Schwerpunkt 1 - Bildungsschmiede

Schulische Projekttage
Schwerpunkt 1
Bodenentstehung
Schawerda & Starek OG
Inhaltsübersicht Wie Boden entsteht ......................................................................... 1 Entstehungsgeschichte unserer Böden ................................................ 1 Der lange Weg zur Bodenbildung ....................................................... 2 Bodenbildungsfaktoren ..................................................................... 3 Das Ausgangsmaterial Das Klima Die Pflanzen und Tiere Relief/Geländeform Die Entwicklungszeit Bodenbildungsprozesse .................................................................... 3 Verwitterung Gefügebildung Humusbildung Verlagerung Die unterschiedlichen Bodenarten ...................................................... 4 Benotung der Bodenschwere ............................................................. 4 Note 3 bis 5 leichte Böden Note 1 bis 2 mittelschwere Böden Note 3 schwere Böden Note 4 bis 5 sehr schwere Böden Bodenart & Bodenschwere ................................................................ 5 Biologische Faktoren & Humusbildung ................................................ 6 Merkmale der Bodenqualität ............................................................. 6 Bodentyp Bodenart Humusgehalt Sonstige wichtige Parameter
Bodendynamik ................................................................................ 7 Bodentypen .................................................................................... 8 Schwarzerde (Tschernosem) Braunerde Bleicherde (Podsole) Gley Grauer Auboden Rendsina Seite 1 Wie Boden entsteht Zwischen diesen bodenbildenden Prozessen gibt es viele Wechselbeziehungen, die laufend aufeinander ein‐ und rückwirken. Entstehungsgeschichte unserer Böden Die Entstehung der Böden wie wir sie heute vorfinden erfolgte aus dem Muttergestein nach der letzten Eiszeit vor über 12.000 Jahren. Bis zum heutigen Tag dauert dieser Prozess an. Viele Faktoren beeinflussen ihn. Die wesentlichen sind: •
Die physikalische Verwitterung. das ist die Zerkleinerung des Muttergesteins durch Hitze im Sommer und Frost im Winter; www.bildungsschmiede.at
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Über nahezu jedem mineralischen Ausgangsmaterial (Gestein, Schotter usw.) bildet sich durch Verwitterung im Laufe der Zeit ein mehr oder weniger mächtiger Boden: über festem Gestein, auf Schuttkegeln aus Schotter, über steinigem oder grusigen Geschiebe von Gletschern der Eiszeit, auf Materialablagerungen von Flüssen im Zuge von Überschwemmungen, auf feinem vom Wind eingewehten Flugsand. So unterschiedlich die Ausgangssituation auch sein mag – immer wirken dabei 3 Faktoren zusammen: Seite 2 Die chemische Verwitterung, das ist die Bildung von neuen Stoffen durch Lösungs‐ und Umwandlungsprozesse, insbesondere die Bildung der Tonminerale (Quellfähigkeit, Plastizität usw.). •
Die biologische Verwitterung im Zusammenspiel mit physikalischer und chemischer Verwitterung ‐ z. B. „zersprengen“ Wurzeln Gestein und geben Säure ab. Durch erste Pflanzenreste und Bodenorganismen wird das anorganische Material mit organischer Substanz angereichert. Quelle: Cornelsen, „Boden“, 1998 Danach war Mitteleuropa nahezu vollständig mit Laubwald bedeckt. Der lange Weg zur Bodenbildung Die gesamte bodenbildende Entwicklung führte allmählich zu einem von Ort zu Ort unterschiedlichen Mutterboden. Alle Teile des Bodens ‐Tiere, Pflanzen, Mikroorganismen, Pilze, mineralische und organische Bestandteile, ja sogar die Hohlräume (Poren) zwischen all diesen Bestand‐
