Bodenkunde

• nach Eiszeit (fast) kein organischer Kohlenstoff im frisch freigelegten Mineralmaterial

• mit der Zeit steigt C-Anteil, weil Vegetation entsteht und Streu/Wurzeln C eintragen

• später flacht Kurve ab, weil Abbau/Verluste den Eintrag zunehmend ausgleichen

Was passiert dabei im Boden?

1. Start nach dem Eisrückzug: sehr wenig C

   • Boden entsteht durch Bodenbildungsfaktoren (Klima, Organismen, Relief, Ausgangsmaterial, Zeit)

   • Zeit ist dabei ausdrücklich entscheidender Faktor der Bodenentwicklung

2. C-Aufbau durch Vegetation (Input)

   • Photosynthese ist Primärquelle für C im Boden: ober- und unterirdische Streu + mikrobieller Eintrag

   • für steigende SOC-Vorräte ist „Increase of the input“ zentral (mehr Eintrag → mehr SOC-Potenzial)

   • Klima steuert Eintrag organischer Substanz (über Vegetation) und Abbau

3. Humus-/Horizontbildung: erst Auflage, dann Ah-Horizont

   • in Profilentwicklung wird organische Substanz zuerst oben angereichert: O-Auflage und Ah-Horizont (Anreicherung org. Substanz)

4. Abbau + Stabilisierung bestimmen Form der Kurve

   • Mikroorganismen regulieren Abbau/Umsatz organischer Substanz

   • Teil des C wird stabilisiert, v. a. durch Wechselwirkungen mit Mineralen und Aggregierung

5. Warum flacht die Kurve später ab?

   • mit zunehmendem SOC steigen auch Abbau-/Verlustpfade, bis sich annäherndes Gleichgewicht (Eintrag ≈ Abbau/Verluste) einstellt

     -> Netto-Aufnahme in ein langlebiges Reservoir“/C-Sequestrierung

1. mehr Eintrag durch Vegetation (Quelle des Boden-C)

   • Kohlenstoff kommt über Photosynthese in Biomasse und gelangt dann als ober- und unterirdische Streu + mikrobieller Eintrag in Boden

   • entscheidend für steigende SOC-Vorräte ist: „Increase of the input = key for increasing SOC stocks“

1. Netto-Zunahme, wenn Eintrag > Abbau

   • „C-Sequestrierung“ ist als Netto-Aufnahme in langlebiges Reservoir (z. B. Boden) beschrieben – also Zunahme der C-Vorräte über die Zeit, wenn Bilanz positiv ist

1. Abbau wird gesteuert (und ist nicht „sofort weg“)

   • Klima beeinflusst Eintrag organischer Substanz (Vegetation) und Abbau organischer Substanz

   • Mikroorganismen regulieren Abbau/Umsatz der organischen Substanz

1. Stabilisierung: Ein Teil des C wird „festgelegt“

   • SOC wird im Boden durch Mechanismen stabilisiert, v. a. Wechselwirkungen mit Mineralen und Aggregierung

1. Zeit & Horizontbildung

   • „Zeit = bedeutender Faktor der Bodenentwicklung“ – mit der Zeit bilden sich Horizonte, u. a. Ah = Anreicherung organischer Substanz (und O-Auflage)

1. Endliche „Stabilisierungskapazität“ an Mineraloberflächen

   • großer Teil des langlebigen SOC wird über Mineralassoziation stabilisiert

     -> schützt organische Substanz vor Abbau

   • aber: reaktive Oberflächen, Ladungen und funktionelle Gruppen sind begrenzt

   • sind gut bindende Plätze „belegt“, kann zusätzlicher C weniger effektiv in stabile Formen überführt werden

2. Begrenzung & Nicht-Linearität durch Aggregierung/physikalische Abschirmung

   • physikalischer Schutz passiert u. a. in Aggregaten/Mikroaggregaten mit organo-mineralischen Assoziationen

   • Strukturen können nicht beliebig immer mehr C „wegschließen“; zudem können sie durch Prozesse wie schnelle Wiederbefeuchtung destabilisiert/zerstört werden (was geschützten C wieder zugänglich macht)

3. Mikrobielle Prozesse holen „auf“, je mehr Substrat zugänglich ist

   • ob eingetragener C im Boden bleibt oder als CO₂ wieder rausgeht, hängt stark von Substratzugang und mikrobieller Effizienz sowie vom Mikroklima/Redox ab

