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Zusammenfassung Heft 6


Freiburger Bodenkundliche Abhandlungen

Schriftenreihe des
Institut für Bodenkunde und Waldernährungslehre
der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg i.Br.
Schriftleitung: F. Hädrich


Heft 6


Renato Grez


Nährelementhaushalt und Genese von Böden
aus vulkanischen Aschen in Südchile


Freiburg im Breisgau 1977

ISSN 0344-2691

Zusammenfassung:

Die vorliegende Arbeit behandelt zwei Hauptthemen:
a)    die Untersuchung des Nährelementhaushalts und
b)    die genetische Untersuchung (chemisch-mineralogisch) von
repräsentativen Böden aus vulkanischen Aschen in Südchile.
Das Untersuchungsgebiet liegt zwischen 39°00' - 41°15'S und 71°50' - 73°30'W. Es umfaßt rund 15000 km2 und erstreckt sich von den Anden über das chilenische Längstal bis zur Küstenkordillere.
Auf der Grundlage von vorher durchgeführten Bodenkartierungen und standortskundlichen Untersuchungen durch das Institut für Forstliche Bodenkunde der Universidad Austral, Valdivia, wurden 49 flächenrepräsentative Profile zur eingehenderen Untersuchung ausgewählt. Es handelt sich überwiegend um mit Pinus radiata bestockte Standorte in ebener Lage. Die Auswahl der Profile wurde so getroffen, daß sowohl Entfernungen von 10 - 140 km von den Vulkanen, als auch Höhenstufen von 20 - 1000 m ü. NN erfaßt wurden. Der Schwerpunkt der Erhebungen lag dabei auf der Untersuchung von Böden (Andosolen) aus feinkörnigen Aschen in einer Entfernung von 5 0 - 120 km von den Vulkanen der Andenkette.
Bei der Untersuchung des Nährelementhaushalts dieser Böden war es ein Hauptziel, sie nach ihrem Nährstoffpotential zu ordnen, um die am besten für den Intensivanbau von Pinus radiata geeigneten Standorte abzugrenzen. Dafür wurden die Nährelemente durch verschieden starke Extraktionsmittel bestimmt (3%HC1, 1% Zitronensäure, 1% NH4Cl). Die gewogenen arithmetischen Mittel dieser Ergebnisse zusammen mit pH, Ct, Nt und der granulometrischen Analyse wurden unter Berücksichtigung der Entfernung der Profile von den Vulkanen dazu benutzt, um in erster Nährung eine Gruppierung dieser Böden vorzunehmen.
Durch die Untersuchungen wurde eine gute Obereinstimmung zwischen dem Nährstoffpotential und der genetischen Entwicklungsstufe der Böden sowie ihrer Entfernung von den Vulkanen festgestellt. Sie erlaubte eine analytisch fundierte Einteilung der Böden aus vulkanischen Aschen in drei Gruppen und die Ausscheidung einer weiteren Gruppe, in der vom Normalfall abweichende Sonderfälle der Bodenbildung zusammengefaßt wurden.

Gruppe Entfernung von der Vulkanlinie (km) Profil Nr.
I
< 20
1 - 10
II 50 - 90
11 - 19
III
> 90
20 - 41
Sonderfälle
Verschiedene Entfernungen
42 - 49

