Sind tropische Tief­lands­böden ökolo­gisch benach­tei­ligt? Entste­hungs­pro­zesse, Rolle der Verwit­te­rung und Boden­typen

TROPISCHE TIEFLANDSBÖDEN:

SIND SIE „ÖKOLOGISCH BENACHTEILIGT“?

Inhaltsverzeichnis:

1. Einleitung

2. Tropen und ihre Verbreitung

3. Tropische Böden. Charakteristika.

 3.1 Verbreitung

 3.2 Rolle der Verwitterung
 3.3 Bodenbildende Prozesse
 3.3.1 Desilifizierung
 3.3.2 Ferralisation
 2.3.3 Plinthisation
 3.4 Bodentypen und Bodensystematik

 3.4.1 Ferrasole
 3.4.2 Nitosole
 3.4.3 Plinthosole
 3.4.4 Lixisole
 3.4.5 Acrisole
 3.4.6 Alisole
4. Nutzung

 4.1 „Shifting cultivation“
5. Der geschlossene Kreislauf
6. Ökologische Benachteiligung der Tropen. Fazit
7. Literaturverzeichnis

8. Abbildungen

1. Einleitung

In der folgenden Arbeit über tropische Tieflandsböden soll in erster Linie dargestellt werden, wie es zu deren Entstehung kommt und welche Prozesse dafür verantwortlich sind. Hierfür werden im ersten Schritt die Typen der Verwitterung, die entscheidend für die Bodenbildung sind, erläutert. Der Fokus wird auf die, in den Tropen besonders relevanten Verwitterungsprozesse, gelegt.

Prinzipiell ist für diese Gebiete die chemische Verwitterung von großer Bedeutung, da sie zum einen die Art der Böden vorwiegend bestimmt und zum anderen die geringe Fruchtbarkeit erklärt. Es werden Prozesse zusammengefasst, die an der Gestein bzw. Mineralzerstörung teilhaben. Dann wird sowohl die Bestimmung als auch die Charakteristik der Böden im Mittelpunkt stehen, die an Hand der FAO Nomenklatur stattfinden wird.

Im letzten Schritt werden die Nutzung und die dazugehörigen Probleme beschrieben. Zum Schluss werde ich versuchen eine Antwort auf die Schlüsselfrage zu geben, also, ob die Tropen tatsächlich ökologisch benachteilig sind.

2. Tropen und ihre Verbreitung

Zu den humiden Tropen zählen sowohl die immerfeuchten (N > V, 10 – 12 Monate/Jahr; vollhumid) als auch die sommerfeuchten (N > V, 6 – 9 Monate/Jahr; semihumid) Tropen. (Abb.1)

Die immerfeuchten Tropen erstrecken sich in einem Gürtel beiderseits des Äquators zwischen 25°N und 25°S geographischer Breite und grenzen polwärts an die Feuchtsavannen der sommerfeuchten Tropen. (Abb. 2) In diesem Gürtel befinden sich folgende Hauptgebiete der immerfeuchten Tropen: Eurasien mit größten Teilen von Sri Lanka, Burma, Malaysia, Indonesien, Philippinen und Neuguinea; S- und Mittelamerika von Chiapas (S – Mexiko) bis Panama; die größten Anteile der Karibischen Inseln, das Amazonasbecken, Küstenregionen in SO – Brasilien; Afrika - Guinea Zone, das Kongobecken im Zentralafrika; Ostseite von Madagaskar.

Auf fast allen Kontinenten findet man auch die sommerfeuchten Tropen, die sich zwischen den Regenwäldern am Äquator und den Tropisch/subtropischen Trockengebieten an den Wendekreisen erstrecken. (Abb. 3) Diese sind: Eurasien- östliches und südöstliches Indien, Thailand, Kambodscha, Vietnam und äußerster Süden von China; S- und Mittelamerika, größte Teile von Mexiko und von Brasilien, südlich des Amazonasbeckens, Afrika (südlich des Sahel); große Teile von O- und Zentralafrika (südlich des Kongobeckens); mittleres Madagaskar; Nördlichste Teile von Australien. (ZECH-HINTERMAIER-ERHARD 2002, S: 90, )

Abb. 1 Verbreitung der Tropen

Abb. 2 Immerfeuchte Tropen

Abb. 3 Sommerfeuchte Tropen

3. Tropische Böden, Charakteristika

Die Böden der humiden Tropen bedecken etwa 20 % der Landoberfläche. In den warmen humiden Klimaten mit üppiger Vegetation und reichen Bodenleben verläuft die Bodenbildung weitaus rascher als in den gemäßigten, trockenen oder kalten Zonen. Je länger eine Bodenentwicklung in humidem Klima andauert, desto tiefgründiger wird der Boden. (Abb. 4)

Die Bodenbildung in den semihumiden Regionen ist weniger intensiv, weil es mit der Menge und der Verteilung der Niederschläge im Zusammenhang steht.