   • wenn zusätzlicher C nicht mehr gut mineralgebunden/abgeschirmt wird, bleibt er mikrobiell leichter erreichbar → Mineralisierung steigt, und Netto-Zunahme flacht ab

4. Natürliche Störungen/Klimaextreme verhindern dauerhaftes „Durchladen“

   • Dürre, Hitze, Frost, Feuer, Schädlingsfolgen können CO₂-Flüsse stark negativ verschieben und so C-Aufbau immer wieder zurücksetzen

5. Beobachtetes Muster: abnehmender Grenznutzen („diminishing returns“)

   • C-Sequestrierung ist begrenzt und Effektivität der Corg-Akkumulation nimmt mit der Zeit ab

• Sauerstoffzehrung = Verbrauch von O₂ durch biologische/chemische Oxidationsprozesse

• typisch: O₂ wird schneller verbraucht als nachgeliefert

  → Boden wird reduktiver/anaerober

Beispiel (N-Kreislauf im Boden):

• Nitrifikation verbraucht direkt Sauerstoff: NH₄⁺ + 2 O₂ → NO₃⁻ + 2 H⁺ + H₂O (führt zudem zur Versauerung)

Was passiert, wenn O₂ “weggezehrt” ist?

• bei sinkendem Redoxpotential ist irgendwann „O₂ nicht nachweisbar“; danach setzt u. a. Denitrifikation ein

• Denitrifikation läuft unter anaeroben Bedingungen und reduziert Nitrat bis N₂O/N₂

• begünstigt durch Wassersättigung (weniger O₂)

• Treibhauseffekt an sich ist nicht „schlecht“ – ohne ihn wäre die Erde deutlich kälter

• problematisch ist erhöhter anthropogener Treibhauseffekt

Was passiert dabei genau?

1. Sonnenlicht (kurzwellige Strahlung) kommt durch Atmosphäre und erwärmt Boden, Wasser und Vegetation

2. erwärmte Erdoberfläche sendet Wärmestrahlung zurück Richtung Atmosphäre

3. Treibhausgase nehmen einen Teil der Wärmestrahlung auf und strahlen sie in alle Richtungen wieder ab – auch zurück zur Erdoberfläche

wichtigste Treibhausgase:

• CO₂

• Wasserdampf

• Methan (CH₄)

• Lachgas (N₂O)

Warum ist das (verstärkt) schlecht?

• Energiebilanz der Erde wird verschoben: mehr Wärme bleibt im Klimasystem und globale Temperatur steigt

Diese Erwärmung hat Kettenfolgen, z. B.:

• mehr und stärkere Klimaextreme

• Rückkopplungen über Ökosysteme und Böden: Wärme kann mikrobielle Zersetzung und Wurzelatmung steigern, sodass mehr CO₂ aus Böden freigesetzt wird → verstärkt Erwärmung weiter

• Permafrost als „Zeitbombe“: Auftauen aktiviert Mikroorganismen; unter aeroben Bedingungen entsteht CO₂, unter nassen/anaeroben Bedingungen auch CH₄

• große Bedeutung, weil Böden riesige C-Speicher sind: Böden können Quelle oder Senke sein

1. Nach Rezession startet Bodenentwicklung auf (relativ) „frischem“ Ausgangsmaterial

   • Bodenentwicklung wird als Funktion der Faktoren Klima, Organismen, Relief, Ausgangsmaterial und Zeit beschrieben (clorpt)

   • dabei ist Zeit ein bedeutender Faktor: Je länger ein Standort „Zeit hatte“, desto weiter kann Bodenentwicklung voranschreiten

2. Mit der Zeit nimmt der C-Eintrag zu (Vegetation → Biomasse → Boden)

   • C-Sequestrierung wird als Netto-Aufnahme von C in Boden erklärt, über CO₂-Aufnahme durch Pflanzen → Biomasse → Eintrag in den Boden

   • für steigende SOC-Vorräte ist laut Folie zentral: „Increase of the input = key for increasing SOC stocks“

3. Ein Teil des eingetragenen C wird stabilisiert → echte Anreicherung

4. in der Zusammenfassung: Photosynthese = Primärquelle für C im Boden; Stabilisierung v. a. durch Wechselwirkungen mit Mineralen und Aggregierung

5. Das sieht man auch an der Profilentwicklung (Horizonte)

   • mit fortschreitender Entwicklung bilden sich Horizonte, u. a. O-Auflage und Ah: Anreicherung organischer Substanz