Da in Chile noch keine Richtwerte zur Einstufung der Böden nach ihren Nährelementvorräten erarbeitet wurden, mußte bei der Beurteilung der Standortsqualität auf mitteleuropäische Richtwerte zurückgegriffen werden, unter Berücksichtigung der wichtigsten örtlichen, klimatischen und orographischen Faktoren. Es wurde festgestellt, daß das Wachstum von Pinus radiata in den Böden der Gruppe I von deren geringem Verwitterungsgrad und der hohen Dränagekapazität begrenzt wird. In den Böden der Gruppen II und III ist das Nährelementangebot gut bis sehr gut. Günstige physikalische Eigenschaften und eine lange Vegetationsperiode ermöglichen eine überdurchschnittliche Zuwachsrate. Das Optimum der Zuwachsleistung wird auf den Böden der Gruppe II erreicht.
Spezielle Ernährungsschwierigkeiten sind auf den Böden der Gruppen II und III in Bezug auf Pinus radiata relativ selten zu erwarten. Auf den Böden der Gruppe II leiden die Bestände lediglich im Jugendstadium zeitweilig unter Phosphormangel. Die Mangelsymptome verschwinden aber normalerweise bei Erreichen eines höheren Bestandesalters und entsprechender Ausdehnung der Durch-wurzelung in tiefere Bodenzonen. In den Böden der Gruppe III wurde allgemein eine stärkere P-Fixierung festgestellt, die sich in einer durchschnittlich geringeren Wuchsleistung auf diesen Standorten widerspiegelt. Dennoch sind diese Böden im Vergleich zu mitteleuropäischen Waldböden als gute bis sehr gute Produktionsstandorte einzustufen.
Die Gruppierung der Böden nach ihrem Nährstoffpotential wurde abgesichert durch die Bestimmung des in 3%HC1 löslichen Fe, AI, Mn und Si. Aufgrund dieser Bestimmungen war es möglich, in erster Näherung eine genetische Reihenfolge der Böden aufzustellen, die sich mit der Einstufung nach dem Nährstoffpotential weitgehend deckte. Dabei wären die Extraktionsmengen an Fe, AI, Mn und Si in den Böden der Gruppe II am höchsten, was als Indiz für den gegenüber der Gruppe I höheren Verwitterungsgrad gewertet wurde und außerdem die Anwesenheit von amorphen Verbindungen andeutete.
Um eine bessere Einstufung der Böden nach ihrem Gehalt an amorphen Verbindungen zu erreichen, wurde eine Extraktion von Fe, AI, Si und Mn mit NH4-Oxalat (AO) durchgeführt. Die Ergebnisse erlaubten eine differenziertere Aufteilung der Andosole in drei Gruppen.

Gruppe Entfernung von der Vulkanlinie (km) Profil Nr.
I
< 20
1 - 6
a < 20
7 - 10
b 50 - 90
11 - 19, 40
III
> 90
20 - 39, 41

