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Schule > Chemie > Grundlagen der Chemie > Der Boden - die natürliche Haut der Erde

1. Das ABC des Bodens

Der Boden als Stoffgemisch 1
Bei der oberflächlichen Betrachtung erscheint der Boden als festes Ganzes, doch bei genauerer Untersuchung hat sich herausgestellt, dass der Boden aus festen, flüssigen und gasförmigen Bestandteilen besteht. Der Boden ist demnach ein Stoffgemisch. Die Festen Stoffe sind anorganische (mineralische) oder organische Bestandteile. Der Boden besteht zu 50% aus festen Bestandteilen, diese können einerseits als Anorganische auftreten wie zum Beispiel Quarzkörnchen, Salze und andere Stoffe. Andererseits können Sie auch als Organische auftreten, wie zum Beispiel Bodenlebewesen, Wurzeln und abgestorbene Pflanzen- und Tierreste. Dann gibt es auch noch den flüssigen Teil des Bodens, der hauptsächlich aus Wasser besteht. Der Wasseranteil beträgt ca. 30%. Der letzte Bodenbestandteil ist der gasförmige Teil des Bodens, der die Bodenluft bildet. Die Bodenluft ist nicht zu vergleichen mit der Luft in der Atmosphäre, denn sie enthält einen höheren Kohlenstoffdioxidgehalt. Das enthaltene Bodenwasser und die Bodenluft füllen die Hohlräume zwischen den festen Bestandteilen aus. Jedoch sind sie nicht nur Füllmaterial, sondern sie werden auch von den Pflanzen und Tieren im Boden zum Wachsen und Überleben benötigt. Nicht nur die Bodentiere benötigen die Bodenluft zum Leben sondern auch die Bodenpflanzen , da ihre Wurzeln atmen müssen. Wenn nicht genug Bodenluft vorhanden ist, stirbt die Pflanze ab. Die festen Teile des Bodens bestehen hauptsächlich aus mineralischen Bestandteilen, diese treten in unterschiedlichen Größen auf. Die Korngröße von mineralischen Teilchen des Bodens bestimmt maßgeblich seine physikalischen Eigenschaften, seine Durchlüftung, seine Abschwemmbarkeit und sein Wasserhaltvermögen. Durch eine Analyse der Korngrößenzusammensetzung können die unterschiedlichen Mengen von größeren und kleineren Partikeln charakterisiert werden. So kann man die unterschiedlichen Bodenarten zuweisen. Zum Erfassen und Bestimmen der Größen der Teilchen benutzt man Siebe. Da die Körnchen auch als sehr kleine Teilchen auftreten können, lassen sie sich nicht so einfach trennen. Nun wendet man ein Sachverhalt an, dass sich im Wasser größere Teilchen schneller absetzen als kleinere. Dies ist ein Schlämmverfahren und wird so ausgeübt: Die Bodenprobe wird in ein Glaszylinder gefüllt. Danach wird Wasser aufgegossen. Nach ein paar Sekunden, Minuten oder auch Stunden, je nach dem wie lange es dauert, bis sich Sand, Schluff oder Ton sich auf den Grund des Glaszylinders abgesetzt haben, hat man die Partikelgröße erfasst (Abb. 1), S.2 , graphische Darstellung S.3 (Abb. 3).
Solche Untersuchungen ermöglichen es uns die Bodenarten noch weiter zu unterscheiden und nicht nur zwischen Sand-, Ton- und Lehmböden. Für eine Vielzahl von anderen Eigenschaften ist es von großer Bedeutung die einzelnen
Bodenarten zu kennen, denn dadurch kann man die Entscheidungen zur Art und Weise seiner Nutzung zuteilen ( Abb. 2), S.2 .

( Abb.1 ) 2
Übersicht: Partikelbezeichnung, Partikelgröße und Sinkzeit ( wie schnell sie auf den Grund des Glaszylinders sinken) der mineralischen Teilchen des Bodens
Partikelbezeichnung Pratikelgröße Sinkzeit der Teilchen Grobsand 2,000-0,630 mm - Mittelsand 0,630-0,630 mm - Feinsand 0,200-0,063 mm 5s Grobschluff 0,063-0,020 mm 30 s Mittelschluff 0,020-0,006 mm 5 min Feinschluff 0,006-0,002 mm 50 min Ton < 0,002 mm 8h

( Abb.2 ) 3
Sandboden Lehmboden Tonboden Korngrößen Boden enthält überwiegend große Bestandteile Boden enthält von jeder Korngröße etwas Boden enthält überwiegend kleine Bestandteile Wasserführung gut, große Poren gut,
große und kleine Poren schlecht,
kleine Poren Wasserhaltevermögen gering, große Poren hoch, große Poren sehr hoch, kleine Poren Bodenluft intensive Durchlüftung, hohes Porenvolumen gute Durchlüftung, optimales Porenvolumen bei krümeliger Gefüge schlechte Durchlüftung Humus und Nährstoffe oft hoher Humusanteil, meist geringer Nährstoffgehalt meist hoher Nähstoffgehalt meist hoher Nähstoffgehalt Erwärmung im Frühjahr schnell zügig langsam Pflanzenwachstum gute Durchwurzelbarkeit gute
Durchwurzelbarkeit
schlechte Durchwurzelbarkeit Bearbeitung leicht leicht schwer, häufig nicht befahrbar
Sandkörner in verschiedenen Größen. 4
( Abb. 3 ) 5
Diese Abbildung zeigt Sandkörnchen, die sich auf den Grund des Glaszylinders ablagern.

