Unser Autor: Hansgeorg Schönberger, N.U. Agrar GmbH, Schackenthal

Eines steht fest: Fruchtbare Böden sind die wichtigste Ressource für jeden Ackerbauern. Gleichzeitig unterscheiden sie sich stark in ihrer ­Beschaffenheit und Ertragsfähigkeit – selbst innerhalb einer Fläche.

Doch was macht einen guten Ackerboden aus? Und welche Eigenschaften kann man als Landwirt beeinflussen? Diesen Fragen geht unser Autor im Folgenden nach.

Bodenart ist die Grundlage

Die Bodenart ist das herausragendste Merkmal eines Bodens. Sie wird bestimmt durch die Gehalte an Sand, Schluff und Ton, die sich aufgrund verschiedener Korngrößen auf die physikalischen Eigenschaften des Bodens auswirken. Dazu gehören z. B. das Wasserspeichervermögen bzw. die Wasserinfiltration, die Nährstoffversorgung und -verfügbarkeit sowie das Puffer- und Filtervermögen.

• Der  Sand  (Partikelgröße 63 bis 2.000 µ) ist die gröbste Fraktion der Feinerde. Wegen der Größe der Partikel und kantigen Umrisse ist Sand ver­antwortlich für die Stabilität und Tragfähigkeit, für die Wasserableitung und Durchlüftung des Bodens.

• Die mittlere Fraktion bildet der  Schluff  (2 bis 63 µ Durchmesser). Der Schluffanteil hängt eng mit dem Anteil der Mittelporen zusammen und spiegelt somit das Wasserhaltevermögen des Bodens wider. Zu einem geringen Teil werden an Schluff zwar Kationen gebunden – durch die geringe Haftung und der im Vergleich zu Tonpartikeln kleinen Oberfläche neigen schluffreiche Böden aber stärker zum Verschlämmen als Tonböden.

•  Ton  (< 2 µ Korngröße) ist die feinste Fraktion im Boden und setzt sich zusammen aus Tonmineralen. Diese sind für die Bindung von Kationen verantwortlich. Dreischicht-Tonminerale wie Illit, Smectit oder Vermiculit können mehr Kationen festhalten als Zweischicht-Tonminerale wie Kaolinit. Je nach Zusammensetzung der Tonminerale kann die Sorptionsfähigkeit des Tons und damit des Bodens schwanken.

• Als  Lehm  bezeichnet man eine Mischung aus Ton-, Schluff- und Sandpartikeln. Bei geringem Tonanteil (< 15 %) spricht man von sandigem Lehm, bei hohem Tonanteil (> 25 %) von tonigem Lehm und bei mehr als 30 % Ton von lehmigem Ton.

Generell gilt: Die „innere Oberfläche“ und damit die Haftung zwischen den Bodenpartikeln nimmt zu, je kleiner die Partikel sind. So hat 1 g Sandpartikel eine innere Oberfläche von maximal 1.000 cm², 1 g Schluff von bis zu 1 m² und 1 g Ton sogar von bis zu 400 m². Daher sind Tonböden bindiger als Schluff- oder Sandböden – deshalb lassen sie sich auch schwerer bearbeiten.

Die Tonminerale sind nach außen hin negativ (-) geladen. Dadurch wirken sie auf positiv (+) geladene Kationen (z. B. Kalium, Ammonium) wie viele kleine Magnete und verhindern, dass diese sich im Boden verlagern. Andererseits können die Tonminerale Kationen auch so stark festhalten, dass die Pflanzen sie nicht mehr aufnehmen können. Man spricht dann von Nährstoff-Fixierung, die durch Trockenheit verstärkt wird.

Durch Wasseranlagerung kann Ton quellen und bei Wasserabgabe wieder schrumpfen. Auf diese Weise können sich dichtlagernde tonhaltige Böden selbst auflockern (z. B. Frostgare, Sommergare). Allerdings ist in nassen, tonhaltigen Böden die Durchlüftung eingeschränkt; in chemischer Hinsicht herrschen hier reduzierende Bedingungen. Wie sich die Bodenart auf den Wasserhaushalt auswirkt und welches Ertragspotenzial unterschiedliche Böden haben, entnehmen Sie der Übersicht 1.

Der ideale Boden

Könnte man sich einen  idealen Ackerboden  wünschen, enthielte er in der Festsubstanz 15 bis 20 % Ton, 60 bis 70 % Schluff und 10 bis 15 % Sand. Dazu käme ein Humusanteil von 2 bis 4 %.

