3. Bodenentwicklung und Systematisierung

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1 3. Bodenentwicklung und Systematisierung Kennzeichnung von Bodenhorizonten - Hauptsymbole - Zusatzsymbole Pedogene Prozesse - Voraussetzungen für die Prozesse - Beschreibung der Prozesse - resultierende Bodenmerkmale Ableitung von Bodentypen

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3 Grundsätzliches: Bodentyp Die Kennzeichnung von Böden erfolgt auf der Grundlage von pedogenen und geogenen Horizontmerkmalen. Horizonte und Horizontmerkmale werden durch Haupt- und Nebensymbole bezeichnet. Aus spezifischen Horizontabfolgen (Bodenprofilbeschreibung) wird der Bodentyp abgeleitet. [cm] 50 Rendzina L - Ah - cc Haupt- und Nebensymbole Horizontmerkmal Kalknachweis mit Salzsäure: 2 HCl + CaCO 3 CaCl 2 + H 2 O + CO CaCO 3

4 Hauptsymbole für organische Horizonte (> 30% org. Substanz) H L O aus Resten torfbildender Pflanzen (= Torf) H von Humus aus Ansammlung von nicht und wenig zersetzter Pflanzensubstanz an der Oberfläche L von englisch litter = Streu aus Ansammlung stark zersetzter Pflanzensubstanz (soweit nicht H- Horizont) O von organisch

5 Hauptsymbole für mineralische Horizonte (< 30% org. Substanz) A B C G S M R Oberbodenhorizont mit Akkumulation organischer Substanz, häufig an (mineralischen) Stoffen auswaschungsbedingt verarmt Unterbodenhorizont mit Änderung von Stoffbestand und Farbe gegenüber dem Ausgangsgestein, häufig mit verlagerten Stoffen angereichert Untergrundhorizont Bodenhorizont mit Grundwassereinfluss; G von Grundwasser Bodenhorizont mit Stauwassereinfluss; S von Stauwasser Bodenhorizont aus sedimentiertem, holozänem, humosem Bodenmaterial M von lateinisch migrare = wandern Anthropogener Mischhorizont, entstanden durch tiefgreifende bodenmischende Meliorationsmaßnahmen; R von Rigolen (frz. für Graben)

6 Zusatzsymbole für geogene und anthropogene Merkmale f fossil, z.b. fa j, y anthropogen umgelagertes Natursubstrat (j) bzw Kunstsubstrat (y) m l x c e i r II, III massives Substrat, nicht grabbar, z.b. mc Lockersubstrat, z.b. lc steinig (> 95% Steine), z.b. xlc carbonatisch (>75% Kalk), z.b. cc mergelig (2-75% Kalk), z.b. ec kieselig, silikatisch (< 2 % Kalk), z.b. ilc Reliktisch, z.b. rg geologischer Schichtwechsel: 2., 3. Schicht h, n Hochmoor, Niedermoor (nh, hh) Diese Symbole werden dem Hauptsymbol vorangestellt

7 Zusatzsymbole für pedogene Merkmale f i h a p v b vermodert, fermentiert *), Of initial (beginnend), Ai humos, z.b. Oh, Ah, Bh anmoorig (15-30 % Humus), Aa (einmalig) gepflügt, Ap verwittert, verbraunt, verlehmt; Bv, Cv gebändert, z.b. Bb Diese Symbole werden dem Hauptsymbol nachgestellt *) Fermentation = Zersetzung von organischen Stoffen durch Mikroorganismen, d.h. Pilze und Bakterien

8 Zusatzsymbole für pedogene Merkmale e s o r m l t d w ausgewaschen (eluvial), Ae angereichert mit Sesquioxiden (Al-, Fe-Oxide), z.b. Bs oxidiert, z.b. Go reduziert, z.b. Gr massiv (pedogen verfestigt), z.b. Bms, Gmo lessiviert, tonverarmt; z.b. Al tonangereichert; z.b. Bt dicht (wasserstauend), Sd Stauwasserleitend, Sw Diese Symbole werden dem Hauptsymbol nachgestellt