Vorgänge der Bodenbildung
In Mitteleuropa haben sich die meisten Böden über den Zeitraum von ca. 10.000 Jahren entwickelt. Nachdem das Eis der letzten Kaltzeit aufgetaut war, konnte sich die Bodenbildung entwickeln. Es ist eine sehr lange Zeit für die Bodenentwicklung erforderlich. Es sind viele Faktoren bei der Bodenbildung wirksam, vor allem : Gestein, Klima, Wasser, Relief, Vegetation die Tierwelt und der Mensch. 6 Die Entwicklung und die Differenzierung von Böden aus dem Ausgangsgestein werden durch verschiedene Prozesse bewirkt. Es gibt Umwandlungsprozesse und Umlagerungsprozesse. Bei dem Umwandlungsprozess werden Umformungen und Umwandlungen innerhalb des Bodens getätigt. Diese führen zur Ausbildung von Horizonten. Hierbei findet keine Verlagerung des Bodenmaterials zwischen den Schichten statt. Es laufen Abbauprozesse, wie z.B. Verwitterung von Gesteinen und Zersetzung von organischem Material ab. Aufbauprozesse werden aber auch getätigt, wie z.B. Mineralbildung und Humifizierung . Die Umlagerungsprozesse umfassen alle Verteilungsvorgänge, Verlagerungsvorgänge und Durchmischungsvorgänge im Boden, die zur Profildifferenzierung führen. Hierzu gehören z. B. Tonverlagerungen, Podsolierung, Turbation und Reduktionsvorgänge.
Als nächstes folgt die Verwitterung, bei der die Mineralien und Gesteine der Erdoberfläche durch außen einwirkende Kräfte (Wind, Regen usw.) zerstört und verändert werden. Man unterscheidet physikalische Verwitterung und die chemische Verwitterung. Bei der physikalischen Verwitterung wird das Gestein in seine Bausteine zerlegt, dies erfolgt ohne chemische Veränderung z.B. durch Temperaturwechsel, Frostsprengung und Wuzelsprengung. Bei der chemischen Veränderung wird das Gestein gelöst oder in andere Verbindungen überführt. Die Hauptsache ist, dass Wasser vorhanden ist. Durch Basen, Säuren oder Gase im Boden oder im Wasser kann die chemische Verwitterung erhöht werden. Bei der Zersetzung werden nach dem Absterben die Bodenpflanzen und Bodentiere angegriffen. Nun werden abgestorbene Pflanzenreste in kleine Bausteine zerlegt. Als nächstes kommt es zur mechanischen Zerkleinerung der Bodenorganismen. Hierbei wird der Zellverband vom abgestorbenen Material zerbissen oder zernagt. Jetzt bauen Pilze und Bakterien die letzen organischen Verbindungen zu elementarischen Grundbausteinen ab z.B. zu : C, O, H, N . Diese werden als Energiequelle von Bodenorganismen genutzt. Danach erfolgt die Mineralbildung des Bodens. Bei der Verwitterung werden Minerale abgebaut und in Zerfallsprodukte aufgelöst. Es können neue Minerale entstehen, wenn die Abbaustufen so stark verändert sind. Es ist eine Synthese der Minerale aus den Zerfallsprodukten möglich, so können z.B. Tonminerale entstehen, die Wasser binden und Nährstoffe absorbieren. Der nächste Schritt zur Bodenbildung ist die Humifizierung. Es werden organische Substanzen bei der Zersetzung abgebaut , wodurch es zur mehreren Freisetzungen von Zellinhaltsstoffen und Zellbestandteilen kommt, welche in reaktionsfähige Zwischen-, Spalt-, und Endprodukte umgesetzt werden. Diese können nun zu neuen, dunkel gefärbten organischen Verbindungen zusammentreten und zwar den Huminstoffen. Es gibt 2 Mechanismen der Humifizierung. Bei dem Ersten werden vorhandene Pflanzenstoffe direkt zu Huminstoffen umgewandelt und bei dem Zweiten gibt es eine Neubildung aus den Spaltprodukten der Zersetzung. Nun folgt die Tonverlagerung, bei der es zu Abwärtsbegegnung von Tonpartikeln im Boden kommt. Über schnell bewegliches Sickerwasser in Rissen, Spalten und Poren des Bodens kommt es zum Transport. Wenn die Geschwindigkeit des Sickerwassers nachlässt, lagert sich der Ton in den tieferen Schichten des Erdbodens ab. So entsteht ein angereicherter brauner Unterboden und ein ausgewaschener Oberboden. 4