• Landnutzungsänderung (Rodung, Ackerbau, Pflügen) → C-Verlust

• Erosion/Brand/Entwässerung → C-Verlust

• Renaturierung/Grünland/mehr Eintrag → Wiederanstieg

• Mineralassoziation (Bindung an Ton/Silt-Minerale, Oxide)

• Aggregation (physikalischer Schutz in Aggregaten)

• Chemische Recalcitranz/Umwandlung + Einbau in stabile Fraktionen (je nach Kurs)

• langfristige (möglichst „dauerhafte“) Speicherung von Kohlenstoff

• Ziel: C der Atmosphäre entziehen (Klimarelevanz)

• mehr (und stabilerer) Input

  • Artenreiche Pflanzengemeinschaften nutzen Ressourcen komplementär → höhere/stabilere NPP und damit tendenziell mehr Streu- und Wurzeleinträge

• mehr mikrobieller Umsatz → mehr „mikrobenbürtiger“ stabiler C

  • aus Streu (ober-/unterirdisch) entsteht stabile organische Bodensubstanz stark über mikrobielle Umwandlung

  • dabei nehmen pflanzenbürtige Verbindungen ab und mikrobiell abgeleitete Verbindungen zu – das ist zentral für stabile SOM

• Stabilisierung braucht Mechanismen wie Mineralbindung & Aggregierung (MAOM)

  • langfristige C-Anreicherung passiert vor allem, wenn organische Substanz an Mineraloberflächen bindet oder in Aggregaten/Poren unzugänglich wird

  • führt zur Bildung/Anreicherung von MAOM (mineralassoziierte organische Substanz, eher stabil)

Warum nicht kurzfristig?

1. Zersetzung ist erstmal der erste Schritt – mit CO₂-Abgabe

   • Litter decomposition ist Start der SOM-Bildung, dabei gibt es CO₂-Verluste, bevor überhaupt stabiler SOM entsteht

2. ob C gespeichert wird, hängt von mikrobieller Effizienz ab

   • kurzfristig kann mehr/„besser verwertbare“ Streu den mikrobiellen Umsatz pushen

   • wenn Carbon Use Efficiency niedrig ist, wird mehr C als CO₂ freigesetzt statt in Biomasse/Mikrobenreste eingebaut

3. Stabilisierung ist langsam (Senkenwirkung langfristig)

   • Quellenwirkung schnell, Senkenwirkung langfristig – weil „Einbau“ in geschützte/gebundene Pools Zeit braucht

1. mehr C ⇒ mehr „Futter“ ⇒ mehr Biomasse der Bodenorganismen

   • Boden-C ist nicht nur „toter Humus“, sondern auch lebende Biomasse: Wurzeln und das Edaphon (Bodenbiota) sind Anteile des gesamten organischen C; innerhalb des Edaphons machen Mikroorganismen den größten Teil aus

   • gleichzeitig wird Bildung/Umsetzung von SOM als Prozess dargestellt, der durch Mikroorganismen und Bodenfauna läuft („continuous degradation and transformation processes“)

   • mehr Input/mehr SOM bedeutet damit mehr Substrat → mehr mikrobielle/faunistische Biomasse

1. mehr C ⇒ bessere Habitatbedingungen ⇒ mehr Nischen ⇒ höhere Biodiversität

   • SOM-Bildung ist mit Bodenfunktionen verknüpft – mehr stabile organische Substanz bedeutet auch geeignetere Lebensräume

   • Effekt einer Anreicherung organischer Substanz: „Increasing biodiversity“

1. indirekt über Pflanzenbiomasse (Rückkopplung)

   • Pflanzen bestimmen Eintrag organischer Substanz

   • Bodenfauna beeinflusst Bodenstruktur

   • Mikroorganismen beeinflussen Abbau/Umsatz

   • mehr SOM fördert bessere Bodenbedingungen → mehr Pflanzen-/Wurzelbiomasse → mehr C-Eintrag

1. Hinweis: OM-Rückgang und Biodiversitätsrückgang hängen zusammen

   • „Soil biodiversity decline“ und „Organic matter decline“ stehen nebeneinander als zentrale Degradationsprozesse – unterstreicht enge Kopplung beider Größen

• weniger Pflanzenaufnahme (Vegetationsende)

