Bodenkunde

Böden sind das Ergebnis einer sehr langen Entwicklung, an der viele Umweltfaktoren beteiligt sind. Böden entstehen durch Verwitterung und unter dem Einfluß der Lebewesen im Verlaufe der Zeit aus dem oberflächenbildenden Gestein (Muttergestein). Auf das verwitterte Gestein fallen Blätter und andere Pflanzenteile, die von Mikroorganismen zersetzt werden. Der dadurch entstehende Humus wird im Laufe der Zeit mit den anorganischen Verwitterungsresten durchmischt.

Neben anderen Bodenorganismen bewirken vor allem die Regenwürmer die krümelige Struktur eines fruchtbaren Bodens. Die Hohlräume zwischen diesen Krümeln sind normalerweise lufterfüllt, die Krümeln selbst speichern Wasser (Haft- und Kapillarwasser). Der Boden als typisches poröses Medium stellt also in der Regel ein Dreiphasensystem dar, bestehend aus fester Bodenmatrix, Bodenwasser und Bodenluft.





Feuchtschwarzerde
Feuchtschwarzerde

Böden

Im klimatisch trockenen Osten Österreichs (Bereich des pannonischen Klimas) hat sich auf Löß die fruchtbare Schwarzerde (Tschernosem, russisch Schwarzerde) gebildet. Der mächtige und starkt humushältige A-Horizont liegt direkt auf dem Löß auf, der B-Horizont fehlt. Die Schwarzerde ist ein echter Steppenboden, der sich nur im regenarmen Steppenklima entwickeln kann. Bei der Lysimeteranlage Hirschstetten werden drei für das Marchfeld typische Bodentypen untersucht:
  • Feuchtschwarzerde (siehe Titelbild)
  • Tiefgründiger Tschernosem
  • Seichtgründiger Tschernosem
Tiefgründiger Tschernosem
Tiefgründiger Tschernosem
Seichtgründiger Tschernosem
 Seichtgründiger Tschernosem

Verwitterung

Veränderung von Mineralien und Gesteinen durch den Kontakt mit der Atmosphäre, Hydrosphäre und Biosphäre.

  • Physikalische Verwitterung
    durch Temperatureinsprengung (Druckunterschiede bis zu 50 MPa)
    durch Eissprengung (bis zu 220 MPa)
    Salzsprengung (Kristallisation von Salzen oder Hydratbildung
    Pflanzenwurzeln (bis zu 1 MPa)
  • Chemische Verwitterung
    durch Auflösung (Erdalkalichloride, -sulfate und -nitrate)
    durch Hydrolyse
    durch Oxydation (eisen- und manganreiche Minerale)
  • Verwitterung durch Wurzeln und Mikroorganismen
    enger Kontakt von Pflanzenwurzeln und Primärmineralen
    Ausscheidung organischer Säuren

Bodenwasser und Wasserbilanz

  • Niederschlag
    Dem Boden zugeführtes Wasser in flüssiger (Regen) oder fester Form (Schnee, Hagel). Die Niederschlagsmenge wird üblicherweise mit Kippwaagen gemessen, und zwar ÖNORM-gerecht mit einem definierten Auffangtrichter in einem Meter Höhe (geringere Verschmutzungsgefahr). Für Wasserbilanzmessungen bei Lysimetern ist aber die bodennahe Niederschlagsmenge relevant, die erheblich (bis zu 25%) von der normierten Messung in einem Meter Höhe abweichen kann. Die Ursache dafür sind Windverfrachtungen. Daher werden bei Lysimetern üblicherweise Regenwannen niveaugleich mit dem umgebenden Boden für die Niederschlagsmessung angeordnet.
  • Evapotranspiration
    Das von der Bodenoberfläche (Evaporation) und von der Pflanze (Transpiration) durch Verdunstung abgegebene Wasser.
  • Grundwasser (Grund- und Stauwasser)
    Freies, nicht von der Bodenmatrix festgehaltenes Wasser. Das Grundwasser wird, abgesehen von horizontaler Wasserbewegung, nach starken Niederschlägen direkt durch Sickerwasser gespeist. Durch Sinkwasser (Zufluß) und Kapillarhub (Abfluß) steht das Grundwasser ausserdem mit der Bodenmatrix in stetiger Verbindung.
  • Wassergehalt (Vol. %)
    Der Wassergehalt des Bodens ist mit verschiedenen Methoden meßbar:
    • Gravimetrisch bei 105 Grad (Gewichtsmessung vor und nach definierter Austrocknung einer Bodenprobe).
    • Neutronensonde: schnelle Neutronen (z.B. vom Radionuklid 241Am) werden durch Wasserstoff und seine chemischen Verbindungen besonders gut gebremst, die resultierenden thermischen Neutronen werden von einem Proportionalzählrohr erfaßt und erlauben damit eine direkte Aussage über den Wassergehalt der Probe.
    • Time Domain Reflectometry (TDR): diese Meßmethode beruht darauf, daß die Dielektrizitätskonstante von Wasser (80) wesentlich größer ist als die des trockenen Bodens (5) oder Luft (1). Die Zeit, die ein reflektierter elektromagnetischer Puls (300 - 500 MHz) benötigt, ist von der Dielektrizitätskonstante und somit indirekt vom Wassergehalt der Probe abhängig. Der Zusammenhang zwischen den beiden Größen ist materialabhängig und empirisch bestimmbar.

  • Saugspannung (Intensität der Wasserbindung)
    Die Saugspannung (Kraft, die notwendig ist, umd Wasser der Bodenmatrix zu entziehen) wird durch verschiedene Potentiale bestimmt:
    • Gravitationspotential (Kraft, um Wasser auf ein höheres Niveau zu heben)
    • Kapillarpotential (Kraft, um die Kapillarwirkung der Bodenmatrix zu überwinden)
    • Osmotisches Potential: wirksam bei unterschiedlichen Stoffkonzentrationen in der Bodenlösung
    • Saugspannungskurve (pF-Kurve)
      Der Zusammenhang zwischen Saugspannung und Wassergehalt ist eine wichtige Kenngröße und wird durch die sogenannte pF-Kurve des jeweiligen Bodens dargestellt.
Kontakt
Austrian Research Center
A-2440 Seibersdorf