Jetzt kann die Podsolierung erfolgen. Als Podsolierung bezeichnet man die Umlagerung von gelösten organischen Stoffen im Sickerwasser. Hierbei werden Eisen, Aluminium mit den organischen Stoffen als metallorganischer Komplex transportiert. Dann verfällt der metallorganische Komplex und die gelösten Stoffe setzten sich an den Bodenpartikeln ab. Es entsteht ein farblich wechselndes Profilbild. Als erstes fallen die organischen Stoffe aus und färben den betreffenden Horizont schwarz. Darunter setzten sich Eisen und Aluminium ab. Diese bewirken eine rostbraune oder eine rostgelbliche Verfärbung des Bodens. In gemäßigten Klimazonen entsteht aus Podsolierung der Bodentyp Podsol. Als nächstes kommt es zur Durchmischungsvorgängen ( zur der Turbation ). Es gibt verschiedene Turbationen. Die biologische Turbation erfolgt durch die Lebewesen im Erdreich z.B. Maulwürfe oder Regenwürmer. Diese Tiere graben den Boden um bzw. durchmischen ihn. Kryoturbation ist die Durchmischung des Bodens durch Bodenfrost. Durch das ständige Gefrieren und Auftauen werden größere Gesteinspartikel an die Erdoberfläche und alte Eisspalten mit Schutt gefüllt. In tonreichen Böden kommt es zur Hydroturbation. Die Böden entfalten sich bei Feuchtigkeit und schrumpfen bei Trockenheit. Die dadurch entstandenen Risse füllen sich wieder mit Feinmaterial. Bei der Hyrdoturbation kommt es auch zur Aufwärtsbewegung von Partikeln im Boden. Die letzte Turbationsart, die im oberen Erdbereich erfolgt ist,ist die anthropogene Turbation und wird zum Beispiel durch das Pflügen in der Landwirtschaft verursacht. Der letzte Vorgang der Bodenbildung ist der Reduktionsvorgang, dabei kommt es zu Sauerstoffmangel im Boden zum Beispiel bei Staunässe. Es entstehen blaue, schwarze oder auch grüne Reduktionsfarben. Wenn es dann zur Belüftung kommt , dann bilden sich rote, gelbe oder auch braune Oxidationsfarben. Wichtige Prozesse dabei sind Vergleyung und Pseudovergleyung. So entstehen die Böden. Ein Boden ist niemals vollständig entwickelt, das ist unmöglich. 9
Bodenbildende Prozesse im Überblick 8
1.3 Bodenprofil und Bodentypen
Wenn ausreichend Feinmaterial von der Verwitterung zurückgeblieben ist, siedeln sich die ersten Pflanzen an, wie z.B. Moos oder andere Pflanzenarten. Sobald diese Pflanzen irgendwann absterben, hinterbleiben organische Substanzen, die von Mikroorganismen zersetzt werden. Dadurch bleibt die Grundlage für einen weiteren Wachstum zurück. Der sich bildende Humus ist in der Lage Wasser zu speichern und in kurzer Zeit Ionen zu lagern, die als Nährstoffe für die Pflanzen dienen. So lagert sich der Humus in die Oberflächennähe an und bildet einen Bereich, der sich von dem darunterliegenden unterscheidet. In diesem Humus kommt es zur Neubildung und Umbildung von Stoffen, mitunter auch Huminstoffen. Diese Stoffe sind an ihrer Verfärbung zu erkennen. In verschiedenen Tiefen erfolgt die Veränderung von den Eigenschaften des Ausgangsmaterials, wie zum Beispiel Farbe und Durchdringungen mit Lebewesen, nicht einheitlich. Es entstehen sogenannte Bodenhorizonte. Die Abfolge von Bodenhorizonten bildet ein Bodenprofil ( siehe Abb. 1 ) S.7 . Das Bodenprofil ist ein ca. 1 Meter tiefer Schnitt von der Bodenoberfläche bis zum Ausgangsgestein. Das Bodenprofil zeigt die verschiedenen Bodenhorizonte, die verschiedene Farben und verschiedene Eigenschaften besitzen. Bei dem Bodenprofil werden drei Horizonte unterschieden, welche mit Großbuchstaben bezeichnet werden( Schemaerläuterung ) S.7 . Böden entstehend durch bodenbildende Prozesse. Durch die unterschiedlichen Faktoren entstehen sehr unterschiedliche Böden, welche als Bodentypen bezeichnet werden. Bodentypen werden nach ihrem Komplex bestimmt. Gleiche Bodentypen werden durch gleichartige Bodenprofile gekennzeichnet. Die meist vorkommenden Bodentypen in Deutschland sind Braunerde, Schwarzerde, Fahlerde und Podsol und Gley. Horizontgrenzen sind oft fließend und durch Laboruntersuchungen besser zu bestimmen, denn manchmal fehlen Horizonte oder sind mehrfach wieder zu erkennen. Durch die Menschheit wurde der natürliche Boden stark verändert, weswegen die Bezeichnung von Bodenhorizonten eine schematische Vereinfachung darstellt. Das einfache Bodenprofil reicht nicht immer für eine Charakterisierung eines Bodentyps aus, deshalb werden die Horizontbezeichnungen auch mit Zweitbuchstaben und Drittbuchstaben benannt. Diese geben eine nähere Auskunft über die Inhaltsstoffe und die Prozesse. Zum Beispiel ist der Pflughorizont im Bodenprofil bei A und seine gesamte Benennung lautet: Ap – Pflughorizont ; weitere Horizontbezeichnungen ( Abb. 1 ) S. 8 .