teilen, bilden ein lebendiges System. Art, Korngrößen und Zusammen‐
setzung der Boden‐
substanz sowie der Anteil an Poren macht letztlich die Bodenstruktur aus. www.bildungsschmiede.at
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Seite 3 Bodenbildungsfaktoren Das Ausgangsmaterial Das Klima bestimmt die biochemischen Prozesse: z.B.: die Regenmenge pro Jahr, Wassereinflüsse durch Anschwemmung oder Abschwemmung von Bächen und Flüssen, die Tiefe des Grundwasserspiegels, Temperaturen und Sonnenmenge, die Ausrichtung zur Sonne (Sonnseite – Schattenseite), das Mikroklima in Bodennähe (Taubildung, windgeschützt, usw.) Die Pflanzen und Tiere sind sehr aktiv an der Humusbildung beteiligt (=Lebensprozesse durch fressen und gefressen werden) sowie Durchmischungen Relief/Geländeform Im hügeligen Gelände entstehen kleinräumige Unterschiede im Bodenaufbau: Rohböden mit laufender Bodenabschwemmung auf den Kuppen, laufende Bodenanschwemmung und Staunässe in den Tallagen Die Entwicklungszeit Auch das Alter und damit der Reifegrad eines Bodens sind von Bedeutung. Bodenbildungsprozesse Durch die Einwirkung der einzelnen Bodenbildungsfaktoren kommt es zu folgenden Entwicklungen bei der Bodenbildung: Verwitterung Die Umwandlung des Ausgangsmaterials (Kompaktes Gestein, Steine Schotter usw.) durch physikalische Zerkleinerung (z.B. Frostsprengung) und chemische Umwandlung (z.B. Säureabgabe von Pflanzenwurzen). Gefügebildung Das sind chemisch und/oder biologisch zusammengeballte Klumpen (Gefüge oder Aggregate) innerhalb des Bodens. Sie bilden die „Krume“, das ist die oberste Schicht des Bodens. Typische Prozesse hierbei sind Schrumpfen und Quellen. www.bildungsschmiede.at
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das bedeutet die chemische und mineralische Zusammensetzung des Grundgesteins. (Kalk, Gneis, Schiefer, Sand, usw.) Seite 4 Humusbildung Umwandlung von Pflanzenrückständen (Wurzeln, Blätter, Stroh, usw.) in Humus und anorganische Endprodukte (Mineralisierung, Bildung von Pflanzennährstoffen und „Futter“ für die Bodenlebewesen) Das ist vor allem die Auswaschung von feinsten Bodenteilchen (unter 0,002mm) bei ausgiebigen Regen und Überschwemmungen in den Unterboden. Die unterschiedlichen Bodenarten Die Korngrößen der Bodensubstanz (die einzelnen kleinsten Bodenteilchen) bestimmen die Bodenart S –Sand: 2,0 – 0,06 mm leichte Böden Z –Schluff: 0,06 – 0,002 mm T – Ton: unter 0,002 mm schwere Böden Die Qualität der Bodenart bestimmt sich nach folgenden Eigenschaften: •
der Bearbeitbarkeit des Bodens •
seiner Befahrbarkeit •
seiner Wasserhaltekraft und Nährstoffreserven und •
seiner Durchlüftung und Erwärmbarkeit durch Hohlräume Benotung der Bodenschwere Note 3 bis 5 leichte Böden haben einen hohen Sandanteil, sind leicht bearbeitbar, erwärmen sich rasch, neigen aber wegen ihrer schlechten Wasserhaltekraft zur Austrocknung. Ihre natürliche Ertrags‐ und Schutzfunktion ist geringer (Nährstoffe und organische Substanz fehlen) Note 1 bis 2 mittelschwere Böden besitzen eine hohe Wasserspeicherkraft mit ausreichender Wasserbeweglichkeit, erwärmen sich gut, haben ein stabiles Bodengefüge sowie für die Pflanzen verfügbare Nährstoffe. Sie www.bildungsschmiede.at
