BODENKUNDE und STANDORTSLEHRE
Werbung
BODENKUNDE und STANDORTSLEHRE Prof. Dr. Winfried Riek Literatur • BLUM, W. (2007): Bodenkunde in Stichworten. Hirt. (ca. 20,- €) • STAHR, K. (2008): Bodenkunde und Standortlehre. UTB (ca. 30,- €) • RIEK, W., STÄHR, F. (2004).: Eigenschaften typischer Waldböden im Nordostdeutschen Tiefland unter besonderer Berücksichtigung von Brandenburg. Eberswalder Forstliche Schriftenreihe. Landesforstanstalt und MLUV (Hrsg.). (vergriffen) • MLUR 2003: Steckbriefe Brandenburger Böden. Loseblattsammlung. Potsdam. (10,- € Schutzgebühr) • AK STANDORTSKARTIERUNG (2003): Forstliche Standortsaufnahme. 6. Auflage. IHW-Verlag. (vergriffen) • Link-Sammlung (und Vorlesungsfolien) auf http://www.forstliches-umweltmonitoring.de/Riek/ 1. Einführung in das Lehrgebiet • Definition des Lehrgebietes • Geschichte der Bodenkunde • Definition „Boden“ Pedologie = Lehre vom Boden (griech. pédon = Erde, Boden) Teildisziplinen Allgemeine Bodenkunde Spezielle Bodenkunde Bodengenetik Bodensystematik Bodengeografie Bodenbiologie Angewandte Bodenkunde Waldbau, Waldwachstum, … Forstliche Standortslehre Forstwirtschaft Landespflege Landschaftsökologie Landschaftsplanung Bodenkunde Agrarwirtschaft Wasserwirtschaft Umwelttechnik Naturschutz • Ägypter • Griechen Xenophon (430-354 v. Chr.) Aristoteles (384-322 v. Chr.) Theophrastus (370-285 v. Chr.) • Römer Vergil (70-19 v. Chr.): „Georgica“ (Vom guten Landbau) - Ausrollprobe Bodenart - Spatendiagnose Bodengefüge - Tierdünger und Asche Bedeutung der Nährstoffe • Zeitalter der Agrikulturchemie (18./19.Jhdt) A. L. Lavoisier (1743-1797) C. Sprengel (1787-1859) J. v. Liebig (1803-1873) - chemische Analyse von Böden (kieselige / kalkige Böden) - Beziehungen Pflanzenwachstum zu Bodeninhaltsstoffen - Wirkung von Kalk, Fragen der Düngung, usw. - Ursachen der „Bodenfruchtbarkeit“ Gesetz des Minimums 18. / 19. Jhdt.: Entstehen der Bodenkunde als eigenständige Wissenschaft ( Bodenklassifizierung und -systematik) Wegbereiter der modernen Bodensystematik: • F. A. Fallou (1794-1877) • W.W. Dokutschajew (1846-1903) „Bodenzonenlehre“ • E. Ramann (1851-1926) „Bodentyp Braunerde“ Wassili Wassiljewitsch Dokutschajew (1846-1903) - einer der ersten seiner Zunft … Emil Ramann • „Forstliche Bodenkunde und Standortslehre“ (1893) • „Bodenkunde“ (1905) Bodenbildende Faktoren (pedogene Faktoren) - Klimafaktoren - geologisches Ausgangsgestein - Pflanzenwelt Grundlage der Bodensystematik Bodenentwicklung (Pedogenese) Bodeneigenschaften Bodentyp „Braunerde“ aus Schmelzwassersand (Weichselglazial) [cm] 50 Ah humusangereicherter Oberbodenhorizont Ah-Bv Übergangshorizont Bv verbraunter Unterbodenhorizont C Untergrund (= Ausgangsgestein der Bodenentwicklung) 100 150 Was ist Boden ? Gibt es „Mondboden“ ??? Das Sphärenmodell Lithosphäre Biosphäre Hydrosphäre Atmosphäre Biosphäre Atmosphäre CO2 O2 N2 Bodenluft Mikroorganismen, Pflanzen, Tiere und deren Ausscheidungen Biomasse und Humus