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Bodenkunde oder Pedologie

Eigenschaften, Funktion, Verbreitung und Entwicklung von Böden

• Haut der Erde

• Oberste Verwitterungsdecke der Erderinde

• Böden sind anders als Pflanzen und Tiere nicht scharf abgrenzbare Naturkörper

• Böden stellen die natürlichen Voraussetzungen (Reccourcen) und Lebensraum (Umwelt) für uns und andere Lebewesen

• mineralische Festsubstanz

• organische Festsubstanz

  -> beides durch Anordnung -> Struktur -> Poren

• Bodenwasser und Bodenluft

Boden = f(Gestein, Klima, Organiscmen, Relief, Mensch)”Zeit

Von Ost nach West:

• Östliches Hügelland: Weichseleiszeit

• A7

• Niedriege Geest: Weichsel- und Saarleeiszeit

• Hohe Geest: Saarleeiszeit

• Marsch: Mensch, nach Eiszeiten

1. Lebensraumfunktion

2. Regelfunktion

   • Filterung

   • Puffer

   • Transformation

   • Speicherung

   • Quellfunktion

3. Nutzungsfunktion

   • Baugrund

   • Land und Forstwirtschaft

   • Abfallablagerung

   • Rohstofflieferant

4. Erdgeschichtliche Urkunde

• Sand

• Lehm

• Schluff

• Ton

• Gestein: Mineralgemenge - beschreibt die Zusammensetzung aus unterschiedlichen Mineralen und die Entstehung bsp.: Granit

• Mineral: Zusammenseztung - beschreibt die chemische Zusammensetzung der einzelnen Gesteine bsp. Quatz

• Kristall: Räumliche Struktur - beschreibt die dreidimensionäre Anordnung der Bausteine des Minerals

• Magmatite: Erstarrung von Magma

  • Plutonite: Erstarrung in der Erdkruste = Tiefengestein

  • Vulkanite: Erstarrung an der Erdoberfläche = Ergussgestein

• Sedimente: Verwitterung - Abtragung - Tansport: durch Wind, Wasser, Gletscher - Ablagerung

• Metamorphite: Durch hohen Druck, hohe Temperaturen oder durch Bewegung verändert Magmatite oder Sedimente

• Lithogenese = Gaesteinsbildung -> primäre Minerale

• Pedogenese = Bodenbildung -> sekundäre Minerale

• 95% Silicate -> Aufbau? (hauptsächlich Silizium)

• Oxide, Hydroxide

• Carbonate, Phosphate

• Reaktive innere und äußere Oberfläche

• sind negativ geladen

• Hydrathylle

-> Oxide und Hydroxide

Eisenoxide -> Fe”2+ -><- Fe”3+

Manganoxide -> Ma”2+ -><- Ma”4+

Eisen: blau/grün = anaerob = reduziert

Eisen: orange = areob = oxidiert

• Magmatiten: Granit = Tiefengestein

• Metamorphite: Metamorphose, durch hohen Druck

-> Sedimente:

• Voraussetzung: Verwitterung von Magmatite und Metamorphiten

1. östliches Hügelland

   • Weichseleiszeit

   • Stauchmoränen (Grenzgebiet des Gletschers, immer vor und zurück)

   • Grundmoräne (immer im inneren des Gletschers, bsp. Fehmann)

2. Niedere Geest

   • Weichseleiszeit -> Saaleeiszeitlich geprägt

   • Sandergebeit

   • Urstromtäler

3. hohe Geest

   • Saaleeiszeit

   • Endmoräne

   • älteste Böden in SH

4. Marsch

   • marine und fluvatile Sedimente

   • Holozäh ( nach Weichseleiszeit)

   • jüngste Böden in SH

Verwitterung: parallel verlaufende Prozesse, ergänzen sich in der Wirkung

1. physikalische Verwitterung

   • keine chemische Veränderung des Stoffbestandes = Isochemisch

2. chemische Verwitterung

   • Veränderung des Stoffbestandes = allochemisch

3. biologische Verwitterung

   • unterstützt physik. und chem. Verwitterung, durch Komplexbildung und Wurzelwachstum

Ausgangsgestein: nur Lockergestein

1. physikalisch

   • Quellung und Schrumpfung (Tongehalt, Wassergehaltsänderung)

   • Eissprengung

2. chemisch

   • Hydrolyse/Protolyse

   • Oxidation

3. biologisch

   • Unterstützung der obengennanten Prozesse

Humusakkumulation

• abgestorbene organische Substanz = Humus

• lebende organische Substanz = Edaphon

Humus ist die Summe der abgestorbenen organischen Substanzen

• Nährhumus = besteht aus umsetzbaren organischen Verbindungen (Zucker, Eiweiße, Stärke)

