Schwerpunkt 3 Bodeneigenschaften

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1 Schulische Projekttage Schwerpunkt 3 Bodeneigenschaften Schawerda & Starek OG

2 Inhaltsübersicht Was Bodeneigenschaften sind... 1 Was mineralische Substanz ist... 1 Grobboden/Bodenskelett Feinboden Die unterschiedlichen Bodenarten... 2 Benotung der Bodenschwere... 2 Note 3 bis 5 Leichte Böden Note 1 bis 2 Mittelschwere bis schwere Böden Note 3 Tonböden Note 4 bis 5 sehr schwere Böden Bodenart & Bodenschwere... 3 Porenvolumen/Hohlraumsystem... 4 Primärporen Sekundärporen Größe und Wirkung der Bodenporen... 5 große Poren mittlere Poren feinste Poren Kennwerte zum Porensystem... 6 Bodenstruktur/Bodengefüge... 6 Krümelstruktur Einzelkornstruktur körnig blockige Struktur Was Kalk im Boden bewirkt... 8 Stabilisierung der Bodenstruktur Förderung des Bodenlebens Verbesserung der Nährstoffverfügbarkeit Neutralisation von Bodensäuren Was Kalkmangel auslöst... 8 Überhöhte CO 2 Gehalte in der Bodenluft Trockenschäden Erhöhte Erosion Was der ph Wert ist.... 9

3 Neutrale Bodenreaktion Saure Bodenreaktion Basische Bodenreaktion Einfluss des ph Wertes ph Werte verschiedener Böden Welchen ph Wert Kulturpflanzen mögen Der Ton Humus Komplex Bodengare und Bodenverdichtung Garer Boden Verdichteter Boden Wie man Bodengare sichern kann... 12

4 Seite 1 Was Bodeneigenschaften sind Die Eigenschaften eines Bodens werden durch verschiedene Faktoren bestimmt: Die einzelnen Bodeneigenschaften stehen untereinander in Wechselbeziehungen. Das heißt, sie wirken aufeinander ein und beeinflussen sich damit immer wieder gegenseitig. Oder anders gesagt: Die Bodeneigenschaften ergeben sich aus allen Abläufen und Wirkungen zwischen den geologischen, physikalischen und chemischen Prozessen. Damit untrennbar verbunden sind aber auch die biologischen und menschlichen Einflüsse, die in ihrer Summenwirkung die Bodenfruchtbarkeit ausmachen. Was mineralische Substanz ist Je nach Entstehung und Entwicklungsmöglichkeiten eines Standortes besteht der Boden in seiner Zusammensetzung aus verschieden großen Mineralteilchen. Diese Teilchen in ihrer Größe und dem Mischungsverhältnis untereinander zu kennen ist deshalb wichtig, weil dadurch bestimmte Eigenschaften des Bodens (z. B. leichte oder schwere Böden) charakterisiert werden. Aus dieser Kenntnis heraus hat die Feldbodenkunde die einzelnen Bodenteilchen in Korngrößenklassen eingeteilt: Grobboden/Bodenskelett mit Bodenteilchen von über 2 mm und Feinboden mit einzelnen Teilchen, die kleiner als 2 mm sind, Innerhalb des Feinbodens untergliedert man in die drei Kategorien S (=Sand) Z (=Schluff) T (=Ton)