Bei geringeren Tongehalten kann der Boden weniger Nährstoffe speichern, bildet weniger stabile Aggregate und puffert Bodenherbizide schlechter ab. Dafür ist er aber leichter zu bearbeiten. Die Bezeichnung „leichter oder schwerer Boden“ leitet sich übrigens von der Bearbeitbarkeit ab und nicht vom Gewicht: So haben leichte Böden, also Sand, ein höheres spezifisches Gewicht als schwere, tonhaltige Böden.

Bei höheren Tongehalten kann der Boden mehr Nährstoffe speichern, lässt sich aber vor allem im nassen sowie im trockenen Zustand schlechter bearbeiten und neigt zur Trockenfixierung von Kationen. Dadurch sind auch hohe Aufwandmengen an Bodenherbiziden notwendig. Zudem steigt mit dem Tongehalt der Anteil des nicht pflanzenverfügbaren Totwassers und auch das Risiko des Auffrierens wassergesättigter Böden nimmt zu.

Positiv ist dagegen, dass Ton generell die Kapillarität des Bodens verstärkt. Mit zunehmenden Tonanteilen steigt aber auch der Kapillarwiderstand, was den Wasseraufstieg verlangsamt. Aus diesem Grund ist der kapillare Aufstieg im Tonboden pro Tag geringer als z. B. im Lehmboden (siehe Übersicht 1). Geringere Schluffanteile als der „ideale Boden“ schränken das Wasserspeichervermögen des Bodens ein. Höhere Schluffgehalte erhöhen dagegen zwar die Speicherkapazität, verschlechtern aber die Porenstabilität und verstärken die Verschlämmungsneigung.

Geringere Sandanteile schränken die Wasserinfiltration im Boden ein, ­sodass Niederschlagswasser langsamer ver­sickert. Mit zu hohen Sandanteilen nimmt hingegen das Wasser- und Nährstoffspeichervermögen des Bodens ab. Zudem puffern Sandböden Herbizide schlechter ab, was das Risiko von ­Herbizidschäden erhöht – vor allem auf humusarmen Standorten.

Bodenverdichtungen – schlimmer als viele denken

Neben der Bodenart beeinflusst auch der verfügbare Wurzelraum die Ertragsleistung der Pflanze. Schränken horizontale, plattige Verdichtungen oder Kluten und Steine den verfügbaren Wurzelraum in der Krume ein, können die Pflanzen hier weniger Wasser und Nährstoffe aufnehmen. Zudem reduzieren Verdichtungen den Anteil vertikaler Grobporen im Boden, die das Versickern von Überschusswasser bzw. den kapillaren Aufstieg ermöglichen. Bei weniger als 8 bis 10 % Grobporen ist auch der Gasaustausch im Boden eingeschränkt.

In diesen verdichteten Böden sammelt sich CO₂ in der Wurzelzone, wodurch Feinwurzeln in diesem Bereich abgebaut werden. Ein entscheidendes Kriterium zur Beurteilung eines Standortes ist daher: Der Boden sollte ein ungestörtes Wurzelwachstum zulassen. Wie sich Verdichtungen in der Krume auf den Wasserhaushalt auswirken, zeigt Übersicht 2.

Doch auch zu lockere Böden sind nachteilig für das Wurzelwachstum. Denn in einem überlockerten Boden verliert die Wurzel ihre Orientierung. Zusätzlich wird der kapillare Aufstieg des Wassers unterbrochen. Daher ist nach einer tiefen Bodenbearbeitung eine Rückverfestigung bis auf Lockerungstiefe Pflicht.

Humus stabilisiert Böden

 Humus  bezeichnet die abgestorbene organische Substanz im Boden. Dazu kommt die „aktive Biomasse“ in Form von Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Aktinomyzeten), die zwischen 5 und 10 % der organischen Substanz ausmachen und für das Bodenleben verantwortlich sind. Diese Kleinstlebewesen siedeln sich in und zwischen den Bodenaggregaten an, stabilisieren sie und verhindern das Dichtlagern. Somit bilden sie das „Federbein“ im Boden, das ihn elastischer macht. Ob ein Boden in puncto Humusgehalt intakt ist, spürt man beim Darüberlaufen.

Generell erleichtert Humus die Bodenbearbeitung, trägt zum Aufbau und zur Stabilisierung der Bodenstruktur bei (Vermeidung von Verschlämmung) und speichert Wasser und Nährstoffe. Dabei kann Humus deutlich mehr Nährstoffe binden bzw. Wasser speichern als Ton. Zudem werden in der aktiven Biomasse Stickstoff, Phosphor und Schwefel organisch zwischengespeichert und dann wieder freigesetzt. Je nach Bodenart sind die verschiedenen Funktionen des Humus deshalb unterschiedlich stark zu gewichten.

