Bodenkundliche Kennwerte 1990

Methode

01.06.1 Bodenarten

Beschreibung

Die Bodenart eines Bodens wird durch die Korngrößenzusammensetzung ihrer mineralischen Bestandteile bestimmt. Dabei wird der Grobboden (Korndurchmesser > 2 mm) und der Feinboden (Korndurchmesser < 2 mm) unterschieden. Auf sehr nassen Standorten entstehen außerdem durch die Anhäufung unvollständig zersetzten Pflanzenmaterials Torfe, die die mineralischen Böden überlagern.

Bodenart des Feinbodens
Die Bodenarten des Feinbodens werden aus bestimmten Mengenanteilen der Kornfraktionen Ton, Schluff und Sand gebildet. Die Hauptbodenarten werden in Ton, Schluff, Lehm und Sand untergliedert, wobei Lehm ein Korngemisch aus Sand, Schluff und Ton ist. Die Bodenart ist ein wichtiger Kennwert für die Ableitung ökologischer Eigenschaften, wie Nähr- und Schadstoffspeichervermögen, Wasserhaushalt und Wasserspeichervermögen sowie Filter- und Puffervermögen von Schadstoffen.

Bodenart des Grobbodens
Als Bodenart des Grobbodens oder das Bodenskelett werden alle mineralischen Bestandteile des Bodens bezeichnet, die im Durchmesser > 2 mm sind. Der Anteil des Grobbodens wirkt sich auf die Wasserdurchlässigkeit, den Luft- und Nährstoffhaushalt und das Bindungsvermögen für Nähr- und Schadstoffe aus. Je höher der Anteil des Grobbodens ist, um so durchlässiger ist ein Boden aufgrund der großen Poren, während Bindungsvermögen und Nährstoffsituation von der Art der Feinerde abhängen.

Torfart
Torfe entstehen in wassergesättigtem Milieu durch Anhäufung unvollständig zersetzten Pflanzenmaterials. Sie zeichnen sich durch ein hohes Wasserspeichervermögen und eine sehr hohe Kationenaustauschkapazität aus. Entsprechend der Art der Pflanzenreste und der Entstehungsbedingungen werden unterschiedliche Torfarten differenziert. Niedermoortorfe sind basen- und nährstoffreich, teilweise sogar carbonatreich. Übergangsmoortorfe weisen Pflanzenreste sowohl von nährstoffarmen als auch von nährstoffreichen Standorten auf.

Methode

Die Bodenarten des Feinbodens, des Grobbodens und der Torfarten jeweils differenziert nach Ober- und Unterboden wurden für jede Bodengesellschaft bestimmt. Die Angaben wurden im wesentlichen den Profilschnitten von Grenzius (1987) entnommen. Einige Werte sind gutachterlich ergänzt worden.

Die kartierten Bodenarten des Feinbodens sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Da die Bodenarten im Ober- und Unterboden aufgrund des Ausgangsmaterials der Bodenbildung, der Bodenentwicklung und der Nutzung z.T. unterschiedlich sind, werden diese differenziert betrachtet. Außerdem werden innerhalb einer Bodengesellschaft häufig auftretende Bodenarten als Hauptbodenart und selten vorkommende Bodenarten als Nebenbodenart unterschieden.

Tabelle 1: Bodenarten und ihr Vorkommen in Berlin

Die Bodengesellschaften, die in den Bodenarten des Feinbodens für den Oberboden als auch für den Unterboden weitgehend übereinstimmen, wurden zu einer Bodenartengruppe zusammengefasst. Die Zuordnung von Bodenartengruppen erfolgte lediglich deshalb, um eine lesbare Karte mit einer überschaubaren Anzahl von Legendeneinheiten zu erzeugen. Für genauere Angaben oder weitere Berechnungen liegen differenziertere Daten vor. Es treten Bodengesellschaften auf, die sowohl im Oberboden als auch im Unterboden aus den gleichen Bodenarten bestehen. Die Mehrzahl der Bodengesellschaften unterscheidet sich jedoch hinsichtlich der Bodenarten im Ober- und Unterboden.