Das Klima mit seinen Temperatur- und Niederschlagsverhältnissen beeinflusst die Herausbildung von verschiedenen Bodentypen, jedoch spielt bei der Herausbildung von unterschiedlichen Bodentypen auch das Wasser eine sehr große Rolle, denn die meisten chemischen Reaktionen können nur ablaufen, wenn genügend Wasser dafür vorhanden ist. Da in Deutschland der Niederschlag größer ist, als die Verdunstung, gibt es einen großen Überschuss von Wasser, welcher in den Böden versickert oder abfließt. Das versickerte Wasser transportiert feine Teilchen und gelöste Stoffe in den Boden. So kommt es zu einer Verlagerung von Stoffen von oben nach unten in den Boden. Die Stoffe, die der A-Horizont aufgenommen hat, können nun in tieferen Horizonten wieder abgelagert werden, so entstehen Auswaschhorizonte und Einwaschungshorizonte. 10
( Abb. 1 ) 11
Dieses Bild zeigt das Bodenprofil.
A-Horizont: Der A-Horizont ist der Oberboden, dieser ist sehr stark durchwurzelt und ist mit Humus angereichert , deswegen meist dunkel gefärbt und intensiv belebt. 12
B-Horizont: Der B-Horizont ist der Unterboden, dieser ist heller als der Oberboden, weniger bewurzelt und weniger belebt als der Oberboden. 12
C-Horizont: Der C-Horizont ist das Ausgangsgestein oder auch genannt der Untergrund, dieser besteht aus kaum verwitterten Gestein, dieses Gestein ist das Ausgangsgestein für den Boden. 12

( Abb. 1 ) 13
Dies ist eine Übersicht von verschiedenen Bodenhorizonten, die nicht nur dich A, B und C gekennzeichnet werden, sondern auch durch zusätzliche Kleinbuchstaben.
O - organische Auflage
Ap - Pflughorizont
A Ah - Humushorizont
Ae - Auswaschungs- oder Eluvialhorizont
Bs - Anreichungshorizont
B Bt - Tonanreicherung
Bv - Verbraunungshorizont
Cca - Kalkanreicherung
G - grundwasserbeeinflusst
Gley - Go - Oxidationshorizont
Horizont Gr - Reduktionshorizont

1.4 Aufgaben des Bodens
Der Boden hat viele Aufgaben zu erfüllen. Zu den wichtigsten Aufgaben des Bodens gehören Verankerungsmöglichkeiten für die Pflanzenwurzeln. Gleichzeitig bietet er den Pflanzenwurzeln Schutz zum Beispiel vor extremen Wetterbedingungen und Licht. Außerdem gibt er Nährstoffe an die Pflanzen ab und ist für den Gas- und Wasserhaushalt im Wurzelbereich zuständig. Unter anderem filtriert er das Grund- und Bodenwasser.14 Der Boden ist auch eine Lebensgrundlage für Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen. Er ist ein Genreservoir und erbgeschichtliches Archiv aufgrund immenser Arten- und Individuenzahl auf kleinstem Raum. Auch als entscheidendes Glied im Fluss von Energien und Stoffen im Ökosystem dient er. Für forstwirtschaftliche und landwirtschaftliche Nutzung und Produktion von Biomasse ist er verantwortlich. Der Boden ist Rohstofflieferant für zum Beispiel: Kies, Erze, Sand und Lehm. Eine Kulturelle Aufgabe hat er auch, denn er gibt geschichtliche und kulturelle Ereignisse wieder.15 Wie man sieht, hat der Boden viele Aufgaben und hilft den Vorgängen, die in Verbindung mit dem Boden stehen.

1.5 Die Humusbildung
Was ist Humus eigentlich? Humus ist die Gesamtheit tierischer und pflanzlicher Herkunft im Boden.16 Wenn die Blätter von den Bäumen fallen, lösen der Regen, Pilze und Bakterien die Blatthaut weich. Später öffnen Springschwänze und Milben die Blatthaut. Danach fressen Regenwürmer, Asseln, Schnecken und andere kleine Tiere die Blätter auf oder auch nur Löcher in die Blätter. Der Kot von den Regenwürmern ist dann zum Beispiel schon frischer Humus Dieser ist mit viel angereicherten Nährstoffen versehen. Sonst verfaulen die Blätterüberreste einfach und werden dann zum kostbaren Humus. So entsteht der Humus, indem einfache Blätter zur Erde werden oder z.B. durch Regenwurmkot .17

Humusbildung nochmal bildlich dargestellt:
1. Blätter von Bäumen ( Pflanzen ) fallen auf den Boden
2. Regen, Bakterien und Pilze machen die Blatthaut weich
3. Springschwänze und Milben öffnen die Blatthaut
4. Regenwürmer, Schnecken und Assen fressen Löcher in die Blätter
5. Es entsteht fruchtbarer Humus
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2. Das Funktionieren des Bodens

2.1 Wärme und Wasser im Boden
