Boden (Bodenkunde)

Der Boden (von ahd. bodam) 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. Dort wo die oberste Erdschicht wasserbedeckt ist, also in Seen, Flüssen und Meeren, spricht man meist eher von Sedimenten als von Böden.

Je nach Sichtweise und Wissenschaftsdisziplin lässt sich „Boden“ unterschiedlich definieren. In Bodenkunde, Biologie und Geologie sind es die stark belebten, oberen Dezimeter der Erdoberfläche, wobei Geologen in erster Linie nicht mit rezenten Böden in Berührung kommen, sondern mit Böden, die sich vor geologischen Zeiträumen einmal an der Erdoberfläche befanden und heute zu meist zu Gestein verfestigt sind (Paläoboden). Im Bauwesen und in der Bodenmechanik versteht man unter Boden den Untergrund von Bauwerken, in Raumplanung und Geodäsie die tatsächliche Erdoberfläche. Für die Allgemeinheit ist es der Grund und Boden, also meist das Grundstück (bzw. der Baugrund) mit seinem örtlichen Bodenpreis. ^[1]

Boden aus Sicht der Bodenkunde und des Bodenschutzes

Aus bodenkundlicher Sicht wird der Boden als die von bodenbildenden Prozessen geprägte Grenzzone zwischen der Lithosphäre (Gesteinsschicht) und der Biosphäre mit der Erdatmosphäre oder Hydrosphäre bezeichnet. Dieser Bereich (die Pedosphäre) besteht aus der mineralischen Bodensubstanz (ca. 47 %), der organischen Bodensubstanz (ca. 3 %), dem Bodenwasser (ca. 25 %) und der Bodenluft (ca. 25 %).

Der Boden besteht aus anorganischen Mineralien und dem organischen Humus und ist im Raum in einem Bodengefüge angeordnet. Die Hohlräume sind mit Bodenlösungen und Bodenluft gefüllt. Die Gefügestruktur macht den Oberboden für gewöhnlich krümelig, weswegen man in diesem Zusammenhang auch von der Krume spricht. Die wichtigste Rolle spielt der Boden als zentrale Lebensgrundlage für Pflanzen und direkt oder indirekt für Tiere und Menschen.

Definition gemäß Bodenschutzkonzeption der Bundesregierung: „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.“

Entstehung von Böden

Bodenbildende Faktoren

Der Boden ist ein Naturkörper, der insbesondere in Abhängigkeit von folgenden bodenbildenden Faktoren entstanden ist:

• Ausgangsgestein
• Klima
• Relief
• Bodenwasser
• Vegetation
• Bodenlebewesen, die eine wichtige Rolle bei der Bodenentwicklung (Pedogenese) spielen, insbesondere durch die Produktion und Einarbeitung von Humus. Ihre Aktivitäten tragen erheblich zur Porosität bei und somit zur Be- und Durchlüftung. Die Bodentiere sorgen mit ihrer Bautätigkeit für eine Durchmischung des Bodens (Bioturbation).
• Zeitdauer: Die Böden im heutigen Mitteleuropa sind im Laufe der letzten 10.000 Jahre (seit Ende der letzten Eiszeit) entstanden.
• Nutzung und Veränderung durch Menschen, die insbesondere durch Rodung, landwirtschaftliche Nutzung - Beweidung, Ackerbau, Düngung -, Abgrabung und Überdecken durch Aufschüttungen, Bodenverdichtung, Schadstoffeinträge erheblichen Einfluss auf die Entwicklung und Veränderung von Böden haben.