Durch Kombination der Bodenarten des Oberbodens mit den Bodenarten des Unterbodens wurden 14 Bodenartengruppen des Feinbodens (< 2 mm) gebildet, welche die Legendeneinheiten der Karte darstellen.

Die Bodengesellschaften einer Bodenartengruppe können sich jedoch innerhalb dieser Gruppe hinsichtlich Torf- bzw. Steingehalt (Bodenskelett, Grobboden > 2 mm) des Ober- und Unterbodens unterscheiden, weshalb diese durch zusätzliche Signaturen dargestellt wurden.

Die in den Böden Berlins vorkommenden Grobbodenarten sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Zwischen dem Vorkommen im Ober- bzw. Unterboden wird unterschieden.

Tabelle 2: Bezeichnung der in Berliner Böden vorkommenden Grobbodenarten

Die in Berlin vorkommenden Torfarten sind in Tabelle 3 zusammengestellt. Zur Darstellung der ökologischen Eigenschaften und Ermittlung der Kennwerte wird unterschieden, ob Torf im Ober- und/oder im Unterboden vorkommt. Bei dem Vorhandensein von mehreren Torfarten in einem Boden oder einer Bodengesellschaft, wird nur die charakteristische Torfart (Torfart prägend) berücksichtigt.

Tabelle 3: Bezeichnung der in Berliner Böden vorkommenden Torfarten

01.06.4 Nutzbare Feldkapazität des effektiven Wurzelraumes

Beschreibung

Eine differenzierte Betrachtung des pflanzenverfügbaren Wassers für den jeweiligen Standort ergibt die Beurteilung des Wasserhaushaltes über die nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum (nFK_We). Dabei werden entsprechend der Bodenart und der Nutzung die unterschiedlichen Durchwurzelungstiefen und Wurzelräume berücksichtigt. So haben Wald- und Baumstandorte einen wesentlich größeren Wurzelraum als zum Beispiel Gartennutzungen. In Sandböden ist der effektive Wurzelraum geringer als in Lehmböden. In den Lehmböden kann das Niederschlagswasser länger als in den Sandböden gespeichert werden, so dass es für die Pflanzenwurzeln hinsichtlich des Wasser- und Nährstoffhaushaltes lohnend ist, sich einen etwas größeren Wurzelraum zu erschließen als in sandigen Substraten. Bei den moorigen Böden reicht der effektive Wurzelraum nur bis zu den grundwasserbeeinflussten Horizonten, so dass meist nur die obersten 20 – 30 cm als Wurzelraum dienen. Ursache für den geringen Wurzelraum ist der Luftmangel in den ständig wassergesättigten Horizonten. Die Pflanzenwurzeln, mit Ausnahme einiger Spezialisten, beschränken sich daher auf die oberen Horizonte, die sowohl ausreichend Luft als auch Wasser führen.

Die zusätzliche Wasserversorgung der Pflanzen in der Vegetationszeit aus dem kapillaren Aufstieg des Grundwassers, die die nFK_We bei geringen Flurabständen entscheidend beeinflusst, wurde hier bei der Ermittlung nicht berücksichtigt.

Methode

Die Ermittlung der nFK_We für die Bodengesellschaften in Abhängigkeit von der realen Flächennutzung erfolgte durch das Fachgebiet Bodenkunde der TU Berlin im Rahmen eines Gutachtens (Plath-Dreetz / Wessolek / Renger 1989).

Dabei wurde zunächst der effektive Wurzelraum für Berliner Standorte entsprechend unterschiedlichen Nutzungen aus Tabelle 1 entnommen. Ausgehend von der Tiefe des effektiven Wurzelraumes wurden für die bei Grenzius (1987) dokumentierten Musterprofile die horizontweise ermittelten nutzbaren Feldkapazitäten zur nFK_We addiert. Für die organische Substanz wurden entsprechende Zuschläge berücksichtigt. Da innerhalb einer Bodengesellschaft unterschiedliche Bodentypen auftreten, ergibt sich eine Spanne, die mit dem Minimal- und Maximalwert der nFK_We je Bodengesellschaft beschrieben werden kann. Zusätzlich wurde der typische nFK_We -Wert nutzungsabhängig für die jeweilige Bodengesellschaft bestimmt, der in der Karte dargestellt ist.

