Undurchlässige Schichten – nicht nur ein soziales Problem

Eine Freundin hat mich eingeladen ihr Grundstück anzusehen. Der Acker liegt nahe am Bach und ist vor längerer Zeit drainagiert worden. Dadurch können sich Verhärtungen im Boden bilden, die weder Wurzeln noch Wasser durchlassen. Hilfe was jetzt? So viel Geld ausgegeben und landwirtschaftlich nutzlos? Ich habe mir den Boden angesehen.

Der Acker liegt in der Nähe eines Baches. Hier ärgern sich Bauern schon seit mindestens 200 Jahren über Überflutungen und Staunässe. (Quelle: Österreichisches Staatsarchiv)

Geht das überhaupt?

Wenn sich der Grundwasserstand verringert, dann verändern sich die chemischen Reaktionen im Boden. Es kommt zu einem Wechsel von reduzierenden zu oxidierenden Bedingungen. Je nach Bodenart ist dieser Prozess schneller oder langsamer. Sandige Böden reagieren schneller, tonige Böden langsamer.

Dabei können Stoffe, die vorher im Wasser gelöst waren ausfallen und kristallisieren (wie beim Salz trocknen) und sich an die Poren im Boden anlegen. Wie bei einem Pickel im Gesicht können die Poren verstopfen und es kann eine harte, dicke Schicht entstehen, die weder Wasser noch Wurzeln durchlässt. (Na gut, die Pickelmetapher passt vielleicht nicht ganz, aber Poren und so…)

Seitlich am Acker entlang verläuft ein Entwässerungsgraben. Bevor es diesen Graben gegeben hat, war der Grundwasserspiegel vermutlich knapp unter der Bodenoberfläche. Jetzt liegt er bei etwa 1,20 unter der Bodenoberfläche.

Ob so eine Schicht entsteht, welche Art von Schicht und wie man sie wieder los wird, hängt von der Menge und der Art der Mineralien im Ausgangsgestein des Bodens ab. Und auch der Entstehungsprozess spielt eine Rolle. Es kann zu Verfestigungen durch Kieselsäure, Eisenoxide, Ton und Karbonate (Kalk) kommen. Je nach Entstehungsvorgang und den beteiligten Mineralien spricht eine von

  • Fragipan (Silizium)
  • Ortstein (Eisenoxide und organische Masse)
  • Plinthit (Ton, Eisen und Aluminium)
  • Petroplintit (Ton, Eisenoxide und Aluminium)
  • Duripan (Silizium, Eisen und Karbonate)

Wie diese Phänomene genau voneinander abgegrenzt sind, ist jedoch etwas unklar. Es gibt nicht viele Informationen dazu und je nach Quelle  werden sie anders definiert. Für eine brauchbare Klassifizierung müssen wir wohl noch ein paar Jahre warten.

Abgesehen von diesen Phänomenen gibt es noch die sogenannte Pflugsohle, die hat allerdings wenig mit pH-Wert und Mineralien zu tun, sondern direkt mit menschlicher Aktivität.

Orthstein unter der Lüneburger Heide. Da ist nicht viel Platz für Wurzeln. (Quelle: Nikanos)

Warum ist das blöd?

Diese undurchlässigen Schichten wirken sich auf das Pflanzenwachstum aus:

  • Wurzeln müssen ständig neuen Boden erschließen um Nährstoffe aufzunehmen. Gibt es weniger Platz ist auch die Nährstoffaufnahme eingeschränkt.
  • Wenn es trocken ist, kann kein Wasser von unten nach oben fließen (checkst du Kapillarwirkung) und die Pflanzen verdursten bereits bei leichten Trockenperioden
  • Wenn es nass ist kann kein Wasser von oben nach unten fließen und die Pflanzen ersaufen bei leichten Regenperioden
  • Mobile Nährstoffe, wie zum Beispiel Stickstoff, können nicht so leicht ins Grundwasser ausgewaschen werden (Moment mal, das ist eigentlich gut)

Ackerböden mit undurchlässigen Schichten sind also empfindlicher gegenüber klimatischer Variabilität (= Klimawandel) und haben nicht so viele Nährstoffe zur Verfügung.  Das bedeutet letztendlich weniger Pflanzenwachstum und dementsprechend nichts oder weniger zu essen (oder im Falle Europas, weniger Ware für den Markt).

