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Die Schwarzerde (auch: Tschernosem von russ. tschern = schwarz und semlja = Erde), ist ein Bodentyp, der sich unter bestimmten Bedingungen auf kalkreichen Lockermaterialien wie Löss bildet. Sie ist der dominante Boden im Steppengürtel der Nordhalbkugel und gehört zu den weltweit fruchtbarsten Standorten. Vorkommen finden sich auch in Mitteleuropa. Namensgebend ist der mächtige von Humus schwarz gefärbte Oberboden. Der Bodentyp wird in die Klasse T (Schwarzerden) eingeteilt. Seine Abkürzung ist TT.
Inhaltsverzeichnis |
Auf kalkreichen Lockermaterialien kommt es durch die Ansiedlung von Pionierpflanzen zur Bildung eines dünnen humosen Horizonts (Bodentyp Lockersyrosem). Sobald dieser über 2 cm mächtig ist, geht der Boden in das nächste Stadium der Bodenentwicklung über, die Pararendzina. Aus diesem können sich in Folge verschiedene Bodentypen bilden: Braunerden, Parabraunerden oder Schwarzerden.
Nach der klassischen Lehrmeinung müssen fünf Faktoren gleichzeitig zutreffen, wenn sich eine Pararendzina zu einer Schwarzerde entwickeln soll:
Demnach entwickelt sich im Frühjahr unter günstigen Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen eine üppige Steppenvegetation (v.a. Gräser), die viel organisches Material für die Humusbildung liefert. Im trockenen, warmen Sommer geht die Produktion organischer Substanz zurück. Gleichzeitig ist aber der Abbau durch die Trockenheit gehemmt. Dem kurzen, feuchten Herbst folgt ein langer, sehr kalter Winter, in dem die Umsetzung der organischen Substanz ruht. Damit wird langfristig mehr organische Masse produziert, als abgebaut, wodurch sich Humus im Boden akkumuliert.
Die extremen Klimaschwankungen nehmen auch Einfluss auf die Bodentiere. Durch das hohe Angebot pflanzlicher Nahrung kommen zahlreiche Arten vor. Sehr bedeutend sind hier endogäische Regenwürmer, Steppenmurmeltiere oder Feldhamster. Während des heiß-trockenen Sommers und des eisig-schneereichen Winters müssen diese sich tief in den Boden zurückziehen. Dies bewirkt die typische intensive Wühltätigkeit, die den gesamten Oberboden homogenisiert (Bioturbation). Humoses Material wird so mit der Zeit tief in den Boden eingearbeitet. Der tief-schwarze Oberboden kann dadurch eine Mächtigkeit von durchaus 1,2 m erreichen (meist 60-80 cm). Im Übergangsbereich zum Ausgangsmaterial finden sich stets vereinzelte, tiefergehende Gänge, die sich nach der Aufgabe mit humosem Material füllen. Diese sind charakteristisch für Schwarzerden und werden Krotowinen genannt von russ. Krot (Maulwurf).
Humose Lagen kommen in dieser Mächtigkeit in der Natur sonst nicht vor. Ein ähnliches Bild zeigt sich nur, wenn beim Tiefbau Oberboden aufgeschüttet wird, oder an Hängen durch Übernutzung eine unnatürlich starke Erosion von Oberboden eintritt (Bodentyp Kolluvium). In beiden Fällen weisen die Standorte aber nicht die Eigenschaften einer Schwarzerde auf.
Die Wasserverhältnisse sind ebenfalls entscheidend. Die semiariden bis semihumiden Bedingungen führen nicht nur dazu, dass wenig Humus abgebaut wird. Über das gesamte Jahr gesehen sind die Niederschläge so gering, dass sie zwar das Wachstum von Steppenpflanzen ermöglichen, es aber zu keiner tiefgreifenden Versickerung kommt. Das Sickerwasser erreicht nicht das Grundwasser. Es stagniert vielmehr in geringer Tiefe. Somit bleiben Kalk und Nährstoffe im Boden, während die Auswaschung, die die Böden aller feuchten Zonen bestimmt, entfällt. Da die beständige Bioturbation den Oberboden in seiner ganzen Tiefe homogenisiert, findet sich selbst in sehr alten Schwarzerden noch Kalk an der Bodenoberfläche. Wenn das Sickerwasser im Oberboden steckenbleibt, kommt es dort, wo das Versickern in vielen Fällen endet, außerdem zu einer sekundären Kalkausscheidung (Kalkkonkretionen, "Lösskindel").
Nach heutigem Kenntnisstand sind Schwarzerden so tiefschwarz, da sie deutliche Anteile (10-40 % der organischen Substanz) an pyrogenem Kohlenstoff enthalten. Dieser entsteht bei unvollständiger Verbrennung oder Verschwelung und wird auch als black carbon bezeichnet. In vielen Steppen kommt es im Sommer regelmäßig zu Bränden.
