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Fachwissen Pflanzenbau

Grundwissen kompakt erklärt: Der Boden als Basis des Ackerbaus

Die physikalischen Eigenschaften der Böden bestimmen deren Ertragsfähigkeit. Maßgeblich wirken darauf das Ausgangsgestein und die Zusammensetzung. Kennen Sie Ihre Böden?

Lesezeit: 14 Minuten

Unser Autor: Hansgeorg Schönberger, N.U. Agrar GmbH für das Fachwissen Pflanzenbau

Unsere Böden sind wahre Alleskönner: Sie bilden Standort und Lebensraum für Pflanzen und Tiere, speichern Wasser und Nährstoffe und gleichen Temperaturschwankungen aus. Zudem filtern sie Fremdstoffe, können diese neutralisieren oder binden. Somit verhindern sie deren Eintrag ins Grund- und Trinkwasser sowie die Aufnahme von Schadstoffen durch die Pflanzen und damit die Anreicherung in der Nahrungskette.

Der Humus im Boden speichert u. a. CO2. Diese vielfältigen Funktionen bewältigt der Boden aufgrund des Zusammenwirkens seiner komplexen biologischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften, die im Verlauf der Bodenbildung entstanden sind.

Die Böden in Mitteleuropa bildeten sich zum Großteil nach der letzten Eiszeit und sind kaum älter als 20.000 Jahre. Die jüngsten Böden entstanden durch die Eindeichung von Marschen.

Ausgangsmaterial: Vom Gestein zum Boden

Über die Korngröße der Bodenpartikel und damit über die Bodenart entscheiden Ausgangsgestein, Verwitterung, Zerkleinerung und Transport. Beim Ausgangsgestein unterscheiden wir zwischen dem silikatischen Tiefengestein des Magmas aus dem Erdinneren und dem carbonatischen Sedimentgestein, das aus Ablagerungen von Kleinstlebewesen bis hin zu Korallen und Muscheln entstanden ist.

Das Ausgangsgestein wirkt sich auf den pH-Wert und die Nährstoffzusammensetzung aus. Aus Silikat-Gestein entstanden meist saure Böden mit niedrigem pH-Wert, während Carbonatböden hohe pH-Werte ausweisen.

Durch Verwitterung entstehen aus Felsen Steine und immer feineres Material bis hin zur Feinerde. Davon verbleibt aber nur ein geringer Teil am Ort der Verwitterung. Das verwitterte Material wird verlagert: Die Schwerkraft (Felsen), Eis, Wasser und Wind transportieren die gelockerten Gesteinsmassen. Je nach Stärke befördert die einwirkende Kraft gröbere bis feinste Bestandteile unterschiedlich weit. Felsen fallen durch die Schwerkraft herab, Eis kann große Steine bis hin zu Hinkelsteinen fortbewegen, schnell reißendes Flusswasser Kieselsteine und Sand. Langsame Strömungen wie die Meeresdünung lagern Schluff und toniges Material ab. Wind kann Sand zu Dünen aufhäufen, Stürme verbreiten Staub und Löss über hunderte Kilometer.

Am Ende werden verwitterte Gesteinsmaterialien als eiszeitliche (glaziale), marine (Marschen) oder fluviatile (Flussauen) und äolische (Löss, Staublehm) Sedimente abgelagert. Aus den Sedimenten können sich Böden bilden.

Bodenart – ein wichtiges Merkmal

Die verschieden großen Sedimente machen die Böden aus. Mineralbestandteile über 2 mm Durchmesser bezeichnet man als Grobboden oder Bodenskelett, die Bestandteile unter 2 mm als Feinerde. Während Sandkörner (über 63 µm bis 2 mm Durchmesser) noch mit bloßem Auge zu erkennen sind, ist für die Unterscheidung von Schluffpartikeln (Durchmesser über 2 bis 63 µm) eine Lupe angebracht. Um Tonteilchen (unter 2 µm) zu unterscheiden, benötigt man ein Mikroskop.

Die Bodenart ergibt sich aus dem Anteil der drei Fraktionen Ton, Sand und Schluff:

Die Zusammensetzung der Korngrößen beeinflusst die wichtigsten Funktionen und Vorgänge im Boden wie Wasserspeicherung und -führung, Verlagerung von Nährstoffen, Dichtlagerung, Verschlämmungs- und Erosionsneigung, aber auch zusammen mit pH-Wert und Kalziumsättigung die Verlagerung von Tonpartikeln (Lessivierung) innerhalb des Bodens.

