Original paper

Effects of topography on the spatial distribution of soils: basic considerations on interdependencies and data sources with examples from the Eastern Alps

[Der Einfluss des Reliefs auf die räumliche Verteilung der Böden: Grundsätzliche Überlegungen zu Wirkungszusammenhängen und Datengrundlagen anhand von Beispielen aus den Ostalpen]

Geitner, Clemens; Tusch, Markus; Meißl, Gertraud; Kringer, Korbinian; Wiegand, Christoph

Abstract

Among all soil-forming factors topography plays a prominent role. Especially in mountainous regions dramatic differences in altitude trigger a multitude of morphodynamic processes which affect soil formation. But neither should indirect topographic effects be ignored. Micro-climatic conditions, the water balance and land use are also significantly codetermined by altitude, aspect and inclination thus verifiably influencing weathering, decomposition and other soil-forming processes.The present paper presents approaches for utilising topographic data to derive soil information and illustrates the potential of new, highly accurate digital terrain models based on LiDAR-data. In addition the most important sources of secondary information regarding soil formation are specified. Morphometric analyses which allow conclusions about water balance and potential morphodynamics are mentioned as well as data on vegetation, land use and quaternary unconsolidated sediments. Most Alpine soils have developed from unconsolidated parent material of various origin and structure. However, in geological maps such units are often only insufficiently differentiated for pedologic, ecologic and hydrologic questions.The effects of topography on the spatial distribution of soils are exemplified for three different topographic units: valley floors, mean-elevation areas and high-elevation areas above the timberline. In each topographic unit topography has a different significance as a soil-forming factor and different relevant interdependencies with other factors. On valley floors, soil formation is dominated by fluvial processes and the water balance in general. In mean-elevation areas, morphodynamic processes during the late-glacial and holocene periods as well as historic land use are most relevant while in regions above the timberline the small-scale variations of micro-climate and vegetation have considerable effects on soil formation.Based on these findings a set of rules could be compiled to reasonably predict the distribution of soils from secondary data sources. Such approaches of "digital soil mapping" are especially valuable in the Alpine region as information on soils is scarce and will become more and more important. Hence, the Protocol on Soil Conservation of the Alpine Convention demands research and monitoring of soils.

Kurzfassung

Unter den bodenbildenden Faktoren kommt dem Relief eine dominierende Rolle zu. Dies zeigt sich insbesondere in Gebirgsräumen, wo die hohe Reliefenergie eine Vielzahl morphodynamischer Prozesse auslöst, die entscheidenden Einfluss auf die Bodenbildung haben. Auch die indirekten Wirkungen des Reliefs dürfen nicht vernachlässigt werden. So werden beispielsweise durch Höhenlage, Exposition und Neigung das Mikroklima und der lokale Wasserhaushalt, nicht zuletzt aber auch die Landnutzung mit bestimmt, was wiederum Verwitterung, Stoffverlagerung und Humusbildung der Böden maßgeblich beeinflusst.Die vorliegenden Ausführungen zeigen, wie Reliefinformationen für die Ableitung von Bodendaten nutzbar gemacht werden können und welches Potential die seit kurzer Zeit zur Verfügung stehenden, hochauflösenden Geländemodelle, basierend auf LiDAR-Daten, dafür bieten. Zudem werden die wichtigsten Zusatzinformationen in Hinblick auf die Bodenbildung herausgearbeitet. Neben den morphometrischen Analysen, welche auch Aussagen zum Wasserhaushalt und zur potentiellen Morphodynamik ermöglichen, betrifft dies die Vegetation und die Landnutzung sowie differenzierte Informationen über die quartären Lockergesteine. Die weitaus meisten Böden der Alpen haben sich auf Lockermaterial unterschiedlicher Genese und Struktur entwickelt, welches in den geologischen Karten meist jedoch nur unzureichend differenziert ist.An konkreten Beispielen wird der Einfluss des Reliefs auf die räumliche Verteilung der Böden für drei Reliefbereiche - die Tallagen, die mittleren Höhenlagen und die Hochlagen oberhalb der Waldgrenze - auf der Grundlage umfangreicher Geländebefunde aus den Ostalpen erläutert. Dabei zeigtsich nicht nur, dass dem Relief als steuerndem Faktor eine unterschiedlich große Bedeutung in den betrachteten Landschaftseinheiten zukommt, sondern auch, welche zusätzlichen Faktoren für die Bodenentwicklung am relevantesten sind: Für die Tallagen sind dies vor allem die fluviale Dynamik und der Wasserhaushalt, für die mittleren Lagen die spätglaziale und holozäne Morphodynamik sowie die Landnutzungsgeschichte und für die Lagen oberhalb der Waldgrenze die kleinräumig wechselnden Verhält-nisse von Mikroklima und Vegetation.Auf dieser Grundlage aufbauend kann eine Regelbasis entwickelt werden, die plausible, rechnergestützte Ableitungen von Bodeneigenschaften aus Sekundärinformationen ermöglicht. Derartige Ansätze des ,,Digital Soil Mapping sind gerade für die Alpen zu begrüßen, da Bodeninformationen hier nur sehr begrenzt vorliegen, für unterschiedliche ökologische Fragestellungen aber immer wichtiger werden. Dementsprechend ist die systematische Erhebung von Bodendaten auch in Artikel 19 des Bodenschutzprotokolls der Alpenkonvention gefordert.

Keywords

alpssoil informationsoil forming factorsunconsolidated sedimentsdigital soil mappingdigital terrain model