Ein Vergleich ausgewählter Bodenprofile skandinavischer Standorte Abstract

Four soil profiles from coast areas in Scandinavia were examined. Three of them developed under forests and one soil under grass habitat. The parent material of positions under wood is a deposit of granite, and acidic gneiss. From the coarse-grained, highly skeletal parent material very acid, sandy, shallow soils develop. The occurrence of organic matter accumulation and decomposition at the surface, together with translocation of organic material, iron and aluminium in both organically bound and inorganic forms indicate the operation of podzolation. High organic matter accumulation and forest litter demonstrate harmed chemical alteration and clay mineral regeneration.

In case of microclimatic favour positions the cambisol develop could be possible on soliflucated parent material. However, the fluvisol is generated on marine sediments. All soils are aged between 6000-10000 years (ELLIS & MATHEWS 1984, MELLOR 1987). The nemoto south-boreal climate indicates a high intersection of annual precipitation, especially at the west coast of Norway. The high acidification in soils under forests takes influence in functions of soil buffering. This process involves a change of naturally soil functions. The resulting ecological problems are already known from the north boreal region which is even more affected (BÉRDEN et al. 1987, HAUHS & WRIGHT 1990, VENZKE 1990). 1. Einleitung 1.1 Problemstellung und Motivation

Die Erhaltung natürlicher Lebensräume mit einem spezifischen Wirkungsgefüge von Boden, Vegetation, Tierwelt, Wasser, Luft und Temperatur ist erstrebenswert. Das gilt auch für eine eventuelle Beeinflussung durch den Menschen. Böden sind damit selbstverständlich vor Zerstörung oder anthropogener Veränderung zu bewahrende Schutzgüter. Der konventionelle Naturschutz neigt dazu, Fauna und Flora als primäre Schutzgüter zu betrachten und die anderen Standortfaktoren als gegeben anzusehen. Besonders Böden werden daher oft nur oberflächig, manchmal sogar oberflächlich betrachtet. Dabei beinhaltet jeder Standort eine Entwicklungsgeschichte, die sich im Bodenprofil und den ausgebildeten Horizonten manifestiert. Im Rahmen dieser Arbeit soll eine vergleichende Analyse von Bodenprofilen in Skandinavien neue Erkenntnisse über den Zustand der Böden im nordeuropäischen Raum bringen. Die Bö-

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den wurden während einer Exkursion nach Skandinavien im Sommer 2008 beprobt und anschließend im Bodenlabor des Departments für Geographie der LMU München analysiert. Obwohl die ökologische Erforschung Skandinaviens auf eine reiche Tradition zurückblickt gibt es nur wenige wissenschaftliche Arbeiten, die vergleichbare Standorte untersuchten. Die vorliegende Arbeit soll folgende Fragen beantworten:

S Welche Böden bilden sich unterhalb der natürlichen Waldgrenze an küstennahen Standorten, und welches sind ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften? S Wie und in welchem Maße beeinflussen die Standortfaktoren die Bodenbildung? Zur Beantwortung dieser Fragen wurden vier Bodenprofile küstennaher skandinavischer Standorte untersucht. 1.2 Stand der Forschung

In Skandinavien wurde relativ spät mit der Kartierung von Böden begonnen: Erst 1991 entwarf RASMUSSEN eine Bodenkarte der Länder Norwegen, Schweden und Dänemark im Maßstab 1:2000000. Ihre Legende entspricht der FAO-UNESCO-Klassifikation. Das European Digital Archive of Soil Maps (EuDASM) verwaltet die Bodenkarten Skandinaviens. Leider konnte in dieser Arbeit nicht auf diese Karte zurückgegriffen werden. Allerdings finden sich im Anhang Bodenkarten von Schweden und Norwegen. Die moderne Bodenbeobachtung mit Bodeninformationssystemen findet dort genauso Anwendung wie auch in Deutschland. Aber auch die Modellierung von aussagekräftigen Zukunftsszenarien ist gängige Praxis. Der aktuelle Stand der Forschung lässt indes einen eindeutigen Trend erkennen ± wieder hin zu einer Forschung, der die Erhebung von Primärdaten im Gelände vorausgeht. 1.3 Überblick: Physiogeographie Skandinaviens