9 Beschreibung der pedogenen Prozesse (1) Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein? Welche (bio-) chemischen Reaktionen laufen im Boden ab? Welche Merkmale dienen der Erkennung des Prozesses? Vorhandensein organischer Substanz abgestorbener Lebewesen (Pflanzen, Tiere), Wurzeln, Bestandesabfall = Streu; gefördert durch: Luftmangel (Nässe), Kälte, Bodenazidität, Nährstoffmangel ( Auflagehumus); hohe Biomasseproduktion, Bioturbation und Sommertrocknis ( Steppenböden); schwer abbaubarer Bestandesabfall (Nadelholz, Zwergsträucher) Einmischen von Streu durch wühlende Tiere; Zerkleinerung; Auflösen von Zellwänden und Gewebestruktur durch Zersetzergemeinschaft (Verwesung); Synthese neuer hochmolekularer stabiler Huminstoffe (Humifizierung); Bildung von Ton-Humus-Komplexen Ausbildung einer Humusauflage; dunkle Verfärbung des mineralischen Oberbodens durch Huminstoffe Kennzeichnung der betreffenden Horizonte: Of, Oh, Ai, Ah, Aa, H

10 Humusgehalt hoch gering

11 Alter des Bodenhumus Horizont Auflagehorizonte Ah-Horizonte tonreiche Unterbodenhorizonte Ton-Humus-Komplexe 14 C-Alter Jahre bis Jahrzehnte < 500 Jahre Jahrtausende

12 - Ca Ca - 2+ Ca Ca 2+ Ca 2+ Ca Ca 2+ Ca Ca 2+ - Ca Ca Ca Ca Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ Regenwurmlosung: ein Ton-Humus-Komplex Ca 2+ Huminstoff (negativ geladen) Tonmineral (negativ geladen) Calcium-Brücke (positiv geladen) 10 kg/m²,a

13 Schwarzerde (Tschernozem) Dieser Boden hat 100 Punkte! *) Ah C Mineralbodenhumus ( Dauerhumus ) *) lt. Bodenschätzrahmen der Bundesrepublik Deutschland: 100 = bestes Ackerland maximaler Ertrag

14 Waldhumus Akkumulation von Auflagenschichten L L L Mineralbodenhumus Oh Of Of Oh MULL MODER ROHHUMUS Fotos: R. Baritz

15 Kriterien der Humusformansprache diagnostische Humusmerkmale 1. Oh-Lage nicht vorhanden beispielhafte Horizontabfolgen Humusform 1.1 nur L-Lage vorhanden L-Ah L-Mull 1.2 L- und Of-Lage vorhanden L-Of-Ah F-Mull 2. Oh-Lage vorhanden 2.1 Oh-Lage sehr dünn (2-5 mm) bzw. stellenweise fehlend; sehr unscharfer Übergang zum Mineralboden 2.2 Oh-Lage > 0.5 cm; Oh-Material kaffeesatzartig und nicht aggregiert; unscharfe Horizontübergänge; Auflage schwer vom Mineralboden zu trennen 2.3 Oh-Lage meist > 2 cm; Oh-Material grob bröckelig brechbar; scharfe Grenzen zwischen den Humushorizonten sowie zwischen Auflage und Mineralboden; Of-Lage in Schichten von der Oh-Lage lösbar 3. Oh-Lage meist > 3 cm; Oh-Material scharfkantig brechbar; Of-Material stark verfilzt und dadurch biegefähig; sehr scharfe Grenzen zwischen den Humushorizonten sowie zwischen Auflage und Mineralboden; Of-Lage leicht in großen Schollen von der Oh-Lage lösbar L-Of-(Oh)-A(e)h L-Of-Oh-Aeh L-Of-Oh-Ahe L-Of-Oh-Ahe-Ae- B(h)s mullartiger Moder typischer Moder rohhumusartiger Moder Rohhumus