Die Böden der tropischen Tiefländer unterliegen also zum Teil schon seit Jahrmillionen einer intensiven, heißfeuchten Verwitterung, die sich vor allem mit ihrer Intensität und ihrem Alter von dem, der außentropischen Gebieten, unterscheidet. Der Unterschied zwischen tropischen und nicht- tropischen Böden ist eigentlich „zufälliger“ Natur.

Durch den Einfluss der Eiszeit ist die Landoberfläche in der gemäßigten Zone mit vielen jungen Sedimenten bedeckt worden, während Tropenböden zum Teil bereits im Erdmittelalter gebildet worden sind und noch heute an der Oberfläche liegen. Ausnahmen davon sind einige junge Aufschüttungen, jung gehobene Gebiete – Gebirge und Küstenterrassen sowie die vu.....[Volltext lesen]

3.3 Bodenbildende Prozesse

Die wichtigen bodenbildenden Faktoren sind Klima, Vegetation und Ausgangsgestein sowie die geographische Lage. Die bodenbildenden Prozesse steuert aber hauptsächlich das warmfeuchte Klima; hohe Temperaturen und große Niederschlagsmengen, die in den feuchten Tropen beständig herrschen.

Die bodenbildenden Prozesse der Tropen finden in den immerfeuchten Tropen verstärkter statt als in den sommerfeuchten - dort entwickeln sich Böden, die sich in einem weiteren Verwitterungsstadium befinden.

Zu den wichtigsten Verwitterungsarten in den immerfeuchten Tropen gehören Desilifizierung, Ferralisierung und Plinthisation.

Die entscheidenden Folgen sind die Auswaschung von Mineralstoffen, die im Regenwasser gelöst werden und die relative und später auch absolute Anreicherung von Sesquioxiden. Außerdem sind die tropischen Böden meist sehr alt, so dass die Verwitterung bereits sehr lange anhält.

(ZECH-HINTERMAIER-ERHARD 2002, S: 91; )

3.3.1 Desilifizierung und Ferralisation

Zu den wichtigsten Prozessen der Bodenbildung in tropischen Böden zählen Desilifizierung und Ferralisation. Das sind nämlich die entscheidenden Prozesse, die bei der Tonmineralbildung im Boden aus Dreischichttonmineralen das Zweischichttonmineral (zum Beispiel: Kaolinit) entstehen lassen.

Desilifizierung: Über den kristallinen Gesteinen und unter den intensiven tropischen Verhältnissen, zu den hohe Niederschläge und die gute Wasserdurchlässigkeit der Böden gehören, werden alle lösliche Elemente, wie Silizium, Calcium, Natrium, Magnesium, Kalium ausgewaschen und abgeführt, was zur starken Verarmung des Bodens führt.

Wegen den vorherrschenden pH – Bedingungen (pH-Werte ~ 5) können sich die früher in den Silikatverbindungen gebundenen und nun freigewordenen Eisen- und Aluminiumbestandteile nicht auflösen und bleiben zurück. Aus ihnen bilden sich vor allem Hämatit oder Goethit, bei geringem SiO2-Gehalt des Bodens oder bei starker Kieselsäure-Auswaschung und Gibbsit.

Es kommt also zu einer relativen Anreicherung des Bodens mit Sesquioxiden. Diesen Prozess bezeichnet man als Ferralisation(Ferrallitisierung); Dank diesem Prozess ergibt sich ein Bu- Horizont. Besonders bei hohem SiO2- Gehalt kann sich das gelöste Silizium mit Aluminiumhydroxid verbinden und sekundäre Zweischichttonminerale bilden, z.B. Kaolinit. Diese besitzen eine geringe Kationenaustauschkapazität.

