Bodenkunde und Bodenpflege

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1 Bodenkunde und Bodenpflege der Auftrag durch den Gesetzgeber und die Durchführung im Kleingarten Bodenkunde und Bodenpflege der Auftrag durch den Gesetzgeber und die Durchführung im Kleingarten BDG-Seminar Fachberater II 07. September 2012 Was ist Boden? Jörg Gensicke Landesverbandsfachberater im Landesverband der Gartenfreunde Baden-Württemberg e. V. oberste Verwitterungsschicht der festen Erdrinde mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetzt unter Einfluss von Umweltfaktoren entstanden ein sich fortgesetzt weiterentwickelndes Umwandlungsprodukt aus mineralischen und organischen Substanzen mit eigener morphologischer Organisation dient höheren Pflanzen als Standort Boden ist ein vierdimensionales System. Essentielle Aufgaben: Der Boden ist Träger allen Lebens auf dem Festland Seine Fruchtbarkeit ist die Grundlage unserer Ernährung. Moderne Bodennutzanwendung und Moral Standorte jeweiliger Natur- u. Kulturvegetation, liefern Nahrung, nachwachsende Rohstoffe, Energie, Erholung Fließwiderstände für Niederschläge glätten den Gewässerfluss Filter/Puffer für Schadstoffe Entsorgungsflächen für Siedlungen Grund für Wohn-, Verkehrs- u. Industriebauten Deponien für Schadstoffe, Lieferanten für Rohstoffe Funktionen von Böden in Ökosystemen (Schlichting) bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe 223 9

2 Gesetze zur Bodennutzanwendung Erkenntnisse Boden ist nicht vermehrbar Moderne und größer werden Gesellschaften lassen den Ressourcenverbrauch Boden schwindelerregend ansteigen Ein Bewusstsein zum Schutz des Bodens und zum Erhalt seiner Bodenfruchtbarkeit muss gepflegt werden Gesetzliche Grundlagen zur Regelung des Bodenschutzes Bundesbodenschutzgesetz (BBodSchG) Bundesbodenschutz- u. Altlastenverordnung (BBodSchV) Weiterführende Rechtliche Grundlagen Bundesnaturschutzgesetz Raumplanung und Baurecht Pflanzenschutzgesetz Trinkwasserverordnung Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz Aufgaben des Bodens aus Sicht des Kleingärtners Befestigung der Pflanze Belichtungsschutz für Pflanzenwurzeln Versorgung der Wurzeln mit Sauerstoff (Luftkapazität, Porenraum, Bodenart) Wasserversorgung der Pflanzen (Nutzbare Feldkapazität, Porenraum, Bodenart) Speicherung und Versorgung der Pflanzen mit Nährstoffen, Entgiftung des Bodens (Ionenaustauschvermögen/Pufferung) Aufnahme, Reinigung und Speicherung des Niederschlagswasser (Trinkwasserversorgung, Düngung, Bodenschutzlabor ) Gesunde Nahrungsmittel aus einem gesunden Boden 10 bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe 223

3 Faktoren der Bodenbildung Bereich des Gesteins (Lithosphäre) Die Lufthülle (Athmosphäre) Der Bereich der Gewässer (Hydrosphäre) Der Bereich der Lebewesen (Biosphäre) Ineinander führende Beziehungen der Teilbereiche zur Bodenbildung Verwitterung Mineralisierung Bodenbearbeitung/Bewirtschaftung Entwicklungsschritte des Bodens 1. Verwitterungsprozesse an der Gesteinsoberfläche 2. Vegetationseinflüsse durch Rohbodenbesiedler 3. Verbraunung und Verlehmung durch Kalkauswaschung bei kalkhaltigem Ausgangsgestein (ph < 7) 4. Vermischung von Humus und Mineralboden durch das Edaphon (Bioturbation) Ausbildung eines A- Horizontes Zustandsstufen eines Bodens im Laufe der Entwicklung Entwicklungsschritte des Bodens 5. Verwitterung im Unterboden. Verbraunung durch Oxidation von Eisen in primären Silikaten. Ausbildung eines B-Horizonts 6. Vertiefung der Bodenauflage. Gute Versorgung mit Nährstoffen und Wasser. Optimale Ertragskraft. Zustandsstufe 1 (Seite zuvor) Braunerde aus Granit, Parabraunerde Löss, Mergel bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe

4 Entwicklungsschritte des Bodens 7. Verlagerung von Ton (Lessivierung) und Humus durch Säureangriff, Auslaugen des unteren A-Horizonts (A l ) Verlagerung von Eisen durch Einwirkung von Huminsäuren, Ausbleichen des unteren A-Horizonts (A e ) Verschlechterung von Bodenstruktur (Krümelzerstörung) und Durchwurzelbarkeit 8. Verdichtung durch Ablagerung von Ton- und Humus- Kolloiden im Unterboden, Entstehung einer Stauwassersohle. Ortssteinbildung in sauren Böden Podsol Pseudogley Gesteinsarten in Mitteleuropa Bodenentstehung und Bodenfruchtbarkeit Mineralbestand des Ausgangsgesteins Geologische und Geomorphologische Prozesse (endogen, biogen) Klimatische Bedingungen (humid, arid) Alter des Bodens (Verwitterungsgrad) Anthropogene Einflüsse (Hortisole) Gesteinsarten Die heute vorkommenden festen Ausgangsgesteine sind Ergebnis einer differenzierten erdgeschichtlichen und noch weiter fortdauernden Entwicklung Mineralbestand verbreitetster Magmatide 12 bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe 223

5 Verwitterungsprozesse (bio)-physikalische Verwitterung Zerfall der Gesteine u. Minerale in kleinere Teilchen Wegbereiter der chemischen Verwitterung Wurzel-, Temperatur-,Eis- und Salzsprengung, Druckentlastung durch Abtrag chemische und biochem. Verwitterung Minerale verändern sich in ihrem Chemismus durch Einfluss von Wasser (Hydratation, Hydrolyse) anorganischen Säuren (Kohlensäure, ) organischen Säuren (Komplexierung) mikrobielle Aktivitäten (Oxidation), Pflanzenausscheidungen Der Mineralboden Mechanische Zerlegung in Minerale Auslaugung, und/oder Umsetzung mit Luft, d.h. chemische Zersetzung u. Bildung neuer Bodenminerale Es entstehen z.b. Tonminerale, Calciumsalze (Gips, kohlensaurer Kalk) Als wichtigste Bestandteile Quarz (Sand u. Schluff) und Ton Der Tonanteil eines Bodens bestimmt maßgeblich die Speicherkapazität für Wasser und Nährstoffe Korngrößen und Bodenarten Über die Anteile der Korngrößenzusammensetzung wird die Bodenart ermittelt Die Bodenart gibt u. a. indirekt Einblicke in Art und Größe des Porenraums, d.h. Luft und Wasserkapazität, Nährstoffverhältnisse, Speicherkräfte, Durchwurzelung, Bearbeitbarkeit, bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe

6 Korngrößen und Bodenarten Bestimmung der Bodenart kann über einfache Fingerprobe erfolgen Genauer arbeitet das Bodenlabor! Abhängig der Korngrößenanteile lassen sich untersuchte Böden wie in Abb. 10 einstufen. Bei Lehmböden sind die Anteile der Korngrößen mehr oder weniger ausgeglichen Körnung und Bodenarten Beispiele Körnung verbreiteter Böden unterschiedlicher Ausgangsgesteine Mitteleuropas a) Sand und Löß b) Geschiebesand und Geschiebemergel c) Auenlehm und Marschen d) Kalkstein und Ton/Tonschiefer Bedeutung und Eigenschaften der Bodenarten hoher Sandanteil hoher Schluffanteil hoher Tonanteil ( arme Böden ) (erosionsgefährdet) (Minutenböden) Wasserdurchlässigkeit hoch mittel bis gering gering Wasserspeicher- gering höchste Speicherfähigkeit hoch Vermögen pfl.-nutzbaren Wassers Nährstoffhalte- gering mittel hoch Vermögen Nährstoffgehalte gering mittel hoch Durchlüftung intensiv mehr od. weniger gut schlecht (schneller Humusabbau) Durchwurzelbarkeit gut mehr od. weniger gut beschränkt Erwärmung schnell mehr od. weniger gut langsam Bearbeitbarkeit gut mittel (etwas eingeengter schwer Spielraum) 14 bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe 223