  • Mineralisation = H2O + CO2 + Nährstoffe + Energie = Bakterienwachstum

  • =Nährstoffwachstum

  • 1/3 des Humus

• Dauerhumus = langsam abbaubar( = Cellulose, Lignin, Wachse)

  • Humifizierung = Huminstoffe

  • = 2/3 des Humus

Humusgehalt: C(org) x 1,72 -> Humus

Sand < Lehm < Ton < organische Böden(Moor)

Humusgehalt typischer Böden:

Marsch: 2,5 - 4,5% Humus

Geest: 2-6%

Hügelland: 1,5 - 3%

Hügelland < Marsch < Geest

Ah-Horizont = oberboden, mineralisch

-> h = Humus

Oh-Horizont = organischer Auflagehorizont

-> huminifizierte organische Substanz -> Struktur erkennbar

f-> fermentierte organische Substanz -> Strukture erkennbar

L-Horizont = Stauhorizont

-> frische/abgestorbene organische Substanzen

1. Luftböden

   • terrestische Böden (kein Grundwassereinfluss) <15% org. Substanz

   • Mull, Moder, Rohumus

2. Semiterestische Böden

   • grundwasserbeinflusst, >15%org. Subsatnz

   • Anmmor: <30cm; Substanz 15-30%

   • Niedermoor: >30cm; Substanz >30%

- Bodenbearbeitung reduzieren

- Zwischenfrucht / Gründüngung

- Frutfolge (Anbau von Leguminosen)

- Umnutzung Acker -> Grünland

- organische Düngung

- Agroforst

(= Ökologischer Landbau)

= lebende organische Bodensubstanz

• Funktion:

  • Umsetzung der abgestorbenen organischen Substanzen

  • Auflockerung des Bodens

  • Mischen des Bodens

  • Strukturbildung

• Bodenstabilität

  • Wasserhaushalt

  • Nähhrstoffhaushalt

  • Gashaushalt

  • Wärmehaushalt

  • pH-Wert

  • C-Speicher

• EInflüsse

  • Bodenbearbeitung

  • organische Düngung

  • Bewässerung

  • Fruchtfolge

—> alles Zusammen = Bodenfruchtbarkeit

Bodentyp =/= Bodenart = Körnung

Feinboden

• Sand

• Schluff

• Ton

Grundboden = Skelletboden

• Kies

• Steine

Körnungsdreieck:

S= Sand

U= Schluff

T= Ton

L=lehm

s= sandig

u= schlufig

t= tonig

l= lehmig

Ausprägung Kleinbuchstaben:

2= schwach

3= mittel

4= stark

bsp.:

Sl3 = mittel lehmiger Sand

Ts3 = mittel sandiger Ton

Ss = sandiger Sand (100% Sand)

Feldmethode:

- Fingerprobe

Labormethode:

Sedimentationsversuch: Pippetmethode nach Köhn (beruht auf dem Stok`schen Gesetz

Primäporengrößensystem: körnungsbedingt

Sekundärporengrößensystem: strukturbedingt

Quellung = Wasseraufnahme

Schrumpfung = Wasserabgabe

Gravitationspotential:

entspricht der Arbeit, um eine bestimmte Menge Wasser auf einen bestimmten Punkt anzuheben

-> immer positives Vorzeichen

Matrixpotential:

entspricht der Abreit, um den Boden eine bestimmte Menge Wasser engegen der Bindungskräfte des Bodens zu entziehen

-> immer negatives Vorzeichen

1. Korektion (=Massenfluss)

   Druckgradient: Wind, Grundwasseranstieg, Infiltration

2. Diffusion

   Konzentrationsgradient

• Albedo = nicht absorbierbarer Teil der Globalstrahlung

• Wärmekapazität = Wärmemenge um Boden um eine Wöärmeeinheit zu erwärmen

• Wärmeleitfähigkeit = Eigenschaft des Bodens Wärme zu leiten

1. Konrektion (=Massenfluss)

2. Wärmeleitung -> Temperaturgradient

• Tongehalt

• Humusgehalt

• Nährstofftransport

Ton und Humus haben negativ geladene Oberflächen

Transportmedium = Wasser

1. Konrektion (=Massenfluss)

2. Diffusion (Konzentrationsgradient)

• Marschböden

• Flussmarsch

• Sedimente aus mineralischen und organischem Gemisch

• hoher Schluffanteil

• Rostfläche in der Tiefe (>35 cm)

