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Bodenentwicklung, Bodensystematik und Bodenverbreitung (Nach Scheffer/Schachtschabel Kap. 8.1-8.3) - Bodengenetik ist die Lehre von der Entwicklung der Böden. - Boden ist ein Naturkörper, der an der Erdoberfläche unter einem bestimmten Klima, einer bestimmten streuliefernden Vegetation und Population von Bodenorganismen durch bodenbildende Prozesse (Verwitterung, Mineralisierung, Zersetzung und Humifizierung, Gefügebildung und verschiedene Stoffumlagerungen) aus Gestein entsteht. - Diese Entwicklung entsteht meistens an der Oberfläche eines Gesteins und schreitet im Laufe der Zeit zur Tiefe fort, wobei Lagen entstehen, diese nennt man Bodenhorizonte (Eigenschaftsspezifisch). - Bodenhorizonte sind oben streuähnlich (besonders die organischen Auflagehorizonte) und werden nach unten als Mineralbodenhorizonte zunehmend gesteinsähnlich. - Alle Horizonte zusammen bilden das Solum - Ein zweidimensionaler, vertikaler Bodenkörper heisst Bodenprofil. o O-Horizont (besteht überwiegend aus organischen Stoffen Auflagehorizont über dem Mineralboden) o A-Horizont (der oberste, durch organische Substanz dunkel gefärbte oder infolge Abfuhr von Stoffen Gebleichte Teil des Mineralbodens). o B-Horizont (Mineralerdehorizont oft auch eine Stoffzufuhr stattgefunden hat) o Schliesslich folgt der C-Horizont (nicht oder kaum beeinflusst). - In der LW nennt man die oberen 15-35 cm (bearbeitetes Land (Acker)) Oberboden, unter diesem folgt der Unterboden, der bei den meisten Landböden in das Ausgangsgestein übergeht. - Faktoren der Bodenentwicklung: Klima, Relief, Flora und Fauna (Biota), Zeit, Muttergestein, sowie der Mensch beeinflusst die Bodenentwicklung. Je nach Einwirkungen der verschiedenen Bodenfaktoren entstehen Böden unterschiedlicher Entwicklungsstufe und Profildifferenzierung, deren Eigenschaften ihrerseits stetig verändert wird. - Böden anderer Bodenentwicklungsstufe: Bodentypen - Bodengeographie befasst sich mit der Verbreitung der Böden und deren Ursache, sowie mit der Gliederung der Bodendecke einzelner Landschaften. Faktoren der Bodenentwicklung Klima, Ausgangsgestein, Schwerkraft, das Relief, Flora und Fauna und vielfach auch Grundwasser, oder Fluss-, See-, bzw. Meerwasser. 1. Klima - Die Sonnenenergie ist die mächtigste Treibkraft der Bodenentwicklung (über direkte Strahlung oder über andere Faktoren wie z.b. Niederschlag, Temperaturen, Luftfeuchte etc.). - Energie ergibt sich aus Intensität und jahreszeitlicher Verteilung der Strahlungsbilanz. - Die von der Strahlungsbilanz abhängige Bodentemperatur wirkt direkt auf die Prozesse der Zersetzung, Verwitterung und Mineralbildung (Steigung der chem. Verw. Durch Temp. - Anstieg). - Temperatur wirkt auch auf Produktion von Streu, das Ausgangsmaterial der Humusbildung. - In wärmeren Böden beteiligen sich mehr Organismen am Streuabbau und an der Gefügebildung. - Unter dem Gefrierpunkt: meisten chem. und biochem. Prozesse erliegen. - Dann treten spezielle physikalische Verwitterungen ein: Kryoturbation (frostbedingte Verwitterung) und Bodenfliessen über dem gefrorenen Untergrund (Solifluktion). - Trotz geringerer Biomassenproduktion wird in Böden kühlerer Klimate i.d.r. mehr Humus im Boden akkumuliert, weil auch da zeitweilig +10 C warm wird, daher Pflanzenwuchs möglich ist. Aber die Bodentemperaturen gering sind, sodass wenig organische Substanz im Boden abgebaut werden kann. - Niederschläge tragen zu Lösungs- und Verlagerungsvorgänge bei (v.a. das Sickerwasser, das das Solum passiert und Lösungsprodukte abtransportiert. - Niederschläge haben wesentlichen Einfluss auf die Art und Weise wie sich ein Boden entwickelt. Z.B. tragen sie eher zur Verwitterung von primären Silikaten bei, wandeln diese somit in Tonminerale um (im Vgl. zu ariden Böden). Stärkere Durchfeuchtung führt zu rascher Entkalkung, womit wiederum eine Tonverlagerung möglich wird. - Starkniederschläge, Schneeschmelze und Wind können zu Erosion führen. (Wind erhöht die Verdunstung). - In ariden Klimaten, bei denen mehr Wasser verdunsten kann als Niederschläge fallen, liegen die Verhältnisse anders (chem. Verwitterung gering, weil gelöste Verwitterungsprodukte liegen bleiben, nicht ausgewaschen werden) (Gleichzeitig verbleiben Salze, die als Stäube oder auch mit dem Niederschlag zugeführt werden). Freigesetzte und zugeführte Ionen werden dabei umso weniger nach unten verlagert und dort angereichert, je