Optimal sind  Humusgehalte im Boden von 2 bis 4 % . Niedrigere Gehalte wirken sich negativ auf die Ertrags­fähigkeit des Bodens aus. Doch auch zu hohe Humusgehalte können das Pflanzenwachstum beeinträchtigen, z. B. durch Festlegung von Spurenelementen (Komplexbildung). Möglich ist dann auch eine unkontrollierte N-Freisetzung, die das Lagerrisiko erhöht. Darüber hinaus werden Böden mit hohen Humusgehalten puffig – dadurch leidet der Wurzel-Boden-Kontakt.

Insgesamt sind humusreiche Böden stärkeren Temperaturschwankungen aus­­gesetzt. So dringt z. B. Frost bei hohen Gehalten schneller und tiefer ein. Auf der anderen Seite erwärmen sich humose Böden aber auch zügig. Führt dies an heißen Tagen allerdings zu Bodentemperaturen von über 30 °C, können Feinwurzeln vorzeitig absterben. Auch die Wirkung der chemischen Unkrautkontrolle lässt dadurch nach, da sich Herbizide verstärkt an organische Bodenpartikel binden.

Optimaler Humusgehalt je nach Boden

Wie hoch der Humusgehalt im Optimalfall sein sollte, hängt von der Bodenart ab: In lehmig-schluffigen Böden sollte er zwischen 2 und 3 % liegen. Weil sandige Böden stärker von der Wasser- und Nährstoffspeicherfähigkeit des Humus profitieren, empfehlen sich hier Gehalte zwischen 2,5 und 4 %. In tonigen Böden sind 3 bis 4 % Humus optimal für die Bearbeitbarkeit.

Doch Humus ist nicht gleich Humus. Wichtig ist, zwischen Nähr- und Dauerhumus zu unterscheiden. Letzterer setzt sich zusammen aus schwer abbaubaren organischen Verbindungen (Fulvo-, Huminsäuren, Humide). Der Nährhumus besteht hingegen aus leicht abbaubarer organischer Substanz (Hemizellulose, Zellulose, Proteine).

Als Indikator für die  Humusqualität gilt das  C/N-Verhältnis . Optimal ist ein C/N-Verhältnis von 10 bis 12 : 1. In diesem Fall halten sich N-Festlegung und N-Freisetzung im Boden die Waage. Werte von über 12 : 1 bewirken dagegen eine stärkere N-Festlegung und können der Grund dafür sein, wenn gedüngter Stickstoff nicht voll in den Pflanzen ankommt. Werte von unter 10 : 1 führen hingegen zu einer unkontrollierten und schwer kalkulierbaren Stickstofffreisetzung. Ein C/N-Verhältnis von unter 9 : 1 ist zudem ein Hinweis darauf, dass Ammonium verstärkt vorkommt, das an Tonminerale fixiert ist.

Wie wichtig sind PH-Wert und Kalziumgehalt?

Während die Bodenart weitgehend vorgegeben ist und sich der Humusgehalt nur sehr langsam beeinflussen lässt, kann man den  pH-Wert  durch Kalken schnell anheben. Doch Vorsicht, vor allem auf sandigen Böden ist auch eine Überkalkung möglich.

Ist der pH-Wert zu niedrig, werden H+-Ionen im Boden nicht genügend gepuffert. Das wirkt sich auf das sogenannte Redoxpotenzial aus: So werden bei niedrigen pH-Werten verstärkt Schwermetalle wie z. B. Aluminium und Eisen freigesetzt. Aluminium und auch ein Übermaß an Eisen oder Mangan rufen Säureschäden vor allem in (Winter-)Gerste hervor, die darauf mit einem Abbau der Feinwurzeln reagiert. Zudem ist Phosphor dann schlechter verfügbar, das als Al- bzw. Fe-Phosphat festgelegt wird. Bei niedrigen pH-Werten verringert sich obendrein auch die Kationenaustauschkapazität von Humus.

Bei pH-Werten unter 5,8 muss man verstärkt mit Molybdän-Mangel rechnen. Das hat zur Folge, dass Nitrat nicht reduziert und in Eiweiß eingebaut werden kann, die Herbizid-Verträg­lichkeit abnimmt und die Befruchtung leidet. Auch können Knöllchenbakterien bei niedrigen pH-Werten Stickstoff nicht binden, da für das Bilden des Enzyms Nitrogenase Molybdän nötig ist.