Schweden liegt mit Norwegen, Finnland, Island und Dänemark in Nordeuropa. Zusammen mit dem westlich angrenzenden Norwegen bildet Schweden das eigentliche Skandinavien. Schweden nimmt dabei den östlichen Teil der skandinavischen Halbinsel ein und erstreckt sich bis zu 400 km Breite und einer Länge von über 1577 km von Norden nach Süden. Schweden wird in drei Landesteile gegliedert, Götaland, Svealand und Norrland (von Süd

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nach Nord). Diese Einteilung ist sehr gebräuchlich, auch wenn sie nicht völlig mit der geographischen Gliederung in Süd-, Mittel- und Nord-Schweden übereinstimmt. Die Küstenlinie besitzt eine Länge 7600 km und die angrenzenden Meere sind die Ostsee und der Botnische Meerbusen. Dorthin fließen auch die zahlreichen Flüsse, die dem nordwestlichen Gebirge entspringen. Ein Teil des Massivs zählt zu der Ostabdachung des kaledonischen Gebirgszuges der Skanden (GLÄßER 2003).

Schweden liegt zwischen dem maritim geprägten Atlantikbereich und dem Kontinentalklima der osteuropäischen Inlandsebenen. Während östliche Hochs stabiles, trockenes Wetter mit sehr angenehmen Temperaturen im Sommer und frostige Kälteperioden im Winter bewirken, sorgen atlantische Luftmassen für Niederschlag und Wind. Die damit einhergehende Beeinflussung des Wettergeschehens führt zu einem verhältnismäßig milden Klima in weiten Teilen Skandinaviens. Da Intensität und Dauer der Sonnenstrahlung nach Norden hin abnehmen, ist ein deutliches winterliches Temperaturgefälle im Bereich der Ostsee festzustellen. Die jährliche Temperaturspanne zeigt Schwankungen zwischen 27° C im hohen Norden und 17°C im Süden des Landes. Das ist dennoch relativ gering, vergleicht man die Werte mit denen in Gebieten gleicher geographischer Breiten: So betragen die Temperaturunterschiede in Sibirien oder Kanada ca. 40-60°. Die erreichten Höchstwerte - mit ca. 700 mm Niederschlag und im Fjellbereich mit etwa 1000 mm Niederschlag - nehmen nach Osten hin ab und verdeutlichen den Einfluss des maritim geprägten Westteils (WALTER & BRECKLE 1986).

Die Klimadiagramme ¹ belegen einen deutlichen Anstieg der Niederschlags- und Temperaturwerte vom im Norden gelegenen Karesuando bis hin nach Göteborg im Südwesten des Landes. Die höchsten Niederschlagswerte verzeichnet Göteborg zwischen September und November. Im Gegensatz dazu haben die Städte Karesuando, Östersund und Stockholm mit bis zu 80 mm Niederschlag im Juli den Höhepunkt im Jahresverlauf erreicht. Die deutliche Nähe zum Meer macht sich vor allem in Göteborg bemerkbar, das mit 791 mm Niederschlag deutlich mehr Niederschläge aufweist, als beispielsweise Stockholm mit 562 mm Insgesamt lässt sich anhand der erwähnten Klimadiagramme für alle ausgewählte schwedischen Städte ein humides Klima feststellen.

¹ Siehe Anhang S. 42: Weitere Klimadiagramme Skandinaviens

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Abb. 1: Walter Lieth Klimadiagramm der Messstation Göteborg

Im südlichen Lund liegt durchschnittlich an 50 Tagen eine geschlossene Schneedecke. In Stockholm sind es durchschnittlich 100 Tage, in Östersund 180 und im nördlichen Riksgränsen 255 Tage mit geschlossener Schneedecke (GLÄßER 2003).