• mehr Niederschläge/Drainage → Auswaschung

• Mineralisation/Nitrifikation laufen weiter (temperaturabhängig)

• organischer N (in Humus/Biomasse)

• NH₄⁺ (Ammonium)

• NO₃⁻ (Nitrat)

• Mineralisation (org. N → NH₄⁺)

• Nitrifikation (NH₄⁺ → NO₃⁻)

• Denitrifikation (NO₃⁻ → N₂/N₂O bei O₂-Mangel)

• Immobilisierung (Aufnahme in Biomasse)

• NO₃⁻ ist mobil (negativ geladen, wenig Bindung)

• wird mit Sickerwasser ausgewaschen

• NO₃⁻: gut löslich, bindet schlecht → hohe Auswaschungsgefahr

• Phosphat: bindet stärker an Bodenbestandteile (v. a. Oxide/Tone) → eher partikelgebunden/standortabhängig

• große spezifische Oberfläche (Ton, Humus) → mehr Bindungsplätze

• permanente Ladung (v. a. Tonminerale)

• variable Ladung (pH-abhängig, Oxide/Humus)

1. Elektrostatische Bindung → unspezifische Adsorption (v. a. Austausch/Kationenaustausch; meist schnell & reversibel)

1. Ionische Bindung → spezifische Adsorption (stärker, selektiver, nicht immer vollständig reversibel)

2. Kovalente Bindung → spezifische Adsorption (sehr starke, selektive Bindung; oft schwer reversibel)

• je größer spezifische Oberfläche, desto mehr Bindungs-/Adsorptionsplätze → stärkere Filter- und Pufferfunktion

• feine Partikel = viel Oberfläche

• mehr Oberfläche wirkt zusammen mit Ladungen/Funktionsgruppen:

  • Reaktivität hängt nicht nur von Fläche ab, sondern auch von Oberflächenladung (permanent/variabel) und funktionellen Gruppen

• Beispiel Biochar:

  • sehr große Oberfläche → kann organisches Material/Mikroorganismen stark adsorbieren

• häufig als Kationen (z. B. Cu²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺)

• deshalb Bindung an negativ geladene Oberflächen oft möglich

1) Direkt beim Auftreffen: Rainsplash + Verschlämmung/Krustenbildung

• Regentropfen wirken als Dispersions- und Verdichtungs-Agenten: schlagen Bodenpartikel los (Rainsplash) und können die Poren an der Oberfläche verstopfen, wodurch sich Oberflächenkruste bildet

• Kruste senkt die Infiltration zusätzlich → Wasser läuft leichter oberflächlich ab

2) “Luftsprengung” (Aggregate brechen bei schnellem Wiederbefeuchten)

• bei sehr schneller Wiederbefeuchtung dringt Wasser zuerst in größere Poren ein; in kleineren Poren bleibt Luft eingeschlossen

• wenn Wasser weiter eindringt, steigt Luftdruck in Lufteinschlüssen – Aggregate werden destabilisiert und können auseinanderbrechen

  -> Ergebnis: mehr feine, leicht transportierbare Partikel

3) Dann: Oberflächenabfluss (Runoff) setzt ein

• sobald Oberflächenspeicher/Depressionsspeicher oder Bodenwasserspeicherung überschritten sind, entsteht Oberflächenabfluss

• Abfluss löst und transportiert Material: erst flächig (Sheet/Schichterosion), dann in Linien (Rillen/Gräben)

4) Erosion + Folgen: Nährstoffe/organische Substanz weg, Gewässerprobleme rauf

• On-site (am Standort):

  • Boden geht verloren

  • Struktur bricht weiter runter

  • organische Substanz & Nährstoffe nehmen ab

  • Fruchtbarkeit und nutzbare Bodenfeuchte sinken

• Off-site (außerhalb):

  • Sedimente/Nährstoffe belasten Gewässer

  • Überflutungsrisiko steigt

  • P & N fördern Eutrophierung

5) Warum “nach Trockenheit” besonders schlimm? Vegetationsdecke fehlt

• Dürre/Hitze → Pflanzensterben → weniger Vegetationsbedeckung -> Erosion begünstigt

• Nährstoffverluste und schlechtere Bodenqualität

• Vegetationsrückkehr wird erschwert

• Starkregen/Überflutung kann ebenfalls Erosion/Nährstoffverluste fördern und Bodenqualität verschlechtern

