Boden

Boden ist jener lockere, oberste Bereich der Erdkruste, der aus verwittertem Gestein, Wasser, Luft und organischen Bestandteilen gebildet wird. In der Bodenschicht (der Pedosphäre) überschneiden sich vier Bereiche der Natur: die Lithosphäre (mit den physikalisch und chemisch verwitterten Gesteinen), die Hydrosphäre (Wasser), die Atmosphäre (Luft) und die Biosphäre (lebende Pflanzen und Tiere sowie abgestorbenes organisches Material). Durch die Einwirkung und Tätigkeit aller Bereiche entstehen in einem natürlichen, geschichtlichen Prozess die Böden. Jeder Boden befindet sich, so wie wir ihn heute vorfinden, in einem vorübergehenden Stadium und wird sich zukünftig weiterentwickeln. Böden sind von vielen Faktoren geprägt: Ausgangsgestein, Relief, Klima, Wasserhaushalt, Tier- und Pflanzengesellschaften, menschlicher Einfluss, Alter und Entwicklungsgeschichte des Bodens. Aus dem Zusammenspiel dieser räumlich und zeitlich wechselnden Faktoren haben sich zahlreiche Bodentypen gebildet. Da Böden die Erdoberfläche mehr oder weniger zusammenhängend überziehen, geht jeder Bodentyp seitlich in andere Bodentypen über. Die Aufstellung und Abgrenzung von Bodentypen oder -arten ist daher von der Natur nicht vorgegeben, sondern hängt von der Frage- oder Aufgabenstellung des Bodenkundlers ab. Zum Boden gehört ferner die Eigenschaft, dass auf ihm höhere Pflanzen wachsen und dass er Tieren und teilweise auch dem Menschen als Lebensgrundlage dient. (Insofern ist reiner Sand, z. B. Wüstensand, kein Boden.) Die Naturwissenschaft, die sich der Erforschung der Böden widmet, heißt Bodenkunde oder Pedologie. Sie stützt sich auf die Ergebnisse und bedient sich der Methoden der Physik, Chemie und Biologie, der Geowissenschaften (insbesondere Geologie, Mineralogie, Geographie) sowie der Agrar- und Forstwissenschaften.

Böden sind die Grundlage der Land- und Forstwirtschaft. Eine Bebauung kann jedoch den Boden seiner natürlichen Vegetationsdecke und eines Großteils seiner Schutzwirkung gegen Wasser- und Winderosion berauben. Die Landwirtschaft musste daher Methoden entwickeln, um die Schädigung des Bodens durch übermäßige oder unsachgemäße Bearbeitung zu verhindern und um geschädigte Böden zu rekultivieren.

Die Kenntnis der spezifischen Eigenschaften des Bodens ist für die Landwirtschaft unverzichtbar: vor allem der mineralischen und organischen Bestandteile des Bodens, seiner Durchlüftung, seines Wasserspeichervermögens und vieler anderer Aspekte der Bodenstruktur. Pflanzen stellen sehr unterschiedliche Anforderungen an den Boden. Viele Pflanzen, beispielsweise Zuckerrohr, benötigen feuchte Böden, die andererseits für den Weizenanbau völlig ungeeignet wären. Die Eigenschaften, die das Gedeihen von Feldfrüchten fördern, haben aber nicht nur mit dem Boden selbst zu tun. Einige dieser Eigenschaften werden erst durch eine angemessene Bodenbewirtschaftung geschaffen.

Die Hauptbestandteile des Bodens sind:

Die physikalischen Eigenschaften des Bodens werden von Größe, Form, Verteilung und Zusammensetzung der Partikel bestimmt. Die Korngrößen der mineralischen Bodenbestandteile reichen von Tonteilchen, die kleiner als 0,002 Millimeter sind, bis zu grobem Schotter und Schutt. Grobe Bodenbestandteile sind meist chemisch wenig aktiv. Tonminerale dagegen sind die Nährstoffreservoire für Pflanzen. Größe und Kristallstruktur der Tonminerale bestimmen auch weitgehend die Fähigkeit eines Bodens, Wasser zu speichern, das für alle Pflanzenwachstumsprozesse lebenswichtig ist.

Der organische Anteil des Bodens setzt sich aus abgestorbenen, mehr oder weniger vermoderten Pflanzen- und Tierresten, dem so genannten Humus, zusammen. Der organische Anteil macht bei manchen Böden in feuchten Gebieten zwei bis fünf Prozent des Bodens aus, weniger als 0,5 Prozent bei trockenen Böden, aber über 95 Prozent bei Torfböden.