5 Seite 2 Die Bezeichnung Sand, Schluff und Tonboden wird dann angewendet, wenn eine der Korngrößenklassen anteilsmäßig eindeutig überwiegt Ist das nicht der Fall, so wird von Übergangsbodenarten, wie z.b. schluffiger Sand oder sandiger Ton, gesprochen. Der Begriff ''Lehm'' wird dann verwendet, wenn beim Boden die Mischung der einzelnen Arten von Bodenteilchen einen relativ ausgeglichenen Anteil aufweist. Die unterschiedlichen Bodenarten Die Korngrößen der Bodensubstanz (die einzelnen kleinsten Bodenteilchen) bestimmen die Bodenart S Sand: 2,0 0,06 mm Z Schluff: 0,06 0,002 mm leichte Böden T Ton: unter 0,002 mm schwere Böden Die Qualität der Bodenart wird nach folgenden Eigenschaften bestimmt: der Bearbeitbarkeit des Bodens seiner Befahrbarkeit seiner Wasserhaltekraft und seinen Nährstoffreserven sowie seiner Durchlüftung (und damit Erwärmbarkeit) durch Hohlräume Benotung der Bodenschwere Note 3 bis 5 Leichte Böden haben einen hohen Sandanteil, sind leicht bearbeitbar, erwärmen sich rasch, neigen aber wegen ihrer schlechten Wasserhaltekraft zur Austrocknung. Ihre natürliche Ertrags und Schutzfunktion ist geringer (Nährstoffe und organische Substanz fehlen) Note 1 bis 2 mittelschwere Böden besitzen eine hohe Wasserspeicherkraft mit ausreichender Wasserbeweglichkeit, erwärmen sich gut, haben ein stabiles Bodengefüge sowie für die Pflanzen verfügbare Nährstoffe. Sie sind in ihrer Bearbeitbarkeit relativ einfach zu behandeln. Diese Böden haben neben einer

6 hohen Schutzfunktion z.b. vor Hochwasser die besten Eigenschaften für die ackerbauliche Nutzung. Seite 3 Note 3 schwere Böden sind meist sehr dicht (weniger Porenvolumen für den Gasaustausch von C0 2 und 0 2 ) Das beeinträchtigt auch das Bodenleben. Durch träge Wasserbeweglichkeit kommt es in ebenen Lagen oft zur Staunässebildung (Wasserlacken, ) Note 4 bis 5 sehr schwere Böden Haben einen hohen Tonanteil und sind sehr empfindlich bei der Bodenbearbeitung. Sind sie zu feucht, verschmieren sie und bilden kaum mehr wegzubringende Ackerschollen. Sind sie zu trocken, kann die oberste Krume nur mehr schwer aufgebrochen werden. Im Frühjahr erwärmen sich solche Böden nur langsam. (kalte Böden) Bodenart & Bodenschwere Boden schwere Bodenart Gehalt in Prozent an Ton Schluff Sand sehr leicht leicht Sand schluffiger Sand lehmiger Sand sandiger Schluff sandiger Lehm mittel lehmiger Schluff Schluff toniger Sand schwer Lehm schluffiger Lehm sehr schwer Sandiger Ton lehmiger Ton Ton über (Skala der österreichischen bodenkundlichen Gesellschaft)

7 Seite 4 Porenvolumen/Hohlraumsystem Im.Boden befindet sich ein weitverzweigtes Hohlraumsystem, das aus Poren verschiedenster Größe besteht. Dieses Hohlraumsystem erfüllt drei verschiedene Aufgaben: Lebensraum für Mikroorganismen und Bodentiere Bodenwasserhaushaltsregelung Gasaustausch Im gesunden, fruchtbaren Boden ist die Menge der festen Bodenbestandteile etwa gleich groß wie das Porenvolumen. Das Verhältnis zwischen Bodensubstanz und Porenvolumen erfährt starke Verschiebungen: Nimmt das Porenvolumen zu, spricht man von lockeren und garen Böden, nimmt es ab, von verdichteten und garelosen Böden 1 m³ lockerer garer Boden 1/6 Grobe Poren (Luft) 1 m³ stark verdichteter gareloser Boden 1/6 mittlere Poren (Wasser) 1/6 feinste Poren (Haftwasser) feinste Poren 3/6 feste Bodensubstanz feste Bodensubstanz Das Porensystem ist im Boden fein verteilt. Zwischen der festen Bodensubstanz gibt es also jede Menge Hohlräume und Poren. Dabei unterscheiden wir: Primärporen, die vor allem abhängen von der Korngrößenverteilung der Bodensubstanz (Sand, Lehm Ton) und von der Art und Zusammensetzung der organischen Bestandteile (Humus). Sekundärporen,