6) C-/Wasserqualitäts-Effekte nach Trocken→Nass

• Birch-Effekt

  • nach Trockenheit sinkt mikrobielle Aktivität stark; bei Wiederbefeuchtung kann es zu einem Birch-Effekt kommen (plötzlich erhöhte CO2-Freisetzung)

• DOC/“Humus-Flush” in Gewässer

  • lange Trockenperioden + Starkregen sind Treiber für Transport von DOC ins Gewässer

  • dabei können hohe Humus- und Aromatenanteile im DOC auftreten

• trockene Aggregate werden schnell benetzt

• eingeschlossene Luft + schnelle Quellung → Zerfall

• mehr feine Partikel → Erosionsanfälligkeit steigt

• Ablösung (Detach)

• Transport

• Ablagerung

• Erosivität: „Angriffskraft“ von Regen/Abfluss (Wetter/Energie)

• Erodierbarkeit: „Anfälligkeit“ des Bodens (Textur, Struktur, Humus)

• häufig Schluff (mittlere Partikel, leicht ablösbar, geringe Stabilität)

• (Ton: eher kohäsiv; Sand: schwer zu transportieren, aber kann abfließen)

• On-Site: Verlust fruchtbarer Oberboden, Humus/Nährstoffe, Ertragseinbußen

• Off-Site: Sedimentation in Gewässern, Kolmation, Nährstoff-/Pestizideintrag

• weniger permanente Bodenbedeckung

• Bearbeitung/Pflügen schwächt Struktur

• Fahrspuren/Verdichtung → mehr Abfluss

• längere Fließwege → mehr Abflussenergie → mehr Abtrag

• Maßnahmen: Querstreifen/Grünstreifen, Terrassierung, Konturbewirtschaftung

Bodenaggregate (Krümel/Strukturkörper aus Mineralpartikeln + organischer Substanz) sind wichtig, weil sie Bodenstruktur und damit viele Bodenfunktionen steuern:

• Wasser-, Luft- und Wurzelhaushalt:

  • Aggregate schaffen stabiles Porengefüge → bessere Durchwurzelbarkeit, Belüftung und Wasserhaushalt

• Erosionsschutz / Erodierbarkeit:

  • Erosion hängt von Aggregatstabilität und Infiltrationskapazität ab (instabile Aggregate ⇒ leichter ablösbar)

  • Luftsprengung kann Aggregate destabilisieren und zerreißen -> Loslösung

• Kohlenstoffspeicher & C-Stabilisierung:

  • schützen organische Substanz physikalisch

  • wenn Aggregate bei Erosion zerstört werden, wird eingeschlossene SOM für Mikroben zugänglich → Mineralisierung und CO₂-Freisetzung

• Lebensraum/Hotspots für Bodenbiologie:

  • Mikroaggregate sind eng mit organomineralischen Assoziationen und Wurzel-/Pilzstrukturen verknüpft (wichtige Mikrobiom-Habitate)

• (Wieder-)Stabilisierung nach Umlagerung:

  • bei Deposition kann es zur Re-Aggregierung und Bildung von MAOM kommen → potenziell langfristigere C-Stabilisierung

• Sandboden

  • große Poren → Wasser läuft schnell durch → geringe Filter-/Pufferleistung

  • wenig Oberfläche → geringe Sorption

• Ton-/Lehmboden

  • viele kleine Poren + große Oberfläche → hohe Retention (Wasser, Ionen)

  • höhere Kationenaustauschkapazität (je nach Ton/Humus)

Porosität

• Volumenanteil der Hohlräume (Poren) am Gesamtvolumen des Bodens

• Poren sind nicht fest -> gehören zur Wasserphase (Bodenlösung) und Gasphase (Bodenluft)

• Boden ist 3-Phasensystem (fest, flüssig, gasförmig)

• permanente Ladung

  • v. a. Tonminerale (isomorpher Ersatz) → „dauerhaft“ negativ

  • bindet v. a. Kationen (z. B. Ca²⁺, Mg²⁺, Schwermetalle)

• variable Ladung

  • pH-abhängig (Humus, Oxide) → kann +/− sein

  • wichtig für Spezialadsorption (z. B. Phosphat an Fe/Al-Oxiden)

• Produktionsfunktion (Biomasse, Nahrung/Futter)

• Filter-/Puffer-/Transformationsfunktion (Schadstoffe/Nährstoffe/Wasser)

• Lebensraumfunktion (Biodiversität, Bodenorganismen)

