Boden (Bodenkunde)

mini|Schematisches Bodenprofil

Der Boden (von althochdeutsch ), umgangssprachlich auch Erde, Erdkrume, Erdboden oder Erdreich genannt, ist der oberste, im Regelfall belebte Teil der Erdkruste. Nach unten wird der Boden von festem oder lockerem Gestein begrenzt, nach oben meist durch eine Vegetationsdecke sowie die Erdatmosphäre. Als Gesamtes wird er auch als Pedosphäre bezeichnet, die als die von bodenbildenden Prozessen geprägte Überschneidungszone zwischen der Lithosphäre (der festen Gesteins­hülle der Erde), der Biosphäre, der Erdatmosphäre und der Hydrosphäre.

Im Folgenden wird der Begriff „Boden“ aus Sicht der Geo- und Biowissenschaften behandelt, insbesondere aus Sicht der Bodenkunde. In diesem Sinne werden auch bestimmte Substrate am Grund stehender Gewässer zu den Böden gezählt und als subhydrische und semisubhydrische Böden bezeichnet. Geologen rechnen diese Substrate jedoch zu den Sedimenten und bezeichnen sie als Mudden.

Definition gemäß der deutschen Bodenschutzkonzeption Die Definition gemäß der Bodenschutzkonzeption der Bundesregierung lautet: „Boden ist das mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetzte, unter dem Einfluss der Umweltfaktoren an der Erdoberfläche entstandene und im Laufe der Zeit sich weiterentwickelnde Umwandlungsprodukt mineralischer und organischer Substanzen mit eigener morphologischer Organisation, das in der Lage ist, höheren Pflanzen als Standort zu dienen. Dadurch ist der Boden in der Lage, eine Lebensgrundlage für Tiere und Menschen zu bilden. Als Raum-Zeit-Struktur ist der Boden ein vierdimensionales System.“

„Der Boden ist ein von der Erdoberfläche bis zum Grundgestein reichender Ausschnitt aus der Pedosphäre, das heißt jenes Bereiches der Erdrinde, in dem die Lithosphäre durch Atmosphärilien (Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Stickstoff, Niederschlag, Einstrahlung, Ausgasen …) und Organismen (Bakterien, Algen, Pilze) umgewandelt wurde und in dem derartige Umwandlungen weiterhin ablaufen.“

Fachbegriff „edaphisch“ Der ökologische Fachbegriff edaphisch (von Edaphon: Bodenlebewesen) bedeutet „den Boden betreffend“ oder „die ökologische Wirkung des Bodens betreffend“. Der Begriff wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts vom Botaniker und Mikrobiologen Raoul Heinrich Francé geprägt. Der Begriff wird nur für terrestrische Böden verwendet. In Böden von Gewässern (als Lebensraum als Benthal bezeichnet) lebende Organismen bilden das Benthon, das dazugehörende Adjektiv wäre benthisch.

Entstehung

Bodenbildende Faktoren Böden bilden sich in geologischen Zeiträumen relativ schnell, nach menschlichen Maßstäben jedoch relativ langsam. Die Böden im heutigen Mitteleuropa sind überwiegend im Laufe der letzten 12.000 Jahre, seit dem Ende der letzten Eiszeit, entstanden. Allerdings enthalten sie oft Relikte älterer Bodenbildungen.

Notwendige Voraussetzung für die Bildung eines Bodens ist ein Ausgangsmaterial aus anstehendem Gestein (Festgestein oder Lockersediment). Das Relief darf nicht zu steil sein, da andernfalls Verwitterungsprodukte des Ausgangsgesteins durch Erosion abgeführt werden und der Boden ständig im Stadium eines Rohbodens verbleibt. Es dürfen keine größeren Sedimentmengen in das betreffende Gebiet eingetragen werden, da der vorhandene Boden immer wieder verschüttet wird und die Bodenbildung im jungen Sediment von neuem beginnt und im Stadium eines Rohbodens verbleibt. Das Klima sollte – für eine ausgeprägte Bodenentwicklung – humid (feucht) und nicht zu kalt sein, damit einerseits günstige Lebensbedingungen für Pflanzen und Tiere bestehen und andererseits weil Wasser wichtig für Verwitterungsprozesse ist.

Ein Boden ist nie „fertig“. Ein aktuell vorhandener Boden ist weiterhin kontinuierlich diesen Faktoren unterworfen, die für eine ständige Weiterentwicklung sorgen. Dazu kommen die Bodenlebewesen, als Teil des Bodens, sowie, seit etwa 8.000 Jahren (in Mitteleuropa später) die menschlichen (anthropogene) Einflüsse, wie etwa landwirtschaftliche oder forstwirtschaftliche Nutzung oder Schadstoffeinträge.