16 Beschreibung der pedogenen Prozesse (2) Entkalkung Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein? Welche (bio-)chemischen Reaktionen laufen im Boden ab? Welche Merkmale dienen der Erkennung des Prozesses? Niederschlag > Verdunstung Bildung von Sickerwasser Bildung von Kohlensäure im Boden durch Atmung der Bodenorganismen: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Calciumcarbonat (Calcit, Kalk) reagiert mit Kohlensäure zu Calcium-Hydrogencarbonat, welches gut wasserlöslich ist und mit dem Sickerwasser ausgetragen wird: CaCO 3 + H 2 CO 3 Ca(HCO 3 ) 2 ; durch die Verwitterungsreaktion des Carbonates werden Säuren neutralisiert und in ihrer Wirkung abgepuffert ( Carbonat-Pufferbereich ); Kompensationskalkungen im Wald dienen der Pufferung eingetragener Säuren Kalknachweis mit verdünnter Salzsäure: 2 HCl + CaCO 3 CaCl 2 + H 2 O + CO 2 ; nach Entkalkung häufig Beginn der Verbraunung Ausbildung von Bv-Horizonten

17 Klassifizierung von Ah- C- Böden (außer Schwarzerden) Rohboden Ai C - Profil Syrosem Festgestein Lockergestein kalkhaltig kalkfrei Bodentypen der Profilabfolge Ah - C + + Rendzina + + Ranker + + Pararendzina + + Regosol

18 Beschreibung der pedogenen Prozesse (3) Verbraunung Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein? Welche (bio-)chemischen Reaktionen laufen im Boden ab? Welche Merkmale dienen der Erkennung des Prozesses? Vollständige Entkalkung des Ausgangssubstrates im Oberboden Absinken des ph-wertes unter ca. ph 6.5 (sonst keine chemische Verwitterung unter Beteiligung von H + -Ionen möglich) Freisetzung und Oxidation von Eisen aus primären Mineralien im Zuge der Verwitterung; gleichzeitig Bildung von sekundären Tonmineralen aus Verwitterungsprodukten ( Verlehmung ) Braunfärbung des B-Horizontes durch Eisen(III)oxid Goethit Kennzeichnung der betreffenden Horizonte: Bv C -Differenzierung

19 Beschreibung der pedogenen Prozesse (4) Podsolierung Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein? Welche (bio-) chemischen Reaktionen laufen im Boden ab? Welche Merkmale dienen der Erkennung des Prozesses? fördernd auf die Podsolierung wirken: quarzreiches Ausgangsmaterial (z.b. Flugsand); hohe Sickerwasserraten; ungünstige Humusformen ( niedermolekulare, wasserlösliche Huminstoffe); schwer zersetzbare Streu (Nadelstreu); atmosphärischer Säureeintrag ( saurer Regen ) durch saures Milieu fehlen Bodenlebewesen der Makrofauna ( Auflagehumus); Pilze dominieren bei den Zersetzern; wasserlösliche Fulvosäuren werden als metallorganische Komplexe (Chelate) in Verbindung mit Sesquioxiden (z.b. Al-, Fe-Oxide) in den Unterboden verlagert und dort bei geringerer Bodenazidität wieder ausgefällt Graufärbung des Oberbodens durch blanke Quarzkörner (Podsol = russ. Ascheboden, Bleicherde); rostbraun oder grau-schwarz gefärbter Unterboden (Eisen bzw. Humus); Bildung von Orterde / Ortstein (Kittgefüge) Kennzeichnung der betreffenden Horizonte: Ae, Ahe, Aeh, Bs, Bh, Bsh, Bhs Podsol (подзол, von под pod unter, зола zola Asche, frei übersetzt Ascheboden )

20 Profilaufbau eines Podsols mit Rohhumus L Humusauflage Eluvialhorizont Iluvialhorizonte Mineralboden Of Oh Ae Bsh Bhs Cv Ausgangsgestein (hier: Flugsand) C