7 Tonminerale Mikroskopisch kleine Kristallstrukturen aus übereinander gestapelten (Schichtpakete) Aufbau Einzelpaket aus Tetraeder / Oktaeder Zentralatome sind Si und Al + Bauelemente O, H Chem. Umbau der Feldspat u. Glimmergruppe aber auch Neubildung Zusammenhalt der Schichten: über Wasserstoffbrücken (OH... O), Kaolinit Einlagerung Kationen oder Hydroxidschicht Modell-Aufbau Tonminerale Strukturmodelle von Tonmineralen Eigenschaften der Tonminerale Oberflächen sind negativ geladen Die äußere Begrenzung bzw. Oberfläche des Kristalls und sofern das Tonmineral quellfähig ist die Summe der inneren Oberflächen der Schichtpakete können positiv geladene Ionen (Nährelemente K +, Ca 2+, Mg 2+, Zn 2+,...) und polar gebaute Moleküle wie H 2 O gut festhalten (Austauscher) Quellfähig sind Vermiculit u. Smectite (Bentonit /Montmorrillonit) bis auf das 20-fache Volumen Gärtnertone Nicht quellfähig sind Zweischichtminerale, sowie Illit und Chlorit (innere Oberflächen durch Bindungskräfte verklebt) Töpfertone Schema eines Glimmers Tonminerale als Austauscher Verarmung an Nährstoffen durch Pflanzenwachstum Auswaschung Anreicherung des Bodens durch Kalkung/Düngung Natürliche Nährstoffmobilisierung K Düngung / Kaliumfixierung Schichtpaketoberfläche bilden strukturellevertiefungen -K + erfahren erhöhte Bindung bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe

8 Der organische Boden enthält % Edaphon/Wurzeln und 85 bis 90 % tote organische Substanz Organische Reststoffe Edaphon Umbau/Abbau /Energie Energiequelle zu Nähr- und Dauerhumus zu CO 2, H 2 O und Mineralsalze Günstige Bedingungen: Gute Luftführung (O 2 ), Feuchte, Temperatur (15 35 C), ph 6,5 7 ausreichende N-Versorgung Wichtige Humusformen (nach Mückenhausen 1974) O = Humusauflage O L = Streu- oder Laubschicht, weitgehend unzersetztes Material O F = Vermoderungsschicht, org. Horizont, teilweise zersetzter org. Substanz O H = Humusstoffschicht, org. H. mit weitgehend zersetzter (humifizierter) org. Substanz A h = oberster Horizont des Mineralbodens, mit Humusstoffen durchmischt und dunkel gefärbt Mull: Komposthumus, überwiegend Nährhumus, kaum sauer Moder: Laubwaldhumus, mäßig sauer, Dauer und Nährhumus Rohhumus: Nadel-/Heidestreu, stark sauer, fast ausschließlich Dauerhumus Wichtigsten Humuseigenschaften Mineralisation setzt N P S (Eiweiß) und K (Pflanzensäfte) frei Huminsäuren lösen Nährelemente aus den Bodenmineralien heraus (K Ca Mg Fe Mn Zn Cu B Mo), Humat-Effekt Funktion als Austauscher von Nährionen wie Tonminerale, (KAK Kationenaustauschkapazität); Salzpufferung humose Böden (dunkel) erwärmen sich rascher als hellfarbige (Wassergehalt gleich) Humus fördert als Nahrungsquelle des Bodenlebens die Bodenaktivität Lebendverbauung (Regenwurm), Nährstofffreisetzung durch Humus-Abbau (günstig bei ph 6,5 7) Große spezifische Oberfläche wirkt als Filter, bindet Schwermetalle, adsorbiert chemische Schadstoffe (Pestizide) Komplexbildner, Chelatbindungen 16 bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe 223

