Austauschkapazität

Die Austauschkapazität (AK) für Ionen – auch Sorptionsvermögen – ist neben dem pH-Wert und den Redox-Eigenschaften eine wichtige chemische Bodeneigenschaft in Bezug auf den Boden-pH, das Bodengefüge, die Bodenentwicklung, die Bodenfruchtbarkeit und Pflanzenernährung.

Definitionen

An den Oberflächen der organischen und mineralischen Bodenpartikel, hauptsächlich in der Größenklasse < 2 µm, werden Ionen reversibel angelagert (adsorbiert). Daher können sie ausgetauscht (desorbiert) werden. Die Austauschkapazität eines Bodens bezeichnet die Summe der austauschbaren Ionen in Mol bzw. mmol_c/kg Substanz (letzteres nicht SI-konform).

Die Austauschkapazität ist abhängig vom pH-Wert des Bodens in Bezug auf den pH-Wert der verwendeten Austauschlösung und der definierten Zeitkonstante – kurzfristig nicht austauschbare Ionen werden nicht berücksichtigt. Gemessen wird meist die maximale (potentielle) AK mit entgegengesetztem pH-Wert von Austauschlösung und Boden-pH – und nicht die aktuelle (effektive) AK, bei äquivalenten pH-Werten.

Da der Ionenaustausch im Boden sowohl mit positiv geladenen Kationen, wie auch mit negativ geladenen Anionen stattfindet, unterscheidet man folgende Eigenschaften:

• Kationen-Austausch-Kapazität (KAK) vorwiegende Ionen: Ca²⁺, Mg²⁺, K⁺, Na⁺, Al³⁺, H⁺
• Anionen-Austausch-Kapazität (AAK) im sauren Bereich: HPO₄²⁻, SiO₃²⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻, Cl⁻

Wirkung von Kationen und Anionen

Die Austauscher in den Bodenkolloiden sind vorwiegend negativ geladen. Daher ist die Kationen-Austausch-Kapazität im basischen bis mäßig sauren pH-Bereich des Bodens die vorwiegend wirksame Größe. Durch Kalkung und Düngung werden die „verbrauchten“ Kationen wieder ersetzt. Findet jedoch eine längerfristige Bodenverarmung mit einhergehender Bodenversauerung statt, werden die Kationen-Austauscher chemisch verändert – die KAK sinkt.

Der Anionenaustausch ist im sauren Bereich von größerer Bedeutung; bei chemisch stark verwitterten Böden (z. B. Podsolen) oder in rein organischen Böden (z. B. Moorböden) sind die überschüssigen Anionen verantwortlich für eine höhere Verfügbarkeit von Fe, Al, Mn.

Siehe auch

• Pufferbereich (Bodenkunde)

Literatur

• Arnold Finck: Pflanzenernährung in Stichworten. 3. überarbeitete Auflage. Hirt, Kiel 1976, ISBN 3-554-80197-6, (Hirts Stichwortbücher), S. 65–74.

Weblinks

Wikiversity: Institut für Bodenkunde – Kursmaterialien