Der flüssige Bestandteil des Bodens, die Bodenlösung, ist Wasser, das gelöste mineralische Substanzen enthält sowie verhältnismäßig große Mengen an gelöstem Sauerstoff und Kohlendioxid. Die Bodenlösung ist hochkomplex und wissenschaftlich noch nicht völlig geklärt. Sie ist vor allem das Medium, durch das die Nährstoffe zu den Pflanzenwurzeln gelangen. Fehlen der Bodenlösung für das Pflanzenwachstum benötigte Nährstoffe, so ist der Boden unfruchtbar.

Die im Boden enthaltenen Gase sind vor allem Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid. Sauerstoff ist für den Pflanzenstoffwechsel wichtig, da er für das Gedeihen verschiedener Bodenbakterien und anderer – die Zersetzung organischer Materialien bewirkender – Organismen notwendig ist. Auch für das Pflanzenwachstum ist die Anwesenheit von Sauerstoff entscheidend, da seine Aufnahme über die Wurzeln für pflanzliche Stoffwechselprozesse erforderlich ist.

Böden weisen in Abhängigkeit von den mineralischen und pflanzlichen Materialien, aus denen sie gebildet werden, deutliche Unterschiede in Erscheinung, Fruchtbarkeit und chemischen Eigenschaften auf. Die Farbe ist eine der einfachsten Kriterien zur Beurteilung der Bodenarten. Die allgemeine, aber nicht in allen Fällen zutreffende Regel lautet, dass dunkle Böden fruchtbarer als hellere sind. Die dunkle Farbe des Bodens resultiert meist aus der Anwesenheit einer großen Menge von Humus. Gelegentlich verdanken aber dunkelbraune oder schwarze Böden ihre Farbe mineralischen Materialien oder übermäßiger Feuchtigkeit. In solchen Fällen ist dunkle Farbe kein Anzeichen für Fruchtbarkeit.

Böden mit rotem oder rötlich braunem Farbton enthalten einen größeren Anteil an Eisenoxiden (aus den Ausgangsgesteinen), die keiner übermäßigen Feuchtigkeit ausgesetzt waren. Die rote Farbe eines Bodens ist deshalb im Allgemeinen ein Hinweis dafür, dass der Boden gut entwässert, nicht übermäßig feucht, aber fruchtbar ist. In den meisten Regionen kann die rötliche Farbe des Bodens aus neu gebildeten Mineralien entstanden sein, die die Pflanzen nicht nutzen können. Fast alle gelben oder gelblichen Böden sind weniger fruchtbar. Sie verdanken ihre Farbe reduzierten Eisenverbindungen. Die Böden sind deshalb ein Anzeichen für schlecht entwässertes Land. Gräulichen Böden kann es an Eisen oder Sauerstoff mangeln, oder sie können über einen Überschuss beispielsweise an Kalk verfügen.

Das Bodengefüge hängt von der Verteilung der Korngrößen ab. Die Korngrößen teilt man in Kies (2 bis 63 Millimeter), Sand (0,063 bis 2,0 Millimeter), Schluff (0,002 bis 0,063 Millimeter) und Ton (kleiner als 0,002 Millimeter) ein. Lehm besteht aus den drei Kornfraktionen Sand, Schluff und Ton. Im Allgemeinen kann man Sandteilchen mit dem bloßen Auge gut erkennen. Sie fühlen sich bei Berührung ausgesprochen rau und fest an. Schluffteilchen kann man ohne Mikroskop kaum erkennen. Sie fühlen sich wie Mehl an, das man zwischen den Fingern reibt. Tonpartikel sind mit dem bloßen Auge unsichtbar und bilden in feuchtem Zustand eine klebrige Masse.

Die Anteile und Mischung von Sand, Schluff und Ton bestimmen die Bodenart, neben den fast reinen Kornfraktionen sind dies mit steigendem Ton- und Schluffgehalt: toniger Sand, sandiger Ton, schluffiger Sand, lehmiger Sand, sandiger Lehm, toniger Lehm, lehmiger Ton, sandiger Schluff, schluffiger Lehm, lehmiger Schluff. Das Gefüge eines Bodens wirkt sich stark auf seine Ergiebigkeit aus. Böden mit einem hohen Prozentsatz an Sand sind oft nicht in der Lage, ausreichend Wasser für die Pflanzenversorgung zu speichern. Sie verlieren dadurch auch pflanzliche Nährstoffe, die mit dem Wasser in den Untergrund sickern. Böden mit einem größeren Anteil an feineren Teilchen, beispielsweise Tone und Lehme, sind ausgezeichnete Wasserspeicher und können Nährstoffe gut halten. Schwere Tonböden neigen jedoch zur Vernässung. Diese Böden sind schwer zu bearbeiten und häufig schlecht durchlüftet.

