Bodenkundliche Grundlagen

Die natürliche Entstehung von Böden

Der Begriff Boden bezeichnet kurz gesagt die belebte oberste Erdkruste des Festlandes. Boden entsteht als Umwandlungsprodukt mineralischer und organischer Substanzen unter dem Einfluss verschiedener an der Erdoberfläche wirkender Umweltfaktoren. Er ist mit Wasser, Luft und Lebewesen durchsetzt, dient als Standort von Pflanzen sowie Lebensgrundlage von Tieren und Menschen.

Der Prozess der Bodenbildung wird als Pedogenese bezeichnet und von einer Vielzahl unterschiedlicher Faktoren, wie Klima, Bodenlebewesen oder Relief, beeinflusst. Daneben ist das Ausgangsmaterial der Bodenbildung ganz entscheidend für die Körnung bzw. chemische Zusammensetzung und beeinflusst u. a. den pH-Wert, die Wasserspeicherkapazität sowie die Nährstoffverfügbarkeit des Bodens.

Ein Boden kann sowohl aus Festgesteinen als auch aus Lockersedimenten entstehen. Durch Verwitterungsprozesse entwickelt sich zunächst ein sog. Syrosem, ein humusarmer Rohboden, dessen Mächtigkeit weniger als zwei Zentimeter beträgt. Darauf siedeln sich erste Pionierpflanzen und Bodentiere an. Durch chemische Verwitterungsvorgänge werden die Minerale des Ausgangsgesteins nach und nach in für Pflanzen und Tiere lebensnotwendige Elemente umgesetzt. Abgestorbene Pionierpflanzen werden unter Beteiligung von Tieren und Mikroorganismen bei der sog. Humifizierung zersetzt und in Huminstoffe umgewandelt. Zum Teil werden organische Verbindungen auch wieder mineralisiert, also in anorganische Komponenten umgewandelt. Die so entstandenen organischen und anorganischen Bodenbestandteile werden durch biologische und physikalische Prozesse durchmischt. Diese sog. Turbation kann u. a. durch Bodenlebewesen (Bioturbation) oder Frostwechsel (Kryoturbation) erfolgen.

Bioturbation spielt eine wichtige Rolle bei der Bodenbildung. Sie beeinflusst insbesondere die physikalischen Eigenschaften des Bodens. Es kommt zu einer Lockerung, es bildet sich u. U. ein mit Hohlräumen versehenen Krümelgefüges oder - bei ausgeprägter Regenwurmtätigkeit - ein sog. Wurmlosungsgefüge (Foto: Luis Miguel Bugallo Sánchez auf Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0).

Im Laufe der Zeit siedeln sich Gräser und Kräuter sowie größere Bodenlebewesen an, wodurch sich der Prozess der Bodenbildung zunehmend verstärkt. Später kommen noch Sträucher und Bäume hinzu, deren Wurzeln zum weiteren Zerfall des Gesteins beitragen.

Die Bodenbildung ist danach jedoch keineswegs abgeschlossen. Verschiedene chemische Prozesse wie Tonverlagerung, Podsolierung, Vergleyung oder Verbraunung u. v. m. verändern die Eigenschaften eines Bodens grundlegend, sodass sich aus ein und demselben Ausgangsubstrat unter verschiedenen Umwelteinflüssen ganz unterschiedliche Bodentypen entwickeln können.

Grundsätzlich führen die verschiedenen Bodenbildungsprozesse zur Ausbildung sogenannter Bodenhorizonte, die mit fortschreitender Bodenbildung zunehmend differenzierter werden. Die meisten Bodentypen bestehen aus den folgenden Horizonten:

O - Organische Auflage

A - mineralischer Oberboden

B - mineralischer Unterboden

C - Ausgangsgestein

Der A-Horizont ist im Wesentlichen durch Prozesse der Humusanreicherung und Auswaschung von Stoffen gekennzeichnet. Im B-Horizont kommt es in der Regel zur Anlagerung der weiter oben ausgewaschenen Stoffe. Zudem spielt in diesem Horizont für die Mineralumwandlung eine entscheidende Rolle. Die Vorgänge im C-Horizont des Ausgangsubstrats sind vor allem durch die physikalische Verwitterung geprägt.

Bodenprofil mit den Bodenhorizonten (United States Department of Agriculture).

Bodeneigenschaften

Böden besitzen eine Vielzahl von Eigenschaften, die zur Beschreibung ihrer Qualität herangezogen werden können und die sich wechselseitig beeinflussen. Die Zusammensetzung und Größe der festen Bodenpartikel (Bodentextur, Bodenarten) führt zu einem bestimmten räumlichen Aufbau (Bodengefüge) und beeinflusst die Verteilung und Größe der Poren (Porung, Porenvolumen). Dies ist wiederum entscheidend für die Durchlüftung, Wasserdurchlässigkeit oder die Durchwurzelbarkeit des Bodens.