Pedosphäre Bodenpartikel Lithosphäre Mineralien der Gesteine, Tonminerale Bodenlösung Hydrosphäre Wasser und darin gelöste Substanzen Definition: Pedosphäre ist diejenige Durchdringungssphäre unseres Planeten, in der Bodenbildung erfolgt, d.h. Atmosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre die Lithosphäre zugleich durchdringen und verändern (Sonderform des Verwitterns) und die Reaktionsprodukte der Wechselwirkungen zumindest teilweise am Ort ihrer Bildung erhalten bleiben. Die räumliche Umgrenzung der Pedosphäre ist dort gegeben, wo eine der Sphärenkomponenten 0 wird oder Abtragung bzw. Sedimentation keine Bodenbildung im Sinne der Erhaltung von Reaktionsprodukten zulassen. Boden ? „Erde“, Bodenprobe 3-D-Ausschnitt der Pedosphäre - bzgl. seiner charakteristischen Gestalt und Eigenschaften ein im Wandel befindliches Unikat Pedogenese (Bodenentwicklung) Bodenbildende Faktoren Gestein, Klima, Wasser, Relief, Pflanzen, Tiere Mensch Umwandlungs- / Verlagerungsprozesse (= Bodenentwicklung) Zeit Ausbildung charakteristischer Bodenhorizonte mit spezifischen Merkmalen (= Bodenprofil) Bodenhorizonte haben spezifische Merkmale aufliegende Schicht aus Buchenlaub schwach zersetztes Streumaterial braunschwarz intensiv durchwurzelt braun schwach „bindiger“ Sand sehr locker gelagert größere Risse („Makroporen“) Reinsand hellbraun Mineralpartikel nicht aggregiert („Einzelkorngefüge“) humusfrei vereinzelt Steine grau krümelige Konsistenz („Krümelgefüge“) reich an Glimmer wurzelfrei mäßig dichte Lagerung pedogene Faktoren Prozesse Horizonte bodengenetische und -systematische Deutung Horizontmerkmale forstökologische und standortskundliche Beurteilung Prozessdeutung ökologische Eigenschaften der Horizonte Horizontbezeichnung Standorteigenschaften des Bodens Bodentyp Standort 2. Geologische Grundlagen • • • • • • • Aufbau der Erde Kreislauf der Gesteine Gesteinsgruppen Endogene / exogene Prozesse Gliederung des Quartär Glaziale Landschaftsformen Ausgangssubstrate der Bodenbildung Das Modell der Plattentektonik Schalenaufbau der Erde • Erdkruste (< 70 km) • Erdmantel (2900 km) • Äußerer Kern (2300 km) • Innerer Kern (1200 km) kontinentale Kruste (30-60km) Lithosphäre (ca. 100 km) ozeanische Kruste (5-10km) Oberster Mantel (fest) Asthenosphäre (ca. 130 km) Oberer Mantel (zäh plastisch, fließfähig) Plattentektonik Theorie der Kontinentalverschiebung Alfred Wegener (1880-1930) Gegenwart Link WEBGEO vor 100 Mio. Jahren vor 200 Mio. Jahren aus: GEO kompakt 1/2004 Gliederung der Erdgeschichte Ära System Beginn vor (Jahren) Erdneuzeit (Känozoikum) Quartär 2.500.000 Tertiär 65.000.000 Kreide 144.000.000 Jura 213.000.000 Trias 248.000.000 Perm 286.000.000 Karbon 360.000.000 Devon 408.000.000 Silur 438.000.000 Ordovizium 505.000.000 Kambrium 590.000.000 Erdmittelalter (Mesozoikum) Erdaltertum (Paläozoikum) Präkambrium > 4.000.000.000 („Geburt“ der Erde) Bausteine der Erde – Kreislauf der Gesteine Minerale: Stoffe mit einheitlichem physikalischem und chemischem Aufbau; kleinste natürliche Bausteine der Erde Gesteine: Gemenge aus verschiedenen Mineralien variierender Zusammensetzung. Festgesteine enthalten zwischen den einzelnen Mineralkörnern ein Bindemittel (z.B. Kalk, Kieselsäure). Lockergesteine enthalten kein Bindemittel; zu den Lockergesteinen zählen Sand, Schluff (Löss), Ton, Kies, Blockwerk. Es werden drei große Gesteinsgruppen unterschieden: Magmatite, Sedimentite und Metamorphite Verwitterung und Abtragung (Erosion) Ablagerung (Sedimentation) auf dem Festland oder im Meer LOCKERSEDIMENT Hebung Hebung MAGMATISCHES GESTEIN Temperatur und Druck chemische / physikalische Veränderung Hebung SEDIMENTGESTEIN Abkühlung Temperatur und Druck Aufschmelzung MAGMA METAMORPHES GESTEIN Bausteine der Erde – Kreislauf der Gesteine Verwitterung Metamorphite aus Magmatiten Ortho-Metamorphite aus Sedimentiten Para-Metamorphite geschiefert Verwitterung Metamorphose Magmatite Metamorphose Vulkanite, Plutonite feingrobkristallin kristallin Erstarrung Sedimentäre Festgesteine verfestigt, Schichtstruktur Magma Sedimentäre Lockergesteine nicht verfestigte Ablagerungen Diagenese Granit Kalkstein Gneis Schiefer Basalt Sandstein Endogene Vorgänge vom Erdinnern wirkend (Ursache ist die Plattentektonik) Schaffung von Höhenunterschieden Exogene Vorgänge von außen wirkend (Ursache ist v.a. die Sonnenenergie) Reduktion der Höhenunterschiede 1. Wirkung der Schwerkraft 2. Äolische Wirkungen 3. Fluviatile Wirkungen WIND 4. Solifluktion und Kryoturbation 5. Glazigene Wirkungen WAS S E R EIS Erosion Transport Sedimentation Kornsortierung durch Winderosion Bewegtes Material Windstärke / Bezeichnung km/h Durchmesser [mm] Bezeichnung 1 „Leiser Zug“ <2 < 0,06 Schluff -5 - 0,1 Feinstsand 2-3 „Leichte bis schwache Brise“ - 15 - 0,2 Feinsand 3–4 „schwache bis mäßige Brise“ - 25 - 0,6 Mittelsand 5-6 „frische Brise bis starker Wind“ - 50 - 2,0 Grobsand 7–9 „Steifer Wind bis schwerer Sturm“ - 100 - 20,0 Fein- bis Mittelkies Flugsandablagerungen im Periglazial Parabeldünen (Schorfheide) Abtragung, Verfrachtung und Ablagerung in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit Fließgeschwindigkeit [cm/s] 1000 100 10 EROSION TRANSPORT SEDIMENTATION 1 0.01 0.1 1 10 100 Korngröße [mm] nach: Hjulström, 1935 Schnitt durch einen eiszeitlichen Gletscher mit Grund- und Endmoräne Stoßrichtung des Eises Endmoräne mit Blockpackungen Grundmoräne 200 m Die Eiszeit in Brandenburg EW (Mindel) LFE Saaleglazial Warthestadium Breslau-Magdeburger Urstromstal Weichselglazial Pommersches Stadium Torun-Eberswalder Urstromtal Frankfurter Stadium Warschau-Berliner Urstromtal Brandenburger Stadium Glogau-Baruther Urstromtal aus: Wagenbreth & Steiner, 1982 Link WEBGEO Quartärgliederung • • • • • • Beginn des Quartär vor 2.5 Mio. Jahren (davor: Tertiär) Differenzierung zwischen Pleistozän (Eiszeit) und Holozän (Nach-Eiszeit) charakteristisch: Wechsel von