Reine Sandböden sind für die landwirtschaftliche Nutzung weniger gut geeignet. Sie zeichnen sich durch eine hohe Wasserdurchlässigkeit bzw. ein geringes Wasserhaltevermögen aus.

Schluffböden hingegen können pflanzenverfügbares Wasser in hoher Menge speichern. Der Schluffanteil entscheidet über das Wasserhaltevermögen und damit vor allem auf Trockenstandorten über die Ertragsfähigkeit des Bodens.

Ton setzt sich aus verschiedenen Tonmineralen zusammen, die nach außen negativ geladen sind und zusammen mit Humus Kationen binden können. Tonböden können deshalb Nährstoffe in großen Mengen speichern und haben einen hohen Wassergehalt. Durch den hohen Anteil an Totwasser in den Feinporen ist aber nur ein geringer Teil davon für die Pflanzen verfügbar. Infolge des Quellvermögens der Tonteilchen machen Tonböden nach Regen schnell zu. Damit wird der Gasaustausch unterbunden. Andererseits reißen Tonböden durch Trockenheit auf. Dadurch kann dann Luft wieder tief in den Boden eindringen.

Wie hoch der Tonanteil in Ihrem Boden ist, können Sie mit der Fingerprobe feststellen:

Reine Sand-, Schluff- oder Tonböden kommen kaum vor. Landwirtschaftlich genutzte Böden bilden meist ein Gemisch der drei Fraktionen Sand, Schluff und Ton – das ergibt Lehm. Ein „idealer Boden“ besteht aus 17% Ton, 70% Schluff und 10% Sand, dazu noch 3% Humus (siehe „Humus“ auf Seite 86). Der Ton gewährleistet die Nährstoffspeicherung, der Schluff die Wasserversorgung und der Sand die Standfestigkeit bzw. Tragfähigkeit des Bodens, aber auch die notwendige Durchlässigkeit, um überschüssiges Wasser abzuführen.

Weniger optimale Böden weichen in der Zusammensetzung der Korngrößen von diesen Werten ab:

  • Steigt der Tonanteil, wird der Boden bindiger und gibt Nährstoffe bei Trockenheit weniger gut ab. Das hat zur Folge, dass die Pflanze „eher verhungert als verdurstet“. Nässe bewirkt das Quellen des Tons, damit „macht der Boden zu“, der Gasaustausch wird behindert. Der tonige Boden lässt sich im nassen und im trockenen Zustand schlechter bearbeiten („Minutenböden“).

  • Höhere Schluffanteile lassen den Boden leichter verschlämmen und erodieren.

  • Hohe Sandanteile wiederum vermindern die Wasserspeicherung des Bodens und erhöhen das Auswaschungsrisiko von Nährstoffen.

Aggregate schaffen Struktur

Lagern die einzelnen Bodenbestandteile lose nebeneinander, ergibt sich daraus noch kein Boden, sondern ein Sandhaufen oder Tonbatzen. Man nennt das Einzelkorngefüge (Sandhaufen) oder Kohärentgefüge (Kittgefüge). Sandpartikel z.B. haften durch sogenannte Wassermenisken zusammen. Trockener Sand ist grundlos, weil die Bindung zwischen den Sandteilchen verloren gegangen ist. Aus gewässertem Sand lässt sich hingegen eine Sandburg bauen.

Die Bodenstruktur ist auf Aggregaten aufgebaut. Diese werden aus Ton, Schluff und Sand gebildet und durch Humuspartikel, chemische Bindungen, organische Verklebungen und Kalziumbrücken zwischen den Tonpartikeln zusammengehalten.

Kalzium ist zweifach positiv geladen und kann dadurch nach außen negativ geladene Tonminerale verbinden. Das Einzelkorngefüge lässt sich mit einem Sandhaufen vergleichen, die Bodenaggregate sind dagegen die Elemente einer Architektur, die zu verschiedenen Formen zusammengefügt werden.

Ein Bodengefüge bildet sich durch das Zusammenballen der einzelnen Bestandteile. Daraus entsteht auf natürlichem Weg das Aggregatgefüge, idealerweise das Krümelgefüge. Krümel haben einen Durchmesser von 1 bis 10 mm, sind abgerundet, humos und porös und haben eine hohe Stabilität.

Trocknet ein verdichteter, feinkörniger Boden aus, entsteht durch Schrumpfung und Rissbildung ein sogenanntes Absonderungsgefüge wie scharfkantige Polyeder oder ein horizontal ausgerichtetes Plattengefüge durch Bearbeitungssohlen. Letztere stören die Wasserableitung, unterbrechen den kapillaren Aufstieg und verhindern das Tiefenwachstum der Wurzeln. Bodenbearbeitung bricht den Boden auf – es entsteht ein Fragmentgefüge mit kantigen Bröckeln, wenn die Bodenbearbeitung im optimalen Zustand des Bodens erfolgt. Wird der Boden zu nass oder zu trocken bearbeitet, entsteht ein Fragmentgefüge mit Klumpen oder Batzen.