Niedrige pH-Werte unter 6,5 begünstigen auch Krankheiten wie Kohlhernie. Gleichzeitig arbeiten Mikroorganismen im sauren Milieu langsamer, sodass die Nitrifikation weitgehend zum Erliegen kommt. Des Weiteren wird durch niedrige pH-Werte die Löslichkeit und damit die Wirksamkeit von ALS-Hemmern mit Bodenwirkung wie Mesosulfuron (Atlantis) oder Propoxycarbazone (Attribut) herabgesetzt. In der Praxis zeigt sich, dass die Ursache für Ertragsabstürze – insbesondere bei Wintergerste und Raps – meist zu niedrige pH-Werte sind.

Doch auch zu hohe Werte über pH 7 führen zu negativen Effekten, z. B. zur Oxidation von Schwermetallen (Mn, Zn, Cu, Fe). Diese Oxide sind nicht wasserlöslich und lassen sich daher nicht von den Pflanzen aufnehmen. Zudem wird Bor bei hohen pH-Werten in Polyborat-Strukturen gebunden, die nur schwer wasserlöslich sind. Das kann zu Bormangel führen, trotz hoch eingestufter Borgehalte im Boden.

Auch Phosphor wird bei hohen pH-Werten und zu viel (freiem) Kalk im Boden festgelegt – und zwar als Ca-Phosphat. Mit der Bodenuntersuchung wird es größtenteils miterfasst, ist aber nicht voll pflanzenverfügbar. Mithilfe versauernd wirkender Dünger (z. B. SSA) lässt sich Phosphor wieder aus den Ca-Phosphaten freisetzen.

Hinweis: Die Ursache niedriger pH-Werte ist eine geringe Versorgung mit Kalzium (und Magnesium). Hohe pH-Werte bedeuten aber nicht zwangsläufig viel verfügbares Kalzium, sondern können auch Folge einer hohen Mg-Versorgung sein. Der pH-Wert spiegelt die Summe aller basisch wirkenden Kationen (Ca, Mg, K, Na) wider und wird nicht nur von Kalk beeinflusst.

Insgesamt wirkt sich Magnesium stärker auf den pH-Wert aus als Kalzium. Junge Marschböden enthalten sehr viel Natrium, das den pH-Wert ebenfalls erhöht. Deshalb kann es trotz hoher pH-Werte sinnvoll sein, schluffige Marschböden zu kalken, um die Verschlämmungsgefahr zu senken.

Kalk baut Brücken im Boden

Natürlicherweise kommen im Boden Wasserstoff-Ionen (H+) vor, die einen sehr geringen Durchmesser haben. Deshalb nimmt der Abstand zwischen den Bodenpartikeln ab, je höher der H+-Anteil ist. Der Boden lagert dadurch dichter und kann umso weniger Wasser speichern, je niedriger der pH-Wert ist.

Durch Ca++-Brücken werden dagegen die Tonminerale auf Abstand gehalten und sind trotzdem miteinander verbunden. Dadurch können die Bodenaggregate im Inneren mehr pflanzenverfügbares Wasser speichern.

Für eine bessere Bodenstruktur ist also nicht der höhere pH-Wert, sondern der höhere Ca-Anteil im Boden verantwortlich. Wenn der Boden hingegen trotz eines hohen pH-Wertes zum Verschlämmen neigt, liegt das meist an zu hohen Magnesium-Gehalten. In diesem Fall ist es sinnvoll, den Kalzium-Gehalt im Boden extra zu bestimmen.

Die Kationen-Austausch-­Kapazität

Die sogenannte  Kationenaustauschkapazität  (KAK) beschreibt die Fähigkeit des Bodens, Kationen zu binden und wieder freizusetzen. Sie hängt ab von der Textur des Bodens (Sand-, Schluff-, Tonanteil), dessen Tonmineralzusammensetzung und vom Anteil der orga­nischen Substanz. Eine KAK-Untersuchung hilft, Unterschiede zwischen ­Böden mit verschiedener Zusammensetzung der Tonminerale zu erfassen.

Das Zentimol (cmol) je 1.000 g Boden ist eine Maßeinheit für die Austauschkapazität. Böden unter 10 cmol je 1.000 g Boden werden als sorptionsschwach eingestuft, bis 20 cmol pro 1.000 g Boden als sorptionsfähig, über 20 cmol/1.000 g Boden als sorptionsstark (siehe Übersicht 3).

