Bodenkunde
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Lernkarten
Wie groß ist die spezifische Oberfläche von Kaolinit und Smectit?
Kaolinit 1 - 40 m²/g
Smectite 600 - 800 m²/g
Beschreiben Sie mit Stichworten die Bedeutung pedogenerOxide für Böden!
•Art und Verteilung sind Indikatoren der Bodenentwicklung
– Bodenfarbe als diagnostisches Merkmal
– Bodennamen in der deutschen Systematik
•Schlecht kristallin („amorph―) – gut kristallin
•Hohe Oberflächenaktivität ⇨ Umhüllung, Bindemittel, Konkretionen, Einzelminerale
•Austauscher- und Pufferfunktion
•Festlegung von Schwermetallen wie Cd, Pb, Cu, Zn
Welche Oxide und Hydroxide des Eisens, Aluminiums und Mangans kennen Sie (Name, chemische Formel)?
• Eisen
–Ferrihydrit Fe(OH)(3) oder 5 Fe(2)O3 ·9 H2O
–Goethit α-FeOOH
–Lepidokrokit γ-FeOOH
–Hämatit α- Fe2O3
–Magnetit Fe3O4
• Mangan
– Pyrolysit MnO2
• Aluminium
–Gibbsit γ-Al(OH)3
–Böhmit γ-AlOOH
Warum bildet sich unter unseren Klimabedingungen eher Goethit als Hämatit? Woraus bildet sich Hämatit? Was unterscheidet Ferrihydritvon Goethit?
Da es für die Bildung von Hämatit eine hohe Bodentemperatur in Kombination mit hoher Trockenheit bedarf, was unter unseren Klimabed. nicht gegeben ist.
Ferrihydrit
• Bildung
–bei relativ schneller Hydrolyse oder
–wenn Kristallisation von Goethit gestört wird
–„junges― Fe-Oxid
• Schlecht kristallisiert, „amorph―
Goethit
•Name nach J.W. von Goethe (1749-1832)
•Bildung bei niedriger Fe(III)-Ionen-Konzentration Fe3+ + 2 H2O → FeOOH + 3 H+
•nadelförmige Kristalle
•weitverbreitet in europäischen Böden, generell in Böden gemäßigter bis humider
Klimabereiche
Hämatit
•Griech. haima = Blut
•Bildung aus Ferrihydrit
– hohe Bodentemperatur
– hohe Wasserspannung
•sechseckige Kristalle
•vorwiegend in ariden, tropischen und subtropischen Klimabereichen (zusammen mit
Goethit)
Was ist der Unterschied zwischen Körnung, Textur und Bodenart?
Körnung: Größe von einzelnen Partikeln; Zu Korngemischen zählen alle Arten von Schüttgütern wie etwa Sand und Kies
Textur: Darstellung der Anordnung und Verteilung von Gefügen im Raum ist ein Element der Gesteinsbeschreibung.
Bodenart: beschreibt die Zusammensetzung des Bodens bezüglich der Hauptbodenarten, welche ihrerseits auf der Korngrößenzusammensetzung der mineralischen Bodensubstanz beruhen.
Wie ist Bodenskelett (Feinerde) definiert?
Bodenskelett: wird der Anteil des Gesamtbodens bezeichnet, dessen Partikel einen Äquivalentdurchmesser von mehr als 2 mm aufweisen
Feinerde: den Anteil des Gesamtbodens, dessen Bodenpartikel eine Korngröße kleiner als 2 mm aufweisen. Dazu gehören Sand, Schluff (oder Silt), Ton und Lehm. Der Feinboden dient zur Bestimmung der Bodenart
Führen Sie tabellarisch die Kornfraktionen des Feinbodens und deren Äquivalentdurchmesser auf
(Haupt-und Subfraktionen)!
a
Definieren Sie den Begriff „Bodenart―! Welche Bodenart ist für Lößböden typisch?