Bodenbildende Prozesse

Die bodenbildenden Faktoren setzen die bodenbildenden Prozesse in Gang:

• Gesteins-Verwitterung
• Auswaschung von wasserlöslichen Salzen
• Carbonatlösung
• Silikatlösung durch Hydrolyse
• Stoffneubildungen:

• Humifizierung
• Verbraunung
• Tonmineralneubildung

• Pedoturbation, Bodendurchmischung:

• Bioturbation
• Kryoturbation
• Peloturbation

• Tonverlagerung
• Podsolierung
• Pseudovergleyung
• Vergleyung

In der Bodenkunde werden die häufigsten Betrachtungen und Definitionen in einem Bereich von 0 m bis 1,5 m angewandt. Oft liegt unterhalb dieser Marke nur zerkleinertes Gestein mit wenig veränderter Zusammensetzung vor. Jedoch genau diese Veränderungen des Substrates im zeitlichen Verlauf der Bodenbildung sind Voraussetzung einer detaillierten Beschreibung und Benennung der verschiedenen Bodentypen. Allgemein verläuft die Entwicklung von sehr flachen, sehr steinigen Böden zu tiefgründigen, feinkörnigeren Böden bzw. von schwach zersetztem, mineralienreichem Gestein zu stark zersetzten, ausgewaschenen Böden. Aus dem vorhandenen Substrat, der Bodenart, entwickelt sich durch „äußere“ Einflüsse (wie Klima, Vegetation, Nutzungsart) im Laufe der Zeit ein Bodentyp mit spezifischen Eigenschaften. Weiter kann noch eine Bodenform ausgeschieden werden. Sie bildet das Gesamtbild aus Bodenart und Bodentyp.

Einige praktische Anwendungsbereiche der Bodenkunde sind Bodenschutz, Landwirtschaft und Forstwirtschaft.

Bodenfunktionen

Der Boden ist die zentrale Lebensgrundlage für Pflanzen und direkt oder indirekt für Tiere und Menschen. Die Kleinstlebewesen, die im Boden leben, spielen eine wichtige Rolle bei der Bodenentwicklung (Pedogenese), insbesondere durch die Produktion und Einarbeitung von Humus. Sie sorgen auch für Durchlüftung und Durchmischung des Bodens (Bioturbation). Die obere organisch beeinflusste Bodenschicht wird als Oberboden bezeichnet.

Böden sind aus erdgeschichtlicher und kulturhistorischer Sicht wertvolle Archive, die oftmals durch Nutzung oder natürliche Prozesse bedroht sind: Sie gilt es zu erfassen und zu erforschen, bevor sie gänzlich verloren sind.

Das deutsche Bundes-Bodenschutzgesetz

Eine spezielle Bedeutung haben die Bodenfunktionen im Rahmen des Bundes-Bodenschutzgesetzes (BBodSchG) vom 17. März 1998. Dieses definiert im § 2 Absatz 1 den Boden als Träger der im Absatz 2 aufgeführten Funktionen (siehe Weblinks).

Da dieses Gesetz im Zuge der behördlichen Anwendung auf die gesamte Bodenkunde bzw. mit dem Boden als solches verbundene Maßnahmen ausstrahlt, kommt dieser Definition des Bodens auf Basis der Bodenfunktionen in Deutschland eine zunehmend größere Bedeutung zu.

Boden-Bestimmung und Eigenschaften

Die Erkennung eines Bodens kann in vielen Fällen auf Grund einiger weniger Eigenschaften wie Bodenart, Bodenartenschichtung, Ausgangsmaterial usw. erfolgen. In manchen Fällen sind jedoch weitergehende physikalische und chemische Analysen zur Identifikation eines Bodens notwendig.