Da die Anreicherung von Kaolinit und Sesquioxiden ohne diese Auswaschung von Si nicht möglich ist, kann die Desilifizierung auch als Teilprozess der Ferralisation angesehen werden. Die beiden Prozesse können zusammen auch als Laterisierung bezeichnet werden. (SCHULTZ 2002, S:282; SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL 1992, S:372)

3.3.2 Plinthisation

Im Gegensatz zu der Ferralisation wird zusätzlich eine absolute Anreicherung von Sesquioxiden durch das aufsteigende Grundwasser oder durch Hangwasserzufuhr in Senken als Plinthisation bezeichnet. Dieser Prozess ist somit typisch für Senken, Unterhänge oder Plateaus. Durch den Wassereinfluss werden Sesquioxide bei niedrigem Redox – Potential mobilisiert und an Stellen mit höherem Redox – Potential - wie Hangkanten oder gut durchlüfteten Teilen des Bodens- wieder ausgeschieden.

Es bildet sich ein humusarmes Substrat, welches Plinthit (früher: Laterit) genannt wird und das in den Trockenzeiten oder bei der Oberflächennähe (z.B. Hangkanten) krustenartig und irr.....

Der Name des Bodens leitet sich aus den lateinischen Worten: „ferrum“ und „alumen“ und bedeutet das Eisen und das Aluminium. Dieser Boden ist durch ein mächtiges A – AB - Bws – Bsw - C Profil gekennzeichnet (w: weatherd; s: Sesquioxide). Die Horizontgrenzen sind aufgrund des großen Wassereinflusses diffus. (Abb. 9) Zwischen dem Boden und dem Gestein besteht oft eine mächtige Gesteinzersatz-Zone: Saprolith. (BREMER, S: 90-93; BLUM, S:114)

Hohe Temperaturen und ständige Bodenfeuchte ermöglichen eine lang anhaltende, nicht durch Kaltzeiten unterbrochene, intensive chemische Verwitterung mit tiefgründiger und vollständiger Umwandlung des ursprünglichen Mineralbodens. Kennzeichnend ist dabei der B- Horizont, der von Tonen mit geringer Kationenustauschkapazität (KAK) < 160 mval/kg wie auch den kaolinischen Tonmineralen und Sesquioxiden und schwer verwitterbaren Quarzen aufgebaut ist.

Daher ist der Bws- Horizont profilprägend für die Ferrasole. Selbst die Silikate werden durch die Hydrolyse zersetzt und die lösliche Kieselsäure zusammen mit freigesetzten Alkali- und Erdalkali- Ionen wird vom stetig abwärts gerichteten Bodenwasserstrom ausgewaschen (Desilifizierung). Dadurch erfolgt unter einer extremen Verwitterung eine Anreicherung von schwerlöslichen Sesquioxiden (Al- und Fe- Oxiden; Hämatit – rot, Goethit – gelb, was zur Rot- oder Gelbfärbung führt), die man als Ferralisierung bezeichnet. (Abb. 10) Der Restmineralgehalt ist gering.

Es überwiegt die Bildung des austauscharmen Zweischichttonminerals - Kaolinit. Die anfallende organische Substanz wird sehr rasch mineralisiert und humifiziert, das bedeutet, dass es ständig viel Streu aus Pflanzenresten angeliefert und von Mikroorganismen, Termiten, Ameisen schnell wieder abgebaut wird. So gleichen sich Streuanfall und – Abbau aus. Da die Humusdecke sehr dünn bleibt, ist die Kationenaustauschkapazität der Böden sehr gering.

Applizierte Dünger werden deshalb rasch ausgewaschen. Substrat ist feinkörnig, hat eine geringe Wasserdurchlässigkeit und Luftkapazität und ist wegen den meist hohen Tongehalten in feuchtem Zustand klebrig – plastisch.

Das biotische Ertragspotential der Ferrasole ist also verhältnismäßig begrenzt. Diese haben einen geringen Gehalt an organischer Substanz sowie ein geringes Wasserspeicherungs- und Sorbtionsvermögen. Die Nährstoffe sind hauptsächlich an die organische Substanz im Oberboden, die Pflanzendecke und die organische Auflage gebunden.