Als Basensättigung bezeichnet man den prozentualen Anteil, den die sogenannten Basen Ca++, Mg++, K+ und Na+   an den Bindungsstellen der Austauscher einnehmen. Letztere befinden sich u. a. an den Ton-Humus-Komplexen. Liegt die Basensättigung z. B. bei 100 %, sind die Bindungsstellen ausschließlich mit Basen besetzt, während der Anteil an Wasserstoff-Ionen (H+) am Kationen­belag bei Null liegt.

Im Optimum sollten mehr als 90 % der Bindungsstellen an den Austauschern mit basisch wirkenden Kationen abgesättigt sein, sodass die H+-Ionen nur 10 % der Austauscher besetzen. Denn je höher der Anteil der H+-Ionen (Protonen) ist, umso niedriger ist der Boden-pH-Wert und umso labiler ist die Bodenstruktur. In sehr stark versauerten Böden (unter pH 5,5) mit hoher H+-Ionen-Sättigung gehen auch toxisch wirkende Al+++-Ionen in Lösung.

Beim Kationenaustausch werden Kationen gegen äquivalente Mengen eines anderen Kations ausgetauscht, z. B.

1 Mg++ ➝ 1 Ca++

1 Mg++ ➝ 2 K+

1 NH4+ ➝ 1 K+

Die Bindungsstärke wird dabei auch stark durch den Wassergehalt des Bodens beeinflusst. Je trockener der Boden, desto stärker werden die Kationen an die Austauscher gebunden. Das erklärt auch, warum die NH4-Düngung bei trocken-kalter Witterung schlechter wirkt. Denn hier lagert sich das NH4+-Ion schon an die Austauscher, bevor es zu Nitrat umgewandelt wird. Für die Ernährung der Pflanze und für die Bodenstruktur spielt die Ionen-Zusammensetzung an den Austauschern eine wichtige Rolle: Ein optimales Verhältnis an den Austauschern bedeuten 70 bis 75 % Ca++, 10 bis 15 % Mg++, 5 % K+ und 1 % Na+.

Probleme treten immer dann auf, wenn die Verhältnisse einseitig verschoben sind. Das ist z. B. der Fall, wenn in Kreideböden der Ca++-Anteil auf 90 % steigt, der Mg++-Anteil unter 5 % und der K+-Anteil unter 2 % absinkt.

Auf Böden aus dolomitischem Ausgangsgestein oder nach jahrelanger Düngung mit Mg-haltigem Kalkmergel liegt der Ca++-Anteil häufig bei nur 60 %, der Anteil von Mg++ bei 30 % und der von K+ unter 2 %. In diesem Fall ist eine K-Düngung effektiver, um das Ertragspotenzial anzuheben, als eine Stickstoffgabe.

Eine Mg-Düngung führt in diesem Fall sogar zu Ertragseinbußen. Andererseits gibt es auch Standorte – meist saure Böden – mit geringer Ca++-Sättigung (unter 60 %), sehr geringer Mg++-Sättigung (2 %) und sehr hoher K+-Sättigung (10 %). Dabei handelt es sich meist um Urgesteins-Böden, auf denen jede Zufuhr von K den Mg-Mangel verschärft. Das bedeutet, dass sich hier selbst Rindergülle nachteilig auswirken kann.

Fazit

Die Bodenart ist das unveränderbare Merkmal eines Bodens. Weichen die Gehalte der jeweiligen Korngrößen stark vom Ideal ab, verringert das die Ertragsfähigkeit und erschwert die Bewirtschaftung. Der Humusgehalt kann den Einfluss der Bodenart abmildern. So können sandige Böden besser Nährstoffe und Wasser speichern, tonige Böden lassen sich hingegen leichter bearbeiten.

Die Kationenaustauschkapazität spiegelt das Bindungsvermögen des Bodens für Kationen wider. Sorptionsschwache Böden sind auswaschungsgefährdet, sorptionsstarke Böden neigen zur Trockenfixierung. Sind die Austauscher nicht ausreichend mit Basen abgesättigt, sinkt der pH-Wert.

Um einen Standort zu verbessern, steht das Aufkalken saurer Böden an erster Stelle. Niedrige pH-Werte sind oft Ursache für enttäuschende Erträge. Ursache ist der Einfluss des pH auf das Bodenleben und die Nährstoffstoffdynamik. Kalzium bildet zudem stabile Brücken zwischen den Bodenpartikeln und verbessert so die Bodenstruktur.