trockener es ist. Dabei erfolgt eine Differenzierung der Löslichkeit: Wasserlösliche Salze werden weiter unten angereichert als Gips od. Kalk. - Böden können sogar unter aridem Klima versauern (weil während der Regenzeit ein starker Stoffaustrag stattfindet). - Bei ähnlichen Jahresmitteltemperaturen und ähmlicher Nutzung steigen Humusgehalt des Oberbodens mit dem Niederschlag. - Wichtigste Bodenzonen der Erde entsprechen weitgehend den Klimazonen. 2 Ausgangsgestein - Das Gestein ist neben dem Streu Ausgangsmaterial der Bodenbildung. - In jungen Böden relativ ähnlicher Mineralbestand wie Gesteinzusammensetzung. - In stark entwickelten Böden gilt dies nur noch für schwer verwitterbare Minerale. - Richtung und Intensität der Bodenentwicklung hängt stark von Gefüge (Locker- oder Festgestein, Porosität, Klüftigkeit), Mineralbestand und Körnung ab. (Böden aus Lockergestein Tiefgründiger entwickelt als Festgest.) - Festgesteine mit grobem Gefüge verwittern schneller, als solche mit feinem Gefüge (Grobes Gefüge = grössere Angriffsfläche v.a. für phys. Verwitterung). - Bei Lockergesteinen sind Körnung und Lagerungsdichte entscheidend für Permeabilität (Durchlässigkeit). - Grobkörnige Sedimente = Perkolation Verlagerungsvorgänge im Profil. - Feinkörnig: Minderung der Perkolation. - Weist der Mineralbestand des Gesteins viele leicht verwitterbare Minerale auf, werden Versauerung und Entbasung und damit die Tiefenentwicklung des Bodens verzögert. - Das gilt besonders bei höherem Carbonatgehalt, weil Silicate erst dann stärker verwittern, wenn die Carbonate ausgewaschen sind und der ph- Wert sinkt. Böden aus Löss sind daher tiefgründig entkalkt, diejenigen aus Kalkstein hingegen nicht, weil bei diesen neben der Verwitterungsresistenz eines harten Gesteins auch höhere Carbonatgehalte eine vollständige Auswaschung verhindern. - Lockersedimente hoher Lagerungsdichte begünstigen ebenfalls den Wasserstau. Daher weisen norddeutsche Tieflandschaften unter gleichen Klimabedingungen Böden aus dicht lagerndem Geschiebemergel häufiger redoximorphe Merkmale auf als Böden aus Löss. - In Mitteleuropa bilden sehr oft geschichtete Periglaziäre Decklagen, oft als Fliesserden ausgebildet, das Ausgangsmaterial. Bei Böden im Mittelgebirge ist es oft schwer, zwischen lithogenen (aus dem Muttergestein entstandenen) und pedogenen Eigenschaften zu unterscheiden und damit die Genese zu rekonstruieren. 3. Schwerkraft und Relief - Alle Böden unterliegen der Schwerkraft, die z.b. das Bodenwasser mit gelösten Stoffen in Grobporen versickern lässt. - Das Relief, und zwar Höhenlage, Geländeform und Exposition, modifiziert die Bodenentwicklung, indem es die Wirkung von Schwerkraft, Klima, Gestein, Wasser, Lebewelt und letztlich auch die des Menschen verändert. - Mit zunehmender Höhe abnehmende Temperatur und zunehmende Durchfeuchtung der Böden. - Höhenzonalität der Bodeneigenschaften und sogar con Bodentypen. - Makrorelief: Unterscheidung von Kulminationsbreiche von Erhebungen, Ebenen, Hohlformen und Hänge - Mikrorelief: Unterscheidung von Formen: rillig, dellig, höckerig, kesselig, stufig, zerschnitten, glatt und eben (auch: natürliche Wälle, Felsdurchragungen, Klippen und Dolinen). - Reliefeinheit lässt sich mit Länge, Breite und Neigung (Inklination) beschreiben. - Ausserdem ist die Ausrichtung eines Hanges von Bedeutung (Exposition) Sonnen- und Schattenhänge. - In Abhängigkeit von Inklination und Exposition stellt ein örtliches Kleinklima ein, das unter Umständen stärkere Auswirkungen auf die Bodenentwicklung haben kann als das vorherrschende Grossklima. (Schattenhänge sind meistens mächtiger Temperaturen sind hoher am Sonnhang, tiefer Durchfeuchtung im Schattenhang, Verwitterungsintensität geringer als Sonnhang). - Horizontale Böden vorwiegend vertikaler Stofftransport / Hang auch lateral (parallel) transportierte Stoffe. 4. Wasser - Auswirkungen neben Niederschlagswasser auch Grundwasser und fliessende, sowie stehende Gewässer. - Grenze zw. Grundwasser und Bodenwasser sind analog wie zwischen Boden und Ausgangsgestein. - Bedeutung von Böden mit Grundwasser gross, deshalb oft unterteilt: 2 Terrestrische Böden (grundwasserabhängig)
2 Semiterrestrische Böden (grundwasserbeeinflusste Böden) 2 Semisubhydrische und subhydrische Böden (Unterwasserböden) - Oberflächennahes Grundwasser modifiziert die Vegetation mit Folgen für die Zersetzbarkeit der Streu. - Aus dem Grundwasser wird die Bodenlösung mit Wasser und gelösten Stoffen ascendent (ansteigend) ergänzt. - Letztere werden teilweise im Boden akkumuliert: In humiden Klimaten v.a. Eisenoxide oder Carbonate, in ariden Klimaten auch Sulfate oder Chloride. - Hochstehendes GW anaerobe Verhältnisse Mikrobieller Abbau wird gehemmt Entstehung von Mooren und Anmooren. - Grundwasser beeinflusst auch die Perkolation und verzögert dabei die Auswaschung. - Grundwassereinfluss äussert sich bzw. bei Podsolen in geringerer Verhärtung des Illuvialhorizonts: Statt eines festen Ortsteins tritt in diesen Podsolen meist eine besonders an organischer Substanz reiche, lockere Orterde (dicht verpackte Mineralverbind. Vorwiegend aus Metallen) auf. 6. Fauna und Flora - Der Einfluss des Edaphons (im Boden lebender Anteil von Flora bis Fauna) ist gross. - Für Bodenentwicklung entscheidend, dass v.a. Vegetation mit der Streu das organische Ausgangsmaterial eines Bodens liefert, das von den Bodentieren und Mikroorganismen in Huminstoffe umgewandelt