Austauschbarer Kationen-Gehalt in Bodenhorizonten von Böden des Rumbecker Holzes

Pflanzen beziehen wichtige essentielle Nährstoffe für ihren Stoffwechsel in Form von Ionen aus dem Boden. Dazu gehören neben den Anionen NO3-, H2PO4- und SO42- für den Stickstoff-, Phosphor- und Schwefelhaushalt die Kationen K+, Ca2+ und Mg2+ als Makronährstoffe sowie mehrere Mikronährstoffe wie Fe2+ und Mn2+ für verschiedenste Bau- und Regulationsprozesse. Daneben spielen im Nährstoffhaushalt der Pflanzen noch Kationen eine Rolle, die die Verfügbarkeit von essentiellen Nährionen negativ beeinflussen und für viele Pflanzen toxisch wirken wie Al3+ oder Schwermetallionen. Der größte Teil der für Pflanzen wichtigen Kationen ist nicht in der Bodenlösung vorhanden, sondern an den Bodenpartikeln adsorbiert und kann durch Ionenaustausch mobilisiert werden (siehe Kapitel „Kationen-Austausch“).  
Aufschluss über die Menge der an die geladenen Bodenpartikel adsorbierten Kationen an einem Bodenstandort gibt die effektive Kationen-Austauschkapazität KAK. Diese wurde im Rumbecker Holz von Proben entlang zweier Bodenprofile mit Unterstützung des GEOLOGISCHEN LANDESAMTES NRW (heute GEOLOGISCHER DIENST NRW) gemessen (siehe Grafik "Bodenprofil-Transekt"). Die Messungen betreffen zwei unterschiedliche Bodentypen, so dass ein Vergleich des Kationengehalts zwischen zwei Böden möglich ist. Die Messergebnisse sind in den folgenden Abbildungen 81a-d und 82a-d grafisch zusammengestellt. Da sich die Messwerte bei der effektiven KAK auf den jeweils vorhandenen pH-Wert beziehen, wird auf die Messdaten zum Säuregehalt an den Probestellen verwiesen (siehe Grafiken „Bodensäuregehalt Braunerde“ und „Bodensäuregehalt Pseudogley“).

Effektive Kationen-Austauschkapazität entlang des Bodenprofils einer Pseudogley-Braunerde:
Abb. 81a: Anteil austauschbarer Natrium- und Kalium-Ionen am Ionenbelag der Bodenpartikel
Abb. 81b: Anteil austauschbarer Calcium- und Magnesium-Ionen am Ionenbelag der Bodenpartikel
Abb. 81c: Anteil austauschbarer Aluminium- und Wasserstoff-Ionen am Ionenbelag der Bodenpartikel
Abb. 81d: Summe der austauschbaren Kationen am Ionenbelag der Bodenpartikel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Effektive Kationen-Austauschkapazität entlang des Bodenprofils eines Pseudogleys:
Abb. 82a: Anteil austauschbarer Natrium- und Kalium-Ionen am Ionenbelag der Bodenpartikel
Abb. 82b: Anteil austauschbarer Calcium- und Magnesium-Ionen am Ionenbelag der Bodenpartikel
Abb. 82c: Anteil austauschbarer Aluminium- und Wasserstoff-Ionen am Ionenbelag der Bodenpartikel
Abb. 82d: Summe der austauschbaren Kationen am Ionenbelag der Bodenpartikel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Aus den Messdaten lässt sich Folgendes ableiten:

Kationen-Austauschkapazität einer Pseudogley-Braunerde
  • Der Anteil an austauschbaren Natriumionen Na+ und Kaliumionen K+ ist vergleichsweise gering, bei den von den Pflanzen weniger benötigten Natriumionen besonders gering.
  • Die Werte des Profils der Braunerde zeigen bei beiden Ionenarten eine deutliche Auswaschung vom Ah- und Bv-Horizont in den wasserstauenden Bereich Sd und C-Sd.
  • Ebenfalls relativ gering ist der Anteil der Erdalkali-Ionen Ca2+ und Mg2+. Die Werte zeigen, dass diese Kationen aus dem A-Horizont nicht nur in die unteren Bodenhorizonte verlagert werden, sondern erheblich aus dem Bodenprofil ausgewaschen werden.
  • Besonders auffällig sind die hohen Werte für das sauer reagierende Aluminiumion Al3+ in allen Horizonten. Sie übertreffen die Werte für die basisch reagierenden Alkali- und Erdalkali-Ionen um ca. das 60-fache. Hinzu kommt im A-Horizont ein beachtlicher Anteil an austauschbaren H+-Ionen.
  • Die Summe der austauschbaren Kationen wird im stark sauren Boden der Pseudogley-Braunerde zum großen Teil bestimmt durch die Aluminium-Ionen. Im A-Horizont sind ca. 70%, im B- und S-Horizont ca. 95% der Ionen-Adsorptionsstellen mit Al3+ besetzt. Das Aluminiumion ist jedoch für die Pflanzen kein benötigtes Nährion, sondern wirkt auf viele Pflanzenarten toxisch (siehe Kapitel „Bodensäuregehalt“).
Kationen-Austauschkapazität eines typischen Pseudogleys   
  • Wie bei der Braunerde ist auch beim Pseudogley der Anteil austauschbarer Natrium- und Kaliumionen relativ gering.
  • Dagegen zeigen die Erdalkali-Ionen Ca2+ und Mg2+ hohe Austauschwerte.
  • Ebenfalls im Gegensatz zur Braunerde ist im Pseudogley der Anteil von austauschbarem Aluminiumionen Al3+ wesentlich geringer.
  • Die Messwerte für die Alkali- und Erdalkali-Ionen zeigen einen prägnanten Minimalwert im unteren Ah-Horizont, dem Ah-Sew-Horizont (siehe „Symbole der Bodenhorizonte“). Diese sehr geringen Werte weisen auf eine starke Ionen-Verlagerung nach unten durch den wechselnden Wasserstand beim Pseudogley hin.
  • Während bei der Braunerde die Aluminiumionen den größten Teil der Adsorptionsstellen besetzen sind beim Pseudogley die negativen Anbindungsstellen der Bodenpartikel fast ausschließlich mit Calcium- und Magnesium-Ionen besetzt, im oberen Ah-Horizont zu 68%, im Sew- und Sd-Horizont zu über 90%.
  • Die im Rumbecker Holz gemessenen hohen KAK-Werte für Aluminium-Ionen in der sauren bis sehr sauren Braunerde sowie hohe KAK-Werte für Calcium- und Magnesium-Ionen in dem weniger bis schwach sauren Pseudogley finden sich auch in der Fachliteratur wieder, z.B. in LEITGEB et al. 2013.
Folgen des Ionengehalts in den Bodentypen für den Bodenbewuchs
Abb. 83: Quellsumpf im Rumbecker Holz

Die für die beiden Bodentypen charakteristischen relativen Kationenmengen haben einen ebenso charakteristischen Pflanzenbewuchs zur Folge. Dies zeigt die Abbildung 83 vom Waldbereich der beiden Schürfgruben:
Die Fläche des mit Schwarzerlen bestandenen Quellsumpfes auf dem Pseudogley-Boden liegt inselartig in dem Buchen-Eichenwald auf der sauren Pseudogley-Braunerde. Im Bereich des an Ca2+ und Mg2+ reichen Pseudogleys zeigt sich eine dicht bewachsene Krautschicht. Dagegen weist die durch adsorbierte Al3+ -Ionen geprägte, sehr saure Braunerdefläche rund um den Quellsumpf eine noch unzersetzte dicke Laubschicht und kaum krautige Pflanzen auf. Neben dem Ionengehalt des Bodens tragen auch unterschiedliche Bodenfeuchtigkeit und Lichtverhältnisse an den Probestellen zu dem gravierenden Vegetationsunterschied bei.