Basiswissen Boden

Von Sand bis Ton

Ein Rohboden entsteht durch Verwitterung des geologischen Substrates, auf dem er sich bildet. Das kann Festgestein sein – Kalk, Granit, Schiefer, Sandstein etc. – oder ein Lockersediment wie Sand, Lehm oder Löss. Das Ausgangssubstrat und die darin enthaltenen Minerale bestimmen maßgeblich die Textur, d. h. die spezifische Korngrößenzusammensetzung eines Bodens. Als "Bodenart" bezeichnet man die Korngrößenzusammensetzung eines Bodens heißen: Man unterscheidet verschiedene Korngrößenfraktionen, die wichtigsten sind Sand, Schluff und Ton. „Schluff“ ist dabei die Fraktion zwischen Sand und Ton. Die Bodenart„Lehm“ bezeichnet eine ausgewogene Mischung aus Sand, Schluff und Ton. Alles, was größer ist als grober Sand, bezeichnet der Bodenkundler als „Skelett“, also kleine oder größere Steine. Während aus Ausgangssubstraten wie Granit und Sandstein Böden mit einem hohen Sandanteil entstehen, verwittern z. B. Schiefer und Gneis zu tonreichen Böden mit einem hohen Anteil an Tonmineralen.

Speichermedien des Bodens

Tonminerale sind eine ganz besondere Gruppe von Mineralen, die für Böden eine äußerst wichtige Rolle spielen. Es handelt sich um sogenannte Schichtminerale, d. h. die Minerale sind nicht konzentrisch angeordnet wie z. B. Quarz, der Hauptbestandteil von Sand, sondern in mehreren ultradünnen Schichten. Durch die Verteilung der elektrischen Ladungen in Inneren der Schichten ist die äußere Oberfläche der Minerale schwach negativ geladen. Dadurch bindet sie positiv geladene Teilchen an sich, die für die Ernährung von Pflanzen eine große Rolle spielen, wie z. B. Kalium, Kalzium und Magnesium. Insgesamt ist die „spezifische Oberfläche“ („innere“ Oberfläche pro Volumeneinheit) von Tonsubstraten extrem hoch, Ton kann also große Mengen an Nährstoffen speichern. Außerdem können Tone aufquellen, indem sich Wassermoleküle in die Zwischenschichten der Minerale einlagern, was sich einerseits auf die Wasserhaltefähigkeit von Böden positiv auswirkt, aber auch die Gefahr der Bildung von Staunässe birgt.

Die Textur und der Skelettgehalt sind verantwortlich für eine ganze Reihe von Bodeneigenschaften wie z. B. die Fähigkeit, Wasser und Nährstoffe zu speichern. Die Textur eines Bodens hat aber auch unmittelbare Auswirkungen auf die Entwicklungsprozesse im Boden. Denn Böden sind keine statischen Gebilde, sondern unterliegen einer oft typisch ablaufenden Entwicklungsdynamik.

Böden - Zeugen der Geschichte

Kennen Sie die Parabraunerde? Oder den Pseudogley? Das sind weit verbreitete Bodentypen, die uns die Naturgeschichte der Nacheiszeit in Mitteleuropa erzählen.

Gehen wir einmal im Geiste 15.000 Jahre zurück. Damals zog sich das Inlandeis in Deutschland langsam zurück. Während der Eiszeiten war es in Mitteleuropa sehr trocken. Wo keine Gletscher lagen, gab es nur äußerst spärliche Vegetation. Auf den Flächen, wo vorher der Gletscher lag, lagen nach dessen Rückzug die Sedimente ungeschützt frei. Das war die große Zeit der Winderosion. Millionen Tonnen von Schluff und Sand wurde von trockenen Fallwinden an den Gletscherrändern aufgenommen, durch halb Europa geweht und an vielen Stellen teilweise meterdick wieder abgelagert: der Löss.

Nach der Eiszeit begann sehr schnell die Wiederbesiedlung der Flächen mit Pflanzen, aber auch Regen und Frost sorgten dafür, dass sich die Lössschichten von oben nach unten veränderten. Löss enthält zwar hauptsächlich Schluff, aber oft auch größere Mengen Kalk und Ton, die zusammen stabile Aggregate bilden. Wenn der Kalk allmählich vom Regenwasser ausgewaschen wird, entsteht eine erste Schichtung im Boden: Oben ein Horizont mit entkalktem Löss, darunter ein Horizont, in dem der Kalk wieder ausfällt, und der dadurch einen noch höheren Kalkgehalt hat als der darunter liegende Horizont des Ausgangssubstrates. (In der Bodenkunde spricht man übrigens in der Tat von Horizonten, nicht von Schichten – den Begriff „Schicht“ hat die Geologie für sich „gepachtet“.)