Warm- und Kaltzeiten 3 große Vereisungszyklen: Elster-, Saale- und Weichselglazial Weichselglazial: Brandenburger, Frankfurter und Pommersches Stadium Beginn des Holozän vor ca. 10.000 Jahren A. ELSTER- und SAALE - KALTZEIT sowie WEICHSEL - FRÜHGLAZIAL Jahre 473.000 – 360.000 v. Chr. Zeitabschnitt Elster-Kaltzeit 360.000 – 345.000 v. Chr. Holstein-Warmzeit Saale-Frühglazial 345.000 – 126.000 v. Chr. Saale-Hochglazial (älteres Drenthe-Stadium, jüngeres Warthe-Stadium) Saale-Spätglazial 126.000 – 113.000 v. Chr. Eem-Warmzeit 113.000 – 18.000 v. Chr. Weichsel-Frühglazial Besonderheiten Gletschervorstöße nach Süden weit über Brandenburg hinaus Anstieg der Jahresdurchschnittstemperatur auf ca. 12°C, weite Seenlandschaften in Brandenburg kein Gletschervorstoß nach Brandenburg; weitflächige Landschaftseinebnung unter Permafrostbedingungen zwei Gletschervorstöße; Bildung von z.T. mächtigen Stauchendmoränen (Lausitzer Grenzwall, Fläming, Prignitz) weitflächige Landschaftseinebnung unter Permafrostbedingungen Anstieg der Jahresdurchschnittstemperatur auf ca. 12°C; reichhaltige Vegetation kein Gletschervorstoß nach Brandenburg; sehr kaltes Klima verhindert die Entwicklung geschlossener Wälder; spärliche Tundrenvegetation; zeitweise lichte Birken- und Kiefernwälder Quartärgliederung B. WEICHSEL - HOCHGLAZIAL Jahre 18.000 – 15.000 v. Chr. 15.000 – 14.000 v.Chr. 14.000 – 12.000 v. Chr. Zeitabschnitt Brandenburger Stadium (mit Frankfurter Rückzugstaffel) Blankenberg-Interstadial Pommersches Stadium (mit Angermünder Rückzugstaffel) Besonderheiten erster und weitester Eisvorstoß in der Weichsel-Kaltzeit kurze Erwärmung; lokal geringe Bodenentwicklung zweiter Gletschervorstoß der Weichsel-Kaltzeit; Entwicklung von Stauchendmoränen; Jahresdurchschnittstemperatur bei -5°C C. WEICHSEL - SPÄTGLAZIAL Jahre Zeitabschnitt 12.000 – 10.300 v. Chr. Älteste Tundrenzeit 10.300 – 9.900 v. Chr. Bölling 9.900 – 9.700 v. Chr. Ältere Tundrenzeit 9.700 – 8.900 v. Chr Alleröd 8.900 – 8.200 v. Chr. Jüngere Tundrenzeit Besonderheiten Jahresdurchschnittstemperatur –2°C; baumfreie Tundra; Bildung dünner Flugsanddecken geringe Erwärmung; Jahresdurchschnittstemperatur 0°C; lichter Birken- und Kiefernwald; keine nachgewiesene Bodenbildung erneute Abkühlung; Jahresdurchschnittstemperatur –2°C; baumfreie Tundra; Bildung dünner Flugsanddecken deutliche Erwärmung; Jahresdurchschnittstemperatur +3°C; Birken- und Kiefernwälder; in ganz Brandenburg weitflächig nachweisbare Bodenbildung erneute Abkühlung; Jahresdurchschnittstemperatur –3°C; trocken-kaltes Klima; Tundra mit Kiefern und Birken („Parktundra“); Bildung großer Flugsanddünen Quartärgliederung D. HOLOZÄN Jahre Zeitabschnitt 8.200 – 7.000 v. Chr. Präboreal 7.000 – 5.500 v. Chr. Boreal 5.500 – 3.000 v. Chr. Atlantikum 3.000 – 700 v. Chr. Subboreal 700 v. Chr. - heute Subatlantikum Besonderheiten sehr deutliche Erwärmung; Jahresdurchschnittstemperatur +7°C; geschlossene