21 Beschreibung der pedogenen Prozesse (5) Hydromorphierung (1) Vergleyung Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein? Welche (bio-)chemischen Reaktionen laufen im Boden ab? Einfluss von Grundwasser im ständig wassergesättigten Bereich führt Sauerstoffmangel zu reduzierenden Bedingungen (Reduktion = Sauerstoffentzug) Auflösung von Feund Mn-Oxiden; mobilisiertes Fe und Mn steigt kapillar auf und fällt in luftführenden Grobporen als schwer lösliches Eisenoxid und Manganoxid aus Welche Merkmale dienen der Erkennung des Prozesses? rotbraune Rostflecken im Go-Horizont; ggf. Bodenverhärtung durch Raseneisenstein (Eisenkonkretionen); Marmorierung (Rost- und Bleichflecke) im Gro- und Gor-Horizont; grau-blauer Reduktionshorizont Gr im grundwassergesättigten Bereich

22 Beschreibung der pedogenen Prozesse (6) Hydromorphierung (2) Pseudovergleyung Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein? Welche (bio-) chemischen Reaktionen laufen im Boden ab? Welche Merkmale dienen der Erkennung des Prozesses? Bildung von Stauwasser (=Niederschlagswasser, das aufgrund von stauenden Bodenschichten z.b. aus dichtem Lehm vorübergehend am Versickern gehindert wird) reduzierende Bedingungen durch Wasserstau Auflösung von Fe- und Mn-Oxiden; mobilisierte Fe- und Mn-Ionen diffundieren in das Innere der Bodenaggregate *), wo sie durch eingeschlossene Luftbläschen erneut oxidiert werden typisch sind winterliche Nass- und sommerliche Trockenphasen; dichter meist tonreicher Sd-Horizont unter wasserleitendem Sw-Horizont mit deutlicher Marmorierung (Rost- und Bleichflecke); Rostflecken vorwiegend in den Bodenaggregaten zu finden; ggf. Bildung von Raseneisenstein *) Bodenaggregate: Zusammenlagerung einzelner Bodenpartikel (vgl. Bodengefüge)

23 Marmorierung, Rostfleckung, Reduktionsmerkmale als Indikatoren für Grund- oder Stauwassereinfluss Grundwasserboden Ah / Go / Gro / Gor / Gr (Gley) Stauwasserboden Ah / Sw / Sd / C (Pseudogley) Raseneisenstein

24 Kulturdenkmal Verwalter und Molkenhaus Bärwinkel / Oderbruch

25 Beschreibung der pedogenen Prozesse (7) Lessivierung (= Tonmineralverlagerung) Welche Voraussetzungen müssen erfüllt sein? Welche (bio-) chemischen Reaktionen laufen im Boden ab? Welche Merkmale dienen der Erkennung des Prozesses? Bodenreaktion zwischen ph 5.0 ph 6.5 für die Dispergierung der negativ geladenen Tonteilchen (sonst Aneinanderhaften von Primärpartikeln durch Ca 2+ -Brücken bei hohem ph- bzw. Al 3+ - Brücken bei niedrigem ph-wert); ausreichender Sickerwasserstrom; tonhaltiges Substrat (z.b. Geschiebelehm); periodisches Austrocknen zur Bildung von Trockenrissen Dispergierung (Feinverteilung in der Bodenlösung) und Mobilisierung von Tonmineralen mit dem Sickerwasser durch Makroporen (Schwundrisse, Wurzelgänge); Wiederausfällung im Unterboden als glänzende Tonhäutchen an den Porenwänden ( Tapeten, Ton-Kutane) infolge von geringer werdenden Porendurchmessern (Filtereffekt), versiegendem Sickerwasserstrom (Transportmedium) oder aufgrund ansteigender Ca 2+ -Konzentration Profildifferenzierung durch Verarmung des Oberbodens an Ton bzw. Anreicherung des Unterbodens mit Ton; Ton-Kutane (Lupe) Kennzeichnung der Horizonte Al, Bt