Wie gewöhnlich wachsen Pflanzen bei guter Lufttemperatur besser. So ist das auch mit der Bodentemperatur, welche den Wachstum der Pflanzen beeinflusst und das Bodenleben fördert. Da die mitteleuropäische Kulturpflanze erst bei 5 °C wächst, ist die Bodentemperatur sehr wichtig. Für die Erwärmung des Bodens ist die Sonne die wichtigste Wärmequelle. Die Erwärmung des Bodens ist vorwiegend von der Neigung des Geländes zur Sonne und den Tageszeiten und Jahreszeiten abhängig. Durch warmen Wind ist es möglich, dass der Boden die Sonnenenergie auch aus Gebieten aufnehmen kann, die weit entfernt sind. Auf die Erwärmung und Abkühlung des Bodens hat neben den Bedingungen der Erdatmosphäre unter anderem die Färbung der Bodenoberfläche einen großen Einfluss, denn desto heller der Boden ist, umso mehr Strahlung wird reflektiert. Der helle humusarme Boden erwärmt sich nicht so stark, wie der dunkle humose Boden. Wenn eine Bodenfläche mehr Sonnenstrahlung bekommt, dann erhitzt sie sich auch stärker. Durch Wärmeausstrahlung an der Oberfläche verlässt die Wärme den Boden. Dies geschieht meistens nachts, wenn keine Wolkendecke vorhanden ist und wenn die Luft, die kühler als der Boden ist sich stark bewegt. Dem Boden wird andauernd seine Wärme entzogen, doch besonders viel Wärme wird abgegeben, wenn ein kühler Wind die abgegebene Wärme schnell in die höheren Luftschichten transportiert. Der Boden verfügt über keine gute Wärmeleitfähigkeit, weil die Bodenteilchen sich nur an wenigen Stellen berühren und da Wärme im festen Material weitergeleitet wird und Luft ein schlechter Wärmeleiter ist. Weil in den Bodenteilchen viel Luft ist, ist die Wärmeleitfähigkeit so schlecht. Wenn man jetzt aber die Lagerungsdichte der Bodenteilchen erhöhen würde, dann wäre eine gewisse Wärmeleitfähigkeit möglich. Böden mit hohem Wassergehalt leiten die Wärme besser als trockene Böden, denn Wasser leitet Wärme besser, als die mineralischen Bodenbestandteile und die isolierte Porenluft. An der Erdoberfläche gibt es durch die Wärmezufuhr und die Wärmeabfuhr die größten Temperaturunterschiede. Bei zunehmender Tiefe des Bodens werden Temperaturunterschiede im Laufe eines 24 stündigen Tages geringer. Bis 50 cm reichen die Temperaturen der Tagesschwankungen in den Boden. Ein Boden hat eine sogenannte Wärmekapazität, das heißt er kann die Wärme speichern. Boden, der sehr feucht ist, kann die Energie besser speichern als ein trockener Boden, da Wasser eine bessere Wärmekapazität als zum Beispiel die Luft und der Boden besitzt. Allerdings dauert die Erwärmung des feuchten Bodens länger, durch seine erhöhte Wärmekapazität. In der warmen Jahreszeit Sommer wachsen die Pflanzen reichlich durch Licht und Wärme, aber sie benötigen unter anderem auch Wasser zum Wachsen. Der Boden verfügt über die Fähigkeit Wasser zu speichern. 18

11
Dies ist ein großer Vorteil für die Pflanzen und ihrem Wachstum, da es ja nicht immer regnet, wenn die Pflanzen gerade Wasser benötigen. Damit das Wasser des Sommerregens, für den Winter und das Frühjahr ausreichend ist, darf der Boden nicht zu viel Wasser durchsickern lassen, sondern eine bestimmte Menge abspeichern, damit die Pflanzen bei Wasserbedarf das Wasser über ihre Wurzeln aufnehmen können. Für das Speichern von Wasser sind die Bodenporen zuständig. Bodenporen sind unterschiedlich große feste Bestandteile, die in den Hohlräumen des Bodens auftreten. Sie sind entweder mit Luft oder Wasser gefüllt. Das Aufnahme- und Haltevermögen von Bodenluft und Bodenwasser wird durch die Größe und die Verteilung von Bodenporen bestimmt. Auch die Leitfähigkeit des Bodens für Luft und Wasser hängt von ihnen ab. Da die kleinen mineralischen Bodenteilchen stark von der Kugelform abweichen und von Natur aus nicht immer die engste mögliche Packung zustande kommt, liegt das Porenvolumen der natürlichen Böden viel höher. Wenn alle Bodenkörner kugelförmig wären, dann würde fast ein Viertel des Bodens hohl bleiben.
Im Boden ist natürlich auch Wasser enthalten. Dieses Wasser ist für das Leben im Boden sehr wichtig. Jeder Boden nimmt soviel Wasser auf, wie sein Porenvolume es zulässt. Den größten Wassergehalt hat der Boden im Grundwasserbereich. Doch für die Pflanzen und für die an der Oberfläche keimende Saat, ist das Grundwasser nicht erreichbar, da es zu tief liegt. Die Pflanzenwurzeln meiden das Grundwasser auch, weil die für Pflanzen lebenswichtige Bodenluft fehlt. Daher ist der Wassergehalt oberhalb des Grundwassers für die Bodenfruchtbarkeit sehr von Bedeutung, aber dieser Wassergehalt schwankt je nach Bodenart und Witterung sehr stark. Er besteht aus Sickerwasser und meistens auch noch aus Haftwasser.