Norwegen wird in fünf Regionen unterteilt: Vestlandet (Westland), Østlandet (Ostland), Trøndelag (Region Trondheim), Nord Norge (Nordnorwegen/Finnmark) und Sørlandet (Südland). Vestlandet und Østlandet werden durch Gipfel und Hochebenen oberhalb der Waldgrenze von einander getrennt. Die Fjell-Landschaft wurde während des Pleistozäns von Gletschern überformt. Die größten Höhen werden mit dem Glittertind (2472 m) und dem Galdhöpiggen (2469 m) im Gebirgsmassiv Jotunheimen erreicht. Während der quartären Eiszeiten schnitten sich die Gletscher tief in frühere Flusstäler ein und formten die Fjordlandschaft. Der Sognefjord ist mit einer Länge von 204 km der längste Fjord Skandinaviens. Die Mehrzahl der Bevölkerung von Vestlandet lebt in den tiefer gelegenen Teilen, der Südküste des Boknafjords oder des Hardangerfjords. Diese Gebiete werden auch landwirtschaftlich intensiv genutzt, wobei sich die ertragreichsten Gegenden für die Landwirtschaft rund um den Oslofjord finden. Das Sørlandet umfasst die südlichste Spitze Norwegens mit der Stadt Kristiansand als Zentrum. Auf den vorgelagerten Inseln und in den Tieflandgebieten herrscht überwiegend maritimes Klima. Norwegens Westküste hat für diese nördliche Breite ein ausgesprochen mildes und feuchtes Klima. Grund dafür ist der Golfstrom, der relativ warmes Wasser aus niederen Breiten bis weit nach Norden strömen lässt. Die Küste bleibt deshalb auch den gesamten Winter über weitgehend eisfrei, und die mildernde Wirkung des Meeres

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ist, bedingt durch auflandige Winde, auch in den Lufttemperaturen (ca. -5° C bis +2° C) zu spüren. Die vom Meer aufgenommene Feuchtigkeit regnet an der Westseite der Gebirge ab. So zählt die Stadt Bergen zu den regenreichsten Städten in Europa (GLÄßER 2003).

Abb. 2: Walter Lieth Klimadiagramm der Messstation Bergen

Dänemark kann in weiten Teilen in das gemäßigte See- und Küstenklima eingeordnet werden. Diese Klassifikation begründet sich durch eher kühle bis mäßig warme Sommer sowie relativ milde Winter. Der jährliche, durchschnittliche Niederschlag ist trotz der Lage zwischen zwei Meeren relativ gering. Im Sommer liegen die Tagestemperaturen durchschnittlich zwischen 18° und 25° C. Dänische Winter zeichnen sich vor allem durch viel Regen und Frost aus. Jedoch profitiert das Land vom Ableger des Golfstroms, dem Nordatlantikstrom.

Am Ende der letzten Eiszeit schmolzen die Eismassen in Skandinavien ab. Die darunter liegende Erdkruste wurde vom Gewicht des Eises befreit und begann sich zu heben. Dadurch taucht nach und nach Land aus dem Meer auf, auf dem die Bodenbildung einsetzt, sobald es trocken fällt. Die Böden an den skandinavischen Küsten werden daher mit zunehmender Höhe über dem Meer älter, sodass man dort die Bodenentwicklung mit zunehmendem Alter der Böden untersuchen kann. Die postglazialen Böden sind höchstens 10000 Jahre alt und entstehen entweder aus Moränen- oder Schmelzwasserablagerungen, aus See- oder Meeressedimenten oder aus Mooren (ANDERSON 1980, WALTER & BRECKLE 1986).

Die Vegetation einer Landschaft ergibt sich nicht rein zufällig, als Reaktion auf einzelne, regional unterschiedliche Umweltbedingungen. Vielmehr stehen Pflanzenarten neben innerartli-

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chen Regulationen wie zum Beispiel Konkurrenz um einen Standort in einer Lebensgemeinschaft. Diese werden sowohl von biotischen (Konkurrenz um Ressourcen) als auch durch abiotische, exogene Faktoren (Klima, Bodeneigenschaften) beeinflusst. Diese Faktorenkomplexe sind nicht linear, sondern additiv, also sich gegenseitig abschwächend oder verstärkend. Des Weiteren sind sie auf verschiedenen Ebenen wirksam: beispielsweise funktional an der Zellwand oder -membran oder konditionell, indem sie die Entwicklungsmöglichkeiten und den Entwicklungsraum von Arten festlegen. Weitere determinierende Faktoren zur Verbreitung der Vegetation sind die Nährstoffverhältnisse der Ausgangssubstrate, die holozäne Entwicklung der Ökosysteme und anthropogene Einflüsse sowohl in der Vergangenheit als auch in der Gegenwart (VENZKE 1990, DIERßEN 1996).