Jetzt wo wir wissen, dass das erwähnte Problem tatsächlich sehr blöd ist, schauen wir mal, ob es in unserer Umgebung tatsächlich auftreten könnte.

Angezogene Tatsachen

Ich bin zu faul um wegen einer Vermutung Löcher zu graben. Sind typische Mineralien zur Bildung undurchlässiger Schichten überhaupt vorhanden?

Daher werfe ich erst mal einen Blick die Bodenkarte Österreichs. Der Boden besteht aus, typisch für Böden in der Nähe von Fließgewässern, viel Schwemmaterial. Das kann alles Mögliche sein. Daher kann ich schwer sagen, welche Mineralien und folglich welche Verhärtung wahrscheinlich auftreten könnte.

Wie du auf der Karte sehen kannst, besteht ein Großteil des Grundstücks aus Schwemmaterial (hellgrün) und etwas Decklehm (orange). (Quelle: BMLFUW 2006)

Ein Teil der Fläche besteht aber auch aus Decklehm. Decklehm ist im wesentlichen Löss, der sich mit dem Boden darunter vermischt hat.  Das könnte in manchen Bereichen des Ackers für einen Überschuss an Eisen sorgen.

Der pH-Wert ist jedoch im mittleren Bereich, das heißt Ortstein fällt wahrscheinlich schon mal weg. Was jetzt? So viel Erfahrung habe ich auf dem Gebiet hab ich noch nicht…

… schauen wir mal nach

Also habe ich mit Lisa und Martin drei Löcher gegraben. *grab grab grab*

Vielleicht finden wir einen Schatz?
Vielleicht finden wir einen Schatz.

Wir sind ganz schön tief runter gekommen. Weit und breit keine verhärteten Schichten. Woran ich das gemerkt habe? Es wäre ziemlich schwer gewesen das Loch zu graben. Denn wenn Wasser nicht durch die Schicht kommt, dann ist es mit einem Spaten auch nicht leicht.

Bei 1,20m haben wir aufgehört zu graben. Erstens, weil wir keine Lust mehr hatten und zweitens, weil wir auf Wasser gestoßen sind. Eh klar, die Bodenkarte hat uns ja schon verraten, dass es hier ziemlich feucht ist.

Grundwasser
Grundwasser. Hurra?

Passend zum Wasser war auch der Boden entsprechend eingefärbt. Nämlich Rot-Blau gefleckt. Passend dazu finden wir auch sogenannte Mangan-Konkretionen.

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Inmitten der roten Bereiche finde ich bläuliche Flecken die durch Stauwasser entstanden sind.
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Aha, so sieht also eine Mangan-Konkretion aus.

Messen, messen, messen…

Wenn schon mal ein Loch da ist, kann ich auch gleich den pH-Wert und Kalkgehalt in verschiedenen Bodentiefen messen. Die pH-Indikatorstreifen in der einen Hand und die Salzsäure in der anderen springe ich in unser abenteuerlich tiefes Loch.

Schnell drei Löffelchen Erde in Wasser auflösen und los geht’s: pH-Indikatorstreifen eintauchen, rausziehen und Wert ablesen.

Für den Kalkgehalt träufle ich die verdünnte Salzsäure (bekommt man in den meisten Apotheken) auf eine kleine Menge Erde um zu sehen ob sie sprudelt.

… und Ergebnisse

BodentiefepH - WertSalzsäuretest
5 cm6kaum Sprudel
35 cm6kaum Sprudel
60 cm6 - 6,5kein Sprudel
Die Messwerte sind zwar nur ungefähr, haben aber trotzdem Aussagekraft.