Tabelle 1: Tiefen des effektiven Wurzelraumes (in dm) in Abhängigkeit von Bodenart und Nutzung

Die Ergebnisse werden in fünf Stufen zusammengefasst (Tab. 2)

Tabelle 2: Stufung der nutzbaren Feldkapazität des effektiven Wurzelraumes

01.06.5 Humusmenge

Beschreibung

Die organische Substanz der Böden besteht aus abgestorbenen und umgewandelten Resten von Pflanzen und Tieren. Die Streu und die Huminstoffe bilden den Humus. Das hohe Sorptionsvermögen der Huminstoffe, der hohe Anteil pflanzenverfügbarer Nährstoffe und die günstigen Eigenschaften für den Wasserhaushalt wirken prägend für viele Bodenfunktionen. Die Humusgehalte der mineralischen Böden sind bestimmt durch die Bodengenese und die Nutzung. Durch Nutzungen wie Gartenbau mit Einarbeitung von Kompost oder intensiver Grünlandwirtschaft wird die Humusanreicherung begünstigt, während bei den anderen Nutzungen ein deutlich geringerer Gehalt an organischer Substanz vorhanden ist (vgl. Tab. 1).

Nasse Vegetationsstandorte, z.B. Auenböden und Moore haben eine hohe Biomasseproduktion, aber einen geringen Humusabbau. Die angereicherte organische Substanz liegt in Form von Torfen mit unterschiedlichem Zersetzungsgrad vor. Die An- und Niedermoore besitzen in Abhängigkeit von der Nutzung und dem Zersetzungsgrad der Torfe einen Gehalt an org. Substanz von 15 – 80%. Voraussetzung für hohe Gehalte an organischer Substanz ist eine stetige Vernässung bis in den Oberboden und eine naturnahe Nutzung, wie zum Beispiel extensive Wiesennutzung.

Die Humusmenge stellt die Menge an organischer Substanz dar, die an einem Standort für eine definierte Bodenfläche in Abhängigkeit vom Bodentyp und der Flächennutzung vorliegt. Die Humusmenge ist vor allem ein Zeiger für den Stickstoffvorrat und den leicht mobilisierbaren Stickstoffanteil. Aber auch andere wichtige Nährstoffe wie Kalium, Calcium, Magnesium und Phosphor werden durch die Zersetzung und Humifizierung der organischen Substanz freigesetzt und für die Pflanzen verfügbar gemacht. Neben der Verfügbarkeit von Nährstoffen wirkt die Humusmenge als Nährstoff- und Wasserspeicher und vermag in hohem Masse Schadstoffe zu binden. Die Humusmenge eines Bodens hängt von dem Humusgehalt und der Mächtigkeit der humosen Horizonte ab. Diese ist entsprechend dem Bodentyp und der Nutzung unterschiedlich. So besitzen zum Beispiel feuchte moorige Standorte mit einer hohen Biomasseproduktion und einer geringen Zersetzung eine hohe Humusmenge und sandige trockene Böden mit geringer Vegetationsdecke eine niedrige Humusmenge.

Methode

Die durchschnittlichen Humusgehalte der Mineralböden in Abhängigkeit von Bodentyp und Nutzung wurden den Untersuchungen von GRENZIUS (1987) und Bodenuntersuchungen im Rahmen des Schwermetalluntersuchungsprogramms (1986,1987) entnommen. Diese Daten wurden zunächst von Fahrenhorst et al. (1990) ausgewertet und die durchschnittlichen Humusgehalte für den charakteristischen Bodentyp der verschiedenen Bodengesellschaften unter unterschiedlichen Nutzungen ermittelt. Eine Erweiterung der Datenbasis unter Verwendung verschiedener Einzelkartierungen erfolgte 1993 (Aey 1993). Eine rein nutzungsabhängige grobe Orientierung ist in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1: Durchschnittliche Humusgehalte in Abhängigkeit von der Nutzung

Die Humusgehalte von Torfen, die sich auf nassen Standorten bilden, werden bei den Mineralböden nicht berücksichtigt, sie gehen gesondert mit ihren Gehalten und mit ihren Mächtigkeiten in die Ermittlung der Humusmenge ein.

