BODENKUNDE und STANDORTSLEHRE Prof. Dr. Winfried Riek

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1 BODENKUNDE und STANDORTSLEHRE Prof. Dr. Winfried Riek

2 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

3 1. Einführung in das Lehrgebiet Definition des Lehrgebietes Geschichte der Bodenkunde Definition Boden

4 Pedologie = Lehre vom Boden (griech. pédon = Erde, Boden) Teildisziplinen Allgemeine Bodenkunde Spezielle Bodenkunde Bodengenetik Bodensystematik Bodengeografie Bodenbiologie Angewandte Bodenkunde

5 Waldbau, Waldwachstum, Forstliche Standortslehre Landespflege Landschaftsökologie Landschaftsplanung Forstwirtschaft Bodenkunde Agrarwirtschaft Wasserwirtschaft Umwelttechnik Naturschutz

6 Ägypter Griechen Xenophon ( v. Chr.) Aristoteles ( v. Chr.) Theophrastus ( 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 ( ) C. Sprengel ( ) J. v. Liebig ( ) - chemische Analyse von Böden (kieselige / kalkige Böden) - Beziehungen Pflanzenwachstum zu Bodeninhaltsstoffen - Wirkung von Kalk, Fragen der Düngung, usw. - Ursachen der Bodenfruchtbarkeit Gesetz des Minimums

7 18. / 19. Jhdt.: Entstehen der Bodenkunde als eigenständige Wissenschaft ( Bodenklassifizierung und -systematik) Wegbereiter der modernen Bodensystematik: F. A. Fallou ( ) W.W. Dokutschajew ( ) Bodenzonenlehre E. Ramann ( ) Bodentyp Braunerde Wassili Wassiljewitsch Dokutschajew ( ) - einer der ersten seiner Zunft

8 Emil Ramann Forstliche Bodenkunde und Standortslehre (1893) Bodenkunde (1905) Bodenbildende Faktoren (pedogene Faktoren) - Klimafaktoren - geologisches Ausgangsgestein - Pflanzenwelt Grundlage der Bodensystematik Bodentyp Bodenentwicklung (Pedogenese) Bodeneigenschaften

9 [cm] Braunerde aus Schmelzwassersand (Weichselglazial) Ah humusangereicherter Oberbodenhorizont 50 Ah-Bv Übergangshorizont 100 Bv verbraunter Unterbodenhorizont 150 C Untergrund (= Ausgangsgestein der Bodenentwicklung)

10 Was ist Boden? Gibt es Mondboden???

11 Das Sphärenmodell Lithosphäre Biosphäre Hydrosphäre Atmosphäre

12 Atmosphäre N 2 O 2 CO 2 Bodenluft Biosphäre Mikroorganismen, Pflanzen, Tiere und deren Ausscheidungen Biomasse und Humus Pedosphäre Bodenpartikel Lithosphäre Mineralien der Gesteine, Tonminerale Bodenlösung Hydrosphäre Wasser und darin gelöste Substanzen

13 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.

14 Boden? Erde, Bodenprobe 3-D-Ausschnitt der Pedosphäre - bzgl. seiner charakteristischen Gestalt und Eigenschaften ein im Wandel befindliches Unikat

15 Pedogenese (Bodenentwicklung) Bodenbildende Faktoren Gestein, Klima, Wasser, Relief, Pflanzen, Tiere Mensch Umwandlungs- / Verlagerungsprozesse (= Bodenentwicklung) Ausbildung charakteristischer Bodenhorizonte mit spezifischen Merkmalen (= Bodenprofil) Z e i t

16 Bodenhorizonte haben spezifische Merkmale aufliegende Schicht aus Buchenlaub braunschwarz braun schwach zersetztes Streumaterial intensiv durchwurzelt schwach bindiger Sand größere Risse ( Makroporen ) krümelige Konsistenz ( Krümelgefüge ) sehr locker gelagert hellbraun grau Reinsand humusfrei vereinzelt Steine Mineralpartikel nicht aggregiert ( Einzelkorngefüge ) wurzelfrei reich an Glimmer mäßig dichte Lagerung

17 pedogene Faktoren Prozesse bodengenetische und -systematische Deutung Horizonte Horizontmerkmale forstökologische und standorts - kundliche Beurteilung Prozessdeutung ökologische Eigenschaften der Horizonte Horizontbezeichnung Standorteigenschaften des Bodens Bodentyp Standort

18 2. Geologische Grundlagen Aufbau der Erde Kreislauf der Gesteine Gesteinsgruppen Endogene / exogene Prozesse Gliederung des Quartär Glaziale Landschaftsformen Ausgangssubstrate der Bodenbildung

19 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)

20 Plattentektonik Theorie der Kontinentalverschiebung Alfred Wegener ( ) Gegenwart Link WEBGEO vor 100 Mio. Jahren vor 200 Mio. Jahren aus: GEO kompakt 1/2004

21 Gliederung der Erdgeschichte Ära System Beginn vor (Jahren) Erdneuzeit (Känozoikum) Erdmittelalter (Mesozoikum) Quartär Tertiär Kreide Jura Trias Perm Karbon Erdaltertum (Paläozoikum) Devon Silur Ordovizium Kambrium Präkambrium > ( Geburt der Erde)