Haftwasser befindet sich in Feinporen und Grobporen. Es tritt auch als Bodenwasserfilm auf Bodenteilchen auf. Das Wasser in dünnen Poren wird stark durch Kapillarkräfte dauerhaft gegen die Schwerkraft festgehalten. Es hält sich noch fester aufgrund seiner Adhäsionskräfte im Berührungsbereich der Bodenteilchen als sehr dünner Bodenwasserfilm auf der Oberfläche der Bodenteilchen.
Sickerwasser tritt nur bei und nach Niederschlägen auf. Es bewegt sich durch die Grobporen weiter nach unten in den Boden, denn es wird von der Schwerkraft nach unten gezogen, da die Kapillarkräfte dort nicht die Schwerkraftwirkung übersteigen. Das Sickerwasser findet seinen Weg durch die Grobporenanordnung unterschiedlich schnell zum Grundwasser hin. Für die Pflanzen hat Sickerwasser wenig Bedeutung, denn es bleibt nur kurze Zeit im oberen Boden. Für Grundwassererneuerung ist das Sickerwasser sehr bedeutend. Die Pflanzen können nicht jedes Wasser im Boden nutzen. Das für die Pflanzen am meisten benötigte Bodenwasser ist das pflanzenverfügbare Wasser. Dieses ist hauptsächlich in Lehmböden enthalten. Lehmböden sind für Pflanzen sehr bedeutend, denn Lehmböden sind fruchtbar und können Wasser gut speichern und an die Pflanzenwurzeln abgeben. Es sind also sehr viele Wasserarten im Boden vorhanden, wie man sieht und jede Wasserart hat einen bedeutenden Nutzen im Bodenbereich.18 12
Diese Abbildung19 zeigt Verteilung von Niederschlägen und Bodenwasser.
2.2 Nährstoffe und Schadstoffe des Bodens
Pflanzen brauchen zum Wachsen Wasser, Luft und Boden, doch das wichtigste sind die im Boden enthaltenen Nährstoffe. Der Nährstoffhaushalt des Bodens wird durch Freisetzung von Elementen aus Bodenpartikeln, ihre Zufuhr von außen durch die Düngung, ihren Entzug durch Pflanzen und ihren Verlust durch Auswaschung oder Erosion bestimmt. Aufgebrauchte Nährstoffspeicher im Boden (Natur- und Kulturlandschaften) werden durch Tierkot, abgestorbene Pflanzenteile und Düngung erneut aufgefüllt. Der Boden besitzt eine hohe Bodenfruchtbarkeit, wenn die Pflanzen genügend Nährstoffe zur Verfügung stehen, denn so wird das optimale Pflanzenwachstum erreicht. Dieser Vorgang hängt mit den Huminstoffen und Tonmineralen zusammen, denn Tonminerale weisen ein einheitliches dreidimensionales Kristallgitter auf. Silicium- beziehungsweise Aluminium-Ionen der Tonmineralteilchen können durch genauso große positiv geladene Ionen ersetzt werden. Dadurch wird eine negativ elektrische Ladung in den Tonmineralen verursacht. Deswegen werden in der Umgebung solange Kationen angelagert, bis die Ladungsdifferenz ausgeglichen ist. Durch Anziehung zwischen negativer Ladung des Tonmaterials und positiver Ladung kommt diese Anlagerung zustande. So wirkt der Boden als Speicher. Die im Boden gespeicherten Nährstoffe, die in Form der Kationen auftreten, können so von den Pflanzen aufgenommen werden. Allerdings kann dies nur geschehen, wenn ein Austausch gegen andere Kationen passiert. Dadurch ist es unmöglich, dass die im Boden vorhandenen Nährstoffe, wenn es regnet, durch das Wasser das durch den Boden fließt in die Tiefe gelangen. Die organische Bodensubstanz enthält so wie die Tonminerale eine negative Ladung, so dient sie auch für einen Kationenaustausch. Es können nur eine bestimmte Anzahl von Kationen im Boden angelagert und ausgetauscht werden. Der Kationenaustausch kann nicht ohne die wichtigsten Träger erfolgen und zwar den Tonmineralen und Huminstoffen. 20
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Auf dieser Abbildung21 sind die im Boden enthaltenen Nähstoffe zu sehen.