Man kann Böden nach ihrer Entstehung, ihrer ökologischen Funktion oder nach ihren Merkmalen einteilen. Für den praktischen Gebrauch legt man dabei Wert auf Eigenschaften, die man sehen, fühlen oder mit relativ einfachen Mitteln messen kann, z. B. Tiefe, Farbe, Gefüge, Struktur und Zusammensetzung. Die meisten Böden zeigen charakteristische Schichten oder Horizonte. Die Art, Anzahl und Anordnung dieser Horizonte spielt auch bei der Identifizierung und Einteilung der Böden eine grundlegende Rolle.

Die Eigenschaften eines Bodens spiegeln die Wechselwirkung der Boden bildenden Prozesse wider. Einige Substanzen kommen zum Boden hinzu, andere werden entfernt. Eine Materialverlagerung von einem Horizont zum anderen tritt sehr häufig auf. Einige Materialien werden in verschiedene Formen umgewandelt. Alle diese Prozesse laufen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und in verschiedene Richtungen ab. Das führt zu Böden mit verschiedenen Arten von Horizonten oder verschiedenen Erscheinungen in vergleichbaren Horizonten.

Die Horizonte werden in Profilen dargestellt und mit Großbuchstaben bezeichnet. Die wichtigsten sind der C-Horizont, das Ausgangsgestein des Bodens. Der A-Horizont ist der oberste, mit Humus vermischte Boden, der Oberboden. Dazwischen liegt der B-Horizont, der Unterboden, in dem vor allem die Tonminerale neu gebildet und verlagert werden. Eine an den Merkmalen orientierte Bodenklassifizierung ist in der begleitenden Tabelle dargestellt. Diese Bodenklassifikation wird vor allem in den USA benutzt. In Europa ist ein an der Entstehungsgeschichte der Böden orientiertes Klassifikationssystem üblich. Unterschieden werden zunächst fünf Abteilungen: Landböden, Stau- und Grundwasserböden, Unterwasserböden, Moorböden und Kulturböden (Acker-, Gartenböden). Wichtige Bodentypen vor allem der gemäßigten Breiten sind folgende: Die Rendzina ist ein Boden auf kalkigen Gesteinen, der nur aus einem dunklen A-Horizont direkt über dem C-Horizont (dem Untergrund) besteht. Dieser Boden bildet sich vor allem in Gebirgen. Beim Tschernosem oder der Schwarzerde fehlt ebenfalls der B-Horizont. Der A-Horizont ist mächtig entwickelt, der C-Horizont ist oft ein Löß. Diese fruchtbaren Böden bilden sich vor allem in Steppenklimaten und sind in Osteuropa und Asien verbreitet. Die Braunerde besitzt ein voll entwickeltes A-B-C-Profil. Sie ist vor allem in den gemäßigt feuchten Breiten in Landschaften mit Laubwäldern verbreitet. Die namengebende Braunfärbung des B-Horizonts geht auf Eisenhydroxide zurück. Der Podsol oder die Bleicherde besitzt eine stärkere Humusauflage. Ein Horizont dieses Bodens ist ausgewaschen (gebleicht), die organischen Bestandteile, Tone, Eisen- und Aluminiumverbindungen sind in den tieferen B-Horizont verlagert und dort deutlich sichtbar angereichert. Podsole sind für kühl feuchte Klimate und Nadelwälder typisch. Der Gley ist ein Grundwasserboden, der sich vor allem in Tälern und Senken bei schwankendem Grundwasserpegel bildet. Charakteristisch ist ein fleckiger, rostbrauner Oxidationsbereich. Der Pseudogley ist ein Stauwasserboden.

Die chemischen Reaktionen der im Boden enthaltenen Stoffe sind zum Teil sehr komplex und noch nicht vollständig erforscht. Im Allgemeinen bestehen Böden hauptsächlich aus Silicaten, deren Komplexität vom einfachen Siliciumoxid Quarz bis zu den hochkomplexen wasserhaltigen Schichtsilicaten der Tonminerale reichen. Zu den für die Pflanzenernährung wichtigsten Elementen gehören Phosphor, Schwefel, Stickstoff, Calcium, Eisen und Magnesium. Pflanzen brauchen zum Gedeihen jedoch auch Spuren u. a. der Elemente Bor, Kupfer, Mangan und Zink.

Pflanzen entnehmen die Nährstoffe den so genannten Bodenkolloiden. Diese Kolloide haben sich als Produkt der physikalischen und chemischen Verwitterung gebildet. Bodenkolloide bestehen aus Hydroxiden oder wasserhaltigen Eisen-, Aluminium- und Siliciumverbindungen und kristallinen Neubildungen, beispielsweise Kaolinit und Montmorillonit.