wird. - Es bestehen grosse Unterschiede in der Streumenge bzw. in der Vegetationszusammensetzung (Zonal). - Vegetation entzieht dem Boden Wasser, gleichzeitig werden Nährstoffe aus dem Unter- in den Oberboden befördert (Wurzeln). - Vegetationsdecke wirkt wie Schutzmantel für Boden. Pflanzen mindern den Aufprall der Regentropfen, speichern Wasser im Blattwerk. Ausspülen und Ausblasen fester Bodenteilchen durch Wasser und Wind sowie der Aggregatzerfall wird gehemmt. - Wurzeln und Mikroorg. Scheiden organische Säuren aus, welche an Verwitterungs- und Verlagerungsvorgängen erheblich beteiligt sind. - O2-Entzug und reduzierende Verhältnisse führen in wassergesättigten Böden zur Lösung und Umlagerung insbesondere von Fe-Verbindungen und damit zu einer besonderen Morphe (Vergley./ Pseudovergley). - Bodentiere und Mikroorg. wirken an der Schaffung von Aggregaten mit, was Verlagerungsvorgänge vorbeugt. - Würmer und Nager mischen Bodenmaterial um, sie wirken dagegen damit den abwärtsgerichteten Verlagerungsprozessen entgegen. 7. Menschliche Tätigkeit - Direkte Auswirkung des Menschen auf die Böden (Kulturmassnahmen, Bebauung) - LW Nutzung mag in vielen Weisen die Bodenentwicklung beeinflussen. - Die im Subatlantikum begonnene Rodung der mitteleurop. Wälder und der folgende Feldbau verminderte die Transpiration und erhöhte damit die Sickerwasserrate (gelöste Stoffe wurden stärker abgebaut und Oberflächenabfluss nahm zu). - Ackerbau zerstört durch Pflugarbeit die ursprüngliche Horizontierung, schafft einen künstlichen Ap-Horizont, belüftet den Boden und beschleunigt damit den Abbau org. Sub. (Verringerung der Aggregatzustände und erhöht die Verschlämmung, was als Degradierung bezeichnet wird. - Durch Düngung werden die Nährstoffgehalte der Böden erhöht, durch Kalkung die ph-werte: Dadurch wird der natürlichen und anthropogenen Versauerung entgegengewirkt und Verwitterungsvorgänge verlangsamen sich. - Entwässerung grund- oder stauwasserbeeinflusster Böden verbessert die Durchlüftung und hemmt dadurch die Vergleyung und die Pseudovergleyung. (GW-Böden werden zu Landböden überführt). - Auch Forstnutzung vermag die Bodenentwicklung zu beeinflussen. - So ergibt Nadelholzanbau schwerer zersetzliche Streu, die das Bodenleben reduziert und bei nährstoffarmen Böden die Neigung zu Rohhumusbildung und Podsolierung erhöht. - Beim Reisanbau (Grundwassererhöhung od. Wasserüberstau) haben Böden aller Art oft eine Vergleyung zur Folge, die in semiariden und ariden Gebieten mit einer Versalzung verbunden ein können. - Abgase von Industrie, Kraftwerken, Kfz-Verkehr und Hausbrand sowie intensive LW haben in Mitteleuropa zur Anreicherung der Atmosphäre mit SO2, No3 und NH3 geführt, die als Säuren mit den Niederschlägen in die Böden gelangen und dort die Versauerung intensivieren. - Grosstädte (Temperatur 1-3 Grad höher) Verwitterung und Zersetzung beschleunigt.
Prozesse der Bodenentwicklung - Bodendynamik: ständige Stoffumwandlung und Stoffverlagerung, die mit Energieumsetzungen verbunden sind (chem. phys. und biolog.). - Neue Bodenhorizonte sowie Veränderungen entstehen zum einen durch Umwandlungsprozesse (Transformationen) wie Verwitterung und Mineralbildung, Zersetzung und Humifizierung sowie Gefügebildung, zum anderen durch Verlagerungsprozesse (Translokationen), bei denen perkolierendes, ascendierendes oder auch lateral ziehendes Wasser zu einer Umverteilung von Stoffen führt. - Anreicherungsprozesse wirken von aussen; dabei lässt die Zufuhr von C (und N) über pflanzliche Assimilation organischer Substanz entstehen. - Verarmungsprozesse sind Massenverluste durch Erosion und v.a. gelöster Stoffe durch Auswaschung. - Dem steht die Turbation entgegen (Wechselfeuchte, periodisches Gefrieren, Wühlen der Tiere oder auch Pflugarbeit) die Material versch. Bodentiefen bzw. Bodenhorizonte mischt. 2 Verwitterung und Mineralbildung - An Verwitterung sind physikalische, chemische und biologische Prozesse beteiligt. - Sie laufen in den unterschiedlichen Horizonten unterschiedlich ab. - Durch physikalische Verwitterung wird ein festes Gestein, das man als mc- oder R-Lage bezeichnet, in Bruchstücke zerteilt und dadurch gelockert. - Die chemische Verwitterung löst Minerale teilweise oder komplett auf. Insbesondere in humiden Klimaten ist sie mit der Auswaschung gelöster Verwitterungsprodukte sowie mit Entbasung und Versauerung verbunden, die ihrerseits weitere Prozesse weitere Bodenbildungsprozesse auslösen können, wie z.b. Tonverlagerung oder Podsolierung. - Oftmals ist Verwitterung mit Mineralneubildung verbunden (Tonminerale und Eisenoxide). - Durchlüftung und Durchfeuchtung steuern im Wesentlichen die Geschwindigkeit von Verwitterung und Mineralbildung. - Quantitatives Mass für Verwitterungsgrad: MB * IG V = (1 *100% MG * IB M= Gehalt des verwitterten Mineral I= Stabiles Indexmaterial B= Boden V= Wirklicher Verlust durch Verwitterung gegenüber dem G G= Ausgangsgestein Als Indexmaterial (I) einigt sich z.b. Quarz, oder noch besser, ein sehr verwitterungsstabiles Schwermetall (Rutil oder Zyrkon). 