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Lexikon der Geowissenschaften: Bodenkunde

Bodenkunde, Pedologie, ist die Wissenschaft von den Eigenschaften und den Funktionen, von der Entwicklung und der Verbreitung der Böden. Sie gehört damit zu den Naturkörperwissenschaften, und zwar zu den Geowissenschaften mit engen Bezügen zu den Biowissenschaften. Die Bodenkunde befaßt sich auch mit den Bodenbelastungen und deren Vermeidung, d.h. dem Bodenschutz, oder deren Behebung, d.h. der Bodensanierung. Ihr obliegt die Bodenforschung und die Bodenlehre.

Die Bodenkunde ist mit ca. 120 Jahren eine junge, selbständige Naturwissenschaft; das Wissen von der Bedeutung des Bodens für die menschliche Ernährung ist jedoch sehr alt. Vor 10.000 Jahren begann der Mensch Ackerbau zu betreiben, d.h. den Boden zu bearbeiten, zunächst mit Grabstock und Hacke. Später lernte man, die Bodenfruchtbarkeit durch Stallmist zu verbessern und vor 3000 Jahren begann man auf den Nordfriesischen Inseln mit Plaggen zu düngen. Eine ähnliche Technik wurde mit Löß seit dieser Zeit in China praktiziert. Auch die ersten Landterrassen zur Vermeidung der Bodenerosion werden seit dieser Zeit in China und im Nahen Osten angelegt; in den Flußniederungen begann zeitgleich der Bewässerungsfeldbau. Die in langen Zeiten empirisch gewonnenen Erfahrungen wurden in China bereits 400-300 v.Chr. schriftlich niedergelegt. Dabei wurde auch eine erste Klassifikation verschiedener Böden Chinas nach Farbe, Körnung und Feuchteregime gegeben und als Karte dargestellt. Ähnliches ist aus Indien und der klassischen Antike bekannt. Im römischen Schrifttum (von Cato dem Älteren, dem jungen Plini, Varro Collumella, Palladius und Vergil) finden sich neben praktischen Hinweisen für den Feldbau, unter Verwendung von 40 Begriffen zur Beschreibung von Bodeneigenschaften, auch die Unterscheidung von zehn verschiedenen Böden bzw. Ackererden. Äußerungen, die über die reine Nutzbarkeit für den Feldbau hinausgehen, finden sich erstmals bei dem griechischen Philosophen und Botaniker Theophrastus (327-287 v.Chr.), der theoretische Überlegungen über die Bedeutung des Bodens für die Pflanzenernährung anstellte, bleiben aber die Ausnahme. Das ändert sich im 19. Jh., in dem sich zwei Richtungen entwickeln, die agrikulturchemische und die agrogeologisch-pedologische. Es war J. Liebig, der die Agrikulturchemie als naturwissenschaftliche Grundlage einer ertragsintensiven und nachhaltigen Bodennutzung etablierte. An vielen Hochschulen wurden Professuren für Agrikulturchemie eingerichtet und in vielen Feldversuchen wird seitdem die Wirkung mineralischer Dünger auf den Kulturpflanzenwuchs studiert. Aus der Agrikulturchemie entwickelte sich auch, v.a. unter dem Einfluß von M. E. Wollny, in den Jahren 1878-1898 die Agrikulturphysik, später Bodenphysik, nachdem bereits 1853 die Wasserleitfähigkeit beschrieben und 1867 der erste Schlämmapparat zur Korngrößenanalyse entwickelt worden ist. Die Bodenphysik wurde und wird seitens der Bodenmechanik und der Hydrologie befruchtet und hat ihre Forschungen in den letzten Jahrzehnten durch Modellierung präzisiert. Die agrogeologische Richtung geht auf F. Senft (1810-1893) und F. A. Fallou (1794-1877) zurück, die, unter dem Einfluß der Geologie, Böden als Verwitterungsprodukte von Gesteinen verstanden haben. F. Senft gibt in seinen Büchern der Forstbodenkunde erste Profilbeschreibungen, während F. A. Fallou in seinen Werken die Beschäftigung mit dem Boden um seiner selbst willen fordert und dafür den Begriff Pedologie eingeführt hat. W.W. Dokutschajew (1846-1903), E. W. Hilgard (1833-1916) und E. Ramann (1851-1926) haben dann entdeckt, daß Böden durch bodenbildende Prozesse (Faktoren der Bodenbildung) aus Gestein unter dem Einfluß von Klima, Relief, Organismen (ggf. auch dem Menschen) im Laufe der Zeit entstanden sind. Sie haben damit die Bodenkunde zu einer eigenständigen Naturwissenschaft gemacht. Gleichzeitig wurden auch erste Bodenklassifikationen auf genetischer Grundlage entwickelt. Die ersten Karten bodenkundlichen Inhalts entstanden (abgesehen von der erwähnten chinesischen) Ende des 18. Jh. in England. Unter dem Einfluß von A. Orth wurden seit 1870 in Deutschland Geologische Karten mit einer Bewertung der Böden für landwirtschaftliche Nutzung erstellt. Die erste kleinmaßstäbige Bodenkarte Europas entstand 1927 unter Federführung von H. Stremme.

