die bekanntesten Vertreter sind Basalt und Diabas.

Kühlt Magma allerding langsam ab, und das passiert in der Regel im Inneren der Erde, entsteht Tiefengestein, wie zum Beispiel Granit und Gabbro.

Die Hauptminerale aller Erdgesteine sind Feldspat, Quarz und Glimmer. Daher der alte Spruch der Steinmetze und Pflasterer: "Feldspat, Quarz und Glimmer, die vergess ich nimmer!"

Ablagerungsgesteine stehen bei ihrer Entstehung nicht in direkter Beziehung zu einem Vulkan. Sie bestehen aus Verwitterungsprodukten ehemaliger Erstarrungsgesteine und können auf verschiedene Weise entstanden sein. Die Verwitterungsteilchen werden durch Wasser und Wind abtransportiert und an anderer Stelle unter veränderten physikalischen und chemischen Bedingungen (Druck, Temperatur, natürliche Zementierung und dergleichen) als Sand, Ton, Gips oder Salz wieder abgelagert. Wichtige Sedimente sind Kalkspat, Dolomit, Sandstein, Muschelkalk und Travertin.

Wasser und Luft

Da alle Poren im Boden, die kein Wasser enthalten, mit Luft gefüllt sind, kann man daraus ableiten, dass der Wasser- und der Lufthaushalt des Bodens im engen Zusammenhang stehen. Mit steigenden Wassergehalt sinkt der Luftgehalt des Bodens und umgekehrt. Als ideales Verhältnis Erde-Wasser-Luft gilt 50 %-30 %-20 %. Das Bodenwasser entstammt aus Niederschlägen (Regen, Nebel, Tau.) Es ist die Voraussetzung für alle Prozesse der Bodenentwicklung, der Verwitterung, der Humusbildung und der Nährstoffverlagerung. Es ist aufgrund der Tatsache, dass Pflanzen immer verfügbares Wasser im Boden benötigen DER bestimmende Faktor für die Ansiedlung von Vegetation. Abhängig für die Verfügbarkeit des Wassers für die Pflanzen ist die Größe und Zusammensetzung der Poren. Man unterscheidet zwischen Fein-, Mittel und Grobporen. Während Grobporen (>10 µm) das Wasser nicht gegen die Schwerkraft halten können und es weiter ins Grundwasser absickert, verhindern sie jedoch das Verschlämmen des Bodens und oberflächiges Abfließen des Wassers und den damit verbundenen Humusabtrag. Nur Wasser, das in den Mittelporen (0,2 bis 10 µm) und den Feinporen (<0,2 µm) lagert, ist für Pflanzen verfügbar.

Neben den bereits genannten Poren gibt es noch Feinstporen, deren Wasser nicht für Pflanzen verfügbar ist, weil die Saugkraft ihrer Wurzeln nicht ausreicht, dieses Wasser dem Boden zu entziehen. Es wird als "Totwasser" bezeichnet. Als Beispiel sind hier Tonböden zu nennen, die meist sehr feucht, aber wenig mit Vegetation besiedelt sind. Sandböden hingegen haben durch ihr großes Porenvolumen die Eigenschaft, Wasser abzuleiten und stellen deshalb in punkto Bewuchs ebenfalls eine erhebliche Herausforderung für Pflanzen dar. Der goldene Mittelweg wäre ein ausgewogenes Porenverhältnis, wie man es in Schluff- und Lehmböden vorfindet. Voraussetzung für die Atmung der Pflanzen und vor allem der Mikroorganismen im Boden ist eine ausreichende Belüftung des Bodens. Pflanzenwurzeln und Bodenlebewesen atmen Sauerstoff ein und Kohlendioxid aus. Bei voll funktionierendem Gasaustausch zwischen Boden und Atmosphäre beträgt der Sauerstoffanteil der Bodenluft 20 Prozent und der Gehalt an Kohlendioxid 0,5 Prozent.

Jetzt wird`s ernst - Kleine Bodenchemie

Einige wichtige "Kleinigkeiten" müssen wir noch ansprechen. Da wäre beispielswiese die Ionenaustauschkapazität. Boden besitzt normalerweise alle für Pflanzen notwendigen Nährstoffe. Dazu gehören die Hauptnährelemente Sauerstoff (O), Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Stickstoff (N), Phosphor (P), Kalium (K), Schwefel (S), Kalzium (Ca) und Magnesium (Mg) und natürlich die Spurenelemente Eisen (Fe), Mangan (Mn), Zink (Zn), Kupfer (Cu), Bor (B), Molybdän (Mo) und Chlor (Cl). Diese Nährstoffe werden als Moleküle, wie bei Wasser H²O, oder als Ion angeboten.

Zur Bewertung der Bodenfruchtbarkeit wird als wichtiges Merkmal das Absorptionsverhalten (Fähigkeit des Bodens, Wassermoleküle und Ionen festzuhalten) des Bodens herangezogen.

