Der Boden, Lebensgrundlage und Habitat

Abbildung 1. Humusbraunerde im Schwarzwald. Quelle U. Burkhardt, Wikipedia

An Land lebenden Pflanzen produzieren etwa 55 Prozent des Luftsauerstoffs. Da diese ganz überwiegend im Boden verwurzelt sind wird klar: Der Boden ist für den Menschen nicht nur die physikalische Lebensgrundlage. Ohne den Boden würde uns auch schnell die Luft zum Atmen fehlen.

Der Boden ist die schmale Schicht zwischen der unbelebt-steinigen Lithosphäre und der Atmosphäre. Der Ozeanboden ist dementsprechend der von Meerwasser bedeckte Teil der Lithosphäre.

Die Tiefe des Bodens schwankt zwischen wenigen Zentimetern in kaltem oder trockenem Klima und in Hochlagen und bis zu 50 Metern in den feuchten Tropen. Auch bezüglich seiner Zusammensetzung und seiner inneren Schichtung (siehe Abbildung 4) weist der Boden rund um den Globus große Unterschiede auf. Daher wird er in viele Typen unterteilt (Bodensystematik, s.u.) und kann durchaus im Plural angesprochen werden.

 

Bodenkörper. Allen Böden ist gemein, dass sie aus vier Bestandteilen bestehen, die gemeinsam als Bodenkörper bezeichnet werden: Mineralische Substanz, Organische Substanz, Bodenwasser und Bodenluft (siehe Abbildung 2).

Bodenluft und -wasser befinden sich in den Bodenporen. Dies sind die Hohlräume des Bodens, die ihrer Größe entsprechend als Fein-, Mittel- oder Grobporen bezeichnet werden. Die Luft des Bodens besteht genau wie in der Atmosphäre ganz überwiegend aus Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid. Die Stoffwechselaktivität der Bodenorganismen führt dazu, dass die CO2-Konzentration im Boden mit etwa 0,2 Prozent aber deutlich höher liegt als in der Atmosphäre (0,03 Prozent).

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Das in den Boden eindringende Niederschlagswasser wird teilweise an den Oberflächen fester Bodenpartikel festgehalten oder in den Poren gebunden und kann es als Haftwasser im Boden verbleiben. Das übrige Wasser durchfließt den Boden als Sickerwasser und bildet das Grund- oder Stauwasser. In der gemäßigten Zone stellen Bodenluft und -wasser etwa die Hälfte des Bodenkörpers dar.

 

Bodensubstanz. Die festen Bestandteile des Bodens, also mineralische und organische Anteile, werden als Bodensubstanz zusammengefasst. Die mineralische Substanz stellt über 90 Prozent des Volumens der Bodensubstanz (siehe Abbildung 3). Sie entsteht bei der Verwitterung, also der Zersetzung der Gesteine durch physikalische, chemische und biologische Vorgänge. Gesteine bestehen im Wesentlichen aus Mineralen und Rückständen von Organismen. Minerale haben die geometrische Molekülstruktur der Kristalle. Die Minerale Calcit und Aragonit sind Calciumcarbonate und bestehen aus Calcium, Kohlenstoff und Sauerstoff. Die meisten Minerale bestehen allerdings aus Silizium und Sauerstoff: Quarz hat die chemische Summenformel SiO2 (Siliziumdioxid). Feldspat, Glimmer und die für die Bodenfruchtbarkeit wichtigen Tonminerale sind Silikate (SiO4).

In Abhängigkeit davon wie sie entstanden sind, werden die Gesteine in drei Gruppen unterteilt: Magmatite wie Basalt oder Granit entstehen wenn die flüssige Gesteinsschmelze (Magma) beim Erkalten kristallisiert. Metamorphiten  werden in der Erdkruste aus verschiedenen Ausgangsgesteinen bei hohem Druck und hoher Temperaturumgewandelt. Beispiele sind Gneis und Schiefer. Sedimentite (Absatzgesteine, von lateinisch Sedimentum, Bodensatz) gehen unter hohem Druck aus zuvor an Land und im Meer abgelagertem Material hervor. Zu den biogenen Sedimentiten gehören zum Beispiel die mächtigen Kalksteinablagerungen der Kreidezeit, die überwiegend aus den Kalkskeletten von Algen entstanden sind. Sedimentite machen etwa dreiviertel der festen Erdoberfläche aus und sind daher als Ausgangsmaterial der Böden von großer Bedeutung.