Die Bodenkunde umfaßt verschiedene Bereiche:

Die Bodenphysik befaßt sich mit den Formen der Festphase der Böden, d.h. der Morphologie, sowie mit den Anteilen und dem physikalischen Verhalten von Flüssigphase und Dampfphase, d.h. mit Bodenwasser und Bodenluft, außerdem mit der Bodenwärme. Vom Bodengefüge wird das Makrogefüge vom Feldbodenkundler an der Profilwand eines Bodenaufschlusses beschrieben. Der Feinbau bzw. das Mikrogefüge wird vom Mikromorphologen mit einem Auflicht-, Polarisations-, Phasenkontrast-und/oder Elektronenmikroskop beschrieben und vermessen, und zwar i.d.R. von An- oder Dünnschliffen, die aus kleinen Bodenmonolithen, nach Festigung durch Tränkung mit Kunstharz, erstellt wurden. Beschrieben werden im Gelände die Gefügeform mit Form, Größe und Stabilität der Bodenaggregate. Gleiches gilt für die Humusform und den Anteil an Streu- und Huminstoffen der Humusauflage oder des Torfes, der als Humifizierungsgrad (oft fälschlich Zersetzungsgrad) in zehn Stufen (1 = nicht, 10 = vollständig humifiziert) klassiert wird. Auch Größe und Zahl der Makroporen werden im Gelände erfaßt. Die Größenverteilung der Bodenpartikel wird nur in Ausnahmefällen unter dem Mikroskop vermessen: I.d.R. wird im Feld der Anteil des Bodenskeletts (Kies und Steine ) an der offenen Profilwand geschätzt und die Bodenart bzw. Körnung des Feinbodens als Anteil von Sand, Schluff und Ton mittels Fingerprobe geschätzt. Die quantitative Bestimmung erfolgt im Labor mit der Schlämmanalyse, bei der nach Dispergierung (oft vorher Entfernung von Kittsubstanzen) die Sandfraktionen mittels Siebung, die Schluff- und Tonfraktionen mittels Sedimentation erfaßt werden. Auch die Porengrößenverteilung bzw. Porung wird i.d.R. indirekt aus dem Wassergehalt bei unterschiedlicher Wasserbindung abgeleitet.

Die Bodenhydrologie befaßt sich mit Bodenfeuchte und Bodenwassergehalt und ihren Änderungen im Jahreslauf, mit der Wasserleitfähigkeit (bzw. -durchlässigkeit) und der Wasserbewegung (Versickerung als gesättigter, ungesättigter oder präferentieller Fluß, Grundwasserströmung) in Boden und Bodenlandschaft. Bodentemperaturen werden meist seitens der Meteorologie ermittelt.

Die Bodenchemie erkundet die stofflichen Eigenschaften der Bodenminerale, des Humus, der Bodenlösung (einschließlich pH-Wert, Redoxpotential) und der Bodenluft sowie die Wechselwirkungen an Grenzflächen, z.B. den Ionenaustausch. Sie studiert dabei auch Änderungen in Raum und Zeit. Die Humuschemie bildet heute einen eigenen Wissenschaftszweig, dem auch Gewässer-, Kohle- und Torfchemiker angehören: Neben der Naßchemie werden auch Kernresonanzspektroskopie (NMR) und Pyrolyse-Feldionisation-Massenspektrometrie eingesetzt.

Die Bodenmineralogie klärt den Bestand an primären (gesteinsbürtigen) und sekundären bzw. pedogenen (oft Tonminerale, Oxide, Salze) Mineralen mittels Röntgen-Feinstrukturanalyse, Mikroskopie, Infrarotspektroskopie oder auch spezifisch wirkender chemischer Extraktionsverfahren auf. Sie betreibt Mineralsynthesen und studiert Mineralumwandlungen.

In der Bodenbiologie beschäftigt sich der Bodenkundler v.a. mit den Wirkungen der Organismen im Boden, während dem Biologen die Klärung der Artenspektren und Abundanzen obliegt.

Die Bodengenetik bzw. Bodenentwicklung erkundet die Entwicklung von Böden durch den Vergleich der Eigenschaften der einzelnen Bodenhorizonte mit denen des (ggf. rekonstruierten) Ausgangsgesteins. Besonderes Anliegen ist dabei die qualitative und quantitative Rekonstruktion bodenbildender Prozesse (wobei rasch ablaufende Prozesse auch messend verfolgt werden). Neben den profil- und horizontdifferenzierenden Prozessen werden auch bodenübergreifende Prozesse wie die Bodenerosion oder die Umlagerung gelöster Stoffe durch Hangzugwasser in Bodenlandschaften aufgeklärt. Dem Bodengenetiker obliegt auch die Bodenklassifikation.