Wichtige charakteristische Eigenschaften eines Bodens sind:

• die Bodenhorizonte (oft verwechselt mit Schichten): sind Bereiche innerhalb des Bodens, die einheitlich ähnliche Merkmale und Eigenschaften besitzen, durch gleiche Prozesse geprägt worden sind bzw. werden und sich von darüberliegenden oder darunterfolgenden Bereichen unterscheiden. Erkennbar sind sie meistens durch Gefüge, Bodenart, Farbe, Fleckung u. a. Sie sind das Ergebnis bodenbildender Prozesse, die auf den Boden und das Ausgangsgestein einwirken, innerhalb der Bodenhorizonte und zwischen den Horizonten ablaufen. Ihre Aufeinanderfolge und Entstehung bestimmt die bodensystematische Zuordnung.
• die Bodenart: gekennzeichnet durch die Korngrößenzusammensetzung des mineralischen Bodenmaterials. Sie reicht von reinem Ton bis zu Großblöcken.
• die Bodenfarbe: hierbei werden nach standardisierten Munsell-Farbtafeln die Farben des Bodens nach Farbe, Helligkeit und Intensität bestimmt.
• der Humusgehalt: Dieser stellt den Anteil an organischer Substanz (außer Kohle und anthropogenen Kohlenstoffverbindungen) im Boden dar. Er resultiert aus den Ausscheidungen lebender und den Rückständen abgestorbener Organismen und unterliegt einem stetigem Auf-, Um- und Abbau.
• der Kohlegehalt: Dieser gibt bei bestimmten Böden wie z. B. auf Kippen, Halden und Spülbecken den Anteil der Kohle an.
• der Karbonatgehalt: Bei Mineralböden wird dabei im Wesentlichen der Gehalt an Calcium- und Calcium-Magnesiumcarbonaten (Calcit und Dolomit) verstanden. Die Bestimmung im Gelände erfolgt mit 10 %iger Salzsäure und den daraus resultierenden optisch und akustisch erkennbaren Reaktionen.
• das Bodengefüge: hierunter versteht man die räumliche Anordnung der festen Bodenbestandteile, welche maßgeblich den Wasser- und Lufthaushalt, die Durchwurzelbarkeit, die Nährstoffverfügbarkeit und ähnliche Eigenschaften beeinflussen.
• der Wasserhaushalt (Bodenfeuchte): Der Wassergehalt eines Bodens im Gelände wird indirekt durch den Bodenfeuchtezustand erfasst. Bei bindigen Böden wird vorwiegend die Konsistenz (mittels Schrumpf-, Ausroll-, Fließgrenze), bei nichtbindigen Böden das Verhalten in Bezug auf Färbung und Wasseraustritt aus dem Boden (Klopfprobe) ermittelt.
• der Lufthaushalt (Bodenluft):
• der Pufferbereich:
• der Boden-pH:
• das Porenvolumen: als Volumen der nichtfesten Bodensubstanz, unterteilt sich in Primärporen (abhängig von der Korngrößenverteilung der mineralischen Substanz sowie von Art und Zusammensetzung der organischen Bestandteile) sowie in Sekundärporen (abhängig vom Bodengefüge und damit von chemischen Eigenschaften der Minerale, vom Einfluss der Pflanzen (Wurzelröhren) und Tiere (Gänge)).
• die Effektive Lagerungsdichte:
• das Ionen-Austauschverhalten:
• die Durchwurzelung: Diese umfasst die beobachtete (reale) Durchwurzelungstiefe und die Durchwurzelungsintensität (mittlere Anzahl der Feinwurzeln (Durchmesser <2 mm) pro dm²).
• die Zeigerarten:
• die Körnung (Sieblinie):

In der Bodenkunde werden die physikalisch-chemischen und ökologischen Eigenschaften der verschiedenen Bodenformen untersucht, beispielsweise die Fähigkeit, in den entstehenden Hohlräumen je nach Porengröße eher Wasser oder Luft zu speichern und in Abhängigkeit von der Porengröße die Pflanzenverfügbarkeit des gespeicherten Wassers.

Klassifikation von Böden

Böden können auf verschiedene Weise klassifiziert werden. Zwei der wichtigsten internationalen Systeme sind die USDA-Bodenklassifikation und die WRB (World Reference Base for Soil Ressources). Die früher wichtige FAO-Bodenklassifikation wurde von der WRB abgelöst und hat nur noch wissenschaftshistorischen Wert.