Die Bodenart beschreibt die Zusammensetzung des Bodens bezüglich der Hauptbodenarten, welche ihrerseits auf der Korngrößenzusammensetzung der mineralischen Bodensubstanz beruhen. Ohne weitere Angaben bezieht sich die Bodenartenangabe auf die Feinbodenart mit einem Äquivalentdurchmesser der Körner von kleiner zwei Millimeter. Der Grobboden, oftmals als Bodenskelett bezeichnet, das heißt alle Mineral- oder Gesteinsbruchstücke mit einem Durchmesser über zwei Millimeter, wird nicht berücksichtigt. Dessen Anteil wird nur als Zusatzinformation angegeben.
Schluffige Böden
Warum arbeitet man bei der Korngrößenanalyse mit dem „Äquivalentdurchmesser―?
Äquivalentdurchmesser: entspricht dem Durchmesser einer Kugel, die in Wasser genau so schnell absinkt wie ein entsprechendes nichtkugelförmiges Teilchen
. Mit abnehmender Korngröße ändert sich der Mineralbestand in Böden. Nennen Sie die durchschnittlichen prozentualen Anteile der wichtigsten Minerale in der
Sand-und in der Tonfraktion von Böden!
Sandfraktion: 63 – 2000 μm
ca. 80% Quarz; 15% Feldspäte; 5 % Glimmer u.a.
Tonfraktion: < 2 μm
ca. 70 % Tonminerale; 10 % Glimmer; 10 % Quarz u. Feldspäte; 10 % Sonstige
Welche Korngrößen werden üblicherweise mittels Siebung und welche mittels Sedimentation quantifiziert?
•Abtrennen der Sandfraktionen mittels nasser Siebung
•Bestimmung der Ton- und Schluffgehalte mittels Sedimentation
Nennen Sie die wichtigsten Kriterien, um bei der „Fingerprobe― Sand, Schluff und Ton zu erkennen!
Voraussetzung:
• feuchter Boden; Aggregate durch Kneten homogenisieren
Kriterien:
•Plastizität • Rollfähigkeit
•Schmierfähigkeit • Rauhigkeit der Scherfläche
Beispiele:
•Sand: nicht formbar, Körner fühl- und sichtbar
•Schluff: wenig formbar, mehlig, rauhe Scherflächen, wird staubig
•Ton: gut formbar, bindig, glatte und glänzende Scherflächen, plastisch
•„Lehm“: formbar, bleistiftdick rollbar
Zeichnen Sie
Korngrößen-Summenkurven für sandige, schluffige und tonige Böden!
krve
. Kennzeichnen Sie in Stichworten den
Wasser-, Luft-und Nährstoffhaushalt von Böden mit hohen Sandgehalten (bzw. Schluff-/Tongehalten)!
hohe Sandgehalte: geringe Nährstoffspeicherung, geringe Wasserspeicherung und für Pflanzen verfügbares Wasser, aber gute Bodendurchlüftung
hohe Schluffgehalte: mittlere Nährstoffspeicherung, mittlere Wasserspeicherung und gute bis mittlere Wassernachlieferung, geringe bis fast mittlere Bodendurchlüftung
hohe Tongehalte: gute Nährstoffspeicherung, gute Wasserspeicherung und geringe Wassernachlieferung, geringe Durchlüftung
Skizzieren Sie den Einfluss der Körnung auf Bodeneigenschaften und Ertragsfähigkeit!
Je größer die Körnung, desto niedriger die Nährstoff- und Wasserspeicherung, ebenso die Bodenbearbeitung. Bei großer Körnung ist die Durchlüftung gut. Die Wassernachlieferung und die natürliche Ertragssteigerung sind bei großer und bei sehr kleiner Körnung schlecht, eine mittlere Körnung ist ideal.
Welche Rolle spielt die Körnung bei der Bodenschätzung?