26 Chemische Grundlagen zur Tonmineralverlagerung Tonteilchen sind Kolloide, d.h. sehr kleine Teilchen ( mm), die ein ganz bestimmtes chemisch-physikalisches Verhalten aufweisen ( Kolloid-Chemie). Kennzeichen: in einer wässrigen Suspension sedimentieren Kolloide nicht, weil sich die Brown sche Wärmebewegung und die Gravitationskraft im Gleichgewicht befinden. Vorgänge im Oberboden GEL-Zustand (Fest-Phase) Primärteilchen (z.b. Feinton) liegen in geflocktem Zustand vor; mehrere Teilchen kolloidaler Größe haften zusammen infolge von anders geladenen Teilchen mit Brückenfunktion. Dispergierung Ausflockung SOL-Zustand (Lösungs-Phase) Primärteilchen (z.b. Feinton) schweben in einer Lösung fein verteilt (dispergiert) und stoßen sich dabei infolge ihrer gleichen elektrischen Ladungen voneinander ab. Vorgänge im Unterboden

27 Profilaufbau einer Parabraunerde L Ah Tonmineralmobilisierung Al Transport durch Makroporen Tonanreicherung Bt C

28 Auswahl an Böden, die Sie (er)kennen sollten: Bodenbezeichnung Bemerkungen Prozesse Horizontabfolge (Bsp.) Rendzina aus kalkhaltigem Festgestein Ranker aus kalkfreiem Festgestein Pararendzina aus kalkhaltigem Lockergestein Ah / C Regosol aus kalkfreiem Lockergestein, in Brandenburg z.b. auf jungen Dünenstandorten vorkommend Braunerde Typischer Sandbodentyp Verbraunung Ah/Bv/C podsolige Braunerde häufiger Waldboden in Brandenburg auf Sand (Varietät der Braunerde) Verbraunung Kornpodsolierung Aeh/Bv/C Podsol-Braunerde häufiger Waldboden in Brandenburg auf Sand (Subtyp der Braunerde) Verbraunung Podsolierung Ahe/Ae/Bsh/Bhs/Bv/C Verbraunungshorizont beginnt in < 15 cm Tiefe Braunerde-Podsol häufiger Waldboden in Brandenburg auf Sand (Übergangstyp des Podsol) Verbraunung Podsolierung Ahe/Ae/Bsh/Bhs/Bv/C Verbraunungshorizont beginnt in > 15 cm Tiefe Podsol in Brandenburg verbreitet an Nordhängen von Flugsanddünen Podsolierung Ahe/Ae/Bsh/Bhs/C (reliktischer) Gley in Brandenburg durch Grundwasserabsenkung häufig reliktische über rezenten Go- bzw. Gr-Horizonten Hydromorphierung Ah/Go/Gr bzw. Ah/rGo/rGr

29 Auswahl an Böden, die Sie (er)kennen sollten: Bodenbezeichnung Bemerkungen Prozesse Horizontabfolge (Bsp.) Podsol-Gley Übergangstyp des Gleys Hydromorphierung Podsolierung Ahe/Ae/Bsh/Bhs/Go/Gr Pseudogley-Gley Übergangstyp des Gleys (früher: Amphigley) Hydromorphierung Ah/Sw/Sd/Sd-Go/Gr Pseudogley in Brandenburg klimabedingt relativ selten (Mangel an Nassphasen) Hydromorphierung Ah/Sw/Sd/C Parabraunerde auf nährstoffreichem Lehmsubstrat (unter Wald eher selten) Lessivierung Ah/Al/Bt/C Fahlerde auf lehmigem Substrat unter Wald häufiger als Parabraunerde Lessivierung Podsolierung Ah/Ael/Ael+Bt/Bt/C Pseudogley- Fahlerde Übergangstyp der Fahlerde; Pseudovergleyungsmerkmale (Marmorierung) im und über dem Bt-Horizont erkennbar Lessivierung Podsolierung Hydromorphierung Ah/Ael/Ael-Sw/Bt-Sd/C Kolluvium aus verlagertem humosem Material (Wind-, Wassererosion); Ah+M müssen mächtiger als 40 cm sein Erosion / Sedimentation Ah/M/II... Niedermoor H-Horizonte müssen mindestens 30 cm mächtig sein (Vertorfung) nh/... weiterführende Literatur: AG Boden (2005) Bodenkundliche Kartieranleitung. Hannover.