Auf die deutsche Klassifikation geht der Artikel Bodentyp ein.

Bodenzahl

Die Bodenzahl ist ein Maß zur Bestimmung der Bodenfruchtbarkeit im Rahmen der Bodenschätzung. Sie setzt den erzielbaren Reinertrag eines Bodens zum fruchtbarsten Schwarzerdeboden der Magdeburger Börde in Beziehung, dessen Wert auf 100 gesetzt wurde.

Schadstoffe im Boden

Unter Schadstoffen werden hier Stoffe verstanden, die das Wachstum der Kulturpflanzen, das Bodenleben, die Tiergesundheit (Futtermittel) oder die menschliche Gesundheit (Nahrungsmittel, Trinkwasser) beeinträchtigen können. Die wichtigsten Schadstoffgruppen im Boden sind Schwermetalle und organische Schadstoffe. Die schädliche Wirkung eines Stoffes hängt von seiner Konzentration ab.

Schadstoffe können u.a. in den Boden gelangen

• durch Verwitterung der anstehenden Gesteine (Schwermetalle),
• durch Überschwemmung und Überlagerung (Akkumulation),
• aus der Luft,
• durch die Bewirtschaftung (Düngung und Pflanzenschutzmaßnahmen),
• kleinräumig z.B. von einem Betriebsgelände oder aus einer Deponie (siehe Altlast).

Die Beseitigung der Schadstoffe ist mit Verfahren der Bodensanierung möglich.

Schwermetalle

Eine besondere Gruppe von potentiellen Schadstoffen sind die Schwermetalle. Einige (z.B. Eisen, Mangan, Zink, Kupfer) gehören zu den unentbehrlichen (essentiellen), wenn auch nur in kleinen Mengen benötigten Pflanzennährstoffen (Spurenelemente). Im Überfluss wirken sie giftig (toxisch). Zu den bedenklichen Schwermetallen im Boden zählen Blei, Cadmium, Zink, Kupfer, Chrom, Nickel, Quecksilber.

Für alle Schwermetalle gilt:

• Sie können im Boden nicht abgebaut werden und sind fast unbeweglich. Eine Schwermetallanreicherung im Boden ist deshalb kaum rückgängig zu machen. Man kann sie nur durch Vorbeugemaßnahmen verhindern.
• Lange bevor es zu Wachstumsstörungen kommt, kann eine zu hohe Schwermetallaufnahme Pflanzen für Futter- oder Nahrungszwecke unbrauchbar machen. Dies gilt besonders für das Element Cadmium.
• Die Einlagerung von Schwermetallen in den einzelnen Pflanzenteilen ist unterschiedlich hoch. Wurzeln speichern mehr als Sprossorgane, Stängel und Blätter mehr als Samen. Die Aufnahmerate steigt im Prinzip mit der Höhe der Schwermetallbelastung der Böden, wobei aber nicht die Gesamtkonzentration im Boden entscheidend ist für die Verfügbarkeit und damit die Aufnahme durch Pflanzenwurzeln oder durch Bodenorganismen, sondern die chemische Speziierung.
• Auf bereits belasteten Böden lässt sich die Schwermetallaufnahme durch Anheben des pH-Wertes mit einer Kalkdüngung vermindern.

Die übliche Bewirtschaftung verursacht meist nur einen geringen Bodeneintrag von Schwermetallen. Kritisch ist hingegen eine starke Anwendung kupferhaltiger Spritzmittel im Wein- und Hopfenbau. Auch bei langjährig starker Düngung mit Schweinegülle kann eine bedenkliche Anreicherung von Kupfer entstehen. Kupfer wird von Organismen wie Regenwürmern v.a. dann rasch aufgenommen, wenn es leicht verfügbar ist (erkennbar an der leichten Extrahierbarkeit aus Böden, z.B. schon mit 2,5%iger Essigsäure)^[2]; stärker adsorptiv an oder in Bodenpartikel oder gar in Mineralien gebundene Kupfer- oder auch andere Schwermetallionen sind weniger verfügbar und wenig toxisch.