8 Seite 5 die abhängen von chemischen Eigenschaften der Minerale (umhüllende Eisenoxyde, Verkittungen durch Karbonate), vom Einfluss der Pflanzen (Wurzeln bilden Wurzelröhren) und von Tätigkeiten der Bodentiere (bilden Gänge, graben, durchmischen den Boden,...). Unabhängig von ihrer Entstehungsgeschichte bilden Primär und Sekundärporen zusammen das Hohlraumsystem des Bodens mit weiten und engen Grobporen, Mittelporen und Feinporen aus. Die Summe aller Poren einerseits und die Porengröße andererseits bestimmen den Bodenwasserhaushalt, der wieder eine wichtige Bodeneigenschaft ist. Größe und Wirkung der Bodenporen Ein günstiges Porenvolumen/ Hohlraumsystem im Boden besteht jeweils zu 1/3 aus verschieden großen Bodenporen. Das sind: große Poren mit einem Durchmesser von über 0,03 mm. Diese entstehen durch die Lebensprozesse der Bodentiere (z.b. Regenwürmer), durch Wurzelröhren der Pflanzen und durch chemische Prozesse (Umhüllungen, Verkittungen). Die Grobporen dienen in erster Linie dem Luft und Gasaustausch und sichern somit die Durchlüftung und Erwärmung. Sie gewährleisten auch die Wasserabfuhr in den Untergrund und tragen damit maßgeblich zur Versickerung bei. mittlere Poren zwischen 0,003 und 0,03 mm. In ihnen erfolgt vor allem die für die Pflanzen ganz wichtige Speicherung der Wasservorräte. feinste Poren Sie sind kleiner als 0,003 mm und enthalten die letzten Wasserreserven. Diese sind für Pflanzenwurzeln nicht mehr zugänglich und können nur mehr von den Mikroorganismen angezapft werden. In einem Boden mit einer krümeligen Struktur bildet sich solch ein weitverzweigtes Hohlraumsystem mit einer Mischung aus unterschiedlich großen Poren. Daraus ergibt sich wieder die Basis für einen belebten gesunden und fruchtbaren Boden.

9 Seite 6 Kennwerte zum Porensystem Die unten angefügte Tabelle zeigt die Zusammenhänge zwischen den unterschiedlichen Porenkategorien und dem Bodenwasserhaushalt auf weite Grobporen Einteilung der Porengröße enge Grobporen Mittelporen Feinporen Die Porengröße, die Wasserbeweglichkeit und die Wasserart schnell beweglich langsam beweglich pflanzen verfügbar nicht pflanzen verfügbar Sickerwasser Haftwasser luftgefüllt nutzbares Bodenwasser Totwasser Sekundäre Poren, die vor allem aus der Tätigkeit der Bodentiere entstehen, sind vorwiegend senkrecht angelegt. Das sekundäre Porensystem ist damit ein wichtiger Faktor für die Wasserleitfähigkeit (Wasserableitung zum Grundwasser) vor allem in feinkörnigen Böden. Bodenstruktur/Bodengefüge Als Struktur des Bodens bezeichnet man die Art und Weise, wie die mit dem bloßen Auge sichtbaren Bodenteile räumlich angeordnet sind. Diese Anordnung beeinflusst maßgeblich den Bodenlufthaushalt, die Durchwurzelbarkeit, die Verfügbarkeit der Nährstoffe und ähnliche wichtige Eigenschaften für Boden und Pflanzen. Die Bodenstruktur ist nach dem Zusammenhalt der Bodenteilchen, sowie nach dem Grad der Verkittung oder Absonderung mit freiem Auge gut ansprechbar