Die Nährstoffe aus dem Boden werden von den Pflanzen entnommen. Wenn die Pflanzen absterben und zersetzt werden, erhält der Boden seine Nährstoffe wieder. Dieser Vorgang tritt im Wald auf. Wenn man aber die Pflanzen erntet entzieht man dem Boden nach und nach alle Nährstoffe, die er besitzt. Also muss man dem Boden die entnommenen Nährstoffe wieder zuführen Die Nährstoffzufuhr erfolgt durch das Düngen des Bodens, dieses Düngen dient zur Erhaltung der Bodenfruchtbarkeit und verbessert den Boden. Die Düngung kann mineralisch, organisch oder durch Gründüngung erfolgen. 20
Im Boden sind auch Schadstoffe enthalten. Schadstoffe sind die, die das Bodenleben, die Tiergesundheit (Futtermittel), den Wachstum von Pflanzen oder unter anderem auch die Gesundheit des Menschen (Nahrungsmittel, Trinkwasser) beeinträchtigen können. Schadstoffe, die im Boden auftreten sind Schwermetalle und organische Schadstoffe. Wie schädlich so ein Stoff ist, hängt davon ab wie stark seine Konzentration ist. Schadstoffe gelangen in den Boden aus der Luft, durch die Bewirtschaftung des Bodens vom Menschen (Düngung), durch Überschwemmung und Überlagerung und durch Verwitterung der anstehenden Schwermetalle.22
Zu den potentiellen Schadstoffen des Bodens gehören die Schwermetalle. Im Überfluss wirken Schwermetalle, wie zum Beispiel Eisen oder Mangan giftig. Schwermetalle können nicht abgebaut werden und sind auch nicht beweglich, dadurch kommt es zu einer Schwermetallanreicherung und diese sind nur durch Vorbeugemaßnahmen zu verhindern. Der Boden schluckt diese giftigen Stoffe und gibt sie an die Pflanzen weiter, so kommt er zur Vergiftung der Pflanzen. Es gibt aber auch organische Schadstoffe im Boden. 22 Organische Schadstoffe werden fast ausschließlich anthropogen in die Böden eingetragen und wirken unterschiedlich negativ auf die Umwelt, die menschliche Gesundheit und Bodenorganismen. Zum Beispiel Dioxine, Furane, polyzyklische aromatische 23 14
Kohlenwasserstoffe (PAK) und polychlorierte Biphenyle (PCB) Dies sind bekannte Stoffgruppen. Das Verhalten dieser Stoffe im Boden wird hauptsächlich durch die Wasserlöslichkeit, durch die Affinität zur organischen Bodensubstanz und die mikrobielle Abbaubarkeit bestimmt. Die Vielfalt der organischen Schadstoffe, ihrer Eigenschaften und ihres Verhaltens im Boden ist sehr groß. Bei der Suche nach Methoden, um die Filter-, Puffer und Transformatorfunktion des Bodens abschätzen zu können gibt es noch viel Forschungsbedarf.23

2.3 Leben im Boden
In einem Liter Boden befinden sich 6 g Biomasse; davon sind etwa 3 g Wurzeln, 2,5 g Mikroorganismen und 0,5 g größere Tiere. Rund 80% der Bodenorganismen machen die Mirkroorganismen aus, 20% die größeren Bodentiere. Trotz ihres geringen Anteiles des Bodens recyclen Sie den Boden. Wenn Blätter von Bäumen fallen werden sie von Regenwürmern besiedelt und zerkleinert, transportiert und verarbeitet. Die Bodenorganismen bringen die Pflanzenteile wieder in eine Form, in der sie wieder von den Pflanzenstoffen als Nährstoffe aufgenommen werden können. Die Bodenorganismen leben entweder in den mit Wassergefüllt- und Luftausgefüllten Bodenporen . Dort findet auch die Paarung und Nahrungssuche der Bodenorganismen statt. Die Pflanzenwurzeln haben sehr große Bedeutung für das Bodenleben. In Einen Liter Boden sind ungefähr 3000 m Wurzeln. An Ihnen finden Mirkroorganismen günstige Lebensbedingungen als im umgebenden Boden. Das ist auch eine Ursache, weshalb sie an den Wurzeln verstärkt auftreten. Wenn eine Wurzel abstirbt, entstehen neue Hohlräume und somit auch neue Lebensräume für die Bodentiere. Damit der Boden funktionstüchtig bleibt, sichern die Menschen die Vielfalt und Leistungsfähigkeit die im Boden vorhanden sind. Ohne Bodenorganismen gäbe es keinen Boden, denn Sie sind diejenigen die den Boden fruchtbar halten. Die Bodenlebewesen, die am häufigsten und kleinsten vorkommen , sind die Bodenmikroorganismen. Diese kleinen Lebewesen bauen organische Stoffe ab beziehungsweise um und gewinnen so Energie und Stoffe für den Abbau ihres Körpers. Bakterien leben in dünnen Wasserfilmen um die festen Bodenteilchen. Sie sind gegenüber Austrocknung sehr empfindlich und bevorzugen stickstoffreiches Pflanzenmaterial. Im Boden gibt es auch Pilze, diese bestehen aus Einzelzellen oder aus zusammenhängenden Pilzfäden. Ihre Wurzeln werden mehrere Meter lang. Pro Liter befinden sich im Boden 300 m Pilzwurzeln. Die Bodentiere, die größer als Mikroorganismen sind, tragen der Bodenlebensgemeinschaft gewichtsmäßig nur einen kleinen Teil aus. Trotzdem sind sie für den Boden von großer Bedeutung . Zu den wichtigsten Bodentieren gehören der Regenwurm, Milben und Collembolen. Doch die Anzahl der antreffenden Tierarten im Boden ist riesig. Collembolen sind wichtige Zersetzer im Boden. Die Milben leben als Räuber und verzehren andere kleinere Bodentiere. Wie man sieht ist der Boden angereichert mit vielen Bodenorganismen. 24 15
Diese Abbildung25 zeigt nochmal die bedeutendsten Vertreter des Bodens.