Durch die Kalkauswaschung werden die stabilen Kalk-Ton-Aggregate aufgelöst, und auch der Ton folgt dem Kalk in der Auswaschung in tiefere Horizonte. In dem Unterboden-Horizont, in dem der Kalk ausgefallen ist, reichert sich auch der Ton wieder an. Diesen Prozess nennt der Bodenkundler „Lessivierung“ (= Tonverlagerung). Der Bodentyp, der durch diese Horizonte und deren Entstehungsprozesse gekennzeichnet ist, heißt Parabraunerde.

Die Entwicklung des Bodens ist damit aber noch nicht zu Ende. Ton ist bekanntlich ein Dichtungsmaterial, und wenn sich viel Ton im Unterboden angereichert hat, staut sich das Wasser bei hohen Niederschlägen in dem tonreichen Unterbodenhorizont. Bei Staunässe entsteht Sauerstoffmangel, und in sauerstoffarmem Wasser löst sich Eisen und kann mit der Bodenlösung verlagert werden – und zwar nach oben, nicht nach unten. Denn bei Staunässe ist der Weg nach unten versperrt, und die Bodenlösung wird beim langsamen Austrocknen des Oberbodens durch Kapillaren nach oben „gesaugt“. Sobald das eisenreiche Wasser weiter oben in einer Zone mit besserer Durchlüftung landet, fällt das Eisen wieder aus. Hier entstehen regelrechte „Rost“-Überzüge im Inneren der Bodenporen. Der untere, tonreiche Horizont bleicht durch den Eisenentzug aus, der darüber liegende Horizont bekommt Rostflecken. Der Bodentyp „Pseudogley“ ist entstanden.

Zugleich sinkt durch die Kalkauswaschung die Pufferkapazität des oberen Horizontes gegenüber Säuren. Und spätestens jetzt spielt auch die Vegetation, die sich auf dem Boden angesiedelt hat, eine tragende Rolle in der Bodenentwicklung. Um an die Nährstoffe zu gelangen, die an den Bodenpartikeln angelagert sind, scheiden Wurzeln Säure aus. Durch den fehlenden Kalk kann der Boden die Säure nicht abpuffern, der pH-Wert im Oberboden sinkt.

Mit der Bodenveränderung geht immer auch eine Veränderung der Standortbedingungen für die Pflanzen einher, die auf dem Boden wachsen. Staunässe, pH-Wert etc. sind Faktoren, die das Pflanzenwachstum maßgeblich beeinflussen. Die Pflanzen wiederum beeinflussen mit ihren Wurzeln direkt den Boden. Boden und Vegetation stehen also in ständiger Wechselwirkung und entwickeln sich gemeinsam – eine „Koevolution“ sozusagen.

Neben den genannten Bodentypen Parabraunerde und Pseudogley gibt es noch zahlreiche andere Bodentypen, in denen noch ganz andere biochemische Prozesse ablaufen. Gemeinsam ist ihnen aber, dass immer die Bodenlösung eine Rolle spielt, also das Wasser, das von oben nach unten versickert, gelegentlich stagniert und auch in den Bodenporen kapillar wieder aufsteigen kann. Die wichtigsten bodenbildenden Eigenschaften sind dabei der pH-Wert und der Sauerstoffgehalt der Bodenlösung.

Das Geheimnis der Fruchtbarkeit

Sobald etwas im oder auf dem Boden lebt – Pilze, Flechten, Bakterien, Bodentiere und Pflanzen – wird der Mineralboden durch organische Substanzen bereichert. Auch Hinterlassenschaften von vorbeiziehenden Tieren auf dem Boden tragen dazu bei. Organisches Leben ist gekennzeichnet durch eine große Fülle von Kohlenstoff-Verbindungen, deren Grundbausteine, Wasser und Kohlendioxid, quasi grenzenlos verfügbar sind. Der „Kreislauf des Lebens“ besteht im Wesentlichen darin, dass mithilfe des Sonnenlichtes aus Wasser und CO2 energiereiches Material aufgebaut und anschließend wieder zu Wasser und CO2 abgebaut („veratmet“) wird. So trivial ist das in Wahrheit natürlich nicht, und fast immer bleiben Stoffe zurück, die nicht so schnell abgebaut werden können, vor allem hochmolekulare Kohlenwasserstoffe. Sie reichern sich in und auf dem Boden an: der Humus.