Die Bodenkartierung zeigt das Verbreitungsmuster der Böden in Landschaften, und zwar durch die Beschreibung repräsentativer Profile und Abgrenzung der Kartiereinheiten nach Topographie und/oder Nutzung (heute auch mittels GIS) und stellt das Ergebnis in Form empirischer oder digitaler Karten dar.

Die Bodensoziologie klärt Kopplungen zwischen den Böden durch Energie-, Wasser- und Stoffumlagerungen auf.

Die Bodenökologie beschäftigt sich mit den wichtigen und schützenswerten Bodenfunktionen wie Lebensraum-, Regelungs- und Produktionsfunktion und mit Böden als Bestandteilen von Ökosystemen. Sie erkundet und bewertet deren Durchwurzelbarkeit für Wild- oder Kulturpflanzen, deren Lebensraumeigenschaften für Mikroorganismen und Bodentiere sowie deren Angebote an nutzbarem Wasser, verfügbaren Nährstoffen, an Sauerstoff und Wärme mit deren Veränderungen im Jahreslauf. Beim Studium der Produktionsfunktionen wird auch die Wirkung einer Bodenbearbeitung oder das Verhalten gedüngter Nährstoffe geklärt. Bodenökologen studieren und bewerten gemeinsam mit Hydrologen die Regelung des Landschaftswasserhaushaltes durch Böden. Sie untersuchen gemeinsam mit Bodenchemikern und Mikrobiologen die Filterung, Pufferung und Transformation eingetragener Stoffe, zugeführter Dünger und Pflanzenschutzmittel ebenso wie immitierter anorganischer und organischer Schadstoffe.

Die Paläopedologie befaßt sich mit fossilen Böden und reliktischen Böden als landschafts- und kulturgeschichtliche Urkunden.

Eine weitere, wichtige Aufgabe der Bodenkunde ist hingegen ihr Mitwirken am Bodenschutz. Dabei gilt es, die Art und Intensität anthropogener Bodenbelastungen durch Verdichtung, Erosion oder Schadstoffeinträge aufzuklären. Gemeinsam mit den Bodennutzern sind Vermeidungsstrategien bzw. Schutzkonzepte zu entwickeln und gemeinsam mit den Bodensanierern sind die wirksamsten und zugleich bodenschonensten Sanierungsmaßnahmen auszuwählen. Bei Bodennutzung, Bodenschutz und Bodensanierung arbeitet der Bodenkundler mit vielen anderen Fachdisziplinen zusammen. Seine Aufgabe ist es dabei v.a., sein Wissen um die Formenvielfalt der Böden, die unterschiedlichen Eignungen für Nutzungen bzw. Empfindlichkeiten gegenüber Belastungen einzubringen.

Lehre und Forschung der Bodenkunde werden von Bodenkunde-Instituten der Universitäten und Fachhochschulen betrieben. Manche Institute der Geologie, Geographie, Biologie, Landschaftsökologie oder Umwelttechnik verfügen aber ebenfalls über Bodenkunde-Professuren. Grundlagenforschung der Bodenkunde wird überdies an speziellen Großforschungseinrichtungen betrieben, z.B. im Zentrum für Agrarlandschafts- und Landnutzungsforschung (ZALF) in Müncheberg. Die bodenkundliche Landesaufnahme obliegt den Bodenabteilungen der Geologischen Landesämter, während die Land- und Forstwirtschaftlichen Untersuchungs- und Forschungsanstalten Bodenuntersuchungen für Beratungszwecke durchführen. Private Institutionen engagieren sich ebenfalls in den Bereichen der Bodenerkundung, -analyse, -bewertung und -beratung, und zwar v.a. im Hinblick auf Böden städtisch/industrieller Verdichtungsräume und von Entwicklungsländern. Die Bodenkundler sind in nationalen "Bodenkundlichen Gesellschaften" organisiert, die der "Internationalen Bodenkundlichen Union" mit Sitz in Wien angehören. In Deutschland gibt es außerdem den "Bundesverband Boden", der sich im Verbund mit dem "Ingenieurtechnischen Verband Altlasten" insbesondere praktischen Fragen der Bodenkunde widmet. [HPB]

Literatur: [1] BLUME, H.-P., FELIX-HENNINGSEN, P., FISCHER, W., FREDE, H.-G., HORN, R. u. STAHR, K. (Hrsg.) (1996): Handbuch der Bodenkunde.- Landsberg. [2] BLUME H.-P. (Hrsg.) (1992): Handbuch des Bodenschutzes. – Landsberg. [3] KUNTZE, H., ROESCHMANN, G. u. SCHWERDTFEGER, G. (1994): Bodenkunde. – Stuttgart. [4] SCHEFFER, F, SCHACHTSCHABEL, P. u.a. (1998): Lehrbuch der Bodenkunde. – Stuttgart.

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