Kinetik der Nährstofffreisetzung aus dem Skelettanteil von Waldböden


Inst. für Bodenkunde und Waldernährung, Uni Göttingen Az.: Göttingen 08/05

 

Zielsetzung:

In die chemische Bewertung der Waldböden werden Korngrößenfraktionen größer als 2 mm – das sog. Bodenskelett – nicht einbezogen, da von geringen reaktiven Oberflächen ausgegangen wird. Gesteine weisen jedoch teilweise erhebliche Porositäten auf, die bis zu 25 Volumenprozent erreichen können. Damit verbunden sind innere Oberflächen, die weit über der äußeren Oberfläche liegen. Bei der Beurteilung der Puffereigenschaften und der Nährstoffnachlieferung darf das Bodenskelett daher nicht vernachlässigt werden. Allerdings ist über die kinetischen Prozesse des Stoffaustausches wenig bekannt. Daher sollen an zwei Steinfraktionen aus dem Cv-Horizont einer podsolierten Braunerde auf Buntsandstein unter Fichte Versuche durchgeführt werden.

 

Material:

Der Feinboden wurde von den Steinen entfernt und die Fraktionen 2-6 mm und 6-20 mm durch Siebung gewonnen. Folgende Untersuchungen wurden durchgeführt

  • Teilmengen der beiden Fraktionen wurden gemahlen und mit HF sowie HNO3 unter Druck aufgeschlossen, um die Elementzusammensetzung zu ermitteln.
  • Austauschbare Kationen wurden durch Perkolation mit 1 M NH4CL ermittelt.
  • In einem sequentiellen Perkolationsversuch im wassergesättigten Zustand wurden die Steine mit Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung behandelt.

 

Ergebnisse:

  1. Die Steinfraktionen haben eine effektive Porosität von ≈ 24,1 bzw. 21,5 Vol% und liegen damit in gleicher Größenordnung wie vergleichbare Buntsandsteine. Dieser Porenraum ist überwiegend nur durch Diffusion zu erschließen.
  2. Der Gesamtaufschluss zeigt eine gute Übereinstimmung mit der Zusammensetzung von Sandsteinen des Buntsandsteins mit geringem Kalzium- und vergleichsweise hohem (3,5%) Kaliumgehalt. Die feinere Steinfraktion enthält mehr Ca, Mu, Cu, Co und Pb.
  3. Die Zusammensetzung der ausgetauschten Ionen ist bei den Steinfraktionen unterschiedlich: aus der feineren Fraktion wurden vermehrt Na, K, Mg,Ca, Mn und Co freigesetzt, während die gröbere Fraktion größere Mengen an Al, Fe, Ni, Cu, Zu, Pb und Cd freisetzte. Dieser Unterschied weist auf zwei Prozesse hin: bei der feineren Fraktion scheinen Austauschprozesse zu dominieren, bei der größeren Fraktion verstärkt Lösungsprozesse unter Freisetzung von AL.
  4. Ökologisch von großer Bedeutung ist, dass 79 bzw. 62% des gesamten Kalziums in den Steinen in austauschbarer Form vorlagen. Die Nachlieferung dieses Elements durch Verwitterung ist daher sehr gering.
  5. Bei der Perkolation mit NH4CL zeigten die beiden Steinfraktionen nur geringe Unterschiede im Austauschverhalten. Die Zugabe von Kalium führte bei der kleineren Gesteinsfraktion zu einem vollständigen Austausch gegen NH4, bei der größeren Fraktion dagegen zu 50%. Die Zugabe von Mg bewirkte, dass Mg in den kleineren Steinen viel stärker ausgetauscht wurde als bei den größeren.
  6. Die Verfügbarkeit der in den Steinen vorliegenden Kationen und Anionen ist offensichtlich in erheblichem Maße von Zusammensetzung und Ionenstärke der Außenlösung abhängig. Weitere Untersuchungen zur Bedeutung des Skeletts für die Nährstoffversorgung der Bäume sind erforderlich.