10 Seite 7 Krümelstruktur Das ist die optimale Form. Die Krümel sind annähernd runde poröse Aggregate in der Größe von 1 mm bis 5 mm. Beim Auseinanderbrechen zerfallen sie in Stücke, die man nicht mehr lückenlos aneinander fügen kann. Sie sind von Poren verschiedenster Größe durchsetzt. Einzelkornstruktur Hier liegen die Einzelteile lose, ohne Bindung, nebeneinander. Ein typisches Beispiel dafür wäre reiner Sand. körnig blockige Struktur Man spricht von körnigen Strukturen, wenn die meist scharfkantigen 5 mm bis 50 mm großen Bodenteile (Aggregate) in unregelmäßigen Formen locker angeordnet sind. Blockige Aggregate sind dagegen in allen drei Dimensionen etwa gleich groß, würfelförmig und ebenfalls 5 mm bis 50 mm groß. Auseinandergebrochene Aggregate lassen sich wieder lückenlos zusammenfügen, da sie kaum Poren enthalten. Diese Struktur findet sich z.b. in verdichteten Böden. Bodenstrukturen Aggregatgröße in mm unter 1 mm Strukturbezeichnung Einzelkornstruktur 1 mm bis 5 mm Krümelstuktur 5 mm bis 50 mm Körnig blockige Struktur

11 Aus der Bodenstruktur der oberen Bodenschichten lässt sich über das Porenvolumen einiges ablesen. Z B.: über Seite 8 den Wasserhaushalt (Wasserspeicherung, Nährstofflösung), ein mögliches Bodenleben mit gutem Gasaustausch oder eine leichte Durchwurzelbarkeit für Pflanzen. Allgemein gilt: Je gröber die Struktur eines Bodens und/oder je dichter gepackt die einzelnen Gefügeeinheiten sind, desto ungünstiger sind dessen Bodeneigenschaften. Was Kalk im Boden bewirkt Die bodenverbessernde Wirkung des Kalks muss man sich so vorstellen: Während die basischen Hydroxid (OH) Ionen Bodensäuren neutralisieren, verbinden sich die freien Kalk (Ca) und Magnesium (Mg) Ionen durch ihre positive Ladung mit den einzelnen Tonmineralien und Huminsäuren zu großen Flocken. Dies ist die Grundlage der Krümelbildung. Dadurch werden Ton und Humusteilchen mit Hilfe von ausgefälltem Calciumcarbonat (CaCo 3 ) in den Porenwinkeln verkittet oder "vermörtelt" und stabilisiert. Damit werden die Bodenkrümel (im Zusammenwirken mit weiteren Faktoren) druck und regenstabiler; so wird ein wichtiger Beitrag zur Lockerung verdichteter Böden geleistet. Stabilisierung der Bodenstruktur über die Förderung der Bildung von Ton Humus Komplexen. Förderung des Bodenlebens über verbesserte Durchlüftung und Wasserführung und damit auch der Lebensbedingungen für Bodentiere und Bodenorganismen. Verbesserung der Nährstoffverfügbarkeit für das Wachstum der Pflanzen Neutralisation von Bodensäuren über die Erhöhung des ph Wertes Was Kalkmangel auslöst Fehlt Kalk in Form von Calcium (Ca) im Boden, lösen sich die Tonteilchen aus ihrem Verband. Sie verstopfen dann die Fein und Mittelporen. Der gröbere Schluff bleibt an der Oberfläche und führt dort zu Bodenverschlämmung. Damit werden sehr wesentliche Funktionen zur Bodenfruchtbarkeit gestört.

