BODENKUNDE und STANDORTSLEHRE

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