2. Kryoklastik - Wechsel von Gefrieren und Auftauen des Bodenwassers verursacht Frostsprengung oder Kryoklastik - Extreme Kühlgebiete haben kaum Kryoklastik, extrem Warme Hänge auch nicht. 3. Verbraunung und Verlehmung - Die Verwitterung eisenhaltiger Minerale unter der Bildung von Eisenoxiden ist als Merkmal für das Ausmass der Profildifferenzierung von grosser Bedeutung. - Die Eisenfreisetzung aus Fe(II)-haltigen Silikaten wie Biotiten, Olivinen, Amphibolen oder Pyroxenen erreicht erst nach Entkalkung und Absinken der ph-werte unter 7 ein hohes Ausmass. - Sie führt in kühlen und gemässigten Klimaten zur Bildung von braun gefärbter Eisenoxide, vor allem Goethit, die z.t. an der Oberfläche primärer Minerale angereichert werden. Durch diese Verbraunung entsteht aus dem Cv- ein Bv- Horizont. - Sie kann aber auch vorgetäuscht sein (durch braun gefärbte Huminstoffe oder Anreicherung lithogener Eisenoxide) - Verbraunung ist der profilprägende Prozess vieler Böden der gemässigten Breite. - Die Verbraunung ist oft mit der Bildung von Tonmineralen verknüpft, was als Verlehmung bezeichnet wird. Tonbildung ist zu unterscheiden von einer relativen Tonanreicherung durch Auswaschung von CaCo2.
4. Ferralitisierung und Desilifizierung - Unter den Intensiven Verwitterungsbedingungen der feuchten Tropen verarmen die Böden sehr stark an Silizium (Desilifizierung), während Fe- und Al- Oxide sich neben Kaolinit und Al-Chlorid als stabile Verwitterungsprodukte anreichern. Diesen Prozess nennt man Ferralitisierung. - Feuchttropische Verwitterung hat im Laufe der Jahrmillionen Tiefen von 40-60 m erreicht. Dabei blieben einzelne Gesteinsstücke unverwittert; sie bilden schwimmende Wollsackblöcke, die später als Erosionsrückstände die Landoberfläche bedecken. 5. Temperatur- und Salzsprengung - In subtropischen und tropischen Wüstenklimaten dominieren Temperaturverwitterung und Salzsprengung. In Böden reicht die Gesteins- und Mineralzerkleinerung durch Wärmesprengung etwa 50 cm tief. 6. Bildung von Humusformen - Die organische Substanz wird grösstenteils Mineralisiert. - Nur ein Teil wird i.d.r. in Huminstoffe umgewandelt, die über längere Zeit erhalten bleiben. (Huminstoffe und Streureste = Humuskörper). - Der Humuskörper lässt sich morphologisch in Humushorizonte gliedern, die sich in der Humustextur und dem Humusgefüge unterscheiden. 7. Terrestrische Humusformen - Terrestrische Humusformen sind ohne den Einfluss von Grund- oder Oberflächenwasser entstanden. Man unterscheidet zwischen den Auflagehorizonten mit über 30% organischer Substanz und den Humushorizonten mit Mineralbodenverband. - L- oder Streulage (unzersetzte Blätter und Zweige etc.) - Feinhumus (Streu ohne Gewebestruktur und Huminstoffe (<10%) - Grobhumushorizont (Fermentationsh.) halb zerfallene Blätter und Kleintierkot - Feinhumushorizont (überwiegend aus Feinhumus und nur noch wenig zerkleinerten Streuresten) (10-70%) - Feinhumus dominiert und damit chemisch die Huminstoffe. - Bei einem typischen Wurmhumushorizont sind die Huminstoffe mit Mineralpartikel zu Krümel vereint. - Kryptohumushorizont (wenig Humus (Ah), relativ hell und das Bodengefüge abiotisch entstanden ist). Humusformen stellen nun Kombinationen der geschilderten Humushorizonte dar. Die wichtigsten sind Rohhumus, Moder und Mull: a) Rohhumus Die Humusform Rohhumus ist i.d.r. eine mächtige (5-30cm) Humusauflage. Nahezu keine Wühl- und bodenvermischende Bodentiere fehlt ein humoser A-Horizont. Die Auflage ist in Grob- und Feinhumushorizont gegliedert. Übergänge sind scharf (wegen geringer Verarbeitung durch wühlende Bodentiere). Rohhumus bildet sich insbesondere bei extrem nährstoffarmen und grobkörnigen Böden unter einer Vegetationsdecke, die schwer abbaubare und nährstoffarme Streu liefert. b) Moder Auch beim Moder sind alle Auflagehorizonte vorhanden, jedoch mit geringer Mächtigkeit. Die Übergänge sind aber unscharf und darunter folgt ein deutlich ausgeprägter humoser Mineralboden. Moder bildet sich v.a. in Böden unter krautarmer Laub- und Nadelwälder aus relativ nährstoffarme Gesteinen, die Monokulturen oder unter kühlfeuchten Klimaverhältnissen. c) Mull Der Humusform Mull fehlt eine Humusauflage völlig oder sie verschwindet unter sommergrünen Laubwäldern einige Monate nach dem Streufall, ist also nicht ständig vorhanden. Der Humuskörper besteht fast ausschliesslich aus braungrauem bis schwarzem, mit Tonmineralen innig verbundenen Feinhumus als Bestandteil von Krümeln. Mull bildet sich in Böden unter günstigen Wasser- und Luftverhältnissen und relativ hohen Nährstoffgehalten, in denen die Streu rasch zerkleinert und abgebaut wird. Er ist an eine Vegetation gebunden, die eine nährstoffreichge, leicht abbaubare Streu liefert. Mull bildet sich also bevorzugt unter Steppenvegetation unter krautreichen Laubwälder.