Humusstoffe zeichnen sich durch komplexe Strukturen aus, die in der Lage sind, Nährstoffe so anzulagern, dass sie zwar nicht vom Sickerwasser ausgewaschen werden, dennoch so locker gebunden sind, dass Pflanzenwurzeln sie gut aufnehmen können. Besonders günstig für die Bodenstruktur und die Nährstoffverfügbarkeit ist es, wenn Humusstoffe und Tonminerale eine enge Verbindung eingehen, denn auch Tonminerale speichern große Mengen an Wasser und Nährstoffen.

Durch die Verbindung mit Humusstoffen werden die negativen Eigenschaften von Ton – die zu feste Bindung von Nährstoffen und die Tendenz zur Staunässebildung – gemildert, die Humusstoffe dagegen vor mikrobiellem Abbau besser geschützt. So entstehen die hochstabilen Ton-Humus-Komplexe. Besonders effektiv für die Bildung solcher Komplexe ist die Verdauungstätigkeit des Regenwurms: Indem er Humusstoffe und Tonminerale gleichzeitig frisst, vermischen sich die beiden Bestandteile intensiv während der Passage durch seinen Verdauungstrakt. Was dann „hinten rauskommt“, also die Wurmlosung, ist das beste Pflanzsubstrat, das man sich wünschen kann!

Lebendiger Mikrokosmos

Sicher kennen auch Sie die erstaunliche Tatsache, dass in einer Handvoll gesundem, fruchtbarem Boden mehr Lebewesen leben als Menschen auf der ganzen Erde. In 300 Litern humosem Oberboden – das ist eine Menge, die einer Fläche von einem Quadratmeter und einer Oberbodentiefe von 30 cm entspricht – befinden sich im Mittel folgende Mengen an Lebewesen:

• 2,5 Billionen Mikroorganismen: Bakterien, Pilze, Algen
• 1 Millionen Fadenwürmer
• 100.000 Milben
• 50.000 Springschwänze
• 25.000 Rädertiere
• 10.000 Borstenwürmer
• 100 Käferlarven
• 100 Zweiflüglerlarven
• 80 Regenwürmer
• 50 Schnecken
• 50 Spinnen
• 50 Asseln

Das Edaphon – so nennt man die Gesamtheit der lebenden Bodenorganismen – ernährt sich von der abgestorbenen organischen Substanz der Pflanzen, die im Boden wachsen. Es macht den Boden zu einem lebenden Organismus. Die Stoffwechseldynamik des Edaphons ist eine Umweltbedingung, an die sich Pflanzen angepasst haben und von der sie profitieren. Das geht so weit, dass sich z. B. zwischen Pflanzenwurzeln und Mikroorganismen regelrechte Symbiosen entwickelt haben:

• Bei den Mykorrhiza versorgt ein Pilz die Pflanze mit Nährstoffen, indem er sein Myzel (Pilzgeflecht) um die Feinwurzeln flicht und dadurch die Oberfläche, über die die Pflanze Nährstoffe aufnehmen kann, vervielfacht. Dafür zapft der Pilz die Leitbahnen der Wurzeln an und bedient sich an der Zuckerlösung, mit der die Pflanze die Wurzeln mit Energie versorgt.
• Knöllchenbakterien (Rhizobien) regen die Wurzeln v. a. vieler Pflanzenarten aus der Familie der Schmetterlingsblütler an, kleine Knöllchen auszubilden, in denen sie sich häuslich niederlassen können. Die Bakterien sind in der Lage, den Luftstickstoff in pflanzenverfügbaren Stickstoff umzuwandeln, sie „fixieren“ Stickstoff. Wie die Mykorrhiza-Pilze werden auch die Rhizobien im Gegenzug von der Pflanze mit Zuckerlösung gefüttert.

Dies sind nur die bekanntesten Beispiele dafür, wie Pflanzen und Bodenlebewesen direkt voneinander abhängen. Es gibt zahlreiche weitere bekannte, aber noch viel mehr unbekannte Wechselwirkungen zwischen Pflanzen und dem Edaphon. Eines ist auf jeden Fall unbestreitbar: Ein lebendiger Boden ist eine wichtige Voraussetzung für das gesunde Wachstum von Pflanzen.