Als Folge vergangener Eiszeiten gibt es in Schweden eine Artenarmut, da Flora und Fauna weitgehend zerstört wurden. Schweden ist zu 55 % von Wald bedeckt. Der Holzbestand setzt sich zu 46 % aus Fichten, 38 % aus Kiefern, 11 % Birken und 5 % Laubbäumen zusammen. In Norwegen beträgt die Waldbedeckung 26 % (GLÄßER 2003). Vergleicht man die nemorale mit der hemiborealen Vegetationszone, so ändert sich hier die Zusammensetzung der Waldgesellschaften eindeutig. Koniferen wie zum Beispiel Fichte und Kiefer werden zu den dominierenden Gehölzarten. Laubbäume wie beispielsweise die Buche oder die Hainbuche wachsen nur noch in kleinen westlichen Ausschnitten der hemiborealen Zone. Diese Waldgesellschaften reichen bis zu 200 m über den Meeresspiegel. Die hemiboreale Zone in Skandinavien erstreckt sich von Südnorwegen über Teile Südschwedens und den südlichen Teil Finnlands. An edaphisch und mesoklimatisch begünstigten Standorten treten in der südlich borealen Zone weiterhin Laubhölzer wie beispielsweise die Bergulme oder der Spitz-ahorn auf. Grünlandbewirtschaftung und Getreideanbau sind in dieser Vegetationszone noch möglich (DIERßEN 1996 nach KULLMANN 1977, 1980).

In Norwegen schwankt die Höhenstufengrenze der südborealen Zone von 100 m in küstennahen Lagen bis zu 300 m über NN im küstenfernen Bergland. Einige typische Waldgesellschaften sind: Boreale Birken- und Nadelwälder und Zwergstrauchgebüsche der unteren alpinen Stufe und der südlichen Arktis, Kiefern- und Birkenwälder sowie Zwergstrauchheiden magerer Standorte, Gabelzahnmoos-Kiefernwälder, Heidelbeer-Kiefern- und Birkenwälder und Heidelbeer-Zwergstrauchheiden und Fichtenwälder nährstoffreicherer Böden (DIERßEN 1996).

Ein entscheidender Faktor für die Qualität eines land- und forstwirtschaftlichen Standorts ist der Boden. Dessen Qualität wird wiederum vor allem vom Ausgangsgestein geprägt. Die ak-

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tuelle Morphodynamik der Borealis spielt sich im Wesentlichen auf einem Relief ab, das in seiner Makroformung weitgehend auf das Tertiär und Altpleistozän zurückgeht und in weiten Bereichen durch die mittel- und jungpleistozänen Vereisungen eine Überformung sowie die Ablagerung von glaziären und glazi-fluvialen Substraten geprägt ist. In den vormals nicht vergletscherten Gebieten bilden meist periglaziäre und fluviale Substrate den oberflächennahen Untergrund. Lediglich in den ausgedehnten Moorarealen liegen holozäne bis rezente, organogene Sedimente vor (VENZKE 1990, WALTER & BRECKLE 1986). Im ehemals periglazialen Mitteleuropa handelt es sich dabei zum größten Teil um Löss und Schuttdecken, zum geringeren Teil um Flugsande und Schotter. Erwähnenswert ist dabei der Löss als Ausgangsmaterial der besten Böden Mitteleuropas, wie den Parabraunerden und den Schwarzerden. Weniger bekannt ist die Bedeutung des Solifluktionsschutts. ÄOhne ihn wäre die holozäne Bodenentwicklung im Allgemeinen auf den Festgesteinen wohl kaum über das Rankerstadium hinausgekommen³ (VENZKE 1990 S.33f).

