Bodenkunde
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Beschreiben Sie die Bedeutung von Bodenmikroorganismen für den
N-Kreislauf! Definieren Sie folgende Begriffe: N-Immobilisierung, Ammoniumfixierung, Denitrifizierung, Ammonifizierung!
Bakterien von besonderer Bedeutung für Stickstoffkreislauf:
Norg-Boden
N2-Luft → Norg-Bakterien →NH4+-Boden →Norg-Pflanzen
NO3-Boden
Der Stickstoff aus der Luft kann nur von speziellen Bakterien, insbesondere Cyanobakterien, Knöllchenbakterien und – durch Symbiose mit derartigen Bakterien an bzw in ihren Wurzeln
– auch einige wenige Pflanzen aufgenommen werden
N-Immobilisierung (N-Sperre):
N-Einbau in die Körpersubstanz von MO
Ammonifikation ist ein Teilprozess des Stickstoffkreislaufs und des Abbaus organischer stoffe in Ökosystemen.
Hierbei wird der Stickstoff aus Stickstoffhaltigen organischen Stoffen durch microbielle Prozesse in Form von Ammoniak (NH3) freigesetzt
Unter Denitrifikation versteht man die Umwandlung des im Nitrat (NO3-) gebundenen Stickstoffs zu molekularem Stickstoff (N2) durch Bakterien, die danach als Denitrifizierer bezeichnet werden.
Die Ammoniumfixierung (NH4+) im Boden ist ein physikalischer Prozess, der im Wesentlichen von der Art und Menge der im Boden vorhandenen Tonminerale abhängt. Tonminerale sind negativ geladen und können somit positiv geladene Teilchen binden (zb. Kalium [K+] oder Ammonium [NH4+])
Vergleichen Sie die Standortansprüche von Bakterien und Pilzen!
Bakterien
PH 5,5 – 7,5 ; 10° - 35°C
Ausreichend Luft + Wasser + Nährstoffe
Anwesenheit leich abbaubarer org. Substanzen
Pilze
Weniger empfindlich als Bakterien
Nützliche Pilze (Symbionten etc.)
Schädliche Pilze (Krankheitserreger)
In sauren nährstoffarmen Böden vorherrschend, zb. saure Waldböden
Welche Vertreter der Bodenflora machen den typischen Bodengeruch aus?
Actinomyceten (Strahlenpilze, Prokaryonten)
In welcher Zahl und Menge treten Pilze bzw. Bakterien in Böden auf? Inwiefern unterscheiden sich die Standortansprüche von Pilzen und Bakterien?
tab
Nennen Sie typische Vertreter der
Mikro-, Meso-, Makro-und Megafauna!
Microfauna (0,0002-0,2mm) : amöbe, Flagellate, Schal-Amöbe, Ciliate, Fadenwurm (Nemathode)
Mesofauna (0,2-2mm) : Bärtierchen, Hornmilbe, Springschwanz (Collembole),
Rädertierchen
Macrofauna (2-20mm) : Käferlarve, Doppelfüßer, Zweiflüglerlarve, Hundertfüßler,
Enchyträide, Assel
Megafauna (>20mm) : gemeiner Regenwurm
Wie werden diese Gruppen differenziert? (fauna)
Microfauna: Größe: 0,002 – 0,2 mm, dominiert zahlenmäßig; 108 Individuen pro m²
Mesofauna: Größe: 0,2 – 2 mm, 104 – 105 Individuen pro m2
Macrofauna: Größe: 2 – 20 mm, 101 – 104 Individuen pro m2
Megafauna: Größe 20 – 200 mm
Zählen Nematoden sinnvollerweise zur
Mikro-oder Mesofauna? Warum?
Mikrofauna ihr Durchmesser ist <0,2mm
Welche wichtigen Funktionen haben die Vertreter der Bodenfauna?
Microfauna: leben in wassergefüllten Bodenporen, ernähren sich z.T. von Bakterien und Pilzen, z.T. von DOC und Detritus
Mesofauna: Parasiten auf pflanzlichen und tierischen Organismen; Verwerter abgestorbener organischer Substanz; Lebensraum häufig Moder- und Rohhumusauflagen (lufterfüllte Hohlräume)
Macrofauna: verwerten lebende und abgestorbene organische Substanz schaffen Wohnhöhlen selbst; Streuauflage – Tiefgräber
Megafauna: Regenwürmer – besonders endogäische und anözische – mischen, wühlen, fressen organisches und anorganisches Material, bilden Schleimstoffe, Ton-Humus- Komplexe, bilden Krümelgefüge (Lebendverbau), Humusform Mull; Wohnröhren bilden Wasserleitbahnen
Ist eine Einteilung der Bodenfauna nach ihrer Größe sinnvoll?
