Bodentextur und Bodenstruktur

Bodentextur und Bodenstruktur sind beides einzigartige Eigenschaften des Bodens, die einen tiefgreifenden Einfluss auf das Verhalten des Bodens haben, wie z.B. Wasserhaltevermögen, Nährstoffrückhalt und -versorgung, Drainage und Nährstoffauswaschung.

In Bezug auf die Bodenfruchtbarkeit haben gröbere Böden im Allgemeinen eine geringere Fähigkeit, Nährstoffe zu halten und zurückzuhalten als feinere Böden. Diese Fähigkeit nimmt jedoch ab, wenn fein strukturierte Böden in feuchter Umgebung einer intensiven Auswaschung unterliegen.

Bodentextur

Die Bodentextur spielt beim Nährstoffmanagement eine wichtige Rolle, da sie die Nährstoffbindung beeinflusst. So können feiner strukturierte Böden Nährstoffe besser speichern.

In unserer Diskussion über die mineralische Zusammensetzung des Bodens haben wir erwähnt, dass die mineralischen Partikel eines Bodens in einem breiten Größenbereich vorhanden sind. Zur Feinerdefraktion gehören alle Bodenpartikel, die kleiner als 2 mm sind. Die Bodenpartikel innerhalb dieser Fraktion werden weiter in drei verschiedene Größenklassen unterteilt, nämlich Sand, Schluff und Ton. Die Größe der Sandpartikel liegt zwischen 2,0 und 0,05 mm, die der Schluffpartikel zwischen 0,05 mm und 0,002 mm und die der Tonpartikel unter 0,002 mm. Beachten Sie, dass Tonpartikel über tausendmal kleiner sein können als Sandpartikel. Dieser Größenunterschied ist weitgehend auf die Art des Ausgangsmaterials und den Grad der Verwitterung zurückzuführen. Bei Sandpartikeln handelt es sich im Allgemeinen um Primärminerale, die noch nicht stark verwittert sind. Tonpartikel hingegen sind Sekundärminerale, die aus der Verwitterung von Primärmineralen hervorgegangen sind. Mit fortschreitender Verwitterung zerfallen die Bodenpartikel und werden immer kleiner.

Texturdreieck

Die Bodentextur ist der relative Anteil von Sand, Schluff oder Ton in einem Boden. Die Bodenbeschaffenheitsklasse ist eine Gruppierung von Böden auf der Grundlage dieser relativen Anteile. Böden mit der feinsten Textur werden als Tonböden bezeichnet, während Böden mit der gröbsten Textur als Sande bezeichnet werden. Ein Boden, der ein relativ gleichmäßiges Gemisch aus Sand, Schluff und Ton aufweist und die Eigenschaften jedes einzelnen Bestandteils besitzt, wird jedoch als Lehm bezeichnet. Es gibt verschiedene Arten von Lehm, je nachdem, welcher Bodenbestandteil am stärksten vorhanden ist. Wenn die Anteile von Ton, Schluff und Sand in einem Boden bekannt sind (vor allem durch Laboranalysen), können Sie das Texturdreieck verwenden, um die Texturklasse Ihres Bodens zu bestimmen.

Abbildung 15. Textur-Dreieck. Das Texturdreieck beschreibt die relativen Anteile von Sand, Schluff und Ton in verschiedenen Bodentypen.
Quelle: http://soils.usda.gov/technical/manual/print_version/complete.html

Die wichtigsten Texturklassen für die Böden von Maui sind in Tabelle 3 aufgeführt. Jede der in Tabelle 3 aufgeführten Texturklassen bildet fein strukturierte Böden. Wie Sie sehen können, zeigen Bodenuntersuchungen, dass mehr als 90 % der Böden auf Maui fein strukturiert sind. Dies ist weitgehend auf die Art des Ausgangsmaterials der meisten Böden auf Hawaii zurückzuführen, das aus Basalt besteht. Da Basalt ein Gestein mit feiner Struktur ist, verwittert er zu fein strukturierten Böden. Der relative Anteil an Ton ist für den Boden von großer Bedeutung.