Auch die Höhe der sog. Kationenaustauschkapazität, die einen wichtigen Einfluss auf den Nährstoffhauhalt des Bodens hat, wird im Wesentlichen durch die Korngröße bestimmt. Die Leistung der Bodenorganismen hängt von all den genannten Faktoren ab und spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung organischer Substanz (Humus). Viele Bodeneigenschaften können näherungsweise direkt im Gelände bei einer sog. Bodenansprache bestimmt werden. Andere wiederum – vor allem chemische Parameter, wie Nähr- oder Schadstoffgehalt – können nur im Labor bestimmt werden. Sie alle haben einen Einfluss auf die Fruchtbarkeit des Bodens und seine Eignung für den Ackerbau.

Anhand der Bodenfarbe kann man Böden gut charakterisieren. Diese Proben sind nach aufsteigendem Humusgehalt geordnet. Die Farbe gibt u. a. auch Hinweise auf Reduktions- und Oxidationsvorgänge (Foto: Dr. Eugen Lehle, auf Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0).

In der Landwirtschaft werden Böden anhand der sog. Bodenzahl bewertet. Sie gibt an, welcher Reinertrag auf einem Boden zu erzielen ist. Sie ergibt sich in Prozent des Reinertrages auf dem fruchtbarsten Boden in Deutschland (den Schwarzerdeböden der Magdeburger Börde), der gleich 100 gesetzt wird. Die drei folgenden Faktoren bestimmen die Höhe der Bodenzahl: Die Bodenart des Profils, das geologische Alter des Ausgangsgesteins und die Zustandsstufe des Bodens. In die sog. Ackerzahl, die die Qualität einer Ackerfläche bemisst, fließen noch Faktoren, wie Klima und Relief ein.

Bestimmung der Bodenfarbe mit der Munsell-Farbtabelle (Foto: John A. Kelley, USDA Natural Resources Conservation Service, http://SoilScience.info, CC BY 2.0).

Bodentypen im Revier

Das Rheinische Braunkohlerevier ist naturräumlich der Niederrheinischen Bucht zuzuordnen. Ein Teil liegt zudem auf dem Bruchschollenhorst der Ville. Die mit dieser Lage einhergehenden naturräumlichen Gegebenheiten, insbesondere die klimatischen Bedingungen und die Ausgangssubstrate in der Region, beeinflussen die Prozesse der Bodenbildung und führen zur Entstehung der für das Revier charakteristischen Bodentypen.

In der Niederrheinischen Bucht finden sich überwiegend gut basenversorgte Parabraunerden, die aus dem kaltzeitlichen Löss entstanden sind, der in der Region die oberste Deckschicht bildet. Diese Parabraunerden haben aufgrund ihrer hohen Schluffgehalte, ihrer verhältnismäßig geringen Bodendichten, ihrer guten Durchlüftung und Durchwurzelbarkeit sowie ihrer hohen nutzbaren Feldkapazitäten entsprechend hohe Bodenzahlen. Bedingt durch das günstige Klima der Niederrheinischen Bucht erreichen sie so Ackerzahlen, die zum Teil über 90 liegen. Werden Parabraunerden im reliefierten Gelände erodiert, sammeln sich ihre korrelaten Sedimente, die sog. Kolluvien in den umliegenden Geländesenken. Kolluvisole sind ebenso ertragsfähig wie die ursprünglichen Parabraunerden. Ist die Erosion besonders stark, wird der carbonathaltige Roh-Löss an den Erosionsflanken freigelegt, aus dem sich in der Regel als frühes Bodenbildungsstadium eine Pararendzina bildet.

Parabraunerde (Foto: RWE).

Neben den Parabraunerden finden sich im Revier hauptsächlich Braunerden, pseudovergleyte Parabraunerden und Pseudogleye. Diese treten vor allem im Gebiet der Bürge und auf der Ville auf. Dort lag der eiszeitliche Löss nur geringmächtig auf und ist stellenweise bereits vollständig erodiert, sodass die Bodenbildung auf dem kiesig-sandigen Hauptterrassenmaterial des Rheins einsetzte. Pseudogleye und pseudovergleyte Böden entstehen durch eine Vernässung des Bodens in Folge bodengenetischer Verdichtungen. Dadurch sind die Böden weder gut durchlüftet noch gut durchwurzelbar oder wasserleitfähig, was zu einer deutlichen Minderung ihres landwirtschaftlichen Ertrags führt. Aus diesem Grund wurden solche Bereiche in der Regel nicht gerodet und eher als Wirtschaftswälder zur Brennholzgewinnung oder als Waldweide genutzt. Pseudogleystandorte, die dennoch landwirtschaftlich genutzt werden, sind in der Regel drainiert und nur dadurch nutzbar gemacht worden.

Pseudogley (Foto: U. Burkhardt auf Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0).

Neben den Parabraunerden und Pseudogleyen finden sich noch die Auenböden der Erft, Rur und Inde sowie weiterer kleinerer Gewässer, die je nach Ursprungsgebiet und Sedimentfracht eine ganz unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen können. Auenböden weisen einen hohen Tongehalt auf und sind daher landwirtschaftlich schwerer bearbeitbar als Parabraunerden. Unter Einfluss des Grundwassers bilden sich zudem häufig Gleye, die wie Pseudogleye stark vernässt und kaum durchlüftet sind.

Herstellung und Nutzung von Böden