9 Wichtigsten Humuseigenschaften bei Abbauprozessen im Humus entstehen Metaboliten (Entgiftung) Humus wirkt als Puffer gegen Versauerung durch Anlagerung von H + Einige Humusabbauprodukte wirken wie Phytohormone Hohe Humusanteile fördern die Durchwurzelbarkeit Humusabbau setzt den Pflanzennährstoff CO 2 im Boden frei Huminstoffe verbacken nicht, verschlemmen nicht, können bis zum 20-fachen ihres Volumens Wasser aufnehmen Aufbau von Ton-Humus-Komplexen verbessert Bodenstruktur Stabiles Krümelgefüge erhöht Anteil an Mittel- u. Grobporen Verbessert Dränung und Durchlüftung Beteiligt sind: Tonminerale, Humuskolloide, Calcium verbunden durch Lebendverbauung Humusabbau und Stickstoff (N) Energie, über Photosynthese in organischer Substanz gespeichert, 6 H 2 O + 6 CO 2 + Sonnenlicht C 6 H 12 O O 2 dient dem Bodenleben als Lebensquelle (biogener C-Kreislauf) C + O 2 CO 2 + Energie (organisch gebunden) (Sauerstoff ) Das Abbauverhalten ist abhängig: Stickstoffgehalt Chem. Struktur der org. Reststoffe C/N Verhältnis Maß für Zersetzbarkeit org. Substanzen? g C in Trockensubstanz auf 1 g N Gehemmt bei > 25:1, zu wenig für Aufbau eigener Körpersubstanz des Bodenlebens N - Konkurrenz zu den Pflanzen N-Kreislauf/Verfügbarkeit C/N Verhältnis ein Überblick Zu beachten! Große Mengen an organische Substanz mit engem C/N-Verhältnis setzt bei hoher Bodenaktivität (ph-wert, Feuchte, Wärme) Unmengen an leicht löslichen Nitrat frei (Bodenlösung) N min - Test bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe

10 Die Bodenreaktion freie H + -Ionen im Bodenwasser wirken auf Bodenqualität bestimmen Grad der Versauerung, dadurch Ertragsfähigkeit und Güte 1 L reines H 2 O mit neutraler Reaktion enthalten 0, g freie H + = 10-7 als negativen dekadischen log = 7 ph pondus (Gewicht) und Hydrogenium (Wasserstoff) = ph 7 Je kleiner ph-zahl desto größer H + -Ionenmenge, desto saurer der Boden Abnahme einer ph-stufe bedeutet 10-fache Zunahme der Säurewirkung Zunahme einer ph-stufe bedeutet 10 fache Zunahme der Basenwirkung Bestimmung des ph-wertes durch Messstäbchen mit Spezialindikator Nährstoffverfügbarkeit nach Bodenreaktion Von Nutzpflanzen bevorzugter ph-bereich ph- und Pflanzenwachstum ein Überblick 18 bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe 223