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Verlagerung Seite 5 sind in ihrer Bearbeitbarkeit relativ einfach zu behandeln. Diese Böden haben neben einer hohen Schutzfunktion z.B. vor Hochwasser die besten Eigenschaften für die ackerbauliche Nutzung. schwere Böden sind meist sehr dicht (weniger Porenvolumen für den Gasaustausch von C02 und 02) Das beeinträchtigt auch das Bodenleben. Durch träge Wasserbeweglichkeit kommt es in ebenen Lagen oft zur Staunässebildung (Wasserlacken,…) Note 4 bis 5 sehr schwere Böden Haben einen hohen Tonanteil und sind sehr empfindlich bei der Bodenbearbeitung. Sind sie zu feucht, verschmieren sie und bilden kaum mehr wegzubringende Ackerschollen. Sind sie zu trocken, kann die oberste Krume nur mehr schwer aufgebrochen werden. Im Frühjahr erwärmen sich solche Böden nur langsam. Bodenart & Bodenschwere Gehalt in Prozent an Bodenschwere sehr leicht leicht mittel schwer sehr schwer Bodenart Ton Schluff Sand Sand 0 ‐ 10 0 ‐ 30 65 ‐ 100 schluffiger Sand 0 ‐ 5 30 ‐ 55 40 ‐ 70 lehmiger Sand 5 ‐ 15 10 ‐ 55 30 ‐ 80 sandiger Schluff 0 ‐ 15 55 ‐ 75 10 ‐ 45 sandiger Lehm 15 ‐ 25 10 ‐ 55 20 ‐ 55 lehmiger Schluff 15 ‐ 25 55 ‐ 75 0 – 30 Schluff 0 ‐ 25 75 ‐ 100 0 ‐ 25 toniger Sand 10 ‐ 25 0 ‐ 10 65 ‐ 90 Lehm 25 ‐ 40 10 ‐ 55 5 ‐ 65 schluffiger Lehm 25 ‐ 45 55 ‐ 75 0 ‐ 20 Sandiger Ton 25 ‐ 40 0 ‐ 10 50 ‐ 75 lehmiger Ton 40 ‐ 50 0 ‐ 55 0 ‐ 60 Ton über 50 0 ‐ 50 0 ‐ 50 (Skala der österreichischen bodenkundlichen Gesellschaft) www.bildungsschmiede.at
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Note 3 Seite 6 Biologische Faktoren & Humusbildung Dadurch werden auch wichtige Bodeneigenschaften geschaffen (Wasserspeicherung, Bildung von Ton‐Humuskomplexen usw.) Humus besteht aus einer Vielzahl komplexer Bausteine, die nach dem Absterben organischer Masse (Wurzeln, Stroh, Blätter, tote Bodenlebewesen usw.), freigesetzt und durch Bodentiere und Bodenorganismen zersetzt und chemisch umgewandelt werden. Der Humusgehalt ist von Boden zu Boden sehr unterschiedlich. In humosen Braunerden oder Schwarzerden liegt der Humusanteil in unseren Regionen bei 2% bis 4%, in humusarmen, seichten Böden beträgt er zwischen 1% und 2%. Unter Wiesen und Weiden (Grünland) kann der Humusanteil im Oberboden 5% bis 8% erreichen. In Moorböden ist der organische Anteil noch wesentlich höher. Einen hohen Humusanteil erkennt man an der braunen bis schwarzbraunen Färbung des Bodens. Helle, ausgebleichte Stellen im Boden zeigen Humusmangel an. Merkmale der Bodenqualität Bodentyp dient für die Einschätzung der Bodendynamik (=Entwicklungsgeschichte) Bodenart Diese ist maßgeblich für •
das Wasserspeichervermögen •
die Wasserdurchlässigkeit (Gefahr, dass Nährstoffe und Spritzmittel ins Grundwasser weitergetragen werden) •
die Erodierbarkeit (Erosionsgefahr) •
die Durchlüftung und Erwärmbarkeit des Bodens •
den Nährstoffgehalt und das Speichervermögen von Nährstoffen www.bildungsschmiede.at
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Der bodenbedeckende Pflanzenbewuchs zusammen mit den Bodenlebewesen ist der Beginn der einwirkenden biologischen Faktoren bei der Bodenbildung. Im Verlauf von Leben, Wachsen, Sterben und Gefressen werden (Abbau‐ und Umbauprozesse) entsteht daraus Humus, der wieder Aus‐ und Rückwirkungen auf den weiteren Bodenbildungsprozess hat. Seite 7 Humusgehalt Dieser ist maßgeblich für die grobe optische Einschätzung nach der Farbe (hoch ‐ mittel ‐ schwach) •
das Wasserspeichervermögen durch die Bildung von Ton‐Humuskomplexen •
eine Nahrungs‐ und Energiequelle für das Bodenleben Sonstige wichtige Parameter •
Porenverteilung/Hohlraumsystem •