Die Fruchtbarkeit ist sehr niedrig. Die Bodenschichten unterhalb der Humusschicht sind für die Pflanzen meist sogar „lebensfeindlich“, da bei pH – Werten um 5,0 im Unterboden verstärkt Al- Ionen freigesetzt werden, die für Wurzeln giftig sind. (BREMER, S90-93; MANSHARD & MÄCKEL 52-54; )

Der Ferralsol besitzt für die landwirtschaftliche Nutzung gute physikalische (wie die Gefügestabilität und Infiltration) jedoch auch sehr schlechte chemische Bodeneigenschaften. Unter den naturbelassenen Bedingungen wird in einem Stoffkreislauf (Streufall - Streuzersetzung - Nährstofffreisetzung - Nährstoffaufnahme), der nur Streu- und Oberbodenhorizonte umfasst, kaum eine Nährstoffaus.....

Verglichen mit den sauren und basenarmen Ferrasolen einerseits und den stark ausgewaschenen Acrisolen anderseits, weisen die Nitisole ein höheres biotisches Ertragspotential auf. Zu deren Eigenschaften zählt also eine hohe Bioturbation und Wasserspeicherleistung, aber auch eine geringe Kationenaustauschkapazität (KAK) der Tonffraktion, obwohl diese höher ist, als bei dem Acrisol.

Dazu zählen auch verhältnismäßig günstige physikalische Eigenschaften hinsichtlich der Porosität und der Bodenstruktur. Daraus ergeben sich weitere Vorteile gegenüber anderen tropischen Böden wie z.B.: tiefe Durchwurzelbarkeit, aktive Bodenfauna, ausreichende Belüftung, pflanzenverfügbares Bodenwasser, zumindest mittlere Nährstoffverhältnisse und hohe Aggregatstabilität, pH- Werte zwischen 5,5 bis 6,5, der relativ hohe Basengehalt, gute Bearbeitbarkeit machen die Nitosolen zu den bevorzugten Ackerstandorten der Tropen.

Trotz ihres niedrigen Flächenanteils an den Tropenböden bilden sie eine wichtige Grundlage auch für den Anbau von anspruchsvollen tropischen Pflanzen. (SCHEFFER & SCHACHTSCHABEL 1992, S: 441-444, MANSHARD & MÄCKEL 1995, S:52 – 54)

Abb. 11 Verbreitung der Nitisole

  

Abb.12 Nitisol  Abb. 13 Profil Abb. 14 Pedogenese

3.4.3 Plinthosole (FAO)

Plinthosole findet man sowohl unter den Regenwälder und Savannen der immer- als auch den wechselfeuchten Tropen, bevorzugt in ebenem Gelände mit wechselndem Grundwasserstand.

Der Name des Plinthosols stammt aus dem Griechischen und bedeutet Ziegelstein (plinthos = Back(stein), lat. Later = Ziegelstein); Dies gibt uns einen Hinweis auf geflecktes, tonreiches Material, das nach Freilegung und Austrocknung verhärtet. Die charakteristische Farbe des Plinthosols ist gelb/rot bis violett/rosa mit Anteilen von weiß.

Der Plinthosol wird als Ferrasol mit Lateritkruste (Plinthit, früher Laterit) > 25 vol. % beschrieben und ist durch einen Plinthit- Horizont charakterisiert. Der charakteristische Horizontaufbau lautet A - B(m)sq - C (Abb. 16) oder A – E - B(m)sq - C, wobei s = reich an Sesquioxiden, q = reich an Quarz und m = massiv bedeutet. (

Die für diese Bodenbildung verantwortlichen Prozesse sind Desilifizierung, Ferralisation und

Plinthisation. Da die Standorte der Plinthosole ungünstig sind, sind die Biomasseproduktion und damit auch der Streuanfall gering. Den Abbau des Streuanfalls übernehmen wie bei den Ferrasolen die Mikroorganismen, Termiten und Ameisen, wodurch es zu einem humusarmen A- Horizont und vielfach auch zu einem humusar.....

Fleckenzone stammt. Es ist ein sehr wertvolles Erz.

( MANSHARD & MÄCKEL 52-54)

Abb. 15 Verbreitung der Plinthosole

  

Abb. 16 Plinthosol, das Profil  Abb. 17Plinthit zur

    Ziegelproduktion

3.4.4 Lixisole (FAO)

Lixisol (Abb. 19) kommt aus dem Lateinischen „lixiva“ und bedeutet: Waschlauge, was einen Hinweis auf Tonanreicherung und starke Verwitterung gibt. Sie sind also sehr stark verwittert und bilden sich meist auf Lockergesteinen älterer Landoberflächen. Sie kommen vorwiegend in den subtropischen Regionen mit saisonalen Trockenzeiten vor.