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Poren - Der Wasserspeicher

Zwischen den Bodenpartikeln, die zusammen mit dem Humus die Festsubstanz des Bodens bilden, befinden sich Poren. Sie geben dem Boden die Fähigkeit Wasser aufnehmen zu können wie ein Schwamm.

Die feinsten Poren (Feinporen, unter 0,2 µm mittlerer Durchmesser) befinden sich direkt um die Tonpartikel herum. Das darin enthaltene Wasser ist so stark gebunden, dass Pflanzenwurzeln es nicht aufnehmen können (Totwasser).

In den Aggregaten eingeschlossen sind Mittelporen (0,2 bis 10 µm Durchmesser), die das Wasser pflanzenverfügbar speichern. Die Feinwurzeln können teilweise in die Mittelporen hineinwachsen und daraus Wasser saugen. Im Netz der Mittelporen kann Wasser kapillar aufsteigen, versickert aber nicht – es kann also gegen die Schwerkraft gehalten werden.

Niederschlagswasser versickert in den Grobporen (mittlerer Durchmesser über 10 µm) zwischen den Aggregaten. Dabei unterscheiden wir zwischen weiten Grobporen, die schnell entwässern, und engen Grobporen, in denen die Versickerung langsamer erfolgt.

Fein- und Mittelporen können wir durch die Bodenbearbeitung nicht beeinflussen. Dagegen kann die Bodenbearbeitung den Anteil der Grobporen verändern.

In den Grobporen findet vornehmlich der Gasaustausch im Boden statt. Bei intensiver Trockenheit wird der Boden quasi mit Luft bis in die Mittelporen hinein aufgepumpt. Füllt sich der Boden im Herbst mit Wasser, kann die Luft aus den Mittelporen nicht vollständig entweichen: Man läuft über den Boden wie über ein Luftpolster. Diesen Zustand nennt man „Trocken- oder Sommergare“. Diese ermöglicht aufgrund der intensiven Durchlüftung des Bodens eine hohe N-Freisetzung.

Das Porenvolumen im Boden hängt von der Bodenart und vom Humushaushalt ab. Für das Pflanzenwachstum entscheidend ist der Anteil an Mittelporen. Anhand der Bodenart lässt sich deren Anteil abschätzen und die nutzbare Feldkapazität (nFK) ableiten. Sandböden können zwischen 80 und 140 mm Wasser pflanzenverfügbar speichern. Lehmböden speichern zwischen 150 und 220 mm, Lössböden bis zu 250 mm.

Tonböden haben eine nFK von 140 bis 180 mm. Böden mit höheren Humusgehalten haben eine um 10 bis 25% höhere nFK. Diese Angaben sind bis 1 m Tiefe gerechnet. Flachgründige Böden mit Felsen, Schotter oder Sand im Untergrund speichern entsprechend weniger Wasser.

Die Ableitung von überschüssigem Wasser erfolgt in den Grobporen. Deren Anteil ist im sandigen Boden höher als im lehmigen oder gar tonigen Boden.

Die Durchlässigkeit des Bodens wird durch den Kf-Wert angegeben. Sandige Böden haben einen Kf-Wert von 0,5 bis 1,0 m/d. Das bedeutet, dass das Wasser innerhalb eines Tages zwischen 50 cm und 1 m tief in den Boden eindringen kann. Lehm- und Lössböden haben einen Kf-Wert von 0,1 bis 0,3 m je Tag: das Wasser kann somit innerhalb eines Tages bis Krumentiefe eindringen.

In tonige Böden dringt es nur bis 10 cm ein (Kf-Wert 0,1 m/d). Sandige Böden kann man wenige Stunden bis einen Tag nach einem stärkeren Regen wieder bearbeiten, während man bei tonigen Böden mehrere Tage bis zu einer Woche warten muss. Im trockenen Boden ist der Wasserabfluss langsamer als im wassergesättigten Boden, weil die Lufteinschlüsse in den Poren ein Polster bilden, das das Vordringen des Wassers behindert. Die Versickerung erfolgt erst, wenn die Luft entwichen ist.

Porenkontinuität erhalten

Der Wasserabfluss, der kapillare Aufstieg und das Wurzelwachstum erfordern, dass die Poren kontinuierlich von oben nach unten verlaufen. Verdichtungen oder Strohmatten wirken genauso hinderlich wie der Wechsel von festem zu lockerem Boden und umgekehrt bzw. ein Wechsel in der Bodenart (geschichtete Böden).