Die Humusmenge wurde aus dem Humusgehalt der Humusschicht unter Berücksichtigung des Torfanteils [Masse-%] und unter Berücksichtigung der effektiven Lagerungsdichte und der Mächtigkeit der organischen Horizonte ermittelt.

Die ermittelten Humusmengen für die unterschiedlichen Standorte werden entsprechend Tabelle 2 in fünf Stufen untereilt.

Tabelle 2: Stufung der Humusmengen nach Ergebnissen von Berliner Böden

01.06.6 mittlere pH-Werte als Mittel aus Ober- und Unterboden

Beschreibung

Der pH-Wert (Bodenreaktion) beeinflusst die chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften des Bodens. Er wirkt sich auf die Verfügbarkeit von Nähr- und Schadstoffen aus und gibt Auskunft über die Fähigkeit des Bodens, Säuren oder Basen zu neutralisieren. Er ist bedeutend für die Filter- und Pufferpotentiale der Böden. Bei niedrigen pH-Werten können daher im Boden keine Säuren neutralisiert werden, die Schwermetallverbindungen gehen zunehmend in Lösung und die verfügbaren Nährstoffe sind weitgehend ausgewaschen.

Methode

Die pH-Werte wurden für die Bodengesellschaften unter Berücksichtigung der Flächennutzung aus vorhandenen Unterlagen abgeleitet. Die Angaben wurden im wesentlichen den Profilschnitten von Grenzius (1987) entnommen. Einige Werte sind gutachterlich ergänzt worden, meist unter Verwendung einer Vielzahl verschiedener bodenkundlicher Gutachten. Lagen keine Messwerte vor, wurden die Werte unter Verwendung von Daten vergleichbarer Nutzungen oder vergleichbarer Bodengesellschaften abgeschätzt. Zusätzlich zu den repräsentativen Werten (typische pH-Werte) für den Ober- und Unterboden wurden noch die jeweiligen Maximal- und Minimalwerte bestimmt.

Da für generalisierte Bodenfunktionsbewertungen nur ein charakteristischer pH-Wert pro Fläche weiterverarbeitet werden kann, die pH-Werte aber für Ober- und Unterboden getrennt vorliegen, war es erforderlich, diese zusammenzufassen. Aus den typischen pH-Werten für den Ober- und Unterboden wurde das arithmetische Mittel gebildet. Durch diese Vereinfachung können allgemeine Aussagen bezüglich der Bodenreaktion der Standorte getroffen werden, z.B. ob es sich um mehr alkalische oder saure Standorte handelt. Bei Böden mit sehr unterschiedlichen pH-Werten im Ober- und Unterboden werden durch die Mittelung allerdings Werte erzeugt, die den ökologischen Eigenschaften am Standort nicht immer gerecht werden.

Die Stufung der mittleren pH-Werte als Mittel aus Ober- und Unterboden

erfolgte nach der Bodenkundlichen Kartieranleitung (1994) in den Stufen 1 – 13 von äußerst alkalisch bis äußerst sauer (vgl. Tab. 1). Über die Stufung kann die Bodenreaktion entsprechend ihrer Alkalinität oder Azidität differenziert werden.