Der zweite "Knaller" ist die Bodenreaktion. Unter diesem Begriff versteht man die Wasserstoffionen-Konzentration (H+) in einer Bodenlösung. Sie wird durch den pH-Wert bestimmt. Man unterscheidet folgende Reaktionsstufen des Bodens:

sauer: pH-Wert < 7
Überschuss an positiver Ladung

neutral: pH-Wert = 7

basisch: pH-Wert > 7
Überschuss an negativer Ladung

Vom pH-Wert hängen die Nährstoffverfügbarkeit, die Aktivität der Bodenlebewesen, die Entstehung von Tonmineralien (als Ionenaustauscher) und vieles mehr ab. Er weist eine sehr starke Abhängigkeit vom Gehalt an basisch wirkenden Kationen auf. Hier spielen vor allem Kalzium- und Magnesiumionen eine wichtige Rolle. Sie unterliegen nicht nur - gerade in feuchteren Gebieten - der Gefahr der Auswaschung, sondern werden auch von Pflanzen stark als Nährstoff gezehrt. Der Prozess der Bodenversauerung droht! Hier hilft nur eine Kalk-Düngung. Allerdings tragen auch Säuren, die beim Abbau organischen Materials entstehen, zur Versauerung des Bodens bei. Genauso wie der Mensch, der mit verschiedenen Düngern (die Übeltäter sind immer ammoniumhaltig wie etwa Superphosphat, Ammoniumphosphat und ähnliche) den Bodenhaushalt belastet und Böden versauert.

Und dann sind da noch die Redox-Eigenschaften des Bodens. Da sehe ich nun Fragezeichen. Vielleicht mal ein paar Sätze chemisches Grundwissen:

Oxidation ist klar. Dieser Vorgang bezeichnet ganz allgemein gesprochen die Tatsache, dass einem Atom, Ion oder Molekül Elektronen entzogen werden und gleichzeitig Sauerstoff aufgenommen wird. Reduktion ist die umgekehrte Verfahrensweise. Hier werden zusätzliche Elektronen aufgenommen und Sauerstoff abgegeben. Daraus erschließt sich der Logik letzter Gedanke: Ein Atom, Ion oder Molekül kann nur dann ein Elektron abgeben, wenn ein anderes ein Elektron aufnimmt. Dieses Phänomen nennt man Redox-Reaktion.

Diese Reaktionen haben ein breites Betätigungsfeld. Sie sind beispielsweise an der Verwitterung, der Umsetzung organischer Substanz, der Umwandlung von Stickstoff-, Schwefel-, Eisen- und Manganverbindungen, an der Humifizierung und der Mineralisierung, an der Verfügbarmachung von Pflanzennährstoffen und vielem anderen mehr beteiligt. An diesen Reaktionen sind immer spezielle Bakterien beteiligt (bspw. Nitrobacter bei der Oxidation, Azotobacter bei der Reduktion).

Ein letztes Wort zu den Tonmineralien

Die chemische Verwitterung zerlegt Minerale in kleinste Teilchen. Aus diesen bauen sich durch chemische Reaktionen wieder neue Minerale auf. Dabei entstehen durch die Verbindung von Luftsauerstoff Oxide und Tonminerale.

Tonminerale sind blättchenförmig ausgebildet. Die Stärke der Blättchen beträgt dabei weniger als 0,002 mm. Sie haben meist mehrere Schichten, die aus Silikaten bestehen und elektrisch negativ geladen sind.

Die einzelnen Schichten werden durch positivgeladene Kationen (Kalium K+, Kalzium Ca+, Magnesium Mg+4 und Ammonium NH+) zusammengehalten. Diese Kationen ziehen auf Grund ihrer starken positiven Ladung gleichfalls negativgeladene Wasserteilchen zwischen die Tonteilchenschichten (Hydration, Wasseranlagerung) und weiten diese dadurch auf (Quellung).

Bei Wassermangel wird das Wasser aus den Zwischenschichten herausgezogen und die Schichten der Tonteilchen lagern sich dicht zusammen (Schrumpfung).

Tonminerale, bei denen die Blättchen aus drei Schichten bestehen sind für die Nährstoffversorgung der Pflanze besonders wichtig:

  • sind viele Kationen im Bodenwasser enthalten (etwa nach einer Düngung) können sie die Kationen in die Zwischenschichten einlagern
  • verarmt das Bodenwasser an Kationen geben sie diese wieder frei und die Pflanzen können sie aufnehmen

Tonminerale wirken somit als Nährstofftauscher.

Quellen

Gartenböden (Buch Ulmer Verlag),

www.bodenreise.ch,

Grundkurs Gehölzbestimmung (Lüder, Quelle & Meyer Verlag Wiebelsheim),

Taschenlexikon der Gehölze (Schmidt/Hecker, Quelle & Meyer Verlag Wiebelsheim),

International standard ENA 2010-2015 (M.H.A. Hoffmann, ENA’s European Plant Names Working Group),

www.kiefernspezi.de,

Wikipedia.

Nächsten Monat lesen Sie: "Basiswissen über Luft"

 Uwe Bienert
Autor

Landschaftsgärtner-Meister und Ausbilder

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