11 ph-werte-dynamik in Böden humider Klimate Unterliegen infolge von Säurequellen einer stetigen Absenkung Säuren sind Stoffe, die H + Ionen abspalten können im Boden finden fortlaufend chemische Umwandlungsprozesse statt, Verwitterung, Bodenentwicklung Auswaschung von Kalk Säureausscheidungen der Vegetation Zersetzung der organischen Substanz Bodenatmung (Wurzeln, Edaphon) Kohlensäurebildung CO 2 H 2 CO 3 Saurer Regen (Salpetersäure, ) Bodenverdichtung Staunässe Nitrifikation (nach Eiweißabbau) ph senkend wirkende Dünger Ausgleich der Säurewirkung: Für 1 g H + werden 50 g Kohlensaurer Kalk benötigt Boden als Puffersystem Böden können je nach Entwicklung Versauerungsprozesse und Salzeinträge in gewissen Grenzen abfedern - Puffern Organische Böden durch Versauerungsprozesse weniger gefährdet, Humusabbau unter ph 5 stark verringert Puffersubstanzen wandeln aggressive H + Ionen in neutrales H 2 O (werden dabei selbst zerlegt) Bodenentwicklung Kohlensaurer Kalk, Feldspäte, Glimmer, Tonminerale, Humuskolloide Versauerung und Folgeerscheinungen Abbau des Bodengefüges und Krümelzersetzung (Verlust Bodengare) Verlagerung von Ton, Humus und Eisen in den Unterboden Verdichtung, Sohlenbildung, Staunässe Abnahme Durchwurzelbarkeit Abnahme Bodenatmung Abnahme Aktivität des Edaphons Abnahme Humusabbau Entstehung von Ortsstein bei kalkarmen Böden Zerstörung der Tonmineralien Nährstoffverarmung Verdrängungs- und Auswaschungsprozesse Freisetzung pflanzengiftiger Al Ionen Festlegung von Phosphat ungarer Boden verschlemmt leicht bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe

12 Richtige Bodenreaktion in humiden Klimaten Calciumcarbonat wirkt: ph anhebend puffert Säurewirkung ab CaCO H + H CO 2 + Ca 2+ fördert Aufbau des Krümelgefüges (Flockung) wirkt positiv auf Nährstoffverfügbarkeit fördert das Bodenleben setzt Ca 2+ als Nährstoff frei Garer Boden Lebendverbauung Richtige Bodenreaktion in humiden Klimaten Der optimale bzw. anzustrebende ph- Bereich eines Bodens ist abh.: Bodenart (Ausgangsgestein, Tonminerale, Verwitterungsgrad) Humusgehalt Nutzungsform Gesamtverlust an Kalk (CaO) in m 2 / Jahr bei 40 bis 50 g entspricht einer Kalkmenge in CaCO 3 von etwa 80 bis 100 g/m 2 Erhaltungskalkung alle drei Jahre von 100 bis 150 g/m 2 CaCO 3 (Kohlensaurer Kalk) Unter Berücksichtigung der Bodenuntersuchung Bodenpflege ein Problem? Nachhaltige Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit unter Beachtung der Bodensysteme sollte oberstes Ziel sein! Grenzböden sind zu verbessern / Wirtschaftsböden zu erhalten Zuführung von lehm- u. tonhaltigem Material (früher aus Lehmgruben) bzw. Sand; Erhaltungskalkung Zuführung von Humus (Humuserhalt) Kompost, Mulch, Gründüngung Bodenhilfstoffe Aber was/wieviel ist genug? Mineralisch: Urgesteinsmehle, Naturkalk, Bentonit, Zelikat P Organisch: Kakao-Substrate, Horn-/Knochen-/Blutmehle, Mykorrhizasubstrate Bakteriensubstrate Fertigmischungen zum Düngen/Boden aktivieren Effektive Mikroorganismen, Terra preta Boden-Aktivierung/ Info-Übertragung Schwarzerde Ukraine Terra preta 20 bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe 223

13 Anhang Kennzeichnung von Bodenprofilen/Bodenhorizonten Literatur Grüne Schriftenreihe des BDG, die Bände 187, 179, 160,149 aid Bodenpflege, Düngung, Kompost Lehrbuch der Bodenkunde, Scheffer/Schachtschabel Einführung in die Bodenkunde, Ernst Schlichting Pflanzenproduktion: Band1 Grundlagen, Jobst Oehmichen Agrarwirtschaft Lehr- und Arbeitsbuch für berufliche Schulen, Grundstufe 1, BLV Agrarökologie, Karl Schilke Geheimnisse Der Fruchtbaren Böden, Erhard Hennig, OLV Das Buch Vom Steinmehl, Snoek/Wülfrath Höchsterträge durch Mischkultur, A. G. Wirth bundesverband deutscher gartenfreunde e.v. grüne schriftenreihe