Martin Sauerwein, Dr. rer. nat.

Urbane Bodenlandschaften: Eigenschaften, Funktionen und Stoffhaushalt der siedlungsbeeinflussten Pedosphäre im Geoökosystem

Habilitationsschrift zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium habilitatus (Dr. rer. nat. habil.) vorgelegt der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Beschlußdatum 23.01.2005

Abstract
Urbane Landschaften sind neben den spezifischen Ausprägungen der städtischen Hydro-, Atmo- und Biosphäre durch die besondere Veränderung der Pedosphäre als Folge des Flächenverbrauchs gekennzeichnet. Die siedlungsbeeinflussten Böden und die Veränderung des Stoffhaushaltes stehen im Mittelpunkt der vorgelegten Arbeit. Die Betrachtung erfolgt mittels des geoökologischen Untersuchungsansatzes, demnach Böden als Ökosystemkompartiment nicht nur eine Stoffsenke darstellen, sondern gleichzeitig ein Umweltkompartiment der Metamorphose sind, und unter bestimmten pedologischen Rahmenbedingungen auch zur Stoffquelle werden. Dabei lassen sich die anthropogenen Veränderungen der Böden und ihre Auswirkungen in zwei Betrachtungsebenen unterscheiden: zum einen hinsichtlich der räumlichen Verteilung und zum anderen hinsichtlich des Profilaufbaus.
Es wird gezeigt, dass urbane Böden über regelhafte Muster verfügen, also nicht das Resultat von anthropogenem "Chaos" sind. Unter Bezugnahme auf den Stadtstrukturtypenansatz werden sich räumlich unterscheidbare (bzgl. des Stoffhaushaltes auch statistisch nachweisbar) "Urbane Bodenlandschaften" definiert. Anhand einer Vielzahl von Bodenprofilen wird vorgestellt, in welcher Art und Weise anthropogene Veränderungen auf die prä-urbanen Böden wirkten. Diese Veränderungen können mittels der urbanen Bodenlandschaften typisiert werden.
Im Hauptuntersuchungsgebiet Halle erfolgt die Kartierung und Datenerfassung von historischem und aktuellem Stoffhaushalt und darauf aufbauend die Entwicklung des Modellansatzes der urbanen Bodenlandschaften. Im Kontrolluntersuchungsgebiet Wittenberg wird der Modellansatz evaluiert. Im Transferuntersuchungsgebiet Stratos (Nordwestgriechenland) wird nach der Erfassung des historischen Stoffhaushaltes der Modellansatz auf einen anderen Klimaraum übertragen. Als Indikatoren für den Nachweis von Art und Intensität der anthropogenen Veränderung eignen sich Schwermetalle und PAK.
Neben der Erfassung der aktuellen Bodenverbreitung und den Stoffhaushaltseigenschaften der untersuchten Böden werden Ansätze zur Stoffhaushaltsbilanzierung vorgestellt. Dafür ist die Erfassung von Input- und Output-Raten besonders bedeutsam. Dies wird mit Hilfe der Exposition von Kontrollböden für den atmogenen Eintragspfad und durch Bodensickerwassermessungen für diesen Austragspfad erläutert.
Die Aufnahme und Bewertung konkreter Böden bzw. Bodenflächen wird eingebettet in ein Konzept, das typologisch und ökosystemorientiert die Ausprägung der Böden bzw. Bodeneigenschaften und Bodenfunktionen erfasst. Dazu wird eine Bodentypisierung vorgenommen, welche die Besonderheiten der städtischen Veränderungen der (ehemals) prä-urbanen Böden berücksichtigt. Von entscheidender Bedeutung sind dabei die "urbanen" Randbedingungen (Geschichte und Nutzung), erfasst durch den Stadtstrukturtyp, die lokalen Standorteigenschaften (Profilaufbau, Natürlichkeitsgrad), erfasst durch die Tiefenverteilungen, sowie die lokale "Belastung" (historischer und aktueller Input und Output), erfasst durch eine Stoffhaushaltsbetrachtung.

Urban landscapes are marked by the special development of the hydro, atmo- and biosphere and the change of the pedosphere in consequence of the surface consumption. The publication is focussed on the soils in settlements and the change of their substance budget. In the geoecological perception soils are a part of the ecosystem and so they could be a substance sink as well as a environmental metamorphosis and a substance source. It is possible to differentiate two levels of consideration: the spatial distribution and the soil profile structure.
It is shown that urban soils can be described by regular patterns, so they are not the result of anthropogenious "chaos". Based on the approach of urban structural units "Urban Soil Landscapes" are defined, which are (statistically) distinguishable. By means of many soil profiles it is shown, in which kind the anthropogenious modification affected the "pre-urban" soils. It is possible to type these modifications by the urban soil landscapes.
The mapping and collection of data of the historical and actual substance balance occur in the main research area of Halle and thereupon the development of the modelling approach. This modelling approach will be evaluated with the data of the control research area of Wittenberg. The historical components of the modelling approach are assigned to the transfer research area Stratos (North Greece), which is characterised by other climate conditions. Usable Indicators are heavy metals and PAH.
In addition to the compilation of the soil distribution and characteristics approaches to make up the balance are presented. Therefore the recordation of input- and output-rates is very momentous. This is explained with the exposition of control soils for the atmogenous entry path and with measurements of soil leach ate for the discharge path.
The admission and validation of soils/surfaces can be incorporated into a concept, which records the properties and the functions of the soils. Therefore a typing is undertaken, which is considering the characteristics of the change of the pre-urban soils. These are mainly the urban constraints (history and use), detected by the urban structural unit, the local site conditions (soil profile structure, "degree of naturalness") and the local "pollution" (historical and actual input).

Keywords:
Stadtökologie, Urbane Böden, Bodenbelastung, Stadtstrukturtypen, Geoarchäologie

Urban ecology, Urban soils, Soil pollution, Urban structural units, Geoarchaeology

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Vorwort, Inhaltsverzeichnis, Tabellen- und Abbildungsverzeichnis, Zusammenfassung, Summary
1 Problemstellungen - Zielsetzungen - Methodologisches Vorgehen (1-3)
2 Ausgangshypothese: Urbane Bodenlandschaften (4-11)
3 Urbane Böden (12-21)
4 Geoökologische Untersuchungsansätze (22-29)
5 Untersuchungsgebiete (30-39)
6 Datenquellen, Datenerhebung und Arbeitsmethoden (40-49)
7 Darstellung und Diskussion der erfassten Daten im Hauptuntersuchungsgebiet Halle (50-119)
8 Darstellung und Diskussion der erfassten Daten im Kontrolluntersuchungsgebiet Wittenberg (120-141)
9 Vergleich der Untersuchungsergebnisse von Halle und Wittenberg (142-146)
10 Darstellung und Diskussion der erfassten Daten im Transferuntersuchungsgebiet Stratos (147-159)
11 Ansätze zur Stoffhaushaltsbilanzierung und geoökologischen Bodenklassifizierung (160-163)
12 Fazit und Ausblick (164-167)
Literatur (I-XXI)
Anhang