Bedeutung für: • Wasserspeicherung
•Wasserdurchlässigkeit
•Filterfunktion
•Durchlüftung
•Erwärmung im Frühjahr
•Durchwurzelbarkeit
•Nährstoffreserven
•Nährstoffspeicherung/-auswaschung
•Erosionsgefahr
Körung Bodenart wird im Ackerschätzungsrahem (Bodenschätung) zur Bestimmung der Bodenpunkte benötigt
Definieren Sie den Begriff „organische Substanz― (im Boden)! Aus welchen zwei Hauptkomponenten besteht die organische Substanz des Bodens?
Organische Substanz: Alle in und auf dem Boden befindlichen abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Stoffe und deren Umwandlungsprodukte.
1.Streustoffe = Nichthuminstoffe
2.Huminstoffe
Streustoffe + Huminstoffe = Humus
Definieren Sie die Begriffe Zersetzung, Fäulnis, Humifizierung und Mineralisierung!
Abbau der organischen Substanzen
·aerob → Zersetzung
·anaerob → Fäulnis
•Humifizierung → Umwandlung der organischen Substanzen in Huminstoffe
•Mineralisierung → Vollständiger mikrobieller Abbau der organischen Substanz zu
anorganischen Stoffen (CO2, H2O) unter Freisetzung der Nährelemente (z.B. N, P, K, Ca, Mg, Fe, S)
Was ist das Edaphon?
Gesamtheit der lebenden Organismen
Edaphon: griech. Erdboden, Bodenflora, Bodenfauna
Wie kommt man vom
Corg-Gehalt zum Humusgehalt?
Corg 2 = Humus?!
Weil: C-Gehalt der organischen Substanz von Böden im Mittel ca. 50 % Oder: Corg 1,72 (Cross Compliance ...)
Nennen Sie typische Humusgehalte der
A-Horizonte von Ackerböden in unseren Breiten (oder von Waldböden, oder von Dauergrünland)!
A-Horizonte von Acker- und Waldböden 1,5 – 5 %
A-Horizonte von Dauergrünland bis 15 %
. Aus welchen Quellen stammen die Streustoffe im Boden? In welchen Mengen fallen sie jährlich an bei
Acker-, Grünland-und Waldnutzung?
Quellen
·Vegetationsrückstände (oberirdische Teile, Wurzeln)
·Edaphonrückstände
·Gülle, Stallmist, Jauche, Kompost, Klärschlamm, etc.
• Menge
·sehr variabel, je nach Art der Pflanzen und Produktivität der Böden
·jährlicher Anfall an organischer Substanz als oberirdische Streu
(Trockenmasse):
Wald > Grünland > Acker
20–45 dt/ha 10–30 dt/ha 3–20 dt/ha
Welche Kohlenhydrate sind neben Cellulose bei den Streustoffen mengenmäßig von Bedeutung?
• Zellwandbestandteile
· Kohlenhydrate wie Cellulose, Hemicellulose, Pektin, Lignin ergeben Hauptanteil der org. Substanz: 50–80 %
Streustoffe liefern verschiedene Ausgangssubstanzen (Zucker etc.). Nennen Sie wichtige Stoffe und die Reihenfolge ihrer Zersetzbarkeit!
Kohlenhydrate wie Zucker, Stärke
· N-haltige Verbindungen wie Proteine, Proteide, Nucleinsäuren Anteil an der org. Subst.: 2 – 30 %
• Ausserdem: Fette, Wachse, Harze, Gerb- und Farbstoffe; Anteil i.d.R. < 10 %
In welche drei Teilphasen gliedert sich die Zersetzung und Mineralisierung der Streustoffe?
1.Biochemische Initialphase
2.Mechanische Zerkleinerung
3.Mikrobieller Ab- und Umbau
Welche Teilprozesse kennzeichnen die biochemische Initialphase? Wer leistet die Arbeit in der zweiten und dritten Phase?