 

Wie ich an der Tabelle sehen kann, ist der pH-Wert in allen Tiefen im Optimalbereich für mittelschwere Ackerböden. Die Erde hat jedoch beim Salzsäuretest kaum gesprudelt, was bedeutet, dass der Kalkgehalt sehr niedrig ist. Das bedeutet Lisa’s Acker kann leicht versauern.

Panik ?

Wenn der Boden zu sauer wird, dann sind Nährstoffe schlechter verfügbar, was zu Mangelerscheinungen trotz ausreichenden Nährstoffen im Boden führen kann. Geht die Versauerung zu weit wird auch die Bodenstruktur zerstört, was, neben dem Problem der Nährstoffversorgung, die Durchwurzelung erschwert.

Der Humusgehalt auf Lisa’s Acker ist hoch. Das heißt, dass vermutlich trotz saurem Boden noch genug Nährstoffe zur Verfügung stehen würden. Wie lange das anhält, kann ich jedoch nicht abschätzen.

Nicht verzagen, Kalk auftragen!

Die klassische Antwort auf Bodenversauerung ist Kalken. Es gibt verschiedene Kalke:

  • Kohlensaurer Kalk
  • Carbokalk
  • Kieselsaurer Kalk
  • Branntkalk
  • Mischkalk

Je nach Calciumoxidanteil, Vermahlungsgrad (feines oder grobes Pulver) und Löslichkeit wird unterschiedlich dosiert.

Die meisten dieser Varianten sind entweder direkt oder als Nebenprodukte in Produktionsverfahren aus Steinkalk. Stein, also einem nicht nachwachsenden Rohstoff. Alternativ zu dazu könnte eine auch Holzasche verwenden. Holzasche enthält neben Magnesium, Kalium und Phosphor besonders viel Calciumoxid, was den pH-Wert anhebt. Allerdings reagiert Asche sehr schnell, weshalb eine möglicherweise jedes Jahr Asche auftragen muss oder auch das Bodenleben geschädigt werden könnte. Außerdem werden große Mengen benötigt und wer heizt schon so viel, dass ich ein ganzes Feld damit düngen könnte?

Und es gibt noch ein weiteres Problem: Asche hat oft hohe Schwermetallkonzentrationen.

Mein innerer Nerd ist erwacht

Diese ganze Nachdenkerei über pH-Werte und Asche hat mich inspiriert. Daher werde ich demnächst auf Lisa’s Acker ein Mini-Lysimeter bauen um genauer herauszufinden, welche Reaktionen die Asche im Boden auslöst und bis in welche Bodentiefe die Auswirkungen sichtbar sind. Wenn also auch dein innerer Nerd beim lesen dieses Artikels aufgewacht ist, dann schau wieder vorbei!

Hast du schon mal einen Boden untersucht? Wenn ja, was hast du dir angeschaut? Wenn nein, was würdest du gerne drüber wissen?

 

Quellen:

Mello de C. R., Curi N. (2012): Hydropedology, Ciencia e Agrotecnologia, DOI: 10.1590/S1413-70542012000200001

Blume H.P. et al. (2010): Lehrbuch der Bodenkunde, Spektrum Akademischer Verlag Heidelberg

https://www.bodenkunde-projekte.hu-berlin.de/boku_online/pcboku10.agrar.hu-berlin.de/cocoon/boku/sco_10_bodentypen_116a6a.html?section=N100C8

https://noe.lko.at/welcher-kalk-auf-welchen-boden+2500+2202760

Galler Josef (2008): Kalkdüngung – Basis für Fruchtbare Böden, Landwirtschaftskammer Salzburg

Obernberger Ingwald (1997): Aschen aus Biomassefeuerungen – Zusammensetzung und Verwertung, VDI Verlag GmbH, Düsseldorf

http://www.waldwissen.net/dossiers/bfw_holzasche/index_DE

https://www.lfl.bayern.de/iab/boden/nutzung/034129/index.php?auswahl=

https://www.gcsaa.org/gcm-magazine/2014/april/iron-cemented-layers-in-putting-green-soils

 

 

 

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