12 Seite 9 Überhöhte CO 2 Gehalte in der Bodenluft. Über verstärkte Kohlensäurebildung kommt es zur Versauerung und ph Absenkung. Das bedeutet eingeschränktes Wurzelwachstum, verringerte Aktivität der Bodenorganismen und Sauerstoffmangel im Oberboden. Die Folge sind Verminderungen der Schutzfunktionen des Bodens (z.b. vermehrte Einträge wie Klärschlamm, Spritzmittel Kunstdünger, usw. ins Grundwasser) und geringere Ernten. Trockenschäden. Ein verdichteter Boden zieht ständig Kapillarwasser nach oben. Das führt zu schnellerer Austrocknung im Wurzelbereich und damit zu Trockenschäden sowie zur Minderung der Tätigkeit von Bodenorganismen Erhöhte Erosion. Umgekehrt gibt es aber auch Schäden, wenn es einmal regnet. Anfallendes Regenwasser kann durch die Verschlämmung der wasserspeichernden und wasserabführen Bodenporen nicht in den Boden eingesogen werden. Es fließt oberflächlich ab. Damit erhöht sich die Gefahr des Bodenabtrages Was der ph Wert ist. Wasser besteht aus vielen Wassermolekülen, die aus je 2 Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom aufgebaut sind H 2 O. Eine geringe Anzahl der Wassermoleküle zerfällt in Wasserstoff Ionen (H + ) und Hydroxid Ionen (OH ): H 2 0 wird also zweigeteilt in ein positiv geladenes (H + ) Ion und ein negativ geladenes (OH ) Ion. Da hier die Anzahl der Plus und Minus Ionen gleich ist, reagiert Wasser neutral. Fügt man dem Wasser etwas Säurelösung zu, steigt die Konzentration der Wasserstoff Ionen, weil in der Zugabe Wasserstoff Ionen enthalten sind. Das Gemisch aussäurelösung und Wasser reagiert nun sauer. Die neutrale, saure oder so genannte basische Reaktion einer Lösung ist also von ihrer Wasserstoff lonenkonzentration abhängig. Der ph Wert ist daher eine Zahlenangabe zur genaueren Kennzeichnung saurer, basischer und neutraler Lösungen. Neutrale Bodenreaktion: Die Konzentrationen der Wasserstoff Ionen und der Hydroxid Ionen im Bodenwasser sind gleich (ph Wert = 7).

13 Seite 10 Saure Bodenreaktion: Die Konzentration der Wasserstoff Ionen im Bodenwasser ist größer als die der Hydroxid Ionen (ph Werte unter 7). Basische Bodenreaktion: Die Konzentration der Wasserstoff Ionen im Bodenwasser ist kleiner als die der Hydroxid Ionen (ph Werte über 7). Einfluss des ph Wertes Der ph Wert beeinflusst wichtige andere Bodenfaktoren wie zum Beispiel die Verwitterungsprozesse, die Verfügbarkeit der Mineralsalz Ionen für die Pflanzenernährung, die Aktivität der Bodenlebewesen und die Humusbildung. Ein ph Wert zwischen 5 und 7,5 ist für viele Vorgänge im Boden optimal. Je saurer der Boden wird, umso ungünstiger sind die Bedingungen für die Aktivität von Bodenlebewesen und damit für die Humusbildung. In humusreichen (kolloidreichen) Böden bleibt der ph Wert relativ stabil, da die Bodenkolloide die Wasserstoff Ionen an ihrer Oberfläche binden, aber auch wieder abgeben können. ph Werte verschiedener Böden Kompost 7,3 bis 10,8 Buchenwaldboden 7 bis 7,8 Moorboden 3,8 Nadelwaldboden 5 bis 6 Welchen ph Wert Kulturpflanzen mögen ph 5,0 ph 6,0 ph 7,0 ph 8,0 Roggen Weizen Kartoffel Zuckerrübe