• Regulationsfunktion (Wasserhaushalt, Klima/C-Speicher)

• Standort-/Trägerfunktion (Bauen, Infrastruktur)

Beispiel Braunerde

• Bodentyp + Standort

  • Braunerde

  • typisch auf silikatischem Ausgangsgestein (z. B. Granite/Gneise/Sandsteine)

  • häufig in Mittelgebirgslagen und auf nicht-kalkreichen Standorten (gemäßigt-humides Klima)

• Kennzeichen

  • Horizonte: meist Ah – Bv – C

    • Ah: humoser Oberboden

    • Bv: „verbraunter/verlehmter“ Unterboden (braune Färbung, Strukturentwicklung)

    • C: wenig verändertes Ausgangsmaterial

  • Textur/Poren: oft lehmig bis sandig-lehmig

    • mittlere Wasserhaltefähigkeit (abhängig von Sand/Schluff/Ton)

    • i. d. R. bessere Durchlüftung/Infiltration als stark tonige Böden

• Prozesse (Pedogenese)

  • Verbraunung: Bildung/Umwandlung von Eisenoxiden/-hydroxiden → braune Farbe

  • Verlehmung: chemische Verwitterung von Silikaten → Tonminerale entstehen

  • Bioturbation & Humusbildung im Oberboden (Ah)

  • (Abgrenzung: Lessivierung wäre typisch eher für Parabraunerde; Podsolierung eher für Podsol)

• Typische Vegetation / Nutzung

  • natürlich oft Laub- oder Mischwald (z. B. Buche/Eiche je nach Region)

  • Nutzung: Forst sehr häufig; Acker möglich, wenn nicht zu flachgründig/steinig und ausreichend nährstoffreich

  • bei sandigeren Varianten: eher Forst/Grünland, Acker eingeschränkt

• dauerhafte Bodenbedeckung (Grünland erhalten statt Umbruch)

• Wurzeln & Wurzelumsatz fördern (artenreiche, tiefwurzelnde Bestände)

• schonende Beweidung

  • nicht überweiden → Bodenstruktur erhalten

  • Verdichtung vermeiden (nasse Böden meiden)

• organische Inputs (Mist/Kompost gezielt, standortangepasst)

• Erosion minimieren (Randstreifen, Hangmanagement)

1) Was passiert im Kreislauf?

• CO₂ aus Atmosphäre wird durch Photosynthese aufgenommen und als Biomasse aufgebaut -> Primärquelle für C im Boden

• Eintrag in Boden kann stabilisiert werden (u. a. durch Wechselwirkungen mit Mineralen und Aggregierung), oder wieder destabilisiert werden

• Rückfluss in Atmosphäre passiert v. a. über Atmung und Zersetzung

• ob Land insgesamt Senke oder Quelle ist, entscheidet Bilanz zwischen Aufnahme und Abgabe

2) Wie viel geht „letztendlich wieder in die Atmosphäre“? (≈ 50%)

• ≈48 % der anthropogenen CO₂-Emissionen bleiben in Atmosphäre

• ≈29 % gehen in Ozean

• ≈26 % von Landbiosphäre aufgenommen

3) Wer sind die größten C-Speicher?

Größte Speicher an Land (terrestrisch):

• Böden und Vegetation + Streu

• Permafrostböden

• hoch, wenn:

  • viel mineralischer N im Boden (Düngung/ Mineralisation)

  • wenig Pflanzenaufnahme (Herbst/Winter, bracher Boden)

  • viel Sickerwasser (Regen, Drainage)

• senken durch:

  • Zwischenfrüchte/Begrünung

  • zeit- und bedarfsgerechte Düngung

  • Bodenstruktur/Poren erhalten (Infiltration statt Abfluss)

• Nitrat (NO₃⁻): negativ, sehr mobil → leicht auswaschbar

• Phosphat (PO₄³⁻): negativ, aber bindet oft stark (Fe/Al-Oxide, Ca) → eher

  • partikelgebunden (Erosion) oder

  • standortabhängig fixiert / begrenzt mobil

• N-Formen:

  • organischer N (Humus/Biomasse)

  • NH₄⁺, NO₃⁻

• Prozesse:

  • Mineralisation: org. N → NH₄⁺

  • Nitrifikation: NH₄⁺ → NO₃⁻

  • Denitrifikation: NO₃⁻ → N₂/N₂O (O₂-arm)