ja, kann aber auch nach Art der tierischen Lebensform eingeteilt werden
(auto-, hetero-, chemotroph)
Welche besondere Bedeutung haben Regenwürmer (oder: Wirbeltiere) für die Bodenfruchtbarkeit?
mischen, wühlen, fressen organisches und anorganisches Material, bilden Schleimstoffe, Ton-Humus-Komplexe,
bilden Krümelgefüge (Lebendverbau), Humusform Mull; Wohnröhren bilden Wasserleitbahnen
Welche Lebensformen von Regenwürmern kennen Sie?
Streubewohner (epigäisch)
Mineralbodenbewohner (endogäisch)
Tiefengräber (anözisch)
Welche Standortansprüche haben Regenwürmer?
Ansprüche endogäischer und anözischer Lebensformen:
•pH (CaCl2) > 4,5
•ausreichend Ca2+
•Konsequenz:
-Lumbriciden in sauren Waldböden kaum noch vorhanden --> Auflagehumus (Dendrobaena, L. rubellus)
• Zahl & Masse:
häufig 20 – 80 m-2, max. 800 m-2
im Mittel 400 kg ha-1, max. 5000 kg ha-1
Was bedeutet die Transformatorfunktion von Böden? Welche Bedeutung haben dabei Bodenflora und
–fauna?
Kleinstlebewesen bauen pflanzliche und tierische Reste ab und überführen di edarin enthaltenen Nährstoffe in eine pflanzenverfügbare Form.
Sie können außerdem eine Reihe von Schadstoffen zu unschädlichen Verbindungen abbauen.
Inwiefern sind Böden ein Regulativ für des Wasserkreislauf? Welche besonderen Wirkungen haben hierbei Bodenverdichtungen und eine Bodenversiegelung?
efährdung durch Bodenverdichtung: Durch Sauerstoffmangel nimmt die biologische Aktivität im Boden stark ab. Nährstoffe werden dadurch schlechter fixiert oder nicht mehr pflanzenverfügbar umgesetzt. Es kommt zu Nährstoffauswaschung und damit zur Schädigung von Grund- und Oberflächengewässern|.
Sauerstoffmangel führt zu Denitrifikation und Fäulnis. Ausgasung von Stickstoff und Fäulnisgasen trägt zur Luftverschlechterung bei.
Verringerte Wasserleitfähigkeit des Bodens erhöht den Oberflächenabfluss (Erosionsgefahr) und vermindert die Grundwasserneubildung
Beschreiben Sie mögliche Konfliktfelder zwischen Bodennutzung und Wasserschutz!
Welchen Einfluss hat die Art der Bodennutzung auf die Grundwasserneubildung?
Düngung der Böden (Nitrat, Gülle, Pflanzenschutzmittel) gelangt auch ins Wasser
Wo kein Wasser versickern kann, fließt es oberirdisch ab und kann so nicht zu Grundwasserneubildung genutzt werden
Welche positiven und negativen Wirkungen hat Wasser auf den Boden?
•Wasserversorgung der Pflanzen
•Transportmedium der Nährstoffe zur Pflanzenwurzel
•prägt die Standorteigenschaften der Böden
•Voraussetzung für Bodenentwicklung → Verwitterung, Humusbildung, Salz- und Carbonatauswaschung, Tonverlagerung u.a.
•Voraussetzung für Grundwasserbildung
•Ursache für Erosion
•Ursache für O2-Mangel (bei Stauwasser etc.)
nter welchen Bedingungen bilden sich Oberflächenabfluss und Hangzugwasser?
Bei hohen Niederschlägen und geringer Infiltration in den Boden entsteht →
Oberflächenwasser
•Bei Hangneigung bilden sich → Oberflächenabfluss
→ Hangzugwasser
•Je größer Hangneigung, umso größer Oberflächenabfluss → Bodenerosion durch Wasser
Was ist der Unterschied zwischen
Adsorptions-und Kapillarwasser? Welche Formen des Bodenwassers werden unterschieden nach (a) der Art der Wasserbewegung und (b) der Art der Wassserbindung? Definieren Sie die Begriffe Adsorptionswasser, hygroskopisches W., Kapillarw., Feldkapazität!