Cadmium-Einträge durch P-Düngemittel auf Rohphosphatbasis haben bisher zu keiner nachweisbaren Bodenbelastung geführt. Dementsprechend gering ist die mittlere Schwermetallbelastung landwirtschaftlich genutzter Böden. Auch die Einträge aus der Luft sind in ländlichen Gebieten im Allgemeinen gering.

Organische Schadstoffe

Im intensiven Pflanzenbau werden mögliche Schadstoffe als Pflanzenschutzmittel gezielt zur Bekämpfung von Unkräutern, Krankheiten und Schädlingen eingesetzt. Damit Pflanzenschutzmittel nicht zu Schadstoffen werden, sind sie mit besonderer Umsicht anzuwenden. Bei unsachgemäßer Anwendung von Herbiziden können Nachbauprobleme auftreten. Einige Fungizide und Insektizide können das Bodenleben schädigen. Unter ungünstigen Bedingungen können Wirkstoffe von Pflanzenschutzmitteln mit dem Wind verfrachtet werden und andernorts mit dem Niederschlag wieder auf den Boden gelangen. In Extremfällen kann die Verflüchtigung des Wirkstoffs mehr als 90 % betragen. Zu den Stoffen mit den weltweit größten Problemen gehören die Chlorierten Kohlenwasserstoffe (CKW). In der Land- und Forstwirtschaft hat der frühere langjährige Einsatz von schwer abbaubaren (persistenten) Insektiziden wie DDT, Lindan, Heptachlor, Aldrin, Dieldrin und von Fungiziden wie dem Saatgutbeizmittel Hexachlorbenzol (HCB) örtlich zu Belastungen geführt. Aufgrund ihres langsamen Abbaus können sich die Stoffe über dem Pfad Boden-Pflanze-Tier-Mensch in der Nahrungskette anreichern. Im tierischen und menschlichen Organismus werden sie vorrangig in der Leber gespeichert. Aus der Luft und mit Abfällen (z.B. Klärschlamm, Bioabfallkompost) können Spuren hochgiftiger organischer Schadstoffe wie Polychlorierte Biphenyle (PCB), Dibenzodioxine und -furane (PCDD/F), Polyzyklische Aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) und Chlorierte Kohlenwasserstoffe (CKW) in den Boden gelangen. Viele von ihnen können durch die Bodenmikroorganismen nur sehr schwer abgebaut werden. Nach bisheriger Kenntnis werden sie aber von den Pflanzenwurzeln kaum aufgenommen. Sie werden auch nicht ausgewaschen, können jedoch durch Verschmutzung der Ernteprodukte in die Nahrungskette gelangen.

Boden-Atlanten

Bodenatlas Europa

2005 hat die EU-Kommission erstmals für Europa einen Bodenatlas herausgegeben. In ihm wird der Zustand und die Gefahren des Bodens beschrieben. Janez Potocnik und Stavros Dimas, die damals für Wissenschaft, Forschung und Umwelt zuständigen Mitglieder der Kommission, lancierten den Bodenatlas im Europäischen Parlament während der Informationstage zu den Aktivitäten der Gemeinsamen Forschungsstelle der Kommission. Die Kommission hatte die Erstellung des ersten „Bodenatlas Europa“ koordiniert, indem sie führende Wissenschafter der Bodenkunde aus über 40 Ländern zusammengeführt hatte, die alle im Netz der Europäischen Büros für Böden vertreten sind.