Bodengare (=fruchtbarer Boden) mit Krümelstruktur oder verdichteter Boden Eine grobe Einschätzung der Bodenqualität erfolgt durch die Beurteilungen von Bodenproben am Feld. Bodendynamik Die einzelnen Kräfte bei der Bodenbildung wirken einerseits aufeinander ein und immer auch aufeinander zurück. Geologisches Ausgangsmaterial, Klima, Wasser, Pflanzen, Tiere, Relief und Zeitdauer bilden eine Spirale von Wirkung und Rückwirkung, die sich immer breiter und höher entwickelt. Durch die dabei ausgelösten Prozesse wird die Bodenentwicklung je nach Intensität der einwirkenden Faktoren in unterschiedliche Richtungen geführt. z.B.: Kalkanreicherung (Carbonatisierung) Entkalkung Verbraunung Verlehmung Bodenversauerung Sauerbleichung (Podsolierung) Vergleyung Pseudovergleyung Je nach dem in welcher Richtung die Entwicklung verläuft, bilden sich unterschiedliche Bodentypen heraus. Die aufgezeigten Entwicklungs‐Richtungen verlaufen auch nicht beständig: Änderungen im Umfeld der bodenbildenden Faktoren beeinflussen diesen Prozess, der oftmals in Jahrhundert‐ oder gar Jahrtausendschritten verläuft www.bildungsschmiede.at
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Seite 8 Bodentypen Einige wichtige für die NÖ Regionen sind: Schwarzerden (Tschernoseme) Braunerden Bleicherden (Podsole) Graue Auböden Gleye Rendsinen Diese als Beispiele gewählten Bodentypen kommen in der Natur nicht nur in der reinen Form sondern in zahlreichen speziellen Arten vor. Sie sind auch kein Endprodukt sondern entwickeln sich ständig weiter. Vor allem durch menschliche Eingriffe kann es zu mehr oder weniger großen Veränderungen kommen. Nicht selten stören wir ein erreichtes dynamisches Gleichgewicht und lösen dadurch neue Prozesse aus. Schwarzerde (Tschernosem) Dieser Bodentyp entwickelt sich in Regionen, die im Frühjahr günstige Feuchtigkeits‐ und Temperaturbedingungen haben und dadurch eine üppige Vegetation mit viel pflanzlich‐organischem Material für die Humusbildung hervor bringen. Durch die intensive Tätigkeit von Bodentieren (z.B. Regenwurm) werden die Humusstoffe in den Boden eingearbeitet. Der Mangel an Niederschlägen und trockene Sommer verhindern teilweise die sogenannte‐ „Mineralisierung“. So können Humusbestandteile weniger in den Untergrund ausgewaschen werden. Durch eine hohe Verdunstung werden Nährstoffe im obersten Bodenhorizont angereichert. Dadurch bilden sich sehr humusreiche und qualitativ wertvolle Böden www.bildungsschmiede.at
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Durch das unterschiedliche Ausmaß der Einwirkungen verschiedener Bodenbildungsfaktoren entstehen auch unterschiedliche Bodentypen Seite 9 Braunerde Braunerden sind gekennzeichnet durch ihre braune Farbe. Sie entstehen im gemäßigten feuchten Klima auf silikatischem Gestein. Mit der Verbraunung ist ein zweiter Prozess eng verbunden. Bei der so genannten Verlehmung, (d.h. Tonanreicherung) werden bei hoher Bodenfeuchtigkeit Silikate verwittert. Dabei entstehen neue Tonminerale als Verwitterungsrest. Braunerden können sich im basenreichen/alkalischen Milieu weiter zur Parabraunerde und im basenarmen/sauren Milieu zum Podsol entwickeln. Bleicherde (Podsole) Der Podsol, auch Bleicherde oder Grauerde genannt ist ein saurer, an Nährstoffen armer bzw. verarmter Boden. Er entwickelt sich in einem feuchtkalten oder feuchtgemäßigten Klima. Die Versauerung entsteht durch Auswaschung und Verlagerung von Eisen‐ und Aluminiumhydroxiden sowie Huminstoffen in den Untergrund. Diesen Vorgang bezeichnet man auch als Podsolierung. Meist entstehen Podsole auf sauren Ausgangsgesteinen wie Sandstein, Granit oder auf Flugsanden. Die Entwicklung dauert bis zu 1000 Jahre. Der grobporige (wasserdurchlässige) und nährstoffarme Podsol hat einen niedrigen pH‐Wert (saures Milieu). Damit bleibt das Bodenleben gering. Durch Kalkung und intensive Humuswirtschaft mit Grün‐ und Stalldüngung kann die Fruchtbarkeit des leicht zu bearbeitenden Podsols deutlich verbessert werden. www.bildungsschmiede.at