Kolloide besitzen physikalische Eigenschaften, die sich stark auf die landwirtschaftliche Nutzbarkeit der Böden auswirken. Böden in Gebieten mit geringem Niederschlag und verhältnismäßig wenig Grundwasser sind auch nur einer mäßigen Auswaschung unterworfen und enthalten daher eine große Menge ihrer ursprünglichen Bestandteile, beispielsweise Calcium, Kalium und Natrium. Kolloide dieser Art dehnen sich, wenn sie feucht werden, stark aus und neigen dazu, in Wasser zu dispergieren (sich fein zu verteilen). Nach einer Befeuchtung trocknen sie bis zu einer gallertartigen Konsistenz und können bei weiterer Austrocknung Massen bilden, die völlig undurchlässig gegenüber Wasser sind.

Wo das Gelände von Wäldern bedeckt ist, werden die anorganischen und organischen Kolloide nach Regengüssen oder Überschwemmungen mit dem Grundwasser durch den Boden nach unten verlagert. Sie bilden im unteren Teil des Bodens eine konzentrierte Schicht und festigen die anderen Bodenteilchen zu einer dichten, festen Kruste.

Eine wichtige Eigenschaft von kolloidalen Bodenpartikeln ist ihre Fähigkeit, sich an einer chemischen Reaktion zu beteiligen, die man als Basenaustausch bezeichnet. Bei dieser Reaktion verändert sich eine Verbindung, indem einer ihrer Bestandteile durch ein anderes chemisches Element substituiert (ausgetauscht) wird. Dadurch können vorher in der kolloidalen Verbindung gebundene Elemente freigesetzt werden und stehen in der Bodenlösung als pflanzliche Nährstoffe zur Verfügung. Düngt man Böden mit Kalium, ist sofort ein Teil des Kaliums als Bestandteil der Bodenlösung verfügbar, während der Rest an einem Basenaustausch teilnimmt und eingeschlossen in den Bodenkolloiden im Boden gespeichert wird.

Eines der einfachsten und landwirtschaftlich wichtigsten Beispiele des Basenaustausches ist die Reaktion, die abläuft, wenn Kalkstein (CaCO3) zur Neutralisierung des Säuregehalts eingesetzt wird. Die Bodenacidität, die als Konzentration der Wasserstoffionen definiert werden kann, wirkt sich auf die Gesundheit der meisten Pflanzen aus. Hülsenfrüchte z. B. können auf saurem Boden nicht gedeihen.

Die Menge des in einem Boden zur Verfügung stehenden Wassers wirkt sich stark auf die landwirtschaftliche Nutzbarkeit des Bodens aus. Im Dampf- und im flüssigen Zustand nimmt Wasser etwa ein Viertel des Volumens eines fruchtbaren Bodens ein. Die Menge des speicherbaren Wassers hängt von der Größe und der Struktur der Bodenporen ab. In groben und lockeren Böden tendiert Wasser dazu, infolge der Schwerkraft abzufließen, so dass nur ein geringer Rest zurückgehalten wird.

Feinstrukturierte Böden halten größere Wassermengen zurück als grobstrukturierte Böden. Das Wasser bewegt sich innerhalb dieser Porensysteme. Aber nur etwa zwei Drittel des im Boden zurückgehaltenen Wassers sind für den pflanzlichen Gebrauch verfügbar. Das übrige Wasser haftet so stark an den Bodenpartikeln, dass die Pflanzenwurzeln es nicht entfernen können.

Das komplexe Gemisch organischer Materialien im Boden bezeichnet man als Humus. Humus ist kein stabiles Stoffgemisch, sondern ein dynamisches, sich ständig änderndes Gemisch, das jede Stufe im Zerfall toten organischen Materials – vom einfachsten bis zum kompliziertesten – enthält. Der Zerfallsprozess wird durch die Tätigkeit mikroskopisch kleiner Bakterien und Pilze bewirkt. Diese Mikroorganismen greifen während ihrer Ernährung die komplexen organischen Verbindungen an. Sie zersetzen sie in einfachere Verbindungen, die die Pflanzen als Nährstoffe aufnehmen können. Ein Beispiel für die bakterielle Tätigkeit ist die Bildung von Ammoniak aus tierischen und pflanzlichen Eiweißen.

Andere Bakterien oxidieren den Ammoniak und bilden Nitrite. Wieder andere wirken unter Bildung von Nitraten auf die Nitrite ein. Nitrate sind diejenigen Stickstoffverbindungen, die die Pflanzen verwerten können. Einige Bakterienarten sind in der Lage, den Stickstoff aus der Luft zu isolieren, zu fixieren und ihn dem Boden zur Verfügung zu stellen. Auch die Humusbestandteile, die noch nicht oder nur unvollständig zersetzt wurden, tragen zur Bodenfruchtbarkeit bei, indem sie das Bodengefüge leichter und poröser werden lassen.

Christoph Barth