d) Tangelhumus Im Bereich der subalpinen Zwergstrauchregionen und der hochmontanen Wälder tritt auf Carbonatgesteinen unter dem Einfluss eines kühlfeuchten Klimas die Humusform Tangelhumus auf; sie ist durch bis zu 1m mächtige Humusauflage gekennzeichnet. 8. Ackerhumusformen - Ackerböden fehlt naturgemäss infolge regelm. Bearbeitung eine Humusauflage. - Unterscheidung zw. Ackermoder, Wurmmull und Kryptomull - Ackermoder ist durch Moderhumus chrakterisiert und enthält keine Krümel. - Beim Wurmmull liegt die organische Substanz überwiegend als Regenwurmlosung vor und ist innig mit Mineralkörner verschiedenster Grösse verknüpft. - Beim Kryptomull, der Humusform vieler tonreichen Böden, aber auch tief und stark bearbeiteter Ackerböden, liegt innige Tonhumusbindung vor; die Humusgehalte sind aber gering. Kryptomull dominiert v.a. in Böden warmer, arider Klimate, bei denen eine nur geringe Biomassenproduktion keine höheren Humusgehalte zulässt. 9. Hydromorphe Humusphormen - In nassen Böden hemmt der Mangel an Sauerstoff die Zersetzung und führt damit zur Anreicherung an organischer Substanz. - Feuchthumusformen (nur im Winter vernässt) durch höhere Humusgehalte gekennzeichnet. - Ist die Mineralisierung oder auch die Streuzerkleinerung noch stärker durch Sauerstoff gehemmt, entstehen als Nasshumusformen beziehungsweise Sumpfhumusformen Anmoore oder Torfe. - Beim Anmoor (keine Humusauflage) dominieren Huminstoffe, die von Wassertieren und fakultativ anaeroben Mikroorganismen gebildet werden. - Torfe: nährstoffarme Standorte mit hohem Grundwasserstand und auf nährstoffreicheren Standorten, die längerfristig oder ganzjährig überflutet sind, tritt die Streuzersetzung durch Tiere stark zurück, sodass Humusauflagen mit über 30% organischer Substanz entstehen. 10. Gefügeentwicklung - Die Gefügeentwicklung, d.h. die räumliche Veränderung der Mineralpartikel und organische Stoffe im Raum und deren Verknüpfung zu Aggregaten, ist ebenfalls wesentlich an der Differenzierung eines Bodens in Horizonte beteiligt. - In Böden aus Tongestein wird das häufig schichtige oder schiefrige Gesteinsgefüge durch Wasseraufnahme und damit einhergehende Quellung in ein Kohärentgefüge transformiert. - In humus- und nährstoffreichen und damit stark belebten Oberböden bildet sich sogar ein Krümelgefüge, das aich bei Wechselfeuchte stabil und damit länger erhalten bleibt. - Sandreiche Böden weisen allgemein ein Einzelkorngefüge auf. Ein Krümelgefüge bildet sich im humosen A- Horizont nur dann, wenn Feinsand dominiert und auch sonstige Lebensbedingungen für Regenwürmer vorliegen. - In lehmigen Böden treten Tiefenfunktionen des Bodengefüges auf, die meist Übergangsformen der vorgenannten darstellen; die häufigste dabei auftretende Form ist das Subpolyedergefüge. - Krusten bei manchen Böden: entstehen v.a. bei vegetationsfreien, schluffreichen Böden durch die Planschwirkung von Regentropfen. - Stabile Krusten können auch auf Grundwasserböden, durch den kapillaren Aufstieg gelöster Salze entstehen. 11. Umlagerungen im Profil a. Tonverlagerung Als Tonverlagerung oder auch Lessivierung in Böden wird die Abwärtsverlagerung von Bestandteilen der Tonfraktion im festen Zustand bezeichnet (v.a. Feintonfraktion und Fe-, Al-, und Si-Oxide, sowie Mineralteilchen verbunden mit Huminstoffen). (Tonteilchen können lithogen, pedogen oder durch Aerosole entstanden oder transportiert worden sein). Untere Regionen werden tonreich, während obere Regionen tonärmer werden. 3 Prozesse: (1) Dispergierung, (2) Transport, (3) Ablagerung der Tonteilchen. Dispersierung, weil Tonteilchen meistens in Aggregatform vorhanden sind, daher müssen sie zuerst gelöst werden. Die Dispersierung wird durch folgende Faktoren beeinflusst: - Salzkonzentration der Bodenlösung:
Niedrige Konzentration erhöht die Dicke der elektrischen Doppelschicht, und damit auch die Dicke des ein Tonteilchen umgebenden Wassermantels die hydrophilen Eigenschaften neben zu. - Kationenbelag: Während Tonminerale hoher Na-Sättigung leicht verlagert werden, ist dies bei hoher Ca-Sättigung nicht der Fall. Mit abnehmender Ca- Sättigung steigt die Dispersierungsneigung. Sie verringert sich erst wieder im stark sauren Bereich. - Art der Tonminerale: Stark quellfähige Tonminerale wie Smectite werden leichter dispergiert als andere. Daher kann die Dispergierungsneigung sinken, wenn die Quellfähigkeit aufweitbarer Dreischichtmineralen herabgesetzt wird. - Für den Transport der Tonteilchen ist schnell bewegliches Sickerwasser erforderlich (nur in Grob- und Mittelporen befördert, nicht in Feinporen, weil sie zu gross sind). - In Gebieten mit stark ausgeprägter Wechselfeuchte intensivere Verlagerung. - Je länger ein Boden in einem ph- Bereich von 6.5 5 verbleibt, umso mehr Ton kann verlagert werden. - Manche Böden aus carbonatarmen Gesteinen versauern so stark, dass es zu keiner nennenswerten Tonverlagerung kommt, sondern basenarme Braunerde entstehen. - Tonverlagerung ist der profilprägende Prozess der Parabraunerden, sowie der Arcisole warmer Klimate und führt in diesen Böden zur Bildung eines fahlen Eluvialhorizontes über einem kräftigen Illuvialhorizont. - Tonverlagerung führt zu Einlagerungsverdichtung im Unterboden. Diese können periodisch Wasserstau hervorrufen, was zu Pseudovergleyung führt und für die Pflanzen Sauerstoffmangel bedeutet. 