Aus diesem Grund muss der Boden nach einer tiefen Lockerung auch wieder genauso tief rückverfestigt werden, wie er vorher gelockert wurde, wenn für die natürliche Sackung keine Zeit bleibt.

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Humus - Der Bodenverbesserer

Die Festsubstanz des Bodens, die Bodenmatrix, besteht aus dem Mineralbestandteil und der organischen Substanz. Diese setzt sich aus der abgestorbenen organischen Substanz (Humus) und der aktiven, lebenden Biomasse (Edaphon) zusammen.

Letzteres sind Mikroorganismen und Lebewesen im Boden, die das Bodenleben bewerkstelligen. Humus besteht aus zwei Fraktionen:

  • Dauerhumus (50 bis 80 %): Das sind vorwiegend Fulvosäuren, Huminsäuren und Humide. Huminsäuren verleihen dem Humus die dunkle Farbe. Dauerhumus wird über einen langen Zeitraum gebildet, die Bewirtschaftung beeinflusst ihn kurzfristig nur wenig.

  • Nährhumus (20 bis 50 %): Dieser besteht zu einem Großteil aus Zellulosen, Hemizellulosen und Proteinen, die über Ernte- und Wurzelrückstände, Zwischenfrüchte und Wirtschaftsdünger in den Boden gelangen. Etwa 20 % der zugeführten organischen Substanz wird in den Nährhumus eingebaut, der Rest wird abgebaut.

Humus stabilisiert

Humus legt sich wie ein Netz über die Mineralpartikel im Boden und trägt auf diese Weise zur Bildung stabiler Krümel bei. Die Durchlüftung des Bodens, Wasserspeicherfähigkeit und Wasserdurchlässigkeit des Bodens werden gefördert. Dadurch können die Wurzeln besser wachsen und Wasser und Nährstoffe leichter aufnehmen.

Durch die bessere Durchlüftung steigt auch die mikrobielle Aktivität im Boden. Humus macht den Boden elastischer und stärkt die Belastbarkeit des Bodens. Das verringert das Verdichtungs- und Erosionsrisiko. Humus ...

  • speichert Nährstoffe und bildet eine langsam fließende Nährstoffquelle,

  • ist Nahrungsquelle für Bodenmikroorganismen und Bodentiere,

  • wirkt als Puffer gegen pH-Schwankungen im Boden,

  • wirkt durch Adsorption als Filter für Fremdstoffe und verhindert deren Eintrag in das Grund- und Trinkwasser und speichert CO2.

Optimaler Humusgehalt

Ein (zu) hoher Humusgehalt im Boden macht die Böden dagegen puffig und verringert die Verfügbarkeit von Spurenelementen – z. B. Kupfer durch Komplexbildung, Mangan durch die stärkere Durchlüftung. Weitere Folgen:

So mindert zu viel Humus z. B. die Wirkung von Bodenherbiziden und erhöht das Risiko für Wurzelkrankheiten wie Schwarzbeinigkeit. Der optimale Humusgehalt hängt in erster Linie von der Bodenart ab und von den Wirkungen, die man an andere Eigenschaften des Bodens stellt:

In sandigen Böden sollte der Humusgehalt zwischen 2,2 und 3,5 % liegen. Je trockener der Standort, umso besser ist ein höherer Humusgehalt. Unter 1,7 % Humus sinkt die Ertragssicherheit auf sandigen Böden eklatant. Schluffige Böden sollten 2,2 bis 3,0 % Humus aufweisen. Unter 1,8 % Humus nimmt die Strukturstabilität dieser Böden ab. Der Boden verschlämmt schneller.

In Lehmböden sind 2,0 bis 2,8 % Humus optimal. Unter 1,5 % Humus nimmt die Bearbeitbarkeit dieser Böden rapide ab. Die Bodenstruktur wird trotz hoher pH-Werte deutlich schlechter.

Tonböden sollten höhere Humusgehalte von 2,2 bis 3,5 % enthalten. Unter 1,8 % Humus lassen sich tonige Böden schlechter bearbeiten, außerdem ist die nutzbare Feldkapazität geringer.

Corg oder Humus?

Anhand der Bodenfarbe kann man den Humusgehalt nur grob schätzen. Nasse Böden wirken dunkler und gaukeln höhere Humusgehalte vor als trockene Böden. Sandige Böden wirken bei gleichem Humusgehalt dunkler als tonige Böden. Das hängt mit der geringeren Oberfläche der Sandkörner zusammen. Dadurch ist die (Farb-)Konzentration je cm² Oberfläche höher.