Bodenbildende Prozesse Bodenbildende Prozesse werden durch bodenbildende Faktoren ausgelöst. Sie haben zweierlei Effekte: Sie verändern ein Ausgangsgestein und wandeln es in Boden um, aber sie verändern auch einen bestehenden Boden.

Primäre Bodenbildung Das Ausgangsgestein wird, unabhängig davon, ob es sich um soliden Fels oder ein Lockersediment handelt, durch Verwitterung physikalisch und chemisch in immer kleinere Teile zerlegt. In einem Festgestein ohnehin vorhandene Klüfte verbreitern sich und bieten Platz für angewehten Staub und Pionierpflanzen.Schlagwort Bodenentstehung und Bodenbildung auf HyperSoil – Lern- und Arbeitsumgebung zum Themenfeld „Boden“ im Unterricht. Westfälische Wilhelms-Universität Münster.Schlagwort Bodenentwicklung auf HyperSoil. Die Minerale des Ausgangsgesteins werden in andere chemische Verbindungen umgewandelt, die Elemente enthalten, die für Pflanzen und Tiere lebensnotwendig sind und von Pflanzen leichter aufgenommen werden können, z. B. Salze des Calciums, des Magnesiums, des Phosphors oder des Eisens (siehe → Silikatverwitterung).Schlagwort Mineralneubildung auf HyperSoil. Abgestorbene Pionierpflanzen werden unter Beteiligung von Tieren und Mikroorganismen zunächst in organische Verbindungen wie Zucker, Proteine, Zellulose und anschließend in Huminstoffe zersetzt (Humifizierung). Teilweise werden die organischen Verbindungen auch durch Mikroorganismen weiter in einfache anorganische Verbindungen umgewandelt (Mineralisierung).Schlagwort Zersetzung auf HyperSoil. Verschiedene Prozesse (Bioturbation, Kryoturbation, Peloturbation) sorgen für die Durchmischung von organischer und mineralischer Substanz, sowie die Einbringung von Luft in den Porenraum dieses Gemisches (Pedoturbation). So entsteht im Laufe der Zeit ein belebtes, durchlüftetes Gemisch aus mineralischer und organischer Substanz – Boden. Die organische Substanz ist dabei am stärksten im obersten Bodenhorizont, dem Ober- oder Mutterboden, angereichert.

Die Bodenbestandteile dienen Lebewesen zur Energieversorgung und zum Wachstum. Durch Verwitterung entstandene Tonminerale und Huminstoffe verbinden sich, z. B. im Darm eines Regenwurms, zum Ton-Humus-Komplex, der Nährstoffe und Wasser „speichern“ kann und den Boden krümelig macht.

Sekundäre Bodenbildung Einmal entstandener Boden verändert sich im Laufe der Zeit, insbesondere dann, wenn sich die bodenbestimmenden Faktoren ändern. Es gibt viele Vorgänge, die die Humusbildung beeinflussen oder den Boden anderweitig verändern können. Dazu zählen:

die Auswaschung von Bodenbestandteilen in tiefere Horizonte oder ins Grundwasser, z. B. wasserlösliche Salze kohlensäurelösliches Calciumcarbonat säurelösliche Tonminerale (Tonverlagerung), säurelösliches Eisen- und Aluminiumhydroxid sowie Huminstoffe (Podsolierung) Vergleyung, Pseudovergleyung

Zudem schreitet in der Regel die primäre Bodenbildung im Grenzbereich von Boden und Ausgangsgestein in die Tiefe fort, sodass sich insgesamt eine Entwicklung von flachgründigen, steinigen, schwach verwitterten, mineralreichen Böden hin zu tiefgründigen, feinkörnigeren, stark verwitterten, ausgewaschenen Böden vollzieht. Aus dem vorhandenen Substrat, der Bodenart, entwickelt sich durch „äußere“ Einflüsse (wie Klima, Vegetation, Nutzungsart) im Laufe der Zeit ein Bodentyp mit spezifischen Eigenschaften. Die Bodenform bildet das Gesamtbild aus Bodenart und Bodentyp.

Eigenschaften In der Bodenkunde werden die physikalischen, chemischen und biologischen Eigenschaften verschiedener Böden untersucht. Insgesamt sind Böden überaus komplexe Gebilde, die dutzende verschiedene Eigenschaften aufweisen, die sich alle gegenseitig beeinflussen. In der Praxis, z. B. bei vielen Bodenproben in der Landwirtschaft, werden nur sehr wenige dieser Parameter näher untersucht. Von besonderer Bedeutung sind meist die Bodenart, der Humusgehalt, der pH-Wert und die Gehalte an Stickstoff, Kalium und Phosphor. Viele andere Größen werden nur bei Bedarf gezielt erfasst.