12. Podsolierung - Podsolierung ist die abwärtsgerichtete Umlagerung gelöster organischer Stoffe, oft zusammen mit Aluminium und Eisen. - Die Verlagerung findet bei stark saurer Reaktion statt, weil dann Nährstoffmangel den mikrobiellen Abbau der organischen Komplexbildner hemmt. - Auch ein kühlfeuchtes Klima hemmt die Organismentätigkeit und kann damit die Podsolierung fördern. - An organischen Stoffen werden vorwiegend niedermolekulare Verbindungen (Polyphenole, Polysaccharide, Carbonatsäuren u.a.) der Kronentraufe der wenig zersetzten Pflanzenstreu und der Wurzelausscheidungen verlagert, ausserdem wasserlösliche niedermolekulare Huminstoffe, die aus der Humusauflage ausgewaschen werden. - Im Unterboden werden die umgelagerten Stoffe ausgeschieden und angereichert. Die Ausfällung hat verschiedene Ursachen. Die metallorganischen Komplexe können ausflocken, wenn bei der Wanderung weitere Al- und Fe-Ionen gebunden werden, weil die Löslichkeit mit steigendem Metall : Kohlenstoff Verhältnis abnimmt. - Die im Unterboden angereicherten Stoffe verlieren nach häufiger Austrocknung ihre Wanderfähigkeit und werden stabilisiert. - Podsolierung bewirkt oft zunächst nur den Abbau metallorganischer und oxidischer Hüllen und damit eine Bleichung der Mineralkörner im Oberboden. 13. Carbonatisierung - Carbonatisierung ist die Bildung und Anreicherung von CaCo3 im Boden. - In der Regel liegt Sekundärkalk als Calcit oder Aragonit vor. - verstärkte Kalkanreicherung gibt mit festem Kittgefüge derart versfestigter Horizont wird als petroclaciic Horizont Calcete oder Caliche genannt. - Tagwasser-Carbonatisierung (in Landböden in sehr feuchten Klimaten) - Im Mergel- oder Kalkstein-Landschaften können durch Grundwasser-Carbonatisierung selbst in humiden Klimabedingungen grosse Mengen Kalk als Wiesenkalk angereichert werden. - Hangwasser-Carbonatisierung ist typisch für Landschaften mit Wechesllagerung unterschiedlich durchlässiger Carbonatgesteine. - Unterwasser-Carbonatisierung erfolgt am Seegrund; hier werden Carbonate v.a. durch Organismen angereichert. 14. Verkieselung - Verkieselung ist die Bildung und Anreicherung sekundärer Si-Oxide im Boden. - Die chem. Verwitterung von Silicaten setzt Si frei, das als gelöste Kieselsäuren in den Untergrund ausgewaschen, von Pflanzenwurzeln aufgenommen wird oder aber der Neubildung von Tonmineralen dient.
- Durch Entwässerung und Alterung der Polymere kann das zu einer irreversiblen Verkittung der primären Mineralpartikel führen. 15. Versalzung - Unter Versalzung versteht man die Anreicherung von wasserlöslichen Salzen in Böden oder Bodenhorizonten. Zu unterscheiden ist zwischen einer Salzzufuhr durch die Niederschläge, die nur unter ariden Klimaverhältnissen zu einer Salzanreicherung führt (Tagwasserversalzung). - Und einer Zufuhr aus dem Grundwasser, die auch an Meeresküsten des humiden Klimas zu beobachten ist (Grundwasserversalzung). - Ausserdem: Künstliche Versalzung: Düngung, Bewässerung oder Streusalzeinsatz. - Salze: v.a. NaCl, Na2SO4 und Na2Co3 (z.t. auch Nitrate und Borate). - Salzhaltige Böden sind schwach sauer (bei hohem Gipsgehalt) bis stark alkalisch (bei hohem Sodagehalt). - Erhöhte Salzgehalte beeinflussen den Pflanzenwuchs da sie das osmotische Potenzial (Menge an Energie für den Wassertransport) des Bodenwassers erhöhen und dadurch die Wasseraufnahme erschweren. - Nach Auswaschen der Na-Salze verbleibt oft ein hoher Na-Anteil an den Austauscher (=Alkalisierung). - Solche alkalisierte Böden sind ungünstig für den Pflanzenwuchs Solonetze bzw. Natriumböden. 16. Tagwasserversalzung - Mit den Niederschlägen werden den Böden fortwährend gelöste Salze aus der Atmosphäre zugeführt (atmogene Salze). Entstammung v.a. den Meeren. - In humiden Böden: rasche Auswaschung / in ariden Böden: Anreicherung (Wüstenböden fast immer salzhaltig) - Wenn der Boden in hohem Masse durchlässig ist, kann der Boden weitgehend Salzfrei ist (starke Perkolation) 17. Grundwasserversalzung - Natürliche Grundwasserversalzung erfolgt im humiden Klimabereich meist nur im Einflussbereich des Meeres, dessen Salzgehalt zwischen 1% und 3.5 % variieren kann. - Im Binnenland selten. - In ariden Klimagebieten sind Grundwasser dagegen auch im Binnenland oft mit Salzen angereichert. Das Salz stammt aus salzhaltigem Gestein oder versichertem Wasser. - Verschieden Salze steigen mit dem Kapillarwassee auf und werden dann im Verdunstungsbereich je nach Löslichkeit gefällt. Salzkrusten und Salzbänken. 