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Bei der so genannten Verbraunung oxidieren durch Verwitterung freigesetzte Eisenionen (ein Bestandteil des Muttergesteins) und bilden allmählich braungelb rötlich gefärbtes (III)wertiges Eisenoxid. Dieses umhüllt die Mineralkörnchen als feines Häutchen. Dadurch entsteht die typische braune Farbe des Bodens. Seite 10 Gley Im darunterliegenden Bereich des dauernd anstehenden Grundwassers sind es dann Reduktionsprozesse. Diese erkennt man am grünlich gefärbten (II)‐wertigen Eisen Oxidationen und Reduktionen bezeichnet man als Vergleyung Böden, die nicht vom Grundwasser‐, sondern von Stauwasserprozessen geprägt werden, sind Pseudogleye. Grauer Auboden Graue Auböden sind meist von hellgrauer Farbe mit deutlich entwickeltem Humushorizont auf unverwitterten Flussablagerungen. Häufig sind Graue Auböden im Untergrund mehr oder weniger stark „vergleyt“. Damit werden Oxidations‐ und Reduktionsprozesse im Einflussbereich des Grundwassers benannt. Sie heissen dann vergIeyte Graue Auböden. Die Grauen Auböden können nicht ungestört reifen. Bei Hochwasser werden sie immer wieder überschwemmt und mit frischen Flussablagerungen überschichtet. Im Wechselspiel mit aufsteigendem und oft hoch anstehendem Grundwasser wird der Entwicklungsgang bestimmt. Dadurch erkennt man Im Profil unter Umständen mehrere „begrabene Humushorizonte“. Voraussetzung für eine bodenmäßige Weiterentwicklung ist das Aufkommen einer geschlossenen Vegetation, zumeist ein Auwald. Damit setzen auch erste Tätigkeiten von Bodenorganismen und eine oberflächliche Aufschließung durch Pflanzenwurzeln ein. www.bildungsschmiede.at
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Ein Gley ist ein Boden, der unter Grundwasser‐
einfluss entsteht. Und zwar je nach dem wie hoch das Grundwasser steht oder schwankt. Im Schwankungsbereich gibt es immer wieder „wasserfreie“ Perioden. Dort kommt es zu Oxidationsprozessen und zur Bildung des braunen (III)‐wertigen Eisens mit seinen typischen Rostflecken. Seite 11 Rendsina Der kalkreiche Untergrund bewirkt eine sehr extreme Dynamik dieser Böden. Die Verwitterung beschränkt sich fast ausschliesslich auf eine Lösungsverwitterung, die unter feuchten Klimaverhältnissen zur weitgehenden Auflösung des Mineralskelettes und zu einer ungewöhnlichen Anreicherung von Humus im oberen Horizont führt. Humusgehalte von über 50% sind hier häufig. Der geringe Tongehalt reicht meist nur zur Bildung von Mull‐Humus aus. Bei silikatisch‐karbonatischen Misch gesteinen im Untergrund ergibt sich eine andere Entwicklung: Haben die Verwitterungsreste aus dem Untergrund den Charakter von Tonen, entwickeln sich Kalksteinbraun‐ und rotlehme, bei silikatischen Mineralen, kann sich letzlich eine Braunerde bilden. www.bildungsschmiede.at
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Rendsinen sind dunkle humusreiche Böden auf kalk‐ und dolomitreichen, festen Gesteinen. Je nach Entwicklungsstufe haben sie seichte, flachgründige Profile. Nur selten wird eine Profilmächtigkeit von mehr als 30‐bis 40 cm erreicht.