Tabelle 1: pH-Stufen

01.06.8 Basensättigung des Oberbodens

Beschreibung

Die Basensättigung (BS) entspricht dem Anteil basisch gebundener Kationen an der Kationenaustauschkapazität (KAK_pot). Dies sind vor allem die basischen Kationen Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Kalium (K) und Natrium (Na). Bei neutralem pH Wert ist die Bodenlösung vollständig mit den basisch wirkenden Kationen gesättigt. Bei niedrigen pH-Werten dominieren versauernd wirkende Wasserstoffionen (H) und Aluminium (Al) die Bodenlösung. Die basischen Kationen dienen als wichtige Nährstoffe und als Puffer und Neutralisator für in den Boden eingetragene Säuren, die H-Ionen wirken versauernd und freiwerdende Aluminiumverbindungen toxisch für Pflanzen. Wichtig für das Pflanzenwachstum ist die Basensättigung des Oberbodens, da dieser mit Ausnahme einiger Wald- und Baumstandorte den Hauptwurzelraum darstellt.

Methode

Umso weniger basische Kationen vorhanden sind, desto niedriger ist der pH-Wert. Deshalb kann die Basensättigung in Abhängigkeit vom pH-Wert (CaCl₂) abgeleitet werden.

Zur Ermittlung wird der für den Standort typische pH-Wert des Oberbodens herangezogen und nach Tabelle 1 die Basensättigung bestimmt. Zwischen den pH-Stufen dieser Tabelle wird linear interpoliert.

Tabelle 1: Beziehung zwischen Basensättigung (BS) in % und pH (CaCl2) von mineralischen Bodenhorizonten Berlins

Die Stufung der Basensättigung erfolgt entsprechend der Bodenkundlichen Kartieranleitung (1994) in den Stufen 1 – 5 (sehr basenarm – sehr basenreich) nach Tabelle 2.

Tabelle 2: Stufung der Basensättigung

01.06.9 Mittlere effektive Kationenaustauschkapazität

Beschreibung

Die effektive Kationenaustauschkapazität (KAK_eff) stellt die Menge der an Bodenkolloide gebundenen Kationen unter Berücksichtigung der stark vom pH – Wert abhängigen Ladung der organischen Substanz dar. Dabei sind die austauschbaren Kationen an Tonminerale und Humuskolloide gebunden. In neutralen bis schwach sauren Böden dominieren Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Kalium (K) und Natrium (Na) den Sorptionskomplex, in sauren Böden, z. B. Kiefer- und Heidestandorten Aluminium (Al), Wasserstoff (H) und Eisen (Fe). Das Bindungsvermögen der organischen Substanz ist deutlich höher als das der Tonminerale. Die Stärke der Bindung an die organische Substanz ist vom pH-Wert abhängig, die Bindung an die Tonminerale ist pH-unabhängig. So sinkt mit abnehmendem pH-Wert das Bindungsvermögen des Humus. Ton- und humusreiche Böden mit neutraler Bodenreaktion können daher wesentlich mehr Nähr- und Schadstoffe binden und eine Auswaschung dieser Stoffe in das Grundwasser verhindern als sandige humusarme Standorte. Die effektive Kationenaustauschkapazität ist daher geeignet, die Nähr- und Schadstoffbindungspotentiale von Böden zu beschreiben.

Methode

Bei der Berechnung der KAK_eff wurde versucht, ein einfaches Verfahren anzuwenden, das einerseits den charakteristischen Wert der jeweiligen Bodengesellschaft abbildet, andererseits aber auch starke Abweichungen vom typischen Wert innerhalb der jeweiligen Bodengesellschaft berücksichtigt.

Die KAK_eff der Bodengesellschaften wird aus der Hauptbodenart der Oberböden und Unterböden nach Tab. 1 abgeleitet. Für den Oberboden wird eine Tiefe von 0 – 1 dm angenommen, für den Unterboden 3 – 15 dm. Um Besonderheiten einer Bodengesellschaft zu erfassen, wird auch die Nebenbodenart mit dem größten Unterschied im Tongehalt zur Hauptbodenart berücksichtigt. Dadurch werden zwar Abweichungen von der Hauptbodenart berücksichtigt, allerdings wird durch dieses Verfahren den Nebenbodenarten ein sehr großes Gewicht verliehen, so dass die Austauschkapazitäten der Bodengesellschaften teilweise zu hoch oder zu niedrig bewertet werden. Zu der gemittelten Kationenaustauschkapazität der Hauptboden- und Nebenbodenart wird die Austauschkapazität des Humus, korrigiert um einen pH-abhängigen Faktor addiert. Da in Abhängigkeit von Bodengenese und Nutzung sowohl die Humusgehalte als auch die Mächtigkeit der Humusschicht unterschiedlich sind und diese ebenfalls zur Berechnung der KAK herangezogen werden, werden für jede Bodengesellschaft unterschiedliche nutzungsspezifische Werte ermittelt.