Die größte Menge an amorphen Komponenten fand sich in den Böden der Gruppe II (erhöhte Extraktion von AI, Si und Fe).
Um den Gehalt an kristallinen Oxiden zu bestimmen und damit eine noch genauere Entwicklungsreihe aufzustellen, wurden 17 repräsentative Böden der Serie ausgewählt und mit Dithionit-Citrat-Bicarbonat (DCB) extrahiert. Hierbei wurden größere Mengen an Fe, AI und Mn extrahiert, jedoch Si nicht in nennenswerten Mengen gelöst. Ein Vergleich mit den AO-Extraktionsraten zeigt eine dem DCB überlegene spezifische Lösungswirkung des AO auf Aluminium und Silizium bei denjenigen Böden, die einen erheblichen Anteil an amorphen Verbindungen enthielten. Durch die kombinierte Auswertung der AO- und DCB-Extraktionen wurde eine bessere Einstufung der Böden nach ihrem Gehalt an amorphen, parakristallinen und kristallinen Komponenten möglich.
So zeigten in den Gruppen I und II Werte von AI /AI, > 0.6 und erhöhte Mengen an Sio  die Anwesenheit von amorphen Komponenten
an (in unserem Falle überwiegend Allophan). In den Böden der Gruppe III weisen Werte von AI /AI, < 0.6 und geringe Mengen an
Sio auf das Vorherrschen besser kristallisierter Komponenten hin.
Der parallel zur Entfernung von den Vulkanen zunehmende Verwitterungsgrad, bzw. die Zunahme an lösungsstabileren pedogenen
Oxiden wurde u.a. durch eine kontinuierliche Abnahme der Feo /FedVerhältnisse bestätigt.
In Verbindung mit der Totalanalyse eignet sich die Kombination von A0- und DCB-Extraktion außerdem zum Nachweis von vom Normalfall abweichenden Bildungsmechanismen, wie z.B. hydromorphe Einflüsse oder Änderungen in der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials .
An einigen ausgewählten Beispielen wurden die Tiefenfunktionen der mit AO und DCB extrahierten Elemente untersucht. Dabei wurde festgestellt, daß in den Böden der Gruppe III der Kristallisationsgrad der Sekundärminerale mit der Tiefe zunimmt, in den Böden der Gruppe II ein Anstieg der amorphen Komponenten üblich ist und die Böden der Gruppe I ein unregelmäßiges Verhalten zeigen.
Zur Überprüfung des durch die AO- und DCB-Extraktionen festgestellten Verwitterungsgrades wurden mineralogische Untersuchungen an der Tonfraktion durchgeführt. Dabei wurde zunächst in umfangreichen Vorversuchen getestet, auf welchem Wege sich die Probleme überwinden lassen, die speziell bei der Dispergierung von allo-phanhaltigen Böden aus vulkanischen Aschen auftreten. Ein befriedigendes Resultat wurde erreicht durch eine wiederholte Dispergierung in deionisiertem Wasser und Tongewinnung durch Zentri-fugierung, nachdem die organische Substanz durch H2O2 zerstört und die Fe-Oxide durch mehrfache DCB-Extraktion weitgehend entfernt worden waren.
Gleichzeitig wurde die Wirkung von H2O2-, AO- und DCB-Behandlungen auf die Tonfraktion allophanhaltiger Böden untersucht. Es wurde festgestellt, daß eine H2O2-Behandlung praktisch keinen Einfluß auf die Qualität der XRD- und IR-Spektren hatte. Eine Behandlung mit DCB verbesserte die Qualität der Spektren und führte zu einer Steigerung der Ausbeute an Rohton (< 2 µ), wobei das Allo-phan nicht wesentlich angegriffen wurde. Eine Behandlung mit AO ergab geringere Mengen an Ton und griff das Allophan und andere amorphe Komponenten stark an, wodurch die Identifizierung von solchen kristallinen Mineralen durch XRD und IR möglich wurde, deren Peaks vorher von den Banden amorpher Komponenten überlagert waren. Darüber hinaus zeigten einige Tonminerale eine geringe Widerstandskraft gegenüber thermischer Behandlung, was auf ihren parakristallinen Zustand hindeutete.
Aufgrund umfangreicher Untersuchungen an 16 repräsentativen Profilen der Entwicklungsreihe ergab sich für die Tonminerale folgende Bildungssequenz



Mit hoher Wahrscheinlichkeit kann die Bildung von Metalloysit sowohl direkt vom Allophan aus, als auch über den Gibbsit erfolgen. Die Bildung von 14°,-Wechsellagerungsmineralen (Chlorit-Vermiculit) kann wahrscheinlich sowohl vom Metahalloysit als auch vom Gibbsit ausgehen.
Ein Vergleich der mineralogischen Zusammensetzung der Tonfraktion mit den entsprechenden Sio -, Feo /Fed,- und Alo /Ald,-Werten des Feinbodens bestätigte in allen Fällen die Brauchbarkeit der A0- und DCB-Extraktionen für die Identifizierung von Komponenten verschiedenen Kristallisationsgrades. Bei der Untersuchung der Tiefenfunktionen der Tonminerale ergab sich, daß eine Zunahme der Werte von Sio , Alo  und Alo /Ald, nicht
immer von einem steigenden Gehalt an denjenigen amorphen Komponenten begleitet war, deren IR-Spektren überwiegend dem Allophan zugeschrieben werden. Das läßt vermuten, daß in den tieferen Horizonten andere amorphe und parakristalline Verbindungen vorhanden sind, die von der AO-Lösung angegriffen werden, was bedeutet, daß die Extraktion nicht spezifisch für das Allophan ist, sondern vielmehr das Vorhandensein von amorphen Komponenten im allgemeinen anzeigt.
In der aufgefundenen Sequenz kommt dem Gibbsit eine größere Bedeutung zu als bisher angenommen: er stellt eine Kristallisationsbasis dar, von der aus sich weitere Sekundärminerale bilden, was mit den ihm von anderen Autoren zugeschriebenen Eigenschaften übereinstimmt .
Diese Böden bieten deshalb eine gute Möglichkeit, die wirkliche Rolle des Gibbsit bei der Bildung von Sekundärmineralen zu untersuchen.

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