Tabelle 3. Hauptstrukturklassen der Maui-Böden

Strukturklasse	Prozentsatz der Maui-Böden, die in die Hauptstrukturklassen fallen Klassen
Schluffiger Ton	44%
Schluffiger Lehm	23%
Schluffiger Lehm	11%
Lehm	10%
Lehm	5%

Um mehr über das Strukturdreieck und die Klassifizierung der Bodenbeschaffenheit zu erfahren, klicken Sie auf die untenstehende Animation der North Carolina State University:
http://courses.soil.ncsu.edu/resources/physics/texture/soiltexture.swf

Wichtigkeit von Ton und anderen Partikeln ähnlicher Größe

Tonpartikel sowie andere Partikel ähnlicher Größe sind wichtige Bestandteile eines Bodens. Es gibt einen grundlegenden Unterschied zwischen Böden, die große Mengen an Sandpartikeln enthalten, und Böden, die große Mengen an sehr kleinen Partikeln wie Ton enthalten. Dieser Unterschied ist die Oberfläche. Die Gesamtoberfläche einer bestimmten Masse von Ton ist mehr als tausendmal so groß wie die Gesamtoberfläche von Sandpartikeln mit der gleichen Masse. Stellen Sie sich einen einzelnen Würfel mit 6 Seiten vor, um diese Idee zu verdeutlichen. Dieser Würfel stellt ein Sandkorn dar. Stellen Sie sich nun vor, Sie zerlegen diesen Würfel in 100 kleinere Würfel, die 100 Tonteilchen darstellen. Diese 100 Würfel haben jeweils 6 Seiten. Indem Sie den größeren Würfel zerlegen, haben Sie im Grunde genommen viel mehr Oberflächen freigelegt. Daher ist die Gesamtoberfläche der kleineren Würfel viel größer als die Oberfläche des einzelnen Würfels.

Um dieses Konzept weiter zu erforschen, sehen Sie sich eine kurze Animation an, indem Sie auf den folgenden Link zur North Carolina State University klicken:
http://courses.soil.ncsu.edu/resources/physics/texture/soilgeo.swf

Diese Vergrößerung der Oberfläche hat wichtige Auswirkungen auf die Nährstoffbewirtschaftung, da sie den Bodenpartikeln viele Möglichkeiten bietet, Nährstoffe (wie Kalzium, Kalium, Magnesium, Phosphat) und Wasser für die Aufnahme durch die Pflanzen zu speichern und bereitzustellen

Typen sehr kleiner Partikel im Boden

• Die häufigsten Tonminerale im Boden von Maui werden Schichtsilikattone oder Phyllosilikate genannt. Es gibt verschiedene Arten von Schichtsilikaten, z. B. Kaolinit, Halloysit, Montmorillonit und Vermiculit. Die verschiedenen Arten von Schichtsilikaten unterscheiden sich stark, wie wir später erörtern werden.

Für weitere Einzelheiten über die verschiedenen Schichtsilikat-Tonminerale klicken Sie auf den unten stehenden Link und scrollen Sie nach unten zum „Schichtsilikat-Raum“
http://www.soils.wisc.edu/virtual_museum/silicates.html

• Amorphe Minerale wie Allophan, Imogolith und Ferrihydrid können in den vulkanischen Böden von Hawaii gefunden werden, die sich aus vulkanischer Asche entwickelt haben. Wie silikatische Tone haben diese Minerale eine sehr große Oberfläche. Daher enthalten Böden mit amorphen Mineralien je nach Verwitterungsgrad große Mengen an Wasser und gespeicherten Nährstoffen.

• Aluminium- und Eisenoxide sind typischerweise in den stark verwitterten Böden der Tropen zu finden. Durch die intensive Verwitterung der Tonminerale verändert sich die Struktur der Silikattone. Insbesondere verlieren die Silikattone Kieselsäure. Was im Boden zurückbleibt, sind Aluminium- und Eisenoxide. Gibbsit ist ein Beispiel für ein Aluminiumoxid, das eine gräuliche, weißliche Färbung aufweist. Goethit ist ein Beispiel für ein Eisenoxid, das dem Boden eine rötliche Farbe verleiht.