22 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

23 Verwitterung und Abtragung (Erosion) Ablagerung (Sedimentation) auf dem Festland oder im Meer Hebung LOCKER- SEDIMENT Hebung chemische / physikalische Veränderung MAGMA- TISCHES GESTEIN Abkühlung Temperatur und Druck Hebung SEDIMENT- GESTEIN Temperatur und Druck MAGMA Aufschmelzung METAMORPHES GESTEIN

24 Bausteine der Erde Kreislauf der Gesteine Metamorphite aus Magmatiten Ortho-Metamorphite aus Sedimentiten Para-Metamorphite geschiefert Verwitterung Metamorphose Verwitterung Magmatite Vulkanite, Plutonite fein- grobkristallin kristallin Erstarrung Magma Metamorphose Sedimentäre Festgesteine verfestigt, Schichtstruktur Sedimentäre Lockergesteine Diagenese nicht verfestigte Ablagerungen

25 Granit Kalkstein Gneis Basalt Sandstein Schiefer

26 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 W I N D W A S S E R 4. Solifluktion und Kryoturbation 5. Glazigene Wirkungen E I S Erosion Transport Sedimentation

27 Kornsortierung durch Winderosion Bewegtes Material Windstärke / Bezeichnung km/h Durchmesser [mm] Bezeichnung 1 Leiser Zug 2-3 Leichte bis schwache Brise 3 4 schwache bis mäßige Brise 5-6 frische Brise bis starker Wind 7 9 Steifer Wind bis schwerer Sturm < 2 < 0,06 Schluff - 5-0,1 Feinstsand ,2 Feinsand ,6 Mittelsand ,0 Grobsand ,0 Fein- bis Mittelkies

28 Flugsandablagerungen im Periglazial Parabeldünen (Schorfheide)

29 Abtragung, Verfrachtung und Ablagerung in Abhängigkeit von der Fließgeschwindigkeit Fließgeschwindigkeit [cm/s] EROSION TRANSPORT SEDIMENTATION Korngröße [mm] nach: Hjulström, 1935

30 Schnitt durch einen eiszeitlichen Gletscher mit Grund- und Endmoräne Stoßrichtung des Eises Endmoräne mit Blockpackungen Grundmoräne 200 m

31 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

32 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 Jahren A. ELSTER- und SAALE - KALTZEIT sowie WEICHSEL - FRÜHGLAZIAL Jahre Zeitabschnitt Besonderheiten v. Chr. Elster-Kaltzeit Gletschervorstöße nach Süden weit über Brandenburg hinaus v. Chr. Holstein-Warmzeit v. Chr. Saale-Frühglazial Saale-Hochglazial (älteres Drenthe-Stadium, jüngeres Warthe-Stadium) Saale-Spätglazial v. Chr. Eem-Warmzeit v. Chr. Weichsel-Frühglazial 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

33 Quartärgliederung B. WEICHSEL - HOCHGLAZIAL Jahre Zeitabschnitt Besonderheiten v. Chr. Brandenburger Stadium (mit Frankfurter Rückzugstaffel) erster und weitester Eisvorstoß in der Weichsel-Kaltzeit v.chr. Blankenberg-Interstadial kurze Erwärmung; lokal geringe Bodenentwicklung v. Chr. Pommersches Stadium (mit Angermünder Rückzugstaffel) zweiter Gletschervorstoß der Weichsel-Kaltzeit; Entwicklung von Stauchendmoränen; Jahresdurchschnittstemperatur bei -5 C C. WEICHSEL - SPÄTGLAZIAL Jahre Zeitabschnitt Besonderheiten v. Chr. Älteste Tundrenzeit v. Chr. Bölling v. Chr. Ältere Tundrenzeit v. Chr Alleröd v. Chr. Jüngere Tundrenzeit 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

34 Quartärgliederung D. HOLOZÄN Jahre Zeitabschnitt Besonderheiten v. Chr. Präboreal v. Chr. Boreal v. Chr. Atlantikum v. Chr. Subboreal 700 v. Chr. - heute Subatlantikum 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

35 Landschaftsgliederung - Ostdeutsches Tiefland Mecklenburger Boddenküste Ostsee Mecklenburger Seenplatte Müritzsee Baltischer Landrücken Märkische Heide Berliner Urstromtal Havel Fläming Südlicher Landrücken Magdeburger Urstromtal Elbe Leipziger Bucht N flache bis kuppige Grundmoräne Endmoräne Sander Urstromtal Grund- und Endmoräne Urstromtal S Weichselglazial (Jungmoränenland) Saaleglazial (Altmoränenland) Lössdecke Untergrund

36 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

37 Periglaziale Bildungen Eiskeile (Spaltenbildung im gefrorenen Boden und deren Auffüllung mit Schmelzwassersedimenten) Fließerden ( Solifluktion) Sanddünen / Lössgebiete ( äolische Ablagerungen) Steinsohlen ( Kryoturbation; Deflation; Windkanter)

38 Ausgangsgesteine der Bodenbildung Grundmoräne Endmoräne Sander Urstromtal Dünenbildungen Kies- und steinhaltiger Geschiebemergel (ca. 10% Kalk) und Geschiebelehm (entkalkt) Kies- und steinhaltiger Geschiebelehm über Mergel, Geschiebesande, grobe Schmelzwassersande sowie feine Beckenablagerungen (Beckenton, Beckenschluff) grobe Schmelzwassersande und -kiese Talsande, Talschluffe Flugsande

39 Ausgangsmaterial der Bodenbildung / Brandenburg (BZE-2) 0 Bodentiefe [cm] Talsand Flugsand Geschiebedecksand Geschiebelehm Mergel andere [%]