Wer es genau wissen will, muss den Humusgehalt im Labor über den Kohlenstoffanteil bestimmen lassen.

Neben der organischen Form kommt Kohlenstoff im Boden auch in anorganischer Form vor: als Carbonat (Calcit, Dolomit), das im Gesamt-Kohlenstoff (Ct) enthalten ist. Dieses lässt sich mit der sogenannten Dumas-Methode bestimmen. Der C-Carbonat-Anteil muss dann vom Ct abgezogen werden, um Corg zu errechnen. Andernfalls wird Corg bzw. der Humusgehalt im Boden überschätzt.

Der Humusgehalt ergibt sich durch die Multiplikation von Corg mit dem Faktor 1,72.

Beispiel: Ein Boden mit gemessenen 2,3 % Ct hat nach Abzug von 0,3 % Carbonat-Kohlenstoff 2,0 % Corg oder 3,4 % Humus. Ohne den Abzug von 0,3 % Carbonat-C ergäben sich rechnerisch 4,0 % Humus, die nach DüV zu einem Abzug bei der Düngebedarfsermittlung führen würden.

C:N-Verhältnis bestimmt Humusqualität

Humus ist nicht gleich Humus. Die Humusqualität lässt sich mit dem C:N-Verhältnis bewerten. Im Boden liegt der Stickstoff (N) vorwiegend organisch gebunden vor. Der N-Gehalt im Verhältnis zum Kohlenstoffgehalt spiegelt das Nachlieferungspotenzial des Bodens wider:

  • C:N > 14 : 1 – diese Böden legen mehr Stickstoff fest als sie freisetzen.

  • C:N = 12 : 1 – N-Freisetzung und -Festlegung halten sich die Waage.

  • C:N < 10 : 1 – Böden mit schwer kontrollierbarer N-Mineralisation.

  • C:N < 9 : 1 – mögliche Ammonium (NH4)-Bindung durch Tonminerale. Die Erklärung dazu: Die meisten Böden enthalten weniger als 5 % Nmin (Nitrat und Ammonium). Es gibt aber auch Böden (z. B. Illit-reiche Rotlehme aus Löss), deren Austauscher (Tonminerale) mit NH4 belegt sind. Das können mehrere hundert kg NH4-N sein. Dieses NH4 wird durch die Bestimmung des Gesamt-N miterfasst und kann auch ausgetauscht (= freigesetzt) werden.

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Klassifizierung - Die Böden nach Typen

Anhand der unterschiedlichen Eigenschaften lassen sich Böden klassifizieren. Böden gleichen Ursprungs entwickelten sich unter ähnlichen klimatischen Verhältnissen auch annähernd gleich und lassen vergleichbare Erträge und Qualitäten erwarten.

Ausgangsmaterial des Bodens, Bodenart, Humusgehalt und Bodenzustand kennzeichnen den Bodentyp. Diese Parameter gehen auch in die Bodenwertzahl mit ein. Eine wünschenswerte zusätzliche Information gibt der pH-Wert. Zusammen mit dem Bodentyp, der die Horizontabfolge widerspiegelt, lässt sich mit diesen Angaben der Boden eines Standortes mit seiner Ertragsfähigkeit recht gut beschreiben.

Als Bodenfruchtbarkeit wird „die Fähigkeit eines Bodens, Frucht zu tragen, d.h. den Pflanzen als Standort zu dienen und nachhaltig regelmäßige Pflanzenerträge von hoher Qualität zu erzeugen“, definiert. Dabei ist zu unterscheiden zwischen der natürlichen und der erworbenen, d.h. die durch die Nutzung des Bodens entstandene, Bodenfruchtbarkeit eines Standortes.

Die natürliche Bodenfruchtbarkeit hängt von den Standortfaktoren und der Bodenentwicklung ab, also von Ausgangssubstrat, Klima, Relief, Vegetation und der Dauer der Bodenentwicklung. Die Bewirtschaftung kann die Bodenfruchtbarkeit, z.B. durch eine regelmäßige Zufuhr organischer Dünger, nachhaltig verbessern, aber auch verschlechtern, z.B. wenn auf die Kalkung verzichtet oder Humus stark abgebaut wird.

Diese Faktoren können die Bodenfruchtbarkeit und die Ertragsleistung mindern:

  • Unterlassung der Kalkung und Grunddüngung,

  • langjähriger Verzicht auf organische Düngung

  • verstärkter Humusabbau,

  • Bodenerosion,

  • Verdichtungen in der Krume und

  • Unterbodenverdichtungen.

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