Der Atlas enthält Bodenkarten hoher Qualität und leicht verständliche Texte, die durch Fotos ergänzt werden. Er beruht auf dem Europäischen Bodeninformationssystem (EUSIS), das von der Kommission entwickelt wurde und die gesamte Europäische Union und die angrenzenden Länder erfasst.^[3]

Siehe auch

• Ackerzahl
• Bodeninformationssystem, Bodenklassifikation, Bodenuntersuchung
• Boden des Jahres, Global Soil Week, Weltbodentag
• Bundes-Bodenschutzgesetz
• Die Bildung der Ackererde durch die Tätigkeit der Würmer
• Flüssigboden, Feinboden, Kulturboden
• Haftwasser

Literatur

• F. Scheffer, P. Schachtschabel: Lehrbuch der Bodenkunde. Spektrum Akademischer Verlag. 15. Auflage, 2002, ISBN 3-8274-1324-9
• D.L. Rowell: Bodenkunde. Untersuchungsmethoden und ihre Anwendungen. Springer, Berlin 1997, ISBN 3-540-61825-2
• W. Zech, G. Hintermaier-Erhard: Böden der Welt. Spektrum Akademischer Verlag 2002, ISBN 3-8274-1348-6
• G. Hintermaier-Erhard, W. Zech: Wörterbuch der Bodenkunde. Enke 1997, ISBN 3-432-29971-0
• H.-P. Blume, P. Felix-Henningsen, W.R. Fischer: Handbuch der Bodenkunde. Ecomed Verlag, Landsberg 2002, ISBN 3-609-72232-0
• H. Kuntze, G. Roeschmann, G. Schwerdtfeger: Bodenkunde. UTB, Stuttgart 1994, ISBN 3-8252-8076-4
• Winfried E.H. Blum: Bodenkunde in Stichworten. (Hirts Stichwortbücher) Borntraeger, Berlin/Stuttgart 2006, vormals D. Schröder/W.E.H. Blum, Berlin/Stuttgart 1992, ISBN 3-443-03103-X.
• David R. Montgomery: Dreck : Warum unsere Zivilisation den Boden unter den Füßen verliert. oekom-Verlag, München 2010.
• Ad-hoc-AG Boden: Bodenkundliche Kartieranleitung, 5. Auflage. Hannover 2005. In Kommission: E. Schweizerbart'sche Verlagsbuchhandlung. ISBN 3-510-95920-5 (http://www.schweizerbart.de/pubs/isbn/bgr/bodenkundl-3510959205-desc.html)
• Martin H. Gerzabek: Bodendegradation und -verluste: Böden – gefährdete Haut der Erde? Biologie in unserer Zeit 36(2), S. 82–90 (2006), ISSN 0045-205X
• European Soil Bureau Network: Soil atlas of Europe European Commission, DG Joint Research Centre. Office for Official Publications of the European Communities, Luxemburg 2005. ISBN 92-894-8120-X; EUR 21676 EN (http://eusoils.jrc.ec.europa.eu/projects/soil_atlas/)

Zeitschriften

• Bundesverband Boden: Bodenschutz. Erhaltung, Nutzung und Wiederherstellung von Böden. Organ des BVB. Erich-Schmidt-Verlag, Berlin. ab 1996. ISSN 1432-170X

Weblinks

• World Soil Information
• Globalsoilmap.net, Digitale Bodenkarte für die ganze Welt
• Schwarze Revolution: Die Rückeroberung der Ackerkrume, Deutschlandfunk: Wissenschaft im Brennpunkt im Mai 2012
• Lernspiel zum Thema Bodenschichten für Kinder der Mittelstufe
• Skripte des Institutes für Bodenkunde der Universität Kiel
• Bodenbelastungen – eine Übersicht (UmweltWissen – Bayerisches Landesamt für Umwelt; PDF-Datei; 176 kB)
• Beiträge zum Thema „Waldboden” auf waldwissen.net
• Bodenarten und ihre Eigenschaften des Bodenanalyse-Zentrum
• "Boden" im "Dossier Umwelt" der bpb/Bundeszentrale für politische Bildung

Einzelnachweise