1.3.1 Standorte

Die geographische Lage der beprobten Standorte bewegt sich zwischen 56-61°N und 7-12°E. Alle vier Bodenprofile sind nahe an Küsten oder Fjorden gelegen. Der Abstand des ersten Bodenprofils beträgt knapp 300 m Luftlinie zum Sognefjord. Das zweite Profil ist in etwa 1 km von der südwestschwedischen Küste entfernt. Am Sognefjord findet sich der nördlichste der Standorte, während Halmstad in Südwestschweden den südlichsten Standort markiert. Die unmittelbar an der Küste gelegenen Standorte befinden sich in Norddänemark und am Südkapp in Norwegen. Die geographischen Höhen der Bodenprofile reichen von 7-79 m über dem Meeresspiegel.

² Profilkenndaten im Anhang S. 43-46

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2. Untersuchungsmethoden

Die bei den Geländearbeiten und Laboranalysen durchgeführten Untersuchungen werden hinsichtlich ihrer Methodik zunächst kurz erläutert. 2.1 Geländearbeit

Neben einer einfachen Vermessung des Geländes und einer groben Vegetationsbestimmung erfolgte die Aufnahme und Dokumentation der Profile über Skizzen und Photos. Die Bodenansprache wurde gemäß der Bodenkundlichen Kartieranleitung (AG BODEN, 1994) und der MUNSELL SOIL COLOR CHARTS (1994) vorgenommen.

Die Probenentnahme für die Laboranalysen erfolgte horizontweise als Mischprobe des gesamten Horizontes; an wichtigen Profilen wurden die Horizonte auch mehrfach beprobt. Ein Kalk-Schnelltest wurde an allen Horizonten mit verdünnter Salzsäure durchgeführt. Des Weiteren erfolgte eine Erfassung der Untersuchungsgebiete mit den zur Verfügung stehenden Mitteln (Kompass, Maßband, Neigungsmesser, Höhenmesser und GPS). Die Koordinaten und Höhen der Profile wurden mit einem GPS-Gerät ermittelt. 2.2 Bodenchemische, -physikalische Analysen

Sämtliche Proben wurden zunächst luftgetrocknet und anschließend mit einem 2 mm-Sieb in Fein- und Grobboden geteilt. Die Verteilung des Skeletts wurde wegen fehlender Transport-und Analysemöglichkeit bereits an den Profilen vor Ort ermittelt. Alle nachfolgend beschriebenen Untersuchungen wurden an lufttrockenen Proben des Feinbodens im Labor des Departments für Geographie in München durchgeführt. 2.2.1 Korngrößenanalyse und Korngrößenparameter

Die Bestimmung der Korngrößen erfolgte durch eine Kombination von Nass-Siebung und Sedimentationsverfahren nach KÖHN (DIN 19683/2). Als Dispergierungsmittel diente Ammoniak. Das Probenmaterial wurde 24 Stunden vor der Analyse damit versetzt und während der letzten beiden Stunden in einen Überkopfschüttler gegeben. Nach der Schlämmung von Ton und Schluff wurden die Sandfraktionen in folgenden Größen abgesiebt: 0.06-0.1; 0.1-0.2; 0.2-0.315; 0.315-0.63; 0.63-1.0; 1.0-2.0 mm. Diese sechs Kornfraktionen beinhalten die jeweilige

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Halbierung der klassischen Feinsand-, Mittelsand- und Grobsandfraktionen für eine genauere statistische Auswertung.