Wird das Klima maritimer und damit feuchter, so kommt es zu einem regelmäßigem Sickerwasserstrom. Außerdem verschwindet die Steppenvegetation und mit ihr die typischen Tiefgraber. In Folge kommt es zu folgenden Prozessen der Degradierung:
Degradierte Schwarzerden gehören zu den Parabraunerden (früher Griserde).
Die klassische Lehrmeinung kann zahlreiche Fragestellungen hinreichend erklären. Das stärkste Argument findet sich in der Verbreitung des Bodentyps: Schwarzerden kommen in ihrer Reinform nur auf Flächen vor, die die fünf vermuteten Faktoren aufweisen. Standorte außerhalb dieser Zone (z.B. in Deutschland) weisen ebenfalls Schwarzerden auf, allerdings stets mit einer Tendenz zur Umwandlung in spätere Entwicklungsstadien.
Die Theorie ist dennoch in jüngerer Zeit angezweifelt worden, weil die C14-Alter von Schwarzerden mit 3000 bis 7000 Jahren vor heute (BP) hoch sind, die Umsatzrate der organischen Substanz nach ökologischen Untersuchungen in der Steppe mit 30 bis 100 Jahren dagegen kurz ist. Damit soll die heutige Bindung der Schwarzerden an die Steppen die Erhaltungs-, aber nicht die Bildungsbedingungen zeigen.
Teilweise wird vermutet, dass der Faktor Bioturbation, sichtbar in Form von Wühlgängen (Krotowinen), zwar ein deutliches Profilmerkmal ist, aber nicht die vollständige Durchmischung des Oberbodens ermöglicht. Die Einwaschung und Verlagerung der organischen Substanz wäre demnach wichtiger als die Durchmischung. Allerdings scheint der charakteristische "black carbon" nicht inert zu sein. Er ist innerhalb von Aggregaten stabiler als außerhalb, so dass eine aktive Einarbeitung in die Aggregate erfolgen muss, was durch reine Einwaschungsprozesse nicht anzunehmen ist. Außerdem liegt in Steppen fast kein Sickerwasser vor.
Die Schwarzerde ist in ihrer Reinform der typische Boden der Steppengebiete mit warmem Sommer und kaltem Winter. Die größten Schwarzerdegebiete befinden sich in den Steppen Ungarns (Puszta), Rumäniens (Bărăgan), der Ukraine, Russlands und Kasachstans bis in die Mongolei sowie in den Steppen Nordamerikas (Prärien).
Darüber hinaus kommen Schwarzerden auch vereinzelt in anderen Zonen wie Mitteleuropa und der Taiga vor.
In Deutschland finden sich Schwarzerden zum Beispiel in der Magdeburger Börde, der Hildesheimer Börde und im Thüringer Becken; in Österreich beispielsweise im Weinviertel oder im nördlichen Burgenland.
Diese Regionen weisen aber von den fünf benötigten Faktoren der Schwarzerdebildung nur einen auf (Ausgangsmaterial Löss). Die klassische Erklärung lautet, dass diese Schwarzerden ein Relikt früherer Klimabedingungen darstellen. Demnach entstanden die Böden während des Boreals vor knapp 10.000 Jahren, als das Wetter Mitteleuropas wesentlich trockener und kontinentaler war.
Dieses Argument fügt sich in die klassische Lehrmeinung über die Entstehung: Je weiter westlich eine Lössablagerung in Mitteleuropa liegt, desto maritimer und feuchter ist das Klima. Gleichzeitig wird die Mächtigkeit des humosen Oberbodens nach Westen hin immer geringer (schlechtere Bildungsbedingungen und kürzerer Entstehungszeitraum) und nimmt der Schwarzerdecharakter der Standorte durch Entkalkung, Mineralisierung und Tonauswaschung ab.
Am westlichsten liegen die Lössablagerungen in der Kölner Bucht und bei Osnabrück (sowie in Belgien oder Frankreich). Die dortigen Böden sind Parabraunerden und zeigen nahezu keine Schwarzerdeeigenschaften. Östlich schließt sich die Hildesheimer Börde an, wo sich Parabraunerden mit einer Tendenz zur Schwarzerde finden. Wiederum weiter im Osten befindet sich die Magdeburger Börde. Dort dominieren Schwarzerden mit Tendenz zur Parabraunerde. Schwarzerden in Reinform finden sich ganz im Osten Deutschlands sowie im Thüringer Becken im Regenschatten des Harzes. Dort liegen die niedrigsten Niederschläge vor, gekoppelt mit dem kontinentalsten Klima.