  • Immobilisierung: Aufnahme in Biomasse

• C/N

  • niedriges C/N → schnellere Mineralisation (N wird „frei“)

  • hohes C/N → Immobilisierung (Mikroben „binden“ N)

• räumliche Heterogenität (sehr variable SOC-Gehalte)

• Umrechnung Konzentration → Vorrat braucht:

  • Bulk Density (Dichte), Steingehalt/Skelett

  • definierte Tiefe oder Equivalent Soil Mass

• Horizonte/Management verändern Dichte und SOC → Vergleich schwierig

• Mess-/Probenfehler: Probentiefe, Verdichtung, Mischproben, Laborverfahren

• digitale Bodenkarte/Soil Mapping (Modelle + Punktdaten + Covariates)

• Spektroskopie (NIR/MIR) + Bodenspektralbibliotheken (Kalibration nötig)

• proximale Sensorik (z. B. geophysikalische Karten + Modellierung)

• Modelle (z. B. SOC-Modelle) zur Extrapolation/Trendabschätzung

• wiederholte Messungen + Geostatistik (Monitoring-Design)

• natürlich: hoher SOC oben, dann relativ kontinuierliche Abnahme mit Tiefe

• menschlich/Acker: oft

  • starker SOC-Verlust im Oberboden (Bearbeitung, Mineralisation)

  • „Knick“ durch Pflugschicht/Umbruch: oben stark verändert, darunter weniger

• Gründe:

  • Pflügen/Mischen, beschleunigter Abbau, weniger C-Rückführung

• Podsolierung:

  • Auswaschung organischer Stoffe/Fe/Al aus Oberboden (E-Horizont „ausgebleicht“)

  • Anreicherung in Bhs/Bs (tieferer Horizont kann relativ mehr C tragen)

• Ergebnis: nicht nur „oben viel, unten wenig“, sondern tieferes Maximum möglich

• USLE (Prinzip): A = R · K · LS · C · P

  • R: Niederschlags-/Abfluss-Erosivität

  • K: Bodenerodierbarkeit

  • LS: Hanglänge & Hangneigung

  • C: Bodenbedeckung/Bewirtschaftung

  • P: Schutzmaßnahmen (Kontur, Terrassen, Streifen)

• Warum Hanglänge wichtig?

  • längerer Abflussweg → mehr Wasser sammelt sich → Energie/Transportkapazität ↑

• Maßnahmen:

  • Grünstreifen quer zum Hang, Konturbewirtschaftung, Terrassierung

  • Wege-/Abflussmanagement, dauerhafte Bodenbedeckung

• hängt von Reaktivität mineralischer und organischer Oberflächen ab

1) Oberfläche: spezifische Oberfläche (= wie viele „Andockplätze“ es gibt)

• je größer spezifische Oberfläche, desto mehr Sorptions-/Bindungsplätze für Nähr- und Schadstoffe

• steigt stark mit feinen Fraktionen und Humus: Ton hat viel höhere Werte als Sand

  -> Mehr Ton + mehr Humus = mehr Oberfläche = mehr Bindungskapazität

2) Ladung & funktionelle Gruppen: welche Ionen überhaupt gebunden werden

• Reaktivität hängt davon ab, welche Ladungen auf den Oberflächen sitzen und welche funktionellen Gruppen vorhanden sind

a) Permanente negative Ladung (pH-unabhängig)

• entsteht durch isomorphen Ersatz in Silikaten (v. a. 2:1-Tonminerale) → dauerhaft negativ → zieht Kationen an → Kationenaustausch

b) Variable Ladung (pH-abhängig)

• Protonierung von OH-Gruppen (z. B. 1:1-Tonminerale, Oxide/Hydroxide)

• Dissoziation organischer Gruppen → kann positiv bei niedrigem pH und negativ bei hohem pH sein

• dadurch sind Kationen- und Anionenaustausch möglich (je nach pH)

3) Austausch/Adsorption: „locker“ vs. „fest“ gebunden

• unspezifische Adsorption: elektrostatisch, oft als Austausch (Kationenaustausch)

• Spezifische Adsorption: Ionen-/kovalente Bindung, selektiver, teils nicht vollständig reversibel

4) Konkretes Beispiel (zeigt „Ladung → Bindung“)

• NH4⁺ wird wegen negativer Ladung der festen Phase angezogen und über Kationenaustausch adsorbiert