Auswirkungen von Versalzung und Gegenmaßnahmen am Fallbeispiel


Seminararbeit, 2018

31 Seiten, Note: 1,7


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Versalzung
2.1 Grundlagen – Böden
2.1.1 Natürliche Versalzung: Tag- und Grundwasserversalzung
2.1.2 Künstliche Versalzung
2.1.3 Alkalisierung
2.2 Grundlagen – Gewässer

3. Salztolerante Bodentypen und Pflanzen(-arten)

4. Auswirkungen der Versalzung
4.1 Böden und Pflanzen
4.2 Gewässer
4.3 Einordnung in den globalen Wandel

5. Gegenmaßnahmen

6. Fallbeispiel: Der Aralsee

7. Fazit

8. Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Lage der Kalk-, Gips- und Salzanreicherung in Böden arider Klimate

Abb. 2: Salzkruste

Abb. 3: Der Versalzungsprozess im Zuge der Bewässerungslandwirtschaft

Abb. 4: The two pathways to soil alkalinization: accumulation of sodium carbonates and clay protonation

Abb. 5: Salzverträglichkeit und Ertragssenkung infolge von Bodenversalzung bei verschiedenen Ackerfrüchten, Gemüsekulturen und Futterpflanzen

Abb. 6: Ertragsrückgang verschiedener SR-Hybriden unter salinen Bedingungen relativ zur Kontrolle

Abb. 7: Die Größe des Aralsees um 1960 im Vergleich zu

Abb. 8: Der Aralsee als sozialökologisches Problem

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Zusammensetzung von Süß- und Meerwasser. Die Kationen und Anionen sind in Ionenäquivalenten dargestellt

Tab. 2: Klassifikation salzbeeinflusster Böden

Tab. 3: Zustand des Aralsees von 1960 bis 2000 (extrapolierte Werte)

1. Einleitung

Im Zuge des globalen Wandels, der sich unter anderem durch den Klimawandel, die Urbanisierung, dem Bevölkerungswachstum aber auch dem Landnutzungswandel ausdrückt, wird die Diskussion um die Versalzung landwirtschaftlich genutzter und unbenutzter Flächen sowie diverser Wasserkörper, ihrer Auswirkungen und Einschränkungsmöglichkeiten immer zentraler. Die Versalzung von Böden und Gewässern ist auf natürliche Prozesse oder anthropogene Nutzungsformen zurückzuführen (Scheffer & Schachtschabel 2002: 459), wobei der Anteil menschlicher Aktivitäten prozentual deutlich überwiegt. Die Folgen der überhöhten Salzanreicherung sind vielfältig und verheerend zugleich: die Zerstörung der Bodenstruktur, der Rückgang der Bodenfruchtbarkeit und die Beeinträchtigung des Pflanzenwachstums sowie des Stoffwechsels von Mikroorganismen, woraus in letzter Konsequenz die Bedrohung gesamter Ökosysteme resultiert (Europäische Gemeinschaften 2009).

Insbesondere vor dem Hintergrund der steigenden weltweiten Bevölkerungszahl, die für 2050 auf 9 Milliarden und 2100 auf 11 Milliarden Menschen prognostiziert wird (Statistia 2018) und auf eine funktionierende landwirtschaftliche Produktion zur Ernährungssicherung und Bedürfnisbefriedigung angewiesen ist, wird die Herausforderung deutlich. Doch nicht nur der zuletzt genannte Aspekt, sondern auch im Hinblick auf wirtschaftliche Einnahmen durch intra- sowie internationale Exporte und zur Anwendung als nachwachsende Rohstoffe müssen effiziente Anpassungsstrategien entwickelt werden, um der globalen Versalzung bewässerter sowie ungenutzter Flächen entgegenzuwirken. Letztlich steht einer kontinuierlich steigenden Nachfrage nach landwirtschaftlichen Produkten nur eine begrenzt mögliche Ausweitung der Nutzfläche gegenüber, worauf vielmals eine Intensivierung der Nutzung bestehender Flächen, insbesondere durch Bewässerungssysteme erfolgt (Zimmer et al. 2012: 56).

Global betrachtet gibt es keine Klimazone, die als völlig salzfrei eingestuft werden kann, jedoch sind Gebiete arider und semiarider Klimate stärker betroffen als andere (Scheffer & Schachtschabel 2002: 459). Die nördlichen Great Plains (USA), der Aralsee (Kasachstan und Usbekistan), das Yellow River Delta (China), der Ganges (Indien) und das Indus-Einzugsgebiet (Pakistan) sind nur wenige Beispiele, die die Bodenversalzung permanent evozieren. Im Jahr 2014 fand ein Forscherteam um Manzoor Qadir vom UNU-Institut für Wasser, Umwelt und Gesundheit im kanadischen Hamilton heraus, dass weltweit circa 20% der bewässerten Böden von Versalzung betroffen sind. Hieraus resultiert eine versalzene und unbrauchbare Fläche von circa 62 Mio. ha in den trockenen und halbtrockenen Regionen der Erde. Jährlich belaufen sich die weltweiten Schäden (Ertragsverluste) auf 27 Mrd. US-Dollar beziehungsweise auf 441 US-Dollar pro Hektar (Qadir et al. 2014: 282-289). Dieser drastische Befund ist im Kontext des globalen Wandels als eine der zentralen Herausforderungen anzusehen, die zur Bewältigung institutions- sowie länderübergreifender Zusammenarbeit bedarf.

Ziel der vorliegenden Ausführung ist es, das Themenspektrum der Versalzung, aufbauend auf der globalen Bedeutung, als Herausforderung darzustellen und dieses anschließend anhand eines Fallbeispiels auf der lokalen sowie regionalen Ebene zu analysieren und zu diskutieren. Inwiefern sich die Versalzung von Böden und Gewässern gestaltet und welche Auswirkungen damit verbunden sind, soll in dieser Arbeit dargestellt werden. Ausgehend von diesen Fragestellungen werden verschiedene, zum Teil neuartige Managementstrategien aufgezeigt und bewertet. Um die Größe der Bearbeitung nicht zu gefährden, wird auf die umfangreiche Darstellung globaler Hot Spots der Bodenversalzung im Sinne eines Rankings verzichtet, wenngleich diese einen interessanten Untersuchungsgegenstand darstellen würde.

Um einen Einblick in die Thematik zu ermöglichen, gliedert sich die Seminararbeit wie folgt: Zunächst werden die Rahmenbedingungen des Versalzungsbegriffs erläutert (Kap. 2). Das Kapitel veranschaulicht dessen Definition sowie Ausdrucksformen, einschließlich der dafür verantwortlichen Ursachen. In einem nächsten Schritt (Kap. 3) werden unterschiedliche Bodentypen sowie Pflanzenarten betrachtet, die eine erhöhte Salztoleranz besitzen, um die Vollständigkeit und Transparenz der Thematik zu gewährleisten. Im weiteren Verlauf werden die Auswirkungen der Versalzung im Hinblick auf Böden, Pflanzen und Gewässer analysiert, um Aussagen über die Veränderung der Eigenschaften und Produktivität dieser drei Komponenten tätigen zu können (Kap. 4). Im fünften Kapitel werden biologische und technische Managementstrategien behandelt. Im vorletzten Kapitel (6) wird ein Fallbeispiel vorgestellt, analysiert und diskutiert, um die Versalzung auf einer kleinmaßstäbigeren Ebene zu projizieren. Im Fazit werden die zentral herausgestellten Ausführungen wertend und resümierend reflektiert (Kap. 7).

2. Versalzung

2.1 Grundlagen – Böden

Der Begriff Versalzung bezeichnet die überhöhte Akkumulation wasserlöslicher Salze in Böden oder Bodenhorizonten humider, aber vor allem arider sowie semiarider Gebiete, in denen die Verdunstung den Niederschlag überwiegt. Hierbei sind Salze wie NaCl, Na2SO4, Na2CO3, zum Teil auch CaCl2, Nitrate und Borate relevant. Je nach Herkunft der Salze unterscheidet man die natürlichen Formen der Tagwasser- oder Grundwasserversalzung. Während ersteres die Zufuhr gelöster Salze durch Niederschläge oder auch in Form von äolischen Staubablagerungen (atmogene Salze) bezeichnet und nur in ariden Klimaten zu einer Salzanreicherung führt, definiert letzteres die Salzzufuhr aus dem Grundwasser, welche auch an Meeresküsten des humiden Klimas festzustellen ist (Scheffer & Schachtschabel 2002: 459).

2.1.1 Natürliche Versalzung: Tag- und Grundwasserversalzung

Bei der Tagwasserversalzung werden die dem Boden zugeführten atmogenen Salze, die vor allem den Meeren entstammen und daher von NaCl neben K+-, Mg2+-, Ca2+-, SO42--, NO3--, HCO3--, und B(OH)4-Salzen dominiert werden, in Böden humiden Klimas rapid ausgewaschen, wohingegen sie in Böden arider Klimate angereichert werden (Abb. 1a). Die Menge an angereichertem Salz ist von verschiedenen Parametern wie der Distanz zum Meer, der Beständigkeit arider Klimaverhältnisse, der Niederschlagsmenge sowie -variabilität, der Reliefposition sowie dem kf-Wert, sprich der Wasserdurchlässigkeit des Bodens, abhängig. Im Hinblick auf die Lokalisierung der Salze in Bodenschichten muss differenziert werden: In porösen beziehungsweise sandigen Böden und bei semiaridem Klima findet eine tiefere Verlagerung der Salze statt als in wenig durchlässigen beziehungsweise tonigen Böden, die sich in einem ausgeprägtem ariden Klima befinden (Abb. 1b). Darüber hinaus werden im Boden enthaltene lösliche Salze weiter unten akkumuliert als der schwächer lösliche Gips und Calcit (Abb. 1). Des Weiteren werden leicht lösliche Salze ebenfalls nach ihrer Löslichkeit differenziert: Die sehr mobilen Nitrate sowie CaCl2 konzentrieren sich weit unten im Boden (circa 1,3 Meter Höhe), Soda, sprich Na2CO3, dagegen weiter oben. In dieser Form der natürlichen Versalzung herrscht kein deterministisches System, sondern atmosphärische Prozesse fungieren als ausschlaggebende Treiber, die zu schwerwiegenden Änderungen fähig sind. Beispielsweise führen Extremereignisse wie Starkniederschläge, sofern der Wassergehalt die Feldkapazität überschreitet, zur stärkeren Perkolation von Senkenböden, sodass diese überwiegend salzfrei sein können (Abb. 1c) (ebd.: 460).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Lage der Kalk-, Gips- und Salzanreicherung in Böden arider Klimate; (a) Klimaeinfluss auf mittelkörnigen Böden; (b) Textureinfluss bei 350 mm Jahresniederschlag; (c) Reliefeinfluss bei < 250 mm Jahresniederschlag (Scheffer & Schachtschabel 2002: 460)

Die natürliche Grundwasserversalzung ereignet sich im humiden Klima oftmals nur im Einflussbereich des Meeres, dessen Salzgehalt zwischen < 1% (Brackwasser z.B. in der Nähe von Flussmündungen) und 3,5% (im offenen Meer) divergiert. Beispielsweise sind die Böden der Watten sowie der nicht eingedeichten Marschen in Norddeutschland von dieser Art der Versalzung betroffen, wobei sich auch im Bereich subtropischer und tropischer Meeresküsten (z.B. die Schwarzmeerküste oder Mangrovenwälder[1] im tropischen Klima) Salzböden (z.B. Salic Fluvisol) finden lassen. Salzböden treten dagegen im Binnenland nur sehr selten auf. Diese sind dort an ein oberflächennahes und durch hohe Salzkonzentrationen gekennzeichnetes Grundwasser gebunden, was im Bereich aufgestiegener Salzstöcke oder salzhaltiger Quellen der Fall ist.

In Klimagebieten, die durch eine hohe Aridität gekennzeichnet sind, sind Grundwasserböden hingegen auch im Binnenland oftmals mit Salzen angereichert, welche salzhaltigem Gestein oder versickertem Regenwasser entstammen. Unter extremen ariden Klimaverhältnissen kann es sogar passieren, dass selbst salzarmes Grundwasser einer starken Salzanreicherung unterliegt. Die verschiedenen im Boden vorkommenden Salze werden mit Hilfe des Kapillarwassers in Richtung der Bodenoberfläche transportiert und dann im Verdunstungsbereich in Bezug auf ihre Löslichkeit gefällt. Sofern das Grundwasser die Bodenoberfläche erreicht, entstehen Salzkrusten (Abb. 2), wobei die angereicherten Salze durch jedwede Niederschläge wieder in Lösung gehen. Dies bedeutet, dass die Salze im Jahresverlauf vermutlich zwischen Ober- und Unterboden „pendeln“ (ebd.: 461).

Eine weitere Ursache für die Versalzung von Böden sind hydrologische Extremereignisse wie z.B. Überflutungen. Im Jahr 1953 verursachte eine Sturmflut flächendeckende Überschwemmungen in Ostengland, Belgien und den Niederlanden, in deren Verlauf eine große Menge an Meerwasser in den Boden eingetragen wurde (Rowell 1997: 487).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2: Salzkruste (Harvey 2002)

2.1.2 Künstliche Versalzung

Neben der primären, natürlichen Versalzung kann es durch verschiedene, anthropogen bedingte Faktoren zur sekundären, künstlichen Versalzung[2] kommen. Hauptsächlich entsteht diese Form durch die steigende und kostengünstige Verfügbarkeit von Anlagen zur Bewässerung und den Mangel an Kenntnissen über den richtigen Einsatz von Bewässerungsmethoden, was in den letzten Jahrzenzen zu einer massiven Zunahme der Bodendegradation landwirtschaftlicher Flächen führte (Zimmer et al. 2012: 56). Die Salzeinträge beim Bewässerungsfeldbau unterliegen vor allem der Menge des zur Bewässerung verwendeten Wassers sowie der Konzentration der gelösten Salze (Rowell 1997: 488).

Im Hinblick auf die künstliche Versalzung muss ebenfalls zwischen humidem und aridem Klima unterschieden werden: Zum einen findet die künstliche Versalzung in Böden humider Klimate bei Berieselung mit natriumreichen Abwässern sowie dem Einsatz von Düngermitteln und zum anderen durch die Ausbringung von Streusalz am Straßenrand statt. Darüber hinaus werden Auenböden durch Flusswasser kontaminiert, welches durch das Einleiten von Abraumsalzen der Kaliindustrie erhöhte Salzkonzentrationen aufweist, wenngleich diese Salze nicht im Boden verbleiben.

In von Aridität geprägten Gebieten erfolgt die künstliche Versalzung von Böden gleichermaßen im Zusammenhang mit der dort eingesetzten Bewässerung (Scheffer & Schachtschbel 2002: 461). Das Bewässerungswasser enthält immer gelöste Salze. Beispielsweise stammen diese aus Flüssen, in denen sie sich angesammelt haben, wenn Wasser oberirdisch abfließt oder durch den Boden versickert. Selbst das Vorhandensein kleiner Salzmengen führt in einem qualititativ guten Bewässerungswasser zur Salzanreicheurng im Boden, falls diese nicht mit Hilfe von Regen- oder Bewässerungswasser ausgewaschen werden können (Rowell 1997: 487). Zur Bewässerung wird wie bereits erwänhnt Fluss- oder tiefer gelegenes, oft fossiles Grundwasser verwendet, welches im Durchschnittt häufig unter 0,1% Salze enthält, allerdings in Bezug auf die Jahreszeit und das Einzugsgebiet auch deutlich höhere Werte aufweisen kann. Des weiteren kann durch den Einsatz von Bewässerung eine starke Hebung des Grundwasserspiegels verursacht werden. Auf eine anschließende Aufwärtsbewegung sowie Verdunstung des Bodenwassers folgt eine Anreicherung von Salzen im Oberboden (Scheffer & Schachtschabel 2002: 461). Die sekundäre Versalzung in Küstengebieten kann hingegen auch durch eine übermäßige Entnahme des Grundwassers hervorgerufen werden. Wenn zu viel Wasser entnommen wird, kann es zu einer Abnahme des Grundwasserspiegels kommen, wodurch das salzhaltige Meerwasser in den Süßwasser-Aquifer eindringt (EU 2009). Dieser Prozess wird als Salzwasserintrusion bezeichnet und maßgeblich durch die höhere Dichte des Salzwassers (1,025 g/cm3 bei 25° C) gesteuert (Balderer 1992: 1 f.).

Der Salzgehalt und der Natriumanteil der Kationen bestimmen die Eignung des zur Bewässerung verwendeten Wassers. Ersteres wird über die elektrische Leitfähigkeit erfasst, die unter 0,75 mS cm-1 liegen sollte, was circa 0,05% Salz entspricht, während letzteres durch die Bestimmung des Verhältnisses von Na / [(Ca + Mg)]1/2 im Wasser erfasst wird und das sogenannte Natrium-Adsorptionsverhältnis (NAV) darstellt. Dieses korreliert stark mit der Sättigung von Natrium, welche in den bewässerten Böden auftritt und kann im Hinblick auf die Anwendbarkeit gestört werden kann, wenn der Gehalt an Hydrogencarbonaten von Ca und Mg im Wasser einen zu hohen Wert aufweist (Scheffer & Schachtschabel 2002: 461). Der künstliche Versalzungsprozess durch die Bewässerungslandwirtschaft ist in der nachfolgenden schematisch Abbildung dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Der Versalzungsprozess im Zuge der Bewässerungslandwirtschaft (CSIRO, 2005: 113)

2.1.3 Alkalisierung

Neben der Versalzung stellt die Alkalisierung eine weitere gravierende Form der Bodendegradation dar. Der Vorgang bezeichnet die Anreicherung von Basen im Boden. Alkalisierend wirken vor allem NaHCO3, Na2CO3 und austauschbares Natrium, deren Hydrolyse zu höheren (alkalischen) pH-Werten führt. In ariden Gebieten tritt die Alkalisierung überwiegend bei aufwärts gerichtetem Wasserstrom auf (Keskin 2005: 12). Zu den alkalischen Schadstoffen gehören beispielweise Industrie-, Magnesit- sowie Zementstäube, Abwässer und Asche (Lukjanova et al. 2013: 3 f.). Die Bodenalkalisierung zeichnet sich durch einen Anstieg des pH-Wertes auf über 8,4 aus und ist auf zwei unterschiedliche Wirkungsweisen zurückzuführen. Die erste bezieht sich auf die Verdunstung von Bewässerungs- und/oder Flachwasser, während letztere in Natriumböden mit geringer Ionenstärke der Bodenlösung festgestellt wird. In letzterem Fall kann der pH-Wert des Bodens auf Werte über 10,5 ansteigen (Sou/Dakouré et al. 2013: 32). Die zwei Wirkungsweisen werden in der folgenden Abbildung schematisch illustriert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: The two pathways to soil alkalinization: accumulation of sodium carbonates and clay protonation (Sou/Dakouré et al. 2013: 32).

2.2 Grundlagen – Gewässer

Wenngleich ungefähr 71% der Erdoberfläche von Wasser bedeckt ist, sind bloß 2,5% des Gesamtvorrats Süßwasser (97,4% Salzwasser, Kryosphährenkomponenten wie Schnee, Eis und Gletscher bilden den Rest). Von diesen 2,5% ist wiederum nur ein Drittel als Grundwasser, Wasser in Seen sowie Flüssen nutzbar. Die Verfügbarkeit von Wasser für den Menschen hängt im Wesentlichen von drei Bedingungen ab: 1. der natürlichen Verteilung und Neubildung, 2. dem Zugang zu Wasserressourcen und 3. der Verwertbarkeit. Der erste Faktor ist zentral von Niederschlägen sowie Verdunstungsraten abhängig, die weltweit sehr unterschiedlich ausfallen können. Darüber hinaus variiert die räumliche Verteilung von Grundwasservorkommen auf Grund der hydrogeologischen Beschaffenheit sowie der Erneuerbarkeit der Reservoire (Evers & Taft 2018: 4 f.). Global betrachtet werden ungefähr 70% des kompletten Süßwasservorrats für die Landwirtschaft verwendet (hauptsächlich in den am wenigsten entwickelten Ländern, LDC‘s), während der Wert in Kernregionen bei 15% liegt (FAO 2011).

Der Salzgehalt, auch als Salinität bezeichnet, kann in Binnengewässern höher als im offenen Meer sein. Sie weisen ein Konzentrationsspektrum mit einer hohen Spannweite auf d.h. wenige Milligramm Salz pro Liter bis zu einer Milliarden Milligramm Salz pro Liter. Der globale Mittelwert liegt bei circa 120 mg. Vor diesem Hintergrund werden Gewässer als Süßwasser bezeichnet, wenn diese eine Abdampfrückstand von weniger als 1000 Milligramm Salz pro Liter besitzen. Je nach Grad der Salinität werden Gewässer als oligo-, meso-, oder polyhalin klassifiziert und als euhalin, wenn der Salzgehalt dem des Meeres entspricht. Die Extremform, hyperhalin, bezeichnet eine Überschreitung des Salzgehalts des Meeres. Die nachfolgende Tabelle gibt drei unterschiedliche Klassifikationen des Salzgehalts von Binnengewässern an (Zimmermann-Timm 2011: 197).

Tab. 1: Zusammensetzung von Süß- und Meerwasser. Die Kationen und Anionen sind in Ionenäquivalenten darge­stellt (Uhlmann & Horn 2001: 528).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Versalzung von stehenden oder fließenden Gewässern ist ebenfalls auf natürliche oder anthropogene Wirkungsfaktoren zurückzuführen. Ersteres hängt mit klimatischen Veränderungen wie beispielsweise einer erhöhten Verdunstungsrate sowie geringeren Niederschläge zusammen, während letzteres durch die Einleitung von Abwässern aus dem Bergbau, der Industrie, Landwirtschaft oder den Kommunen, durch Schwefeleinträge über SO2 aus fossilien Brennstoffen (atmosphärische Deposition) sowie durch das Fehlen oder Verkleinern von Zu- und Abflüssen stattfindet (ebd.: 198).

3. Salztolerante Bodentypen und Pflanzen(-arten)

Der Übergang zwischen Salz und Nicht-Salzböden gestaltet sich fließend, ebenso derjenige zwischen Salz und Nicht-Salzflora, unter der Voraussetzung, dass das Geländerelief nicht zu einer zu deutlichen Abgrenzung führt (Frey & Lösch 2010: 389).

Im Boden angesammelte Salze liegen entweder gelöst im Bodenwasser oder als Kristalle im trockenen Boden vor. In einem Sättigungsextrakt wird die Messung der gelösten Salze der Bodenlösung durchgeführt, wobei hierfür eine gesättigte Boden-Wasser-Paste konstruiert wird, aus der die Lösung extrahiert wird. Der absolute Salzgehalt wird durch die Messung und Auswertung der elektrischen Leitfähigkeit des Bodensättigungsextraktes (ECe) ermittelt. Einzelne Ionen werden je nach Bedarf gemessen (Rowell 1997: 489).

Solonchake (Weißalkaliböden) sind Salzböden, die insbesondere in semi- und vollariden Klimaten beheimatet sind. Europaweit verteilen sie sich auf kleine Flächen der südlichen Ukraine, der Balkanländer und Spanien. Die Salze sind auf die Atmosphäre, das Meer oder Salzgestein zurückzuführen. Dieser Bodentyp wurde in der Landschaft umverteilt und in Form von Grund- oder Hangwasser häufig in Senken angereichert (Scheffer & Schachtschabel 2002: 526). Gemäß der Bodenklassifikation der World Reference Base for Soils besitzen Solonchaks einen oberflächennahen salic horizon, der durch diagnostische Merkmale wie z.B. der elektrischen Leitfähigkeit des Bodensättigungsextraktes von mehr als 15 mS cm-1 bei 25 °C charakterisiert ist (Keskin 2005: 20).

Je nach Versalzungsursache lassen sich drei unterschiedliche Subtypen bestimmen: Tagwasser-Solonchake sind beinahe durch eine ganzjährige extreme Trockenheit gekennzeichnet und überwiegend in 2-5 dm Tiefe mit Salzen angereichert. Darüber hinaus sind sie relational betrachtet tonreicher und somit weniger porös als umliegende Arenosole oder Regosole. Grundwasser-Solonchake sind in erster Linie an hohe Grundwasserstände und dementsprechend an Lagen in Senken gebunden (zumindest der Unterboden ist nass). Im Oberboden konzentrieren sich die leicht löslichen Salze, wodurch es zum Teil zur Ausbildung von Salzkrusten an der Oberfläche kommmt. Kulto-Solonchake entstehen durch künstliche Bewässerung.

Solonchake sind durch die hohen Salzgehalte allgemein gut aggregiert. Eine Nutzung des Bodentyps ist jedoch erst nach Auswaschung der Salze möglich, wobei dies beim höheren Tongehalt kaum gelingt. Die Vegetation basiert auf salzliebenden Arten wie z.B. Suaeda maritima oder Lepidium cartilagineum und ist häufig kaum entwickelt, wodurch geringe Humusgehalte im A-Horizont festzustellen sind (Scheffer & Schachtschabel 2002: 527).

Solonetze (auch Natrium- oder Schwarzalkaliböden genannt) sind Böden in ariden Klimaten mit einem Btn-Horizont, der durch eine hohe Natriumsättigung (B-Horizont 15-90%), ein Säulengefüge, relativ hohe Tongehalte und oftmals durch eine dunkle Farbe gekennzeichnet ist. Sie sind insbesondere östlich des kaspischen Meeres, in West- und Zentralaustralien, Somalia und Argentien vertreten. Dieser Bodentyp entsteht überwiegend durch Entsalzung aus Solonchaken aufgrund einer Absenkung des Grundwassers, feuchter werdendes Klima oder durch den Einfluss von natriumreichen Grundwassers auf Steppenböden. Die hohe Natriumsättigung führt zu erhöhten pH-Werten (zwischen 8,5 und 11) und begünstigt die Verlagerung von Ton und Humus in tiefere Schichten, wobei eine Schluffwanderung im wechselseitigen Verhältnis von Quellung und Schrumpfung nach oben stattfindet.

Hierbei entsteht das typische Säulengefüge. Im feuchten Zustand ist dieser Bodentyp durch eine starke Dispergierung, schlechte Durchlüftung und eine geringe Wasserdurchlässigkeit gekennzeichnet, während er im trockenen von harten Stollen sowie tiefen Schrumpungsrisen durchzogen wird. Infolge der Eigenschaften sind sie ungünstig als Standort von Kulturpflanzen (ebd.: 528).

Solode (Steppenbleicherden) stellen im Klassifizeriungssystem von 1938 eine große Bodengruppe innerhalb der intrazonalen, halomorphen Böden dar (Keskin 2005: 23), die sich aus salzhaltigem Material entwickelt hat. Es handelt sich hierbei um einen degradierten, entsalzten und entkalkten Solonetz-Boden im subhumiden bis semiariden Klima. Der Oberboden weist nur geringe Humusanteile auf. Bei ausgeprägter Verarmung des A-Horizontes infolge der Humus- und Tonverlagerung bildet sich ein weißer Bleichhorizont über dem dunklen und salzreichen B-Horizont. Auf Grund der Eigenschaften gelten Solode als nicht nutzbar (Herrmann & Buksch 2013: 1075).

Bedingt durch die Tatsache, dass sich Salze in Böden arider Klimate anreichern, sind Wüstenboden (darüber hinaus auch Gypsisole, Calcisole und Aridisole) geradezu immer salzhaltig (Scheffer und Schachtschabel 2002: 460).

Tab. 2: Klassifikation salzbeeinflusster Böden (Rowell 1997: 488)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Salzliebende Pflanzen werden als Halophyten bezeichnet und kommen abgesehen von den polaren Regionen auf allen Kontinenten sowohl im humiden als auch ariden Klima aber auch in tropischen Gebieten (z.B. Mangrovenwälder) vor. Sie sind definiert als eine Gruppe von Pflanzen, die bei Wachstumsbedingungen von mehr als 200 mM NaCl überleben und sich fortpflanzen können.

Präferierte Standorte sind z.B. Salzsümpfe, -wüsten, -seen und -wiesen, Meeresküsten sowie anthropogen geschaffene Salzstellen, wobei sie einen Anteil von weniger als einem Prozent an der weltweiten Flora besitzen (Wani & Hossain 2015: 420). Je nach Wirkungsgrad des Salzes bzw. deren Verhalten werden sie in obligat, preferent und standortindifferent unterteilt. Erstere (z.B. Mesembryanthemum crystallinum), die ausschließlich auf salzbeeinflussten Standorten vorkommen, erfahren durch einen gewissen Salzgehalt des Bodens eine physiologische Begünstigung, die sich entweder in unmittelbarer Steigerung der Vitalität durch die Aufnahme höherer Salzmengen oder durch das unschädliche Ertragen größerer Salzmengen im Pflanzenkörper ausdrückt. Sie besitzen durch ihre Halotoleranz einen deutlichen Konkurrenzvorteil gegenüber den Glycophyten, Süßwasserpflanzen, die nicht fähig sind, auf Salzstandorten zu leben.

Preferente Halophyten können zwar Salzböden besiedeln deren physiologisches Optimum liegt jedoch im salzfreien bzw. -armen Milieu. Letztere bilden eine Übergangsform zu den Süßwasserpflanzen und kommen häufig auf salzfreien Böden vor. Trotz des sehr eingeschränkten Toleranzbereichs vertragen sie geringere Salzmengen (Frey & Löscher 2010: 389 f). Darüber hinaus lassen sich weitere Einteilungskriterien feststellen: In Bezug auf den Lebensraum und Wasserhaushaltstyp werden Halophyten in wasserhalin, lufthalin und terrestrisch halin eingeteilt, wobei die Formen nicht deutlich voneinander abgrenzbar sind (z.B. hydroterrestrich halin), während es je nach Salzgehalt der Bodenlösung oligo-, meso- und polyhaline (extrem salzhaltig) Arten gibt (Kreeb 1974: 338).

Als Salzregulation wird „ die Fähigkeit einer Pflanze, ein Überangebot an Salzen in ihrem Substrat durch Salzregulation vom Protoplasma fernzuhalten oder eine erhöhte osmotische und ionentoxische Salzbelastung zu ertragen “ (Larcher 1995: 361) beschrieben. Die evolutionär angeeigneten Mechanismen zur Salzaufnahme oder -regulation basieren beispielsweise auf der Salzfiltrierung, dem Abwurf von Pflanzenteilen, Absalzhaaren sowie Salzdrüsen und der Kompartimentierung und Salzsukkulenz (Scheibe 2001). Letztlich sind die verschiedenen Typen von Halophyten Grundlage für die mehr oder minder ausgeprägte Standortsbindung einzelner Arten. Als Bioindikatoren sind sie in der Lage, verschiedene Formen der Bodenversalzung aufzuzeigen (Kreeb 1974: 338).

4. Auswirkungen der Versalzung

4.1 Böden und Pflanzen

Die Versalzung weist gravierende Auswirkungen auf physikalische Prozesse in Böden sowie Pflanzen auf. Die wichtigsten Auswirkungen auf das Pflanzenwachstum sind: die unmittelbare toxische Wirkung löslicher Salze (Natrium, Chlor und Bor), die bereits bei geringen Konzentrationen auftreten kann, die Störung des Ionengleichgewichts sowie die Verringerung der verfügbaren Wassermenge durch die Reduzierung des osmotischen Potenzials. Letzteres wird als physiologische Dürre bezeichnet, da Pflanzen unter Wassermangel bzw. -stress leiden, wobei sie auf unterschiedliche Weise reagieren (Rowell 1997: 490). Beispielsweise können die im Überschuss vorhandenen löslichen Anionen und Kationen aufgrund von Ionenkonkurrenz die Nährstoffaufnahme durch die Pflanzen soweit erschweren, dass ein Mangel an Nährstoffen durch Salzschäden entsteht (Scheffer & Schachtschabel 2002: 403).

Die salzinduzierte Bodendegradation wirkt sich vielfältig auf Vorgänge sowie Eigenschaften von Böden aus z.B. durch die Quellung von Tonmineralen, die Verschlämmung (Zerstörung oberflächennaher Bodenaggregate), die Rissbildung, Verkrustung oder die Ionentoxizität (ebd.: 403 ff.). Rietz und Haynes (2003) untersuchten die Auswirkung der Versalzung auf mikrobielle Aktivität in Böden und ermittelten, dass diese einen maßgeblichen Einfluss auf die Größe und Aktivität der mikrobiellen Biomasse des Bodens und auf biochemische Prozesse hat, die für die Erhaltung der Bodenqualität wesentlich sind. Die Versalzung führt zu einer Verringerung des Abbaus der organischen Substanz im Boden und der Mineralisierung von C, N, S und P. Die daraus resultierende reduzierte Nährstoffverfügbarkeit stellt einen zusätzlichen wachstumslimitierenden Faktor für die Pflanzenproduktion in salinen Böden dar. Da die mikrobielle Aktivität für die Bildung und Stabilisierung von Bodenaggregaten von zentraler Bedeutung ist, könnte eine Verringerung der Aggregation eine weitere Konsequenz sein.

[...]


[1] An der Westküste Australiens, an der ein tropisches Trockenklima herrscht, ist es im Jahr 2017 durch Meeresspiegelschwankungen zur Überschreitung der Salztoleranzgrenze gekommen, was zu einem erheblichen Absterben der Mangrovenbestände führte. Durch die Intensität der Sonneneinstrahlung, der fehlenden Frischwasserzufuhr sowie der andauernden Evapotranspiration fand eine Erhöhung des Salzgehalts im Porengrundwasser statt (Lovelock et al. 2017).

[2] Zimmer et al. (2002:57) weisen auf eine weitere Form der Bodenversalzung hin. Diese wird durch Bodenerosion verursacht, wenn unterhalb abgetragener oberer Erdschichten salzhaltige -schichten zur Oberfläche oder in Reichweite der Pflanzen kommen. Nichtsdestotrotz muss betont werden, dass Bodenversalzungsformen praktisch nicht so leicht voneinander zu trennen sind, wie es theoretisch der Fall ist. Anthropogene Aktivitäten können natürliche Prozesse begünstigen, die sich erst im Zuge weiterer, zum Teil undurchsichtiger Entwicklungen zeigen.

Ende der Leseprobe aus 31 Seiten

Details

Titel
Auswirkungen von Versalzung und Gegenmaßnahmen am Fallbeispiel
Hochschule
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn  (Geographisches Institut)
Veranstaltung
Wasserresourcenmanagement
Note
1,7
Autor
Jahr
2018
Seiten
31
Katalognummer
V423655
ISBN (eBook)
9783668692145
ISBN (Buch)
9783668692152
Dateigröße
1726 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Versalzung, Globaler Wandel, Böden, Auswirkung, Gegenmaßnahmen, Alkalisierung, Aralsee
Arbeit zitieren
Tim Holst (Autor), 2018, Auswirkungen von Versalzung und Gegenmaßnahmen am Fallbeispiel, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/423655

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