Für die nachfolgenden Darstellungen wurden sie zusammengerechnet und rechts neben der Profilzeichnung in Form von Balkendiagrammen in den Fraktionen Ton (T), Feinschluff (fU), Mittelschluff (mU), Grobschluff (gU), Feinsand (fS), Mittelsand (mS) und Grobsand (gS) angegeben. 2.2.2 pH-Wert

Die potentiometrische Ermittlung des pH-Wertes erfolgte nach SCHLICHTING, BLUME & STAHR (1995). Entsprechend des angegebenen Verfahrens wurden die Proben mit Kalziumchloridlösung (0.01 M) versetzt und in Suspension (1:2.5) gebracht. Die Messung erfolgte mit einem pH-Meter der Firma KNICK (Typ: 766 Calimatic). 2.2.3 Organischer Kohlenstoff und Stickstoff

Das Probenmaterial wurde gemahlen und 24 Stunden vor der Messung im Exikator aufbewahrt. Beide Parameter wurden mit dem C/N-Analysator CNS-2000 der Firma LECO ermittelt. Die Analyse des organischen Kohlenstoffs erfolgte nach dem Prinzip der IR-Spektrometrie, die Analyse des Stickstoffs mittels Wärmeleitfähigkeitsmessung. 2.2.4 Dithionit- und oxalatlösliches Eisen Das dithionitlösliche Eisen (Fed) wurde mit Natriumzitratlösung,

Natriumhydrogencarbonatlösung und Natriumdithionit extrahiert (SCHLICHTING & BLUME 1966). Die Anfärbung für eine photometrische Bestimmung erfolgte mit Hydroxylaminhydrochlorid, Ammoniumacetat und Phenanthrolin (TGL 25418/20 1973). Anschließend erfolgte die Messung mit dem Spektrometer S 250 der Firma SECOMAM. Beim oxalatlöslichen Eisen (Feo) erfolgte die Extraktion mit Ammoniumoxalat und Oxalsäure, die Anfärbung und Messung wie vorangehend beschrieben. Das Verhältnis von oxalat- und dithionitlöslichem Eisen (Feo/Fed) ergibt den Aktivitätsgrad des freien Eisens nach SCHWERTMANN (1959).

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2.2.5 Kationenaustauschkapazität

Die Bestimmung von Kationenaustauschkapazität (KAK) und Basensättigung (BS) erfolgte nach einem durch KAPPEN eingeführten Schnellverfahren (BARSCH, BILLWITZ & SCHOLZ 1984). Zur Bestimmung der hydrolytischen Acidität (H-Wert) wurde das Probenmaterial in 1 N Calciumacetat gelöst. Nach 72 Stunden erfolgte die Filtrierung und Titration gegen 0.1 N Natronlauge mit Phenolphtalein. Für die Bestimmung der austauschbaren basischen Kationen (S-Wert) wurden die Proben mit verdünnter Salzsäure für zwei Stunden in den Überkopfschüttler gegeben und anschließend filtriert. Das Filtrat wurde gegen 0.1 N Natronlauge mit Tashiro-Indikator titriert. Die Berechnung von Kationenaustauschkapazität und Basensättigung ergibt sich aus folgender Rechnung: H-Wert + S-Wert = Kationenaustauschkapazität (KAK) S-Wert / KAK x 100 = Basensättigung (BS) 2.2.6 Chloridtest

Das im Boden in gebundener vorkommende Chlorid ist ein Indikator für die Pflanzengesundheit und Bodenfruchtbarkeit. Zu hohe Salzkonzentrationen im Boden hemmen die Wasseraufnahme der Pflanzen. Das sich anlagernde Chlorid verdrängt Calcium-, Magnesium-, und Kaliumionen von den Bodenteilchen, so dass sie einer stärkeren Auswaschung unterliegen. Die suspendierte Bodenlösung wird zentrifugiert und anschließend dekantiert. Anschließend erfolgte die Messung mit dem Spektrometer S 250 der Firma SECOMAM, mit Hilfe von Küvetten (Testspanne 1-1000 mg/L) des Chloridtest LCK 311 der Firma HACH & LANGE GmbH. 2.2.7 Messung der elektrischen Leitfähigkeit

Da verschiedene lonenarten unterschiedlich zur Leitfähigkeit beitragen, ist es nicht möglich, aus den Leitfähigkeiten absolute Ionenkonzentrationen zu errechnen. Man vergleicht daher die Leitfähigkeit einer zu untersuchenden Lösung mit derjenigen von Eichlösungen bestimmter KCl-Konzentration und bestimmt so die Elektrolytkonzentration als KCl-Äquivalent.

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