Bei der Verwitterung werden die Gesteine bis zu einer bestimmten Korngröße zerkleinert, wobei die daraus resultierenden größeren Gesteinsbruchstücke als Grobboden oder Bodenskelett bezeichnet werden. Da die Größe der feineren Bodenkörner entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften des Bodens hat, wird die Hauptbodenart eines Bodens nach ihr bezeichnet: Schluff hat einen Durchmesser von 2 bis 63 Mikrometer (µm). Sand ist grob- und Ton ist feinkörniger. Lehm enthält ein Gemisch aller drei Körnerfraktionen.

Die mineralische Substanz ist nicht nur an der Strukturierung des Bodenkörpers beteiligt, sondern liefert auch lebenswichtige Mineralsalze für die Ernährung der Pflanzen. Der Anteil der Tonminerale (s.o.) an der mineralischen Substanz korreliert wesentlich mit der Fruchtbarkeit des Bodens.

Organische Substanz. Nur zu etwa einem Zehntel besteht der Boden aus organischem Material. Zehn bis fünfzehn Prozent dieser organischen Substanz lebt: Pflanzenwurzeln, Bakterien, Pilze, die Regenwürmer - in Deutschland mehr als 40 Arten - und andere Klein- und Kleinstlebewesen summieren sich also zu etwa einem Prozent des Bodenkörpers (siehe Abbildung 3). Als Bodenorganismen oder Edaphon trennt man von diesem belebten Teil der organischen Substanz noch die Wurzelorgane der Planzen ab.

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Die Bodentiere werden in die Mikrofauna (bis 0,2 Millimeter, also vor allem Einzeller), die Marko- und die Mesofauna unterteilt. Regenwürmer, Schnecken, Spinnen, Asseln, Tausendfüßer, Insekten und deren Larven bilden die Makrofauna (2-20 Millimeter).

Zum großen Stamm der Anthropoden (Gliederfüßer) gehören neben den Insekten die Stämme der Spinnentiere (zu denen auch die Milben zählen) und die Springschwänze. Nach den Milben sind letztere zahlenmäßig die größte Gruppe der Mesofauna. In einem Quadratmeter Boden finden sich bis zu 400.000 dieser Sechsfüßer (Hexapoda). Auch die Faden- und Strudelwürmer, sowie die wasserliebenden Rädertierchen zählen zur Mesofauna. Bei weitem nicht alles was im Boden krabbelt, ist also ein Insekt.
Der Humus (lateinisch humus, Bodensatz) repräsentiert den unbelebten Anteil der organischen Substanz. Er ist das unmittelbare Habitat  (von lateinisch habitare, wohnen)  von Bodenorganismen und Pflanzenwurzeln. Weil der Humus Wasser und Nährstoffe  binden und wieder abgeben kann, ist er für das Leben der Pflanzen von zentraler Bedeutung.

 

Humusbildung. Humus entsteht vor allem aus abgestorbenen Pflanzenteilen aber auch aus tierischen Kadavern. Durch in diesen enthaltene Enzyme zersetzt sich dieses organische Ausgangsmaterial zunächst ohne das Zutun lebender Organismen. In dieser Initialphase der Zersetzung werden durch Hydrolyse- und Oxidationsvorgänge große Moleküle wie Stärke und Eiweiße gespalten. Der Abbau des Chlorophylls führt zur herbstlicher Verfärbung der Blätter. Der Zellverband bleibt bei diesen Vorgängen noch intakt.

Die so entstandene Streu (englisch: litter) wird durch die Marko- und Mesofauna zerbissen, zernagt, teilweise verdaut und in den Boden eingearbeitet. Dabei tun sich vor allem Regen- und Fadenwürmer, aber auch Anthropoden, Insekten, Milben und Springschwänze hevor.

Nach der mechanischen Zerkleinerungsphase werden die organischen Verbindungen durch Bodentiere enzymatisch aufgespalten in ihre Grundbausteine wie Lignin, Zellulose, Aminosäuren und Zucker zerlegt.  Bei der nun folgenden Mineralisierung werden diese organischen Moleküle von Mikroorganismen - also Bakterien, Pilze und Algen - zur Energiegewinnung genutzt.