18. Künstliche Versalzung - In humiden Klimaten durch Berieselung mit Na- reichen Abwässern und zum anderen am Strassenrand durch Streusalze. - U. U. ergeben sich strake Ertragsdepressionen und Abnehmen der Krümelstabilität. - Durch Dauerbewässerung in ariden Teilen. (Flusswasser oder fossiles Grundwasser, dass je nach Jahreszeit höhere Salzgehalte hat). - Natrium-Adsorptionsverhältnis (NAV) ist eng korreliert mit der Na-Sättigung, die in den bewässerten Böden auftreten wird. Kaum Versalzung wenn man die Evapotranspiration künstlich hemmt (durch Folienabdeckung des Bodens) 19. Standorteigenschaften und Melioration - Hohe Na-Sättigung hemmt (Alkalisierung) der Böden mindert die Ertragsfähigkeit ebenso wie hohe Salzkonzentrationen. - Der Grund hierfür ist, dass sich die Wasserleitfähigkeit der Böden verringert, oder dass bei Anwesenheit von Natriumcarbonat die Reaktion des Bodens teilweise bis ph 11 erhöht wird. - Die Produktivität verschlechtert sich mit zunehmendem Salz- oder Na- Gehalt. - Gelegentlich wird eine Art der Melioration (Massnahmen zur Bodenverbesserung) durch Zufuhr eines Na- armen, aber relativ salzreichen Wassers eingeleitet, um zunächst Flockung und Wasserdurchlässigkeit der Böden zu verbessern. Anschliessend wird salzarmes Wasser hinzugefügt; dadurch entsteht ein Verdüngungseffekt, der das absorbierte Natrium durch zweiwertige Kationen verdrängt. 20. Redoximorphose - Redoximorphose ist die Bildung redoximorpher Merkmale in Böden, zu der es bei einem Wechsel der Sauerstoffverhältnisse kommt.
- Die Bildung grüner, blauer und /oder schwarzer Reduktionsfarbe bei O2-Mangel bezeichnet man als Reduktomorphose, diejenige schwarze Metallsulfide auch als Sulfidbildungen. - Spätere Belüftung lässt davon braune, rote oder auch gelbe Oxidationsfarben entstehen, die als Konkretionen oder Flecken auftreten. 21. Reduktomorphie und Sulfidbildung - Ständig sauerstofffreie Bodenhorizonte sind durch Eisensulfide, vor allem FeS, oft schwarz gefärbt, oder an Eisen und Mangan verarmt und dann weiss gebleicht. - Gleichzeitig ist die Luft CO2-reich und kann auch Methan enthalten. - Sulfidbildung erfolgt durch Bakterien wie Desulfovibrio desulfuricans, die in einem O2-freien Milieu Sulfat Ionen als Elektronenakzeptor benutzt, um damit Energie durch Oxidation von organsicher Substanz zu gewinnen. 22. Konkretionsbildung und Rostflecken - Zeitweilige luftarme Böden bzw. Horizonte sind durch Rostflecken und/oder Konkretion aus Fe III- und Mn III,IV Oxiden neben Bleichzonen gekennzeichnet. - In Bodenhorizonten mit hoher Wasser- und Luftleitfähigkeit bilden sich vornehmlich schwarz- bis rostbraune Konkretionen, die wenige mm bis mehrere cm gross sein können. In Horizonten mit geringer Leitfähigkeit entstehen hingegen vornehmlich Rostflecken, in denen weniger Oxide feiner und weiträumig verteilt vorliegen. - Als extrovertiert bezeichnet man rotbraune, bis schwarze Beläge auf Aggregatoberflächen und Umkleidungen grösserer Hohlräume. (Horizontsprache mit dem Symbol o signiert). - Als introvertiert bezeichnet man gelbbraune, orange, bis braun-schwarze Kornzentrierungen im Inneren von Aggregaten in Form von Flecken oder Konkretionen (Signiert mit dem Symbol S). 23. Vergleyung - Viele Grundwasserböden haben einen ständig nassen, reduktomorphen Unterboden, der von einem (zeitweilig) belüfteten Oberboden mit extrovertierten Fe/Mn-Oxiden, dem Go-Horizont, überlagert wird. - Beim Vorgang der Vergleyung werden Fe- und Mn- Oxide im Gr-Horizont (Unterbodenhorizont im Grundwasserbereich) reduziert (teilweise auch mit dem Grundwasser aus benachbarten Böden zugeführt). - Die gebildeten Fe- und Mn-Ionen wandern in feinen Poren, einem Tensions- oder Oxidationsgradienten folgend, durch Masenfluss oder Diffusion mit oder steigen mit dem Wasser in die oberen, wasserungesättigten Bereiche des Bodens auf. Sie werden dann in der Nähe der Luft gefüllten Grobporen oder sogar in diesen Poren selbst oxidiert und als Oxide gefällt. - Durch Vergleyung werden Nährstoffe im Go-Horizont angereichert allerdings z.t. in schlecht verfügbarer Form. 24. Pseudovergleyung - Viele Stauwasserböden zeigen hingegen introvertierte Fe/Mn-Anreicherungen. Beim Vorgang der Pseudovergleyung bewrikt Wasserüberschuss (z.b. nach länger anhaltendem Regen) zunächst Wassersättigung in den bevorzugt durchwurzelten Grobporen. - Gleichzeitig beginnt eine Lösung der Mn- und Fe-Oxide an den Porenrändern durch Reduktion, und die Ionen diffundieren, dem Wasserstrom oder einem Redoxgradienten folgend, in das Innere der Aggregate. Durch eingeschlossenen Sauerstoff im Aggregatinneren kann eine erneute Oxidation und Fällung erfolgen. Bei nachfolgender Austrocknung werden die Grobporen wieder als erste entwässert. Dann dringt Sauerstoff von diesen Poren aus in die Aggregate ein und oxidiert die Fe 2+ - und die Mn 2+ -Ionen. - Beim Prozess der Pseudovergleyung entstehen also Rostflecken und Konkretionen bevorzugt im Aggregatinnern. Die Rostflecken durchsetzen dabei die Bodenmatrix, sodass selbst Konkretionen i.d.r. zu über 80% aus eingeschlossenen Silicaten besteht. - Die Pseudovergleyung führt im Gegensatz zur Vergleyung nur zu einer Umverteilung nur zu einer Umverteilung der Nährstoffe innerhalb einzelner Horizonte, die sich bevorzugt im Inneren der Aggregate und damit im wurzelferneren Bereich anreichern. 25. Sulfatversauerung - Die Oxidation der Sulfide zu Schwefelsäure und Fe-Oxiden erfolgt ebenfalls unter Mitwirkung von Mikroorganismen. Diese Sulfurikation setzt ein, sobald ein sulfidhaltiges Sediment oder sulfidhaltiger Bodenhorizonte belüftet wird.