Die folgende Horizontabfolge A – E - Bt – C (Abb. 20), wobei der A- Horizont durch Bodenabtrag fehlen kann, deutet auf eine Tonverlagerung hin.

Der A- Horizont ist meistens sehr flachgründig und humusarm. In dem tonhaltigen Horizont herrscht mäßige Nährstoffversorgung, dadurch dominieren hier Zweischichttonmineralen. Der ist auch sehr dicht, was zu Wasserstau in den Regenzeiten führen kann und hat eine geringe Kationenaustauschkapazität (KAK), weist aber eine höhere Basensättigung und pH- Werte auf, was dazu führt, dass die Lixisole eine bessere Bodenstruktur als zum Beispiel die Acrisole haben.

Lixisole entstehen, wie oben angedeutet, unter intensiver Verwitterung. Die dominanten bodenbildende Prozesse sind: Rubefizierung (wenn das, in den Gesteinsmineralen enthaltene Eisen oxidiert, entsteht insbesondere rote Hämatit anstelle von gelbem Goethit. Dieser ist für die rote Färbung der Böden verantwortlich), Desilifizierung, bei der, bei beschleunigten intensiven chemischen Verwitterung während der Regenzeit und bei hohen Temperaturen (Hydrolyse), zur Zerstörung der primären Mineralen wie z.B. Ca-Feldspat und Auswaschung basisch wirkenden Kationen und Kieselsäure, aber Anreicherung der Sesquioxiden kommt: .....

Wie schon vorher angedeutet wurde, entstehen diese Böden unter feuchten und warmen Klimabedingungen durch lange und starke Verwitterung der silikatarmen, quarzreichen Gesteinen wie Granite oder Sandsteine und zeigen ausgeprägte Tongehaltsunterschiede zwischen Ober- und Unterboden. Die meisten Nährstoffe sind ausgewaschen, im Oberboden bleibt neben Fe und Al auch noch Silizium erhalten.

Durch Auswaschung ist der Oberboden lessiviert, der Unterboden mit Ton angereichert. Sie sind also tiefgründige, saure, feinkörnige, tonreiche Böden, mit überwiegendem Anteil an Kaolinit als Tonmineral und geringem Restmineralgehalt, was demzufolge zu einer geringen Kationenaustauschkapazität (KAK) < 24 cmol/kg und einer geringen Basensättigung (BS) des Unterbodens < 50 % beiträgt.

Der pH – Wert variiert zwischen 3,5 und 4,5. Die Horizontabfolge: A – E – Bt – C (Abb. 24) zeigt, dass sie durch die Tonverlagerung geprägt sind. Die Horizontgrenzen sind aber sehr klar ausgebildet. ( MANSHARD & MÄCKEL, S: 52-54)

Die geringere Zersetzung fördert die Humusakkumulation. Humus ist vor allem als Kationaustauscher und Nährstofflieferant, aber auch für die Regulierung des Bodenwasserhaushaltes bedeutsam. Durch Verbesserung der Infiltrationsrate wird die Erosionskraft der heftigen Platzregen etwas gemildert. Wegen des relativ hohen Nährstoffgehalts und der Düngeraufnahme sind sie ertragreicher als die Ferrasole.

In der Trockenzeit kehrt sich der Bodenwasserstrom um und der kapillare Aufstieg und die starke Verdunstung führen zu oberflächennahen Ausfällungen von Karbonaten und Nährstoffen. Die Eisenoxide kristallisieren häufig als Hämatit im Unterboden aus. Wird die darüber liegende Schicht abgetragen, verhärtet dieser Bereich bei Luftzutritt zu betonharten Lateritkrusten.

Die landwirtschaftliche Nutzung ist also generell schwierig und erfordert aufgrund der Al –Toxizität den Düngereinsatz und die Kalkung. Nach einer Rodung sind die Acrisols sehr erosionsanfällig. Folgende Eigenschaften: die Nährstoffarmut durch niedrige (KAK), Neigung zur Verkrustung oder schwierige Durchwurzelung durch dichte Struktur wirken dazu ertragsbeschränkend.

Die Acrisole wie auch die Ferrasole bilden allgemein nährstoffarme Standorte, die demzufolge nur mittels „shifting cultivation“ genutzt werden oder gedüngt werden müssen. Die traditionelle Nutzung beschränkt sich auf Nahrungspflanzen f.....