Vegetationsdecke; Birken-Kiefernwald mit Hasel weitere Erwärmung; trocken-warmes Klima; Jahresdurchschnittstemperatur +11°C; anfangs haselreiche Kiefernwälder, später Kiefern-Eichen-Ulmen-Mischwälder weitere Erwärmung; mäßig feucht-warmes Klima; Jahresdurchschnittstemperatur +12°C („Klimaoptimum“); Eichenmischwald mit Linde, Ulme, Hasel und Erle; Rückgang der Kiefer leichte Abkühlung; trocken-warmes Klima; Jahresdurchschnittstemperatur +9°C; Auftreten der Hain- und Rotbuche; Eichen-Buchen-Mischwälder; Rückgang von Ulme und Linde; erste nachweisbare Eingriffe durch den Menschen: Brandrodung und Beackerung verursachen Dünenüberwehungen Buchenwald und buchenreicher Mischwald mit je nach Standortsverhältnissen Hainbuche, Eiche, Kiefer oder Erle; Jahresdurchschnittstemperatur +8.5°C; Zeit der größten Landschaftsveränderungen durch den Menschen Landschaftsgliederung - Ostdeutsches Tiefland Mecklenburger Seenplatte Baltischer Landrücken Magdeburger Urstromtal Fläming Leipziger Bucht Südlicher Landrücken Märkische Heide Elbe Havel Ostsee Müritzsee Mecklenburger Boddenküste flache bis kuppige Grundmoräne Berliner Urstromtal Grund- und Endmoräne Endmoräne Sander Urstromtal Urstromtal N S Weichselglazial (Jungmoränenland) Lössdecke Saaleglazial (Altmoränenland) Untergrund Hinterlassenschaften der Eiszeit • • • • • flache bis wellige Grundmoränen kuppige Grundmoränen Endmoränen (Stauchendmoränen) Sander Urstromtäler bilden die „glaziale Serie“ • Zungenbeckenseen: Hohlformen im Grundmoränenbereich; durch vorstoßende Gletscherzungen geschaffen Bsp.: Parsteiner See, Grimnitzsee • Rinnenseen: längs der Eisspalten durch sich einschneidende Schmelzwässer gebildete Hohlformen Bsp. Werbellinsee • Sölle (Einzahl: Soll): kleine (< 1 ha) als Toteiskessel gebildete Seen bzw. Pfuhle im Bereich der Grund- und Endmoränenlandschaft • Oser (Einzahl: Os): durch Schmelzwässer abgelagerte Sedimente • Kames (Einzahl: Kame): zwischen tauendem Eis aufgeschichtete Sandterrassen • Drumlins: durch Überfahrung bei erneutem Gletschervorstoß entstandene stromlinienförmige Hügel (bis 1 km lang) Bsp.: Kleiner Rummelsberg bei Brodowin Periglaziale Bildungen • Eiskeile (Spaltenbildung im gefrorenen Boden und deren Auffüllung mit Schmelzwassersedimenten) • Fließerden ( Solifluktion) • Sanddünen / Lössgebiete ( äolische Ablagerungen) • Steinsohlen (Kryoturbation; Deflation; Windkanter) Ausgangsgesteine der Bodenbildung Kies- und steinhaltiger Geschiebemergel (ca. 10% Grundmoräne Kalk) und Geschiebelehm (entkalkt) Kies- und steinhaltiger Geschiebelehm über Mergel, Geschiebesande, grobe SchmelzEndmoräne wassersande sowie feine Beckenablagerungen (Beckenton, Beckenschluff) Sander grobe Schmelzwassersande und -kiese Urstromtal Dünenbildungen Talsande, Talschluffe Flugsande Ausgangsmaterial der Bodenbildung / Brandenburg (BZE-2) 0 Geschiebedecksand 20 Bodentiefe [cm] 40 Talsand 60 Flugsand 80 Geschiebelehm 100 Mergel 120 andere 140 0 20 40 60 [%] 80 100