26. Turbationen - Turbationen (turbatio = Verwirbelung) bzw. Pedoturbation sind Mischungsvorgänge, bei denen Bodenmaterial eines oder auch versch. Bodenhorizonte vermischt werden und sich dabei Grenzen von Bodenhorizonte oder Gesteinsschichten verwischen. - 3 Formen: Bioturbation, Kryoturbation und Peloturbation 1. Bioturbation - Wühlende Bodentiere zerkleinern und mischen die Streuauflage mit dem oberen Mineralboden und verwischen damit die Grenzen zw. Humus- und Mineralkörper, schaffen aber gleichzeitig einen humosen A-Horizont. - Ascendente und descendente Bewegungen bzw. Transporte. - Die Tiefenwirkung hängt stark von den Boden- und Klimaverhältnissen ab und beträgt bei Regenwürmern in kontinentalen Steppengebieten häufig mehrere Meter, weil dort im Sommer wegen Trockenheit und im Winter wegen der Kälte werden tiefer Lagen der Böden aufhgesucht. - Intensive Bioturbation erfolgt nur in Böden mit günstigen Wasser-, Luft- und Nährstoffverhältnissen und zudem in feinkörnigen Böden, weil Kiese und Steine nicht transportiert werden können. 2. Kryoturbation - Zu gefrierenden Bodenlagen bewegt sich das Wasser entlang eines Tensionsgradienten. Dadurch werden die gefrierenden Lagen mit Wasser angereichert, während darunter folgende Lagen verarmen. Bei langsamem Gefrieren führt das insbesondere bei feinsandig- schluffigen Böden hoher Wasserleitfähigkeit zur Bildung von Eislamellen bzw. Eislinsen im Boden oder Kammeis an der Bodenoberfläche. - Frosthebung und Senkung beim Tauen. 3. Peloturbation - Als Peloturbation bezeichnet man die Mischung von Bodenmaterial durch wiederholtes Schrumpfen und Quellen. - Besonders in warmen Klimaten mit ausgeprägter Wechselfeuchte bildet sich in tonreichen, smectitischen Böden in Trockenzeiten bis zu 2,5 m tiefe, mehrer cm breite Schrumpfrisse, in die lockeres Oberbodenmaterial fällt. - Gleichzeitig hebt und senkt sich der Boden mit der Feuchte bzw. mit der Trockenheit. Dabei gibt es sogar tageszeitliche Schwankungen. In den Morgenstunden quellen die Tonminerale mit hoher relativen Luftfeuchte und ab Mittag schrumpfen sie wieder. - Dieser Vorgang lässt Aggregate zerfallen und wird als Selbstmulching bezeichnet. 4. Spaltenakkumulation - Durch Wind oder Wasser aufgetragene Fremdsedimente werden normalerweise durch Bio-, Kryo und/oder Peloturbation, bei Kulturböden auch durch Bearbeitung, ziemlich rasch mit dem Liegenden vermischt. - Oftmals durch Spaltenbildung Salzverkittung, Trockenheit, oder extreme Kälte. 5. Stoffverlagerung in der Landschaft - Neben den Prozessen die vorwiegend im Bodenkörper ablaufen, bestehen die Umlagerungsprozesse an der Oberfläche, die auch zu neuen Horizonten führen können. - Massenversatz (ganze Bodenkörper bewegen sich) - Umlagerung durch Wasser und Wind (Erosion) a. Massenversatz am Hang Massenversatz unter der Einwirkung der Schwerkraft. Steinschläge, Erdrutsche, Erdflüsse oder Schlammströme, Rutschungen, Kriechen (Boden- (1-20mm/a) und Hangkriechen (>20 mm /a), Solifluktion (Bewegung über gefrorenem Untergrund). 6. Profildifferenzierung Bodenentwicklung ist ein vielgerichteter Prozess bei dem sehr viele und unterschiedliche Prozesse eine Rolle spielen. Jeder Boden hat unterschiedliche Abhängigkeiten. - rezente Böden - Paläoböden (fossile Böden (unverändert, weil durch neue Sedimente überdeckt und heute inaktiv), Reliktböden (an der Oberfläche mit Bodenentwicklung z.t. auch polygenetischer Bodenentwicklung (heute und früher)).