Wasser, Kohlenstoffdioxid, Kationen wie Calcium, Magnesium und Kalium sowie anorganische Stickstoff- und Phosphorverbindungen stehen am Ende der Zersetzung. Zugleich stellen sie das  Ausgangsmaterial des biologischen Wiederaufbaus dar. Phosphate (PO4) und Nitrate (NO3) sind für den Stoffwechsel und das Wachstum der Pflanzen von großer Bedeutung. So wird in der Landwirtschaft die Qualität eines Bodens auch danach beurteilt, wie viel Stickstoff dieser enthält.

Die Humusbildung ist also (wie der Name nahelegt) nicht nur ein Abbauprozess. Aus den Zwischen- und Endprodukten der Zersetzung, also Einfachzuckern (Monosacchariden), Peptiden, Aminosäuren und phenolischen Bausteinen (ringförmige kohlenstoffhaltige Moleküle mit einem Alkoholrest), sowie Cellulose und Lignin werden die hochmolekularen Huminstoffe aufgebaut, die dem Boden seine braune Farbe geben.

Huminstoffe sind ein Gemisch verschiedenster organisch-chemischer Bausteine und keine einheitliche Substanzklasse. Sie besitzen eine große Oberfläche und mit ihrer negativen Ladung die Fähigkeit Kationen reversibel anzulagern. Beide Eigenschaften haben sie mit den feinstkörnigen Tonmineralen gemein. Mit ihnen bilden sie anorganisch-organische Ton-Humus-Komplexe, die den Pflanzeneffektiv Nähstoffe bereitstellen können.

 

Bodensystematik. Der Boden wird durch Bodenhorizonte gegliedert, deren Grenzen parallel zur Oberfläche verlaufen. Über dem C-Horizont, der aus dem Ausgangsgestein besteht, liegt der mineralische Unterboden (B-Horizont). Über diesem schließt sich der mineralische Oberboden an (A-Horizont), der weniger als 30 Prozent organische Substanz enthält. Bei naturnahen Böden liegt auf dem A-Horizont ein organischer Auflagehorizont aus unvollständig zersetztem organischen Material (Abbildung 4). Humus befindet sich in unterschiedlichen Anteilen sowohl im Auflage- als auch im A-Horizont.

Die Bodenhorizonte können bezüglich ihrer physikalisch-chemischen und morphologischen Eigenschaften stark variieren. Darum werden in der Bodenkunde den Großbuchstaben A, B und C Kleinbuchstaben zugeordnet, welche die Horizonte näher beschreiben. So bezeichnet beispielsweise „Ah“ einen humusreichen A-Horizont und „Cn“ einen nicht  verwitterten C-Horizont. Böden, die ein Profil aus ähnlichen Horizonten besitzen, werden als Bodentyp zusammengefasst.

Zum Beispiel besitzt Braunerde (s.Abbildung 1), ein in Mitteleuropa häufig vorkommender Bodentyp (Horizontabfolge Ah/Bv/C) einen typischen eisenreichen und lehmhaltigen B-Horizont, der einem wenig verwitterten Ausgangsgestein aufliegt.

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Boden und Klima. Sterben Pflanzen ab und werden zersetzt, wird in ihnen enthaltener Kohlenstoff im Boden gebunden - z.B. in den organischen Huminstoffen oder dem CO2 der Bodenluft. Boden ist daher nicht nur die Lebensgrundlage der sauerstoffproduzierenden Pflanzen, er stellt an Land auch den wichtigsten Speicher für Kohlenstoff dar. Werden natürliche Biotope wie Wald, Wiesen oder Moore in Ackerland umgewandelt, werden große Mengen Kohlenstoffdioxid an die Atmosphäre abgegeben. 

Der Boden spielt bei den Veränderungen der ihn himmelwärts begrenzenden Atmosphäre eine wichtige Rolle. Es darf die auf ihm Lebenden nicht unberührt lassen, wenn bei der Erosion durch Wind und Wasser, Entwaldung, Überweidung, Ackerbau und weiteren menschlichen Aktivitäten wie Tagebau oder Bodenversieglung mit Beton und Asphalt riesige Bodenflächen an Qualität verlieren (Degradation) oder ganz verschwinden.

Literatur

 
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