Eigenschaften von Oxiden

• Oxide sind ziemlich stabil und widerstandsfähig gegen weitere Verwitterung.
• Oxide können wie ein Klebstoff wirken und andere Bodenteilchen zusammenhalten.
• Oxide können Nährstoffe, wie z. B. Phosphor, binden.
• Oxide haben eine hohe Anionenaustauschkapazität (AEC).

• Humus ist der Teil der organischen Substanz, der weitgehend zersetzungsresistent ist und im Boden bleibt. Humus besteht aus kleinen Partikeln mit einer großen Oberfläche. Diese Teilchen haben eine sehr große Fähigkeit, Nährstoffe zu binden und zu liefern sowie Wasser zu halten.

Bodenstruktur

Die Bodenstruktur ist die Anordnung der Bodenteilchen in Gruppen. Diese Gruppierungen werden als Peds oder Aggregate bezeichnet, die oft charakteristische Formen bilden, die typischerweise in bestimmten Bodenhorizonten zu finden sind. So sind beispielsweise körnige Bodenpartikel charakteristisch für den Oberflächenhorizont.

Die Bodenaggregation ist ein wichtiger Indikator für die Verarbeitbarkeit des Bodens. Böden, die gut aggregiert sind, werden als „gute Bodenkrume“ bezeichnet. Die verschiedenen Arten von Bodenstrukturen sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4. Arten von Bodenstrukturen in Böden

Quelle: http://www.cst.cmich.edu/users/Franc1M/esc334/lectures/physical.htm

Bodenaggregate

Im Allgemeinen bilden nur die sehr kleinen Teilchen Aggregate, zu denen silikatische Tone, vulkanische Aschemineralien, organisches Material und Oxide gehören. Es gibt verschiedene Mechanismen der Bodenaggregation.

Mechanismen der Bodenaggregation

• Bodenmikroorganismen scheiden Substanzen aus, die als Zementierungsmittel wirken und Bodenpartikel miteinander verbinden.
• Pilze haben Fäden, Hyphen genannt, die sich in den Boden erstrecken und Bodenpartikel zusammenbinden.
• Wurzeln scheiden auch Zucker in den Boden aus, die helfen, Mineralien zu binden.
• Oxide wirken ebenfalls als Klebstoff und verbinden Partikel miteinander. Dieser Aggregationsprozess ist in vielen stark verwitterten tropischen Böden weit verbreitet und kommt vor allem auf Hawaii vor.
• Schließlich können Bodenpartikel auf natürliche Weise durch elektrostatische Kräfte zueinander hingezogen werden, ähnlich wie die Anziehung zwischen Haaren und einem Luftballon.

Aggregatstabilität

Stabile Bodenaggregation ist eine sehr wertvolle Eigenschaft produktiver Böden. Die Stabilität der Bodenaggregation hängt jedoch stark von der Art der im Boden vorhandenen Mineralien ab. Bestimmte Tonminerale bilden sehr stabile Aggregate, während andere Tonminerale schwache Aggregate bilden, die sehr leicht auseinanderfallen.

• Die stabilsten Aggregate bilden stark verwitterte Silikattone, Oxide und amorphe vulkanische Materialien. Das Vorhandensein von organischen Stoffen bei diesen Materialien verbessert die stabile Aggregatbildung. Im Nährstoffmanagement ist die Aggregatstabilität wichtig, da gut aggregierte Mineralien gut entwässert und gut bearbeitbar sind.

• Im Gegensatz dazu bilden weniger verwitterte Silikattone, wie Montmorillonit, schwache Aggregate. Einigen silikatischen Tonen wird ein Schrumpf-Quell-Potenzial zugeschrieben. Das bedeutet, dass sich die Bodenmineralien bei Nässe ausdehnen oder aufquellen, wodurch der Boden klebrig wird und schlecht entwässert. Bei Trockenheit schrumpfen diese Böden und bilden Risse. Der Aufbau der Gitterstruktur von Silikattonen bestimmt das Schrumpfungspotenzial. Obwohl es auf Maui keine Böden mit Schrumpfungspotenzial gibt, können diese Böden auf Molokai gefunden werden.

Für eine einfache Diskussion über die Chemie von Tonböden, klicken Sie auf den folgenden Link:
http://www.aehsmag.com/issues/2002/june/soilclays.htm