Boden ist nicht nur die Summe seiner Teile. Vielmehr verbinden sich dessen Bestandteile zu einer mehr oder weniger stabilen Struktur. Mineralboden und Humus bilden in dieser Struktur das materielle Gerüst, die Bodenmatrix. Diese Matrix aber ist porös – die festen Bestandteile nehmen nur etwa gut die Hälfte des Bodenvolumens ein, der Rest sind Poren! Diese Bodenporen entstehen durch Auswaschung von Stoffen und die Wühltätigkeit von Bodenorganismen, aber auch die Wurzelgänge abgestorbener Wurzeln bereichern die Porenvielfalt des Bodens.

Humus und Bodenorganismen „verkleben“ die Mineralpartikel im Boden so miteinander, dass eine stabile poröse Struktur entsteht – wie bei einem Schwamm. Durch die Poren hat der Boden eine enorm große „innere Oberfläche“. Im Mittel hat ein Liter Boden eine innere Oberfläche von etwa 10.000 Quadratmetern! Das variiert natürlich sehr stark in Abhängigkeit von der Bodenart, dem Skelettgehalt und dem Verdichtungsgrad des Bodens. In den Bodenporen befinden sich Luft und Wasser.

Im Bodenwasser sind viele Stoffe gelöst, man nennt es daher auch „Bodenlösung“. Das Regenwasser bringt schon einige Stoffe mit, ist aber sehr mineralstoffarm. Im Wald nimmt der Niederschlag schon bei seiner Passage durch das Kronendach weitere Stoffe von den Blattoberflächen auf, und auch in der sog. „Streuauflage“ des Bodens, also den heruntergefallenen Blättern, Zweigen etc., reichert sich das Wasser mit organischen und mineralischen Stoffen an. Im Boden sickert das Wasser langsam durch die Poren tiefer, und dabei findet ein reger Stoffaustausch zwischen dem Wasser und den Oberflächen der Poren statt.

Ob Wasser schnell oder langsam versickert bzw. sich sogar entgegen der Schwerkraft in den Poren von unten nach oben bewegt, hängt vom Durchmesser der Poren ab: Durch Grobporen wie z. B. in Sandböden rauscht Wasser recht schnell nach unten, einen kapillaren Aufstieg gibt es in Sandböden so gut wie gar nicht. Lehm- und Tonböden dagegen haben einen hohen Anteil an Feinporen, die das Wasser lange im Boden festhalten. Je mehr Poren ein Boden hat, desto mehr natürliche Wurzelgänge bietet er den Pflanzen. Feinwurzeln suchen sich ihren Weg in die Poren, um nah an die Austauschoberflächen der Bodenmatrix heranzuwachsen und Nährstoffe von ihnen abzulösen.

Für Tiere und Pflanzen ist es aber auch wichtig, dass ein Teil der Poren mit Luft gefüllt ist. Tiere brauchen Luft zum Atmen, aber auch Wurzeln „atmen“. Pflanzen produzieren nicht nur Sauerstoff, sie verbrauchen ihn auch – mit genau den gleichen Mechanismen und zum selben Zweck wie Tiere und Menschen: Sie „verbrennen“ Zucker zum Gewinnen von Energie. So sterben z. B. normale Pflanzen, wenn sie dauerhaft in einem wassergesättigten Boden stehen: Die Wurzeln bekommen keinen Sauerstoff mehr, die Wurzelzellen ersticken und sterben ab, so dass die oberirdischen Pflanzenteile nicht mehr von den Wurzeln versorgt werden können. Deshalb vertrocknen die Blätter, obwohl im Boden Wasser im Überfluss ist.

Wenn Böden verdichtet sind, z. B. durch Befahren mit schweren Maschinen, verringert sich das Porenvolumen drastisch: Die Pflanzen können nicht so viele Feinwurzeln ausbilden, und die Gefahr des „Erstickens“ steigt. Und je humusärmer die Böden sind, desto weniger stabil ist die Bodenstruktur, und desto eher kommt es zu einer tiefgründigen Verdichtung des Bodens.