Tabelle 1: Durchschnittliche KAK-Werte der Bodenarten

Tabelle 2: pH-Faktoren zur Ermittlung der effektiven KAK des Humusanteils

Tabelle 3: Beziehung zwischen dem Humusgehalt und der potentiellen KAK

Die ermittelten Werte wurden zur Darstellung in der Karte entsprechend der Bodenkundlichen Kartieranleitung (1994) in fünf Stufen von sehr gering bis sehr hoch unterteilt.

01.06.10 Wasserdurchlässigkeit (kf)

Beschreibung

Die Wasserdurchlässigkeit (gesättigte Wasserleitfähigkeit, kf-Wert) kennzeichnet die Durchlässigkeit und Permeabilität von Böden. Sie hängt von der Bodenart und der Lagerungsdichte des Bodens ab. Lockere Böden mit hohen Sandgehalten haben daher eine wesentlich höhere Durchlässigkeit als tonreiche Böden aus Geschiebemergel. Die Wasserdurchlässigkeit ist wichtig für die Beurteilung von Staunässe, der Filtereigenschaften, Erosionsanfälligkeit und Drainwirksamkeit von Böden. Die Geschwindigkeit der Wasserdurchlässigkeit wird in cm/d oder m/s angegeben. Die Angaben der Geschwindigkeit für die Wasserbewegung gelten nur für den vollständig wassergesättigten Boden, bei dem alle Porenräume mit Wasser gefüllt sind. In der Regel liegen bei den terrestrischen Böden ungesättigte Wasserverhältnisse vor, wobei nur ein Teil der Poren mit Wasser gefüllt ist. Bei ungesättigten Verhältnissen ist die Wasserbewegung deutlich geringer. Ausserdem wird ein grosser Teil des vorhandenen Wassers von den Pflanzen aufgenommen und steht für eine Verlagerung nicht mehr zur Verfügung. Da eine Messung der ungesättigten Wasserleitfähigkeit (ku) sehr aufwendig und kompliziert ist, und deshalb keine ableitbaren Daten in der Bodenkundlichen Kartieranleitung (1994) vorliegen, wird in der wissenschaftlichen Praxis auf die abgesicherten Werte der gesättigten Wasserleitfähigkeit als grobes Maß zurückgegriffen.

Der Einfluss des Grobbodens wurde nicht berücksichtigt.

Methode

Der kf-Wert wurde für die Hauptbodenart des Ober- und Unterbodens nach Tabelle 1 abgelesen. Der kf-Wert für Ober- und Unterboden ist der Mittelwert aus kf-Ober- und kf-Unterboden. Den in der Tabelle in Abhängigkeit von der Bodenart aufgeführten kf-Werten ist eine effektive Lagerungsdichte von Ld3 zugrunde gelegt, was im Mittel den Berliner Böden entspricht.

Tabelle 1: Wasserdurchlässigkeit im wassergesättigten Boden (kf-Wert) in Abhängigkeit von der Bodenart bei einer mittleren effektiven Lagerungsdichte von Ld3, ergänzt durch mittel zersetzte Torfe (Z 3) bei mittlerem Substanzvolumen (SV 3)

Die Ergebnisse der Wasserdurchlässigkeit wurden für die Darstellung in der Karte in sechs Stufen von sehr gering bis äußerst hoch (1 – 6) nach Tabelle 2 zusammengefasst.

Tabelle 2: Einstufung der Wasserdurchlässigkeit im wassergesättigten Boden