  -> Wechsel von oxischen zu anoxischen Verhältnissen

• Quellung und Schrumpfung charakteristisch für die Marsch

  -> durch hohe Tongehalte

• Wasser im Porensystem

• Zusammensetzung stark schwankend

• anorganische Stoffe (Fe-Oxide, sonstiege Nährstoffe)

• organische Stoffe (Huminstoffe)

• Gase (O2, CO2, H2S)

Sorbent: Ton + Huminstoffe

Sorbart: Nährstoffe = Stoff der ad-/desorbiert wird

-> beide: negative Oberflächen Ionenbindung/Atombindung

Sorption= an einen Sorbenten lagert sich ein Sorbart an Ton -> permanente Ladungen: Ursache isomorpher Ersatz

Huminotoffe -> variable Ladungen: abhängig vom pH-Wert da her funktionelle Gruppen

- wenig variable Ladung: saurer pH-Wert <7

- viele variable Ladungen basisch/neutraler pH-Wert

Kationenaustauschkapazität (KAK) = Gesamtheit der negativen Ladungen, Ursache: Ton und Huminstoffe

Kationenaustauschkapazität (KAK) = Gesamtheit der negativen Ladungen, Ursache: Ton und Huminstoffe

Kat"pot > Kat"efe

effektive KAK: pH: 7/8 = Summe aller permanenten und variablen negativen Ladungen bei aktuellen pH-Wert

potentielle KAK: pH: aktuell = Summe aller permanenten und variablen negativen Ladungen bei einem pH-Wert von 7-8

KAK"pot = Tongehalt % x 0,6 + Humus % x 2,5

-> pH-Wert nicht berücksichtigt

KAK am höchsten bei Marsch, am niedrigsten be Geest

Maß für die Sauerstoffverfügbarkeit

> Tonminerale: isomorpher Ersatz = permanente Ladungen: nicht pH abhängig

-> Huminstoffe: funktionelle Gruppen: pH abhängig

= beide: spezifische Oberfläche = negative Oberfläche = Sorbent

Sorbent = Stoff, der ad-/desorbiert wird

• Prozesse:

Niederschlag

Grundwasser/kapilarer Aufstieg

Düngung

biologische Aktivität

Verwitterung

Desorption/Absorption

• anorganische Stoffe

gel. Salze

sulfate, Phosphate

-...

• organische Stoffe

lösliche organische Verbindungen

Makromoleküle

• Gase

Sauerstoff

Kohlendioxid

Stickstoff/Ammoniak

Schwefelwasserstoff

• Scorption / Desorption

-> KAK = Kationenaustauschkapazität

-> Summe der negativen Ladungen im Boden

-> effektive KAK = bei aktuellem pH-Wert

-> potentielle KAK bei pH 7-8

- Jeny Gleichung: -> Faktor Zeit!!!

- dynamischer Prozess

- nicht reversierbar

- Transformations- und Translokationsprozesse

Verwitterungsprozesse

Humusakkumulation

Gefügebildung, Strukturierung, Aggregierung

Primärgefüge: Einzelkorn- u. Köhärenzgefüge

Sekundärgefüge: Aufbaugefüge (biotisch), Absonderungsgefüge (abiotisch), Fragment, Kittgefüge

Entkalkung / Versauuerung

- Bodenatmung

- Oxidation

- Eintrag Atmospähre

- Auswaschung Puffersubstanzen

• chemische Verwitterung von eisenhaltigen Mineralen (primäre Selicate)

• Freisezung und Oxidation von Fe-> FeOxid = braun/orange

• Silicatverwitterung -> Eisen wird freigesetzt

• Eisen oxidiert -> braune Farbe

• Verwitterung primärer Selicate

• Freisetzung Silicatgerüste (u.a. Oktaeder/Tetraeder)

• Mobilisierung: Einwaschen von Foluasäuren

• Verwitterung von primären Selicaten

• Transport: infiltrirtes Niederschlagswasser

• Immobilisierung: steigender pH-Wert

• Sesquioxide: Fe, Mn, Al -oxide

• Kittgefüge: Ortserde, Ortsstein

  -> Infiltration wird gehemmt aber nicht verhindert

• Tonverlagerung in festen Zustand

• Nährstoffumlagerung

  1. Mobilisierung

  2. Transport durch Niederschlagswasser

  3. Immobilisierung = Flockung

Stauwasser