Eine innige Beziehung

Der Mensch hat mit seiner Kulturtätigkeit Böden verändert, bis hin zur Bodenzerstörung durch Bautätigkeiten und Versiegelung. Die Landwirtschaft – und dazu zählt auch der Gartenbau – greift immer wieder vor allem in den Oberboden ein. Dabei führen die häufige mechanische Bearbeitung und die mangelnde Zufuhr organischen Materials oft dazu, dass der Boden verarmt, vor allem durch den Abbau von Humus, durch Verdichtung und Erosion. Eine gute Bodenbewirtschaftung kann aber auch ursprünglich „arme“ Böden aufwerten. Gute Gartenböden, die übrigens in der Bodenkunde einen eigenen Namen haben: Hortisole, können gegenüber den Ausgangsböden deutlich stabiler und fruchtbarer sein. Für die Bodenpflege gelten dabei diese drei Grundsätze:

• Wenig Bodenverdichtung durch Befahren oder Begehen
• Wenig Bodenbearbeitung, damit die gewachsene Struktur und Schichtung des Bodens erhalten bleibt
• Beständige Zufuhr von organischem Material zur Optimierung des Humusregimes im Oberboden

Eine Sache des Betrachters

Die Natur kennt keinen „guten“ oder „schlechten“ Boden. Diese Wertung nimmt der Mensch vor – je nachdem, aus welcher Perspektive er den Boden betrachtet. Ein Naturschützer, der sich um den Erhalt seltener Magerrasen sorgt, freut sich über einen humusarmen, flachgründigen Boden, der kaum Nährstoffe bereit hält und schnell austrocknet. Denn nur auf solchen Böden gedeihen hoch spezialisierte Pflanzenarten, die einer großen Zahl seltener Insektenarten als Futterpflanzen dienen.

Wer Heidelbeeren anbauen möchte, braucht einen Boden, der reich ist an Humus, aber arm an Nährstoffen und vor allem an Kalk. Das ist gar nicht so einfach zu realisieren, wenn man auf Torf verzichten möchte.

Meist jedoch betrachten Menschen einen Boden dann als „gut“, wenn er für den Anbau von „normalen“ Nutzpflanzen gut geeignet ist. Im Idealfall sieht ein solcher Boden folgendermaßen aus:

• Er ist tiefgründig, mindestens einen Meter tief, so dass Pflanzen tief wurzeln können.
• Die Textur des Mineralbodens besteht aus Lehm mit einem hohen Anteil an Schluff.
• Der Oberboden enthält bis in eine Tiefe von ca. 30 cm einen Humusanteil von 10-20 %.
• Der Boden weist eine lockere Krümelstruktur auf, wobei die Krümel nicht allzu leicht zerbröseln, sondern eine gewisse Stabilität aufweisen.

Auf die Tiefgründigkeit und die Textur des Bodens hat der Mensch wenig Einfluss, es sei denn, er schüttet Bodenmaterial auf eine Fläche auf. Aber den Humusanteil kann er sehr wohl beeinflussen, und damit auch die Bodenstruktur.

Labile Systeme

Grundsätzlich brauchen Pflanzen nicht unbedingt Boden, um wachsen zu können. Dazu reicht ihnen eine wässrige Lösung, die die Nährstoffe enthält, die sie zum Wachsen brauchen. Deshalb kann man z. B. Tomaten auch in reiner Nährlösung ziehen. Allerdings müssen diese Pflanzen gestützt und geleitet werden, da den Wurzeln eine Matrix fehlt, in der sie sich verankern können. Wenn man ihnen eine solche Matrix bietet – so wie z. B. in der Hydrokultur – dann können sie aber auch ohne Stütze wachsen. Viele Zimmerpflanzen, die in Hydrokultur wachsen, tun dies auch vital und gesund, sie blühen und wachsen sogar prächtig.

Allerdings sind dies höchst künstliche Systeme, in denen die Pflanze kaum Widerstandskraft gegen mögliche Krankheiten oder Schädlinge entwickeln kann. Insbesondere fehlt diesen Pflanzen das Edaphon, die Bodenlebewesen, die dem Immunsystem der Pflanze ständig Anreize gibt, Abwehrstoffe zu entwickeln und vorzuhalten.

Deshalb ist es z. B. bei Pflanzen, die in Balkonkästen oder Kübeln und Töpfen wachsen, wichtig, gute Erde zu verwenden, den Boden immer wieder zu revitalisieren und so die Pflanzen zu stärken.