1. Biochemische Initialphase
beginnt kurz vor oder nach Absterben des Organismus Hydrolyse- und Oxidationsprozesse
Zerlegen hochpolymerer Verbindungen in Einzelbausteine
2. Phase der mechanischen Zerkleinerung
durch Makro- und Mesofauna
Zerstören, Zerbeißen, Zernagen, Darmpassage
3. Phase des mikrobiellen Abbaus
durch Bodenflora und Mikrofauna
Zerlegen der organischen Verbindungen in Grundbausteine
Nennen Sie Beispiele für Pflanzen mit niedriger, mittlerer und hoher Zersetzbarkeit der Streureste! Welche
C/N-Verhältnisse sindtypisch für Holz, Stroh und Gras bzw. Kräuter? Welche C/N-Verhältnisse sind günstig für einen Abbau, welche hemmen eher den Abbau?
hoch: Zucker, Stärke, Proteine > Proteide mittel: > Pektine, Hemicellulose > Cellulose gering: > Lignin, Wachse, Harze, Gerbstoffe
daraus folgt für die Zersetzbarkeit von Streuresten: hoch: Leguminosen > Gräser, Kräuter
mittel: > Laubsträucher (Laubbäume)
gering: > Nadelbäume, Zwergsträucher, Heide, Stroh, Holz
Maß für die Zersetzbarkeit:
Verhältnis von Lignin/Protein oder von C/N
Holz 100–400
Nadeln 40-80
Blätter (Bäume) 30-50
Stroh 50–100
Gras, Kräuter 10-40
Welche Fruchtarten sind humuszehrend (wg. geringer Biomasse und raschem Abbau), welche sind humusmehrend (wegen mittlerer Biomassebildung bei weitem
C/N-Verhältnis oder wegen hoher Biomassebildung trotz eines engen C/N-Verhältnisses)?
•Humuszehrend: Kartoffel, Zuckerrübe
•Humusmehrend: Weidelgras, Luzerne, Rotklee
Welche
Huminstoff—Fraktionen kennen Sie? Beschreiben Sie qualitativ deren Zusammensetzung und Eigenschaften!
•Fulvosäuren: o Wasserlöslich
o Gelb – gelbbraun o Polysaccharide
•Huminsäuren, laugelöslich, säurefällbar o Braun – grauschwarz
o C-subst. Aromaten, Alkyl-C
•Humine: unlöslich, z. T. von Tonmineralen und Fe- und Al-Oxiden festgelegt o Streureste, organisch-mineralische Komplexe
o Rest unbekannt
Welche terrestrischen Humusformen kennen Sie? Welche Lagen werden dabei differenziert?
→ Humusformen terrestrischer Böden nach Humuslagen
unterschiedlicher Zusammensetzung: Mull Moder Rohhumus
Lagen:
L von engl.: Litter; Streu, weitgehend unzersetztes Ausgangsmaterial
O Organischer Horizont
Of fermentiert, teilweise zersetzt
Oh humifiziert, weitgehend zersetzt
Ah mineralischer Oberboden mit humifizierter org. Substanz
Nennen Sie Humusformen hydromorpher Böden
Anmoor, Torf
Welche Parameter steuern (allgemein) den Humusgehalt von Böden?
Gehalt der Böden an organischer Substanz hängt ab von
•Produktion und Abbau der organischen Substanz
•Temperatur: stärkster Abbau bei 20 – 30o C
•Sauerstoff und Wassergehalt:
geringer Abbau bei schlechter Durchlüftung und hohem Wassergehalt
• Nährstoffgehalt, Bodenreaktion:
stärkster Abbau bei hohem pH u. Nährstoffreichtum
.Welche Faktoren beeinflussen speziell den Humusgehalt von Ackerböden?
Standortfaktoren:
Bodenart, Klima (KWB, Nd), Grund- bzw. Stauwasser
Nutzungsbedingungen:
Düngung (Menge, Art), Viehbesatