Bodenversauerung

Von Bodenversauerung spricht man, wenn von außen oder durch bodeninterne Prozesse mehr Protonen eingetragen werden, als der Boden neutralisieren kann, und die basischen Reaktionsprodukte von Neutralisationsreaktionen ausgewaschen werden. In der Folge sinkt der Boden-pH ab.

Böden in humiden Klimabereichen versauern im Laufe ihrer Entwicklung (der Pedogenese). Dieser an sich natürliche Vorgang kann durch menschliche Einflussnahme verstärkt werden.

Natürliche Einflüsse auf den pH-Wert des Bodens

Aufgrund hoher CO₂-Konzentrationen durch Oxidation von Biomasse und Atmung von Wurzeln und Bodenlebewesen entsteht Kohlensäure (H₂CO₃), die den pH-Wert auf 5,6 einstellt. H₂CO₃ ist die größte Protonenquelle für landwirtschaftlich genutzte Böden (pH zwischen 5 und 7), da unterhalb von pH 5 keine Kohlensäure mehr gebildet wird.
Organische Säuren, insbesondere Fulvosäuren, die entweder von Pflanzenwurzeln ausgeschieden werden, oder Zwischenprodukte beim Abbau organischer Substanz sind (daher leicht abbaubar) können zu einer Versauerung beitragen.
Wird in eisensulfidhaltigen Böden Fe²⁺ zu Fe³⁺ oxidiert und dann hydrolysiert, werden Protonen freigesetzt.
Wenn Pflanzen für ihre Ernährung mehr Kationen als Anionen aufnehmen, geben sie Protonen an den Boden ab, damit die elektrische Neutralität erhalten wird. Gleichzeitig bilden sie in ihrem Inneren Salze schwacher organischer Säuren. Verrotten die Pflanzen vor Ort, vereinigen sich Salze und Protonen wieder. Es kommt flächenhaft nur zu einer dauerhaften pH-Absenkung, wenn die Pflanzen durch Ernte/Holzschlag entfernt werden (Basenentzug).
Die Pufferkapazität des Ausgangssubstrates beeinflusst die Geschwindigkeit der Versauerung maßgeblich. Vor allem ein hoher Anteil an Karbonaten und Dreischicht-Tonmineralen (beladen mit Kationen wie Ca²⁺, Mg²⁺) bewirkt, dass der pH sich, solange diese Puffersubstanzen im Boden vorhanden sind, auf einem relativ gleichhohen pH-Niveau hält. Wenn diese Puffersysteme “verbraucht“ sind oder von vornherein fehlen, treten andere an ihre Stelle, der pH-Wert sinkt.

Anthropogene Faktoren

Durch Säureeintrag aus der Atmosphäre (saurer Regen) sinkt der pH-Wert vieler Böden zusätzlich ab, und zwar umso stärker, je höher der Ausgangs-pH lag.
Übermäßiger Ammoniumeintrag durch organische Dünger (Gülle), mineralische Dünger und über die Atmosphäre beschleunigt ebenfalls die Versauerung. Das Ammonium wird mikrobiell oxidiert: NH₄⁺ + 2O₂ ↔ NO₃^- + 2H⁺ + H₂O Nehmen die Pflanzen das Nitrat nicht auf, wird es mit dem Sickerwasser ausgetragen und die Versauerungseffekte sind noch gravierender (Basenauswaschung).
In der direkten Umgebung von Bergbaugebieten mit sulfidischen Erzen kann es, bedingt durch die Verwitterung von Pyrit (einem Eisensulfid), zu einer deutlichen pH-Absenkung durch Bildung von schwefeliger Säure kommen.

Folgen

Viele Pflanzen sind gegenüber zunehmender Versauerung nicht tolerant. Auf landwirtschaftlich genutzten Böden sinken die Erträge. Das Pflanzenwachstum wird bei pH-Werten unter 3 eingestellt. Im Bereich niedriger pH-Werte steigt zudem die Mobilität toxischer Schwermetalle. Wasser, welches durch versauerte Böden sickert, hat ebenfalls einen niedrigen pH. Das wirkt sich auf die daraus gespeisten Oberflächengewässer aus. Ein Beispiel sind die sauren Seen in Skandinavien. Außerdem wird die Photosyntheserate vieler Pflanzen durch zu hohe Bodenacidität stark herabgesetzt. Dies hat große Folgen sowohl für das Ökosystem Wald als auch für das Leben vieler anderer Organismen.

Maßnahmen

Mit der Kalkung von Äckern, Gärten und Wäldern sowie strengeren Vorgaben zur Abluftreinigung versucht man, die Bodenversauerung einzudämmen. Der Kalk kann bis zu einem bestimmten Punkt die saure Wirkung der Abwässer aufheben. Eine ähnliche Wirkung hat auch Magnesium.

Weblinks

Wikiversity: Institut für Bodenkunde – Kursmaterialien, Forschungsprojekte und wissenschaftlicher Austausch