Die allermeisten Bodeneigenschaften sind mit entsprechenden Anleitungen und Kennwerttabellen (z. B. die Bodenkundliche Kartieranleitung) ohne viel Technik vor Ort einschätzbar. Mit etwas Erfahrung lassen sich diese z. B. über das Ausgangsmaterial und die Bodenfärbung hinreichend bestimmen. Auch die Nutzung bzw. der Bewuchs mit bestimmten Pflanzenarten (Zeigerarten/Bioindikatoren) kann zuverlässig Hinweise auf Bodeneigenschaften liefern. Exakte Werte, insbesondere bei bodenchemischen Parametern, liefern allerdings nur wissenschaftliche Messungen, oft aber nicht immer im Labor.

Allgemeine Zusammensetzung Die Pedosphäre besteht aus der anorganischen (mineralischen) Bodensubstanz (ca. 47 %), der organischen Bodensubstanz (ca. 3 %), dem Bodenwasser (ca. 25 %) und der Bodenluft (ca. 25 %). Die anorganische Bodensubstanz besteht aus Körnern und Partikeln von primären und sekundären (aus der chemischen Verwitterung hervorgegangenen) Mineralen, die tote organische Bodensubstanz wird Humus genannt.

Die grundsätzliche Besonderheit des Lebensraums Boden ist, dass in ihm immer alle drei Phasen nebeneinander vorkommen: Fest, flüssig und gasförmig. Diese sind homogen durchwirkt und untrennbar miteinander verbunden. Dabei setzt sich der feste Bestandteil überwiegend aus dem mineralischen Grundgerüst zusammen, das oft vereinfacht als „der Boden“ wahrgenommen wird. Dieses gibt dem Boden seine feste, greifbare Struktur und prägt durch seinen Aufbau und seine Zusammensetzung viele Bodeneigenschaften entscheidend.

Der gesamte Bodenkörper ist nicht massiv, sondern von zahlreichen mikroskopisch kleinen bis sichtbar großen Hohlräumen (Poren, auch interstitielle Räume oder Zwischenkornräume) durchsetzt. Diese machen immerhin im Schnitt etwa 45 % des gesamten Bodenvolumens aus und nehmen damit wesentlich Anteil an seinen Funktionen und Eigenschaften. Die Poren sind, in stark wechselnder Zusammensetzung, von den fluiden Bodenkomponenten gefüllt, dem Bodenwasser (Feuchtigkeit) und der Bodenluft (Durchlüftung).

Darüber hinaus weist jeder Bodenstandort weltweit ein mehr oder weniger ausgeprägtes Bodenleben auf. Böden sind grundsätzlich keine tote Materie, sondern belebte Biotope. Der Einfluss der Bodenlebewesen auf die Bodeneigenschaften und -funktionen sowie deren Masseanteil schwankt allerdings erheblich. Er reicht von fast nicht nachweisbar (extrem aride Wüstenböden oder Standorte mit sehr hohen Schwermetallgehalten) bis hin zu fast 100 % der Feststoffkomponente (Moore).

Bodenphysikalische Eigenschaften Die physikalischen Eigenschaften eines Bodens betreffen mechanische Eigenschaften, Körnung, Wasser und Luft im Boden.

Zusammensetzung und Struktur Die Bodenart (nicht mit Bodentyp zu verwechseln) gibt an, wie fein- oder grobkörnig das Bodenmaterial ist; gleichbedeutend sind die Begriffe Körnung und (Boden)-Textur. Sie ist entscheidend für fast alle bodenbildenden Prozesse sowie die Verteilung des Porenvolumens. Die Bestimmung der Bodenart erfolgt über eine Korngrößenanalyse. Das Gefüge ist die räumliche Anordnung der festen Bodenbestandteile, die maßgeblich den Wasser- und Lufthaushalt, die Durchwurzelbarkeit, die Nährstoffverfügbarkeit und ähnliche Eigenschaften beeinflusst. In natürlichen Böden geben Material und bodenbildende Prozesse die entstehenden Gefüge vor. Durch menschliche Nutzung (Verdichtung, Pflügen, Bewässerung etc.) kann sich das Gefüge ändern. Das Gefüge ist beim Oberboden für gewöhnlich relativ locker („krümelig“), weswegen man in diesem Zusammenhang auch von der Krume spricht.