a)Nach Art der Wasserbewegung
* Sickerwasser perkolierendes Wasser
* Kapillarhubwasser ascendierendes Wasser * Stauwasser stagnierendes Wasser
* Hanzugwasser
Oberflächenabfluss - Zwischenabfluss (Interflow) - Tiefenabfluss * Grundwasser phreatisch, artesisch ( gespanntes Grundwasser oben
und unten von undurchlässiger Schicht begrenzt
b)Nach Art der Wasserbindung
* Haftwasser = Bodenfeuchte
Adsorptionswasser
Kapillarwasser
• Sickerwasser ( Perkolationswasser)
Grundwasser
Stauwasser
Hangzugwasser
Gegen die Schwerkraft im Boden gehaltenes Wasser:
Haftwasser(Bodenfeuchte) :
Adsorptionswasser (an Oberflächen von Bo.partik.)
Kapillarwasser (in Kapillaren < 10μm)
Wenn ein Boden mehr Wasser enthält als gegen die Schwerkraft gehalten werden kann
Sickerwasser (Perkolationswasser): Grundwasser Stauwasser Hangzugwasser
Adsorptionswasser:
• Durch Adsorptionskräfte und osmotische Kräfte gebundenes Wasser, keine
Meniskenbildung
Hygroskopisches Wasser:
• Auch an der Luft getrockneter Boden enthält Adsorptionswasser. Bodenmaterial ist hygroskopisch und zieht – in Abh. vom Wasserdampfdruck - Wasserdampf an.
Kapillarwasser:
• Zunehmende Befeuchtung → zunehmende Dicke des Adsorptionswassers → Adhäsion an
Festkörpergrenzflächen und Kohäsion zwischen H2O-Molekülen führt zur Meniskenbildung in Poren
Feldkapazität:
Maximale Haftwassermenge (nach Abzug des Sickerwassers) ergibt => Feld-Wasserkapazität = Feldkapazität = FK
(gemessen in ml H2O pro 100 ml Bodenvolumen)
Matthias Pflipsen
Haftwasser = Adsorptionswasser + Kapillarwasser
. Beschreiben Sie die Beziehungen zwischen Haftwassermenge und Porendurchmesser!
Wasser wird gegen die Schwerkraft im Boden gebunden bei Porendurchmesser < 10μm = <
0,01 mm
Adsorptionswasser plus Kapillarwasser in Poren < 10μm Ø ergibt Haftwassermenge → wichtiger ökologischer Kennwert für Wasserversorgung der Pflanzen
Maximale Haftwassermenge (nach Abzug des Sickerwassers) Ergibt → Feld-Wasserkapazität = Feldkapazität : FK
Nennen Sie Richtwerte für die Feldkapazität von
Sand-, Lehm-und Tonböden!
Feldkapazität verschiedener Böden i. A. von der Bodenart:
•Sand: ca. 10Vol.-% Wasser
•Lehm: ca. 35 Vol.-% Wasser
•Ton: ca. 45 Vol.-% Wasser
Was ist der
pF-Wert? Welche pF-Werte gelten für Grob-, Mittel-und Feinporen?
Wasserspannung wird traditionell in cm Wassersäule gemessen;
wegen des großen Spannungsbereiches in → log cm WS = pF-Wert p = Potenz, F = freie Energie
Beziehung zwischen Wasserbindung (pF-Wert) und Durchmesser der Poren: je kleiner der Durchmesser, umso stärker die Wasserbindung und damit umso höher der pF-Wert!
Porendurchm.(μm) Wassersäule(cm) pF
Feinporen < 0,2 > 15000 > 4,2
Mittelporen 10–0,2 300–15000 2,5–4,2
Grobporen, enge 50-10 60–300 1,8–2,5
Grobporen, weite > 50 1 – 60 0 – 1,8
Welche Beziehungen bestehen zwischen Körnung und Porung?
Körung: Gibt die Größe der Bodenaggregate an
Porung: Gibt den Größe der Bodenporen an
Was bedeuten LK, PWP, nFKWe? Wie hoch ist typischerweise die nFKWe von Böden unterschiedlicher Körnung?
LK: Luftkapazität pF ≤ 1,8 (2,5)
PWP: permanenter Welkepunkt oft nur WP – Welkepunkt pF = 4,2
nFKWe: nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum
Sandböden: 50 – 70 mm (= 1/m2)
Lehm-, Schluffb.: 150 – 300 mm
Tonböden: 140 – 200 mm
Für Weizenernte benötigt: ca. 440 mm nFKWe: Faustzahl Bodenzahl x 3
Skizzieren Sie
pF-WG-Kurven von Sand-, Schluff-und Tonböden! Seite 6 !
beziehung wassergehalt wasserspannung pF-WG-Kurve
Welche Einzelpotenziale bestimmen das Gesamtpotenzial des Bodenwassers?
•Gravitationspotential
•Matrixpotential •Osmotisches Potential •Auflastpotential •Druckpotential
Ψ = Ψz+ Ψm+ Ψo+ ΨΩ+ Ψp
Wie kann man das Matrixpotenzial des Bodenwassers messen?
a
Wie lautet die
Darcy-Gleichung? Bei welchen Fließgeschwindigkeiten spricht man von einer sehr geringen und sehr hohen Waserdurchlässigkeit? Nennen Sie häufige Werte der gesättigten Wasserleitfähigkeit für Böden unterschiedlicher Körnung!
Niederschläge Füllung aller Poren Wasserbewegung: gesättigte Wasserleitung Wasserdurchlässigkeit
Permeabilität
Maßeinheit: nach Gesetz von Darcy kf – Wert = Leitfähigkeitskoeffizient Dimension: Weg pro Zeit (Geschwindigkeit) cm/sec; cm/Tag
Matthias Pflipsen
Bodenart
Wasserleitfähigkeit cm/Tag
Sandböden
~300 cm/tag – 30000cm/Tag
Schluffböden
~4 cm/Tag – 30000cm/tag
-Lehmböden
1cm/Tag -30000cm/tag
Tonböden
0,03cm/Tag- 30000cm/Tag
Wasserdurchlässigkeit
cm/Tag
sehr gering
< 1
gering
1 –10
mittel
10 –40
hoch
40 –100
sehr hoch
100 –300
extrem hoch
> 300
-Leitfähigkeit ist abhängig von dem Porensystem, dem Gefüge, der Textur und dem Wasserangebot.
-Wasserdurchlässigleit:
-sehr gering: Fließgeschwindigkeit von <1cm/Tag
-sehr hoch: Fließgeschwindigkeit von 100-300 cm/Tag
besser in cm/s rechnen da die angaben pro Tag unrealistisch sind, Geschwindigkeiten gelten nur für kurze Strecken
Welche Konsequenzen hat der Wasserhaushalt von Böden für die Landschaftsplanung?
-Belastung des Grundwasser
-Trinkwassergewinnung
-Wasserschutzgebiete
-Anlegung von Mülldeponien (Wasserleitfähigkeit muss dort möglichst gering sein)
-Bodennutzung als landw. Nutzfläche bzw. Wald
Was kennzeichnet die Wasserbewegung im ungesättigten Zustand?
-Umverteilung des Haftwassers von Bereichen geringerer Wasserspannung (= geringerer Bindung) zu Bereichen höherer Wasserspannung
(=stärkerer Bindung)
-Dadurch Nachlieferung zu Bereichen, in denen Wasser verbraucht wird (Pflanzenwurzel): Grund warum Gley ein rel. Guter Standort ist
Nennen Sie negative Folgen von zu geringen Gehalten an O2(durch
Stau-oder Grundwasser)!
-Schädigung der Wurzeln (bei <10μm Vol-% Luft)
-Erhöhte Dentrifizierung, 2 NO3
-_ N2 ; NO2 (Gas)
-Reduzierende Bedingung; anaerobes Milieu
-Gehemmter Abbau organischer Substanz _ Moorbildung
Welche Poren sind bei FK mit Luft gefüllt? Wie hoch ist die Luftkapazität von
Sand-, Schluff-/Lehm-und Tonböden?
Luftvolumen der Böden:
•entspricht bei FK Anteil der Poren > 10 μm Ø
(=Grobporenanteil), insbesondere Anteil der weiten
Grobporen (> 50 μm Ø)
•ist unter anderem abhängig von der Bodenart
Luftkapazität = PV – FK
Bodenart
LK
Sandböden
~ 30 Vol.-%
Schluff- /Lehmböden
15 – 20 Vol.-%
Tonböden
~ 8 Vol.-%
Wie unterscheiden sich Bodenluft, atmosphärische Luft und Uratmosphäre? Welche Prozesse sind die Ursache für die Unterschiede?
O2
CO2
N2
Bodenluft
< 20
> 0,3
79
atmosph. Luft
21
0,036
79
Uratmosphäre
< 1
> 17
Rest N2 u.a.
Bodenluft: Zusammensetzung
Erhöhte CO2-Gehalte in der Bodenluft durch Bodenatmung (Mikroorganismen, Wurzeln, Bodentiere) und im Vergleich zur Uratmosphäre läuft jetzt die Photosynthese ab, wodurch ein wesentlich höherer O2- Gehalt da ist und CO2 durch Pflanzen verbraucht wird
Uratmosphäre: Es waren
Nennen Sie vier klimarelevante Gase, für die die Böden jeweils eine wesentliche Quelle darstellen!
CO2-Abgabe an die Atmosphäre (50%)
-CH4-Freisetzung (13%)
-N2O-Distickstoffoxidproduktion im Boden (5%)
-NH3-Freisetzung
Welche zwei wesentlichen Formen des Wärmetransportes werden in Böden unterschieden? Wie hoch ist die Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit von Luft, Wasser, Quarz und Humus? Wie hoch ist die Albedo bei (humusarmen) Sandböden, Ackerflächen (Ap), Wald und einer freien Wasserfläche?
Konduktion: wichtigster Transportmechanismus; findet immer statt; besonders in nassen Böden; abhängig vom Wassergehalt
- Konvektion: Wärmetransport durch bewegliche Träger; flüssiges Wasser; Wasserdampf
Wärmekapazität und Leitfähigkeit:
- Luft
geringe Wärmekapazität u. -Leitfähigkeit - Wasser
hohe Wärmekapazität u. -Leitfähigkeit - Quarz
hohe Wärmekapazität u. (Leitfähigkeit ?) - Humus
hohe Wärmekapazität u. (Leitfähigkeit ?)
Wie hoch ist die Albedo:
Albedo: Einstrahlung, die an der Oberfläche reflektiert werden.
-Sandboden: ca. 12-40%
-Ackerfläche: ca. 8-10%
-Wald: ca. 4-16%
-Wasser: ca. 2-10%
Was versteht man unter „Ionenaustausch―? Warum ist er für Böden so wichtig? Wie funktioniert er? Wie wird er gemessen?
Die Fähigkeit von organischer und anorganischer Bodensubstanz Anionen und Kationen zu speichern und abzugeben. Er dient als Nährstoffspeicher und Lieferant. Pflanzen geben H+ und org. Säuren ab und lösen so die Kation aus dem Boden. Er wird mit der Kationenaustauschkapazität in cmol/kg angegeben.
AlO-K+ + H+ AlOH + K+
. Wie viel Phosphor findet sich in Westeuropa pro ha in der pflanzenverfügbaren löslichen Phase (Ackerkrume, 30 cm) und wie hoch ist im Vergleich dazu bei einem Weizenbestand der Bedarf an Phosphor pro Vegetationsperiode und ha?
Es befindet sich 1kgP/ha in lösung. Weizen brauch während seiner Vegetationszeit 50kgP/ha
Welche Bodenbestandteile wirken als Austauscher? Erklären Sie die Begriffe „permanente Ladung― und „variable Ladung―! Welchen Einfluss hat das pH auf die variable Ladung?
Tonminerale und org. Substanz wirken als Austauscher.
Variable Ladung: Wird durch funktionelle Gruppen gebildet, ist PH-Wert abhängig. Die Tonminerale können je nach PH-Wert positiv oder negativ geladen sein. Hohe PH negativ geladen Kationensorption, niedrige PH positiv geladen Anionensroption.
Permanente Ladung: neg. Überschussladung durch isomorphen Ersatz.
. Welche Nährstoffanionen werden spezifisch, welche unspezifisch gebunden? Welche Konsequenzen hat das für den Landwirt und für die Umwelt?
Unspezifisch gebunden = geringe Bindngstärke. NO3- Cl- Spezifisch gebunden = hohe Bindungsstärke: P in H2PO4
Spezifisch gebundene Ionen sind schwerer Verfügbar als unspezifische! Unspezifisch gebundene werden leicht Ausgewaschen
Welche funktionellen Gruppen der organischen Substanz sind bei hohen bzw. niedrigen
pH-Werten für die Ionenbindung verantwortlich?
Säuregruppen COOH COOK wirken als Kationen speicher Aminogruppen als Anionen Speicher NH2 NH3Cl
welcher Dimension wird die KAK angegeben? Wie hoch ist typischerweise die KAK (pot und eff.) in einer Braunerde / Parabraunerde aus Löß (Acker, pH
6-7) und in einem stark versauerten Podsol aus Sand (Wald, pH 3)? Wie ist dabei die prozentuale Verteilung der Ionen am Austauscher? Was bedeutet eine Bodenversauerung für die KAK und für die
ka