14 Seite 11 Der Ton Humus Komplex Sowohl Tonminerale als auch Huminstoffe sind in Bodenkolloiden zusammengebündelt (zusammengeballte Moleküle). Bodenkolloide können an ihrer Oberfläche Stoffe anlagern und festhalten, bei Bedarf aber auch wieder an die Pflanzen abgeben. So werden z. B. Mineralsalz Ionen nicht ausgewaschen und in den Untergrund abgeleitet, sondern im Stoffkreislauf als Nährstoffe für das Wachstum der Pflanzen gehalten. Der chemische Mechanismus funktioniert sehr vereinfacht folgendermaßen: Die Bodenteilchen sind überwiegend negativ geladen (z. B. Ton, Humus oder Kieselsäure). Während die Tonminerale und die Humusteilchen negativ geladen sind, bildet das Ca ++ Ion (Calcium) oder andere mehrwertige Kationen, eine neutralisierende Brücke. Die für den garen Boden wichtigen Bodenkrümel werden also aus Huminstoffen und Tonkolloiden durch die Verbindung mit Calciumbrücken im Oberboden gebildet. Die entstehenden organisch mineralischen Verbindungen werden als Ton Humus Komplex oder Kalk Ton Humus Komplex bezeichnet. Der Ton Humus Komplex wird jedoch nicht nur durch chemische Mechanismen zusammengehalten. Entscheidenden Einfluss haben die biologischen Tätigkeiten des Bodenlebens. So vermischen, verkleben und verkitten die Ton Humuskolloide durch die Verdauungsprozesse der Bodentiere, durch Schleimbildung, durch durchsetzende Pilzgeflechte, durch die Umfassung mit feinen Haarwurzeln der Pflanzen, usw. Garer Boden Bodengare und Bodenverdichtung Unter einem garen Boden versteht man einen krümeligen, gut durchlüfteten Boden, der beim Ackern keine Schollen bildet und für die Kulturpflanzen günstige Wachstumsbedingungen bietet. Ein garer Boden ist der Idealzustand: Hinreichend locker und gut durchwurzelbar, mit verkitteten und beständigen Bodenkrümeln, die mit allen Arten von Bodenporen (groß, mittel, fein) ein luftdurchlässiges und wasserspeicherfähiges Hohlraumsystem bilden Krümeliger Boden schafft gute Voraussetzungen und Lebensbedingungen für Bodenorganismen. Regenwürmer z.b. zersetzen Pflanzenreste und Wurzeln und verdauen diese zusammen mit kleinen Bodenteilchen zu Ton Humus Komplexen. Damit tragen sie weiter zur Krümelbildung bei.

15 Seite 12 Verdichteter Boden Als verdichteten Boden bezeichnet man einen dicht gelagerten Boden, was die Bearbeitung wesentlich erschwert. Insgesamt sind der wichtige Gasaustausch und die Nährstoffaktivierung im Boden reduziert. Vor allem aber wirkt sich verdichteter Boden sehr negativ auf den Bodenwasserhaushalt aus. Stauende Nässe hemmt das Pflanzenwachstum und damit die Wasserverdunstung über die Pflanzen. Vermindertes Wasserspeichervermögen führt zu verstärktem Oberflächenabfluss aus der Landschaft, verursacht Bodenerosion und erhöht die Hochwasserspitzen. Wie man Bodengare sichern kann Die Gare ist keine Bodeneigenschaft, die einmal erreicht wird und dann erhalten bleibt, sondern ein Zustand, der sich ständig verändert. Sie muss durch richtige Maßnahmen der Bodenbewirtschaftung immer wieder neu angestrebt werden. Die Garebeständigkeit des Bodens hängt ganz wesentlich von der Lebendverbauung der Krümelstruktur ab. Darunter versteht man die vielfältigen Lebensprozesse der Bodentiere und Mikroorganismen mit ihren Ausscheidungen, Verklebungen, Verkittungen und Durchwurzelungen. Basis dafür ist wieder eine ausreichende Humusbildung, die von einer immer wiederkehrenden Zufuhr von organischer Masse (Laub, Ernterückstände, Wurzeln, Mist, Kompost, Gründüngung, usw.) abhängt. Ohne diese Lebendverbauung bringt auch die beste mechanische Bodenbearbeitung oder Frostgare (Frost sprengt im Winter die Bodenschollen) keine beständigen Krümel zustande. Je mehr organische Masse anfällt, desto besser funktioniert die Lebendverbauung. So spielt auch die Pflanze bei der Garebildung eine bedeutende Rolle. Ihre Wurzeln liefern den Organismen die Nahrungsbasis und ihre oberirdischen Teile regeln das Bodenklima. Der Garezustand hält so lange an, als die Organismen gute Lebensbedingungen finden und durch das Zusammenwirken von Bodentieren (Würmern, Milben, Asseln usw.) und Mikroorganismen (Pilze, Algen, Bakterien) auch Humus aufbauen können. Bei einseitiger Bewirtschaftung oder durch den Einsatz schwerer Maschinen (vor allem bei zu feuchten Böden) entsteht trotz Lebendverbauung ein Gareschwund und damit verdichteter Boden.