Aufgrund des nur inselhaften Vorkommens außerhalb der o. g. Verbreitungsgebiete muss die Schwarzerde in Mitteleuropa als seltener Boden gelten. Die klassische Entstehungstheorie lässt außerdem vermuten, dass der Bodentyp reliktisch ist und in Zukunft zunehmend degradieren wird.
Die Schwarzerde ist ein Boden mit zwei Horizonten (Axh/lC). Durch die charakteristischen Krotowinen kommt es in aller Regel zu einer Verzahnung (Axh/Axh+lC/lC) zwischen Oberboden (Axh) und Ausgangsmaterial (lC).
Da Schwarzerden sehr fruchtbar sind, werden sie häufig landwirtschaftlich genutzt. In diesem Fall entsteht an der Oberfläche ein weiterer Horizont (Ap/Axh/lC).
In der Deutschen Bodensystematik bilden Schwarzerden eine eigene Klasse mit den beiden Typen Tschernosem und Kalktschernosem, wobei letzterer im Oberboden noch kalkreicher ist (carbonatisch mit ≥ 75 % Kalk).
In der internationalen Klassifizierung World Reference Base sind die Schwarzerden in Chernozem (typisches Steppenklima: Langgrassteppe), Kastanozem (trockeneres Steppenklima: Kurzgrassteppe) und Phaeozem (feuchtes Steppenklima: Steppe mit Baumgruppen) unterteilt. Sie sind stärker über ihre tiefdunkle Farbe als über die Mächtigkeit des humosen Horizonts definiert.
Schwarzerden sind sehr fruchtbare Standorte. Dies liegt an den zahlreichen positiven Eigenschaften dieser Böden:
Dadurch bieten sie Pflanzen gute Wachstumsbedingungen und sind gleichzeitig gut zu bearbeiten. Probleme mit Staunässe bestehen nicht. Klassische Schwarzerderegionen sind aber wegen des Steppenklimas problematisch, da es regelmäßig zu Dürren kommen kann.
Schwarzerden sind in Mitteleuropa in den A-Horizonten häufig mit ca. 25 bis 30 % Tongehalt tonreicher als die darunterfolgenden Horizonte. Dies liegt an der relativ weit fortgeschrittenen Verwitterung des Lösses.
Schwarzerden sind leistungsfähige Böden, die weltweit zu den besten Böden für die Landwirtschaft gehören. Die Bodenfruchtbarkeit beruht auf dem stabilen Gefüge und der guten Wasser- und Nährstoffverfügbarkeit. Außerdem haben sie einen für die Bodennutzung günstigen pH-Bereich und verfügt über ein reiches Bodenleben. Ihre Ackerzahl liegt in Deutschland oft im Bereich deutlich über 90, wobei sich auf den Schwarzerden der Magdeburger Börde die ertragsstärksten Böden des Landes finden (100 von 100 möglichen Punkten). Wo sie sich klimatisch für den Ackerbau eignen, werden sie intensiv genutzt (Weizen). Ansonsten finden sich auf ihnen Steppen.
Das Klima ist aber der Grund, weshalb Schwarzerden in Reinform oft eine geringere Bewertung haben, als degradierte Flächen unter feuchteren Klimaten. In die Ackerzahl fließt auch die von den Wasserverhältnissen abhängige Ertragssicherheit ein.
Aufgrund des hohen Alters ist die Schwarzerde ein Archiv der Natur- und Kulturgeschichte.
Die Verbreitung der Schwarzerden ist in Mitteleuropa eng an die neolithischen Siedlungsgebiete gebunden. In Detailkartierung ist hier eine auf wenige Dekameter genaue Bindung nachzuweisen. Diese Nähe zu den Siedlungen ist jedoch leicht zu erklären, da beim Übergang zum Ackerbau Böden mit guten Wachstumsbedingungen für Pflanzen bevorzugt wurden.
Die genannten erhöhten Tongehalte wirken sich bei intensiver Nutzung durch Neigung zur Bodenverdichtung negativ aus. So sind die Schwarzerden der Hildesheimer Börde häufig stark verdichtet. Die Schwarzerden sind außerdem bei Reliefenergie erosionsgefährdet, da Schluff im Vergleich zu Ton und Sand weniger stabil ist. Auf diese Weise sind in der Magdeburger Börde durch die weitgehende Abtragung (Erosion) der Schwarzerden bereits viele Standorte in die Vorstufe der Bodenentwicklung (Pararendzina; A-Horizont < 40 cm) zurückgesetzt worden. In eng besiedelten Gebieten ist die Schwarzerde auch durch Überbauung stark gefährdet. Die Schwarzerden der Hildesheimer Börde zeigten in den sechziger bis neunziger Jahren trotz Düngung verbreitet einen Kaliummangel.
Anlässlich des Weltbodentages am 5. Dezember wurde 2004 die Schwarzerde zum Boden des Jahres 2005 ausgerufen.
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