3. Nutzung und der Schutz des Bodens
3.1 Bodenerosion und ihr Folgen
Rund ein Viertel der Erde sind von Austrocknung, Erosion und Versalzung bedroht. Eine Fläche von zwei Milliarden Hektar verschlechterte sich in den letzten 50 Jahren der Boden unserer Erde. Es gibt viele Wüstenbildungen und Desertifikationen. Dadurch kommt es in manchen Ländern sogar zur Wasserarmut. Die Verschlechterung des Bodens und seiner Funktion wird auch Bodendegradierung genannt. Der dabei entstehende bekannteste Prozess ist die Bodenerosion. Diese tritt am häufigsten in den Ländern ( Kontinenten ), wo es zu hohem Bevölkerungswachstum kommt wie zum Beispiel in Afrika oder Asien. Auf diesen Kontinenten sind rund 10 Millionen Hektar geschädigt, diese können auch nicht mehr gerettet werden.27 Als Bodenerosion bezeichnet man die Verlagerung und den Verlust durch Wasser und Wind. Es Gibt die Wassererosion und die Winderosion, diese stellen die Hauptursache der globalen Bodendegradation dar. Böden befinden sich nie in einem stabilen Entwicklungszustand und ändern sich andauernd. Durch die menschliche wirtschaftliche Nutzung der Böden wird die Erosionsrate der Böden erhöht. Dadurch kommt Verlust des Bodens zustande. Die Folgen von Erosionen sind, dass sich der Verlust auf humus- und nährstoffreichen Oberbodens durch Erosion negativ auf die Bodenfruchtbarkeit sowie das Wasserspeicherungs- und Filtervermögen der Böden auswirken.28 16
Wassererosion werden durch oberflächigen Wasserabfluss und Niederschlägen verursacht. Böden die an Abhängen vorkommen werden davon am meisten geschädigt. Das durch das Wasserabgetragene Bodenmaterial wird meistens in Tälern deponiert. Die Wassererosion wird durch zwei Faktoren bestimmt, die Erosivität der Niederschläge, die von Menge, Verteilung und Intensität der Niederschläge abhängt, und die spezifische Erodierbarkeit des Bodens. Letztere wird durch die Bodeneigenschaften, topographische Faktoren und Bewirtschaftungsmaßnahmen beeinflusst. Es gibt vier Formen der Wassererosion, das Verschlämmen des Oberbodens ohne wesentlichen Verlust, den Verlust von Nährstoffen und Oberbodenmaterial, Überdeckung von Böden an Unterhängen und in Tälern durch Anschwemmung des abgetragenen Bodenmaterials und die Zerstörung der Bodenoberfläche durch Abflussrinnen und - Abflussgräben.28
Dann gibt es auch noch Winderosion. Dieses zweithäufigste Degradationsphänomen ist besonders in ariden Gebieten verbreitet und insbesondere bei gröber texturierten Böden mit schwach entwickelter beziehungsweise fehlender Vegetationsdecke anzutreffen. Die Winderosion ist sehr stark in Afrika anzutreffen. Reduktion der Vegetationsdecke, Beweidung und Bodenbearbeitungsmaßnahmen fördern die Winderosionsgefahr. Es gibt drei Formen der Winderosion, Bodenüberdeckung mit erodiertem Material, Geländedeformation durch Ausblasungskavernen und Dünenbildung und der gleichmäßige Abtrag von Oberbodenmaterial.
Bodenerosionen haben zu Folge, das die Landwirtschaft meist nicht mehr betrieben werden kann durch die Schäden der Erosionen. Dadurch, dass erstmal keine Landwirtschaft betrieben werden kann, gibt es keine Ernteerträge und die Menschen haben keine Nahrung.
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Auf diesem Bild sieht man nochmal einen Boden nach einer Bodenerosion.
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3.2 Nutzung des Bodens
Der wichtigste Nutze des Bodens ist die Nutzung als Lebensraum für Pflanzen, Tiere und auch Menschen.30 Ausserdem ist er sehr wichtig in der Landwirtschaft, für die Besiedlung von Pflanzen (Ackerbau), von denen wir uns ernähren. Der Boden hat für den Menschen vor allem Kulturfunktion und wird dementsprechend vielfältig genutzt. Trotz der heutigen Möglichkeiten, Lebensmittel chemisch herzustellen, ist Boden weiterhin die wesentliche Basis unserer Nahrungsmittelproduktion. Er dient uns wie zu früheren Zeiten als Grundlage der Land- und Forstwirtschaft und wird als Rohstofflagerstätte zur Entnahme nicht nachwachsender Rohstoffe wie Kohle, Öl, Gas, Torf, Gesteinen und Mineralien genutzt. Die Bodenflächen werden durch Siedlungen zunehmend versiegelt. So wird die kulturelle Entwicklung der Gesellschaft über das Mittelalter, die Neuzeit bis hin zum Industriezeitalter von einer steigenden „Aus-Nutzung“ der Böden begleitet. Bodenmöglichkeiten entwickeln sich weiter. Der Boden wird für Forst- und Landwirtschaft und Rohstofflager für nicht nachwachsende Rohstoffe, Wohnungs-, Gewerbe- und Industrieflächen, Flächen für Verkehrswege und andere Infrastruktureinrichtungen, Lagerstättenreservoir, Fläche für die Abfallbeseitigung, Geothermische Nutzung des tieferen Untergrunds, Militärische Nutzung, Erholungsfläche, Naturraum für Schutzgebiete und Wissenschaftliche Forschung genutzt.31
Der Boden wird also sehr vielseitig genutzt wie man sieht.
Hier ist nochmal eine Struktur32 der Bodennutzung von der Erde zu sehen.
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