Einfluss von organischer Substanz und von Tonmineralen auf die Struktur natriumreicher Böden

Abstract

Ziel dieser monokausalen Studie war es, die Auswirkungen organischer Anionen und des Tongehalts auf Quellungs- und Dispergierungsprozesse und somit auf die Bodenstruktur eines salinen Natriumbodens zu quantifizieren. Hierzu wurden die organischen Anionen Acetat, Succinat, Citrat und Humat in Konzentrationen von 0,2 % bis 1,0 % einem nährstoffarmen Unterboden mit geringem Gehalt an organischer Substanz (Ct < 2 %) und einem Anteil an austauschbar gebundenem Natrium von 6,6 % zugeführt. Nach einer Inkubationszeit von 72 Stunden wurden jeweils zehn Perkolationsdurchgänge durchgeführt, bei denen die Bodensäulen mit 120 % der maximalen Wasserkapazität des Bodens bewässert wurden. Das erfasste Perkolatvolumen sowie die Trübung der Perkolate lieferten Erkenntnisse über die im Boden ablaufenden Quellungs- und Dispergierungsprozesse. Durch die Applikation von Succinat, dem Anion einer niedermolekularen Dicarbonsäure, konnte das Perkolatvolumen in den ersten Perkolationsdurchgängen infolge der kurzfristigen Ausbildung organo-mineralischer Verbindungen erhöht werden. Im Gegensatz dazu führten die Zugabe von Citrat, einer niedermolekularen Tricarbonsäure, sowie von Humat, einer höhermolekularen Dicarbonsäure, zu einer verstärkten Dispergierung der Tonminerale und zu einer Minderung der Mittel- und Grobporen. Der zugrunde liegende Mechanismus war in allen Fällen die Komplexierung von Calcium durch das jeweilige organische Anion, wodurch Sorptionsstellen, die zuvor mit Calcium belegt waren, durch andere Kationen – insbesondere Natrium – ersetzt wurden. Infolgedessen erhöhte sich der Anteil an Natrium an der potenziellen Kationenaustauschkapazität, und die bodenstabilisierende Wirkung des Calciums wurde reduziert. Die Applikation von Acetat, dem Anion einer Monocarbonsäure mit der geringsten Molekülgröße, zeigte unter den gegebenen Versuchsbedingungen keinen messbaren Einfluss auf Quellungs- oder Dispergierungsprozesse. Die schrittweise Erhöhung des Tongehalts von 12 % auf 40 % unter salinen und natriumreichen Bedingungen führte zu einer Abnahme des Perkolatvolumens, was auf verstärkte Quellungsprozesse zurückgeführt werden kann. Gleichzeitig konnte jedoch kein signifikanter Anstieg der Trübung festgestellt werden. Eine mögliche Erklärung liegt in der mit steigendem Tongehalt und gleichzeitig niedriger elektrischer Leitfähigkeit zunehmenden Dicke der elektrischen Doppelschicht, wodurch Quellungs- und Dispergierungsprozesse im Boden zwar verstärkt, jedoch dispergierte Tonpartikel nicht in das Perkolat verlagert wurden. Es ist anzunehmen, dass durch die Quellung eine Blockierung der Mittel- und Grobporen erfolgte, die ein Austragen der Tonpartikel verhinderte. Die kurzfristig positiven Effekte von Succinat auf die Bodenstruktur saliner Natriumböden sollten in zukünftigen Versuchen weiter untersucht werden – insbesondere in Abhängigkeit vom Tongehalt, unter kontrollierten Leitfähigkeitsbedingungen und unter Berücksichtigung unterschiedlicher Bodenarten und Tonmineralzusammensetzungen. Sollten sich die beobachteten Wirkungen bestätigen, könnte Succinat als potenzielles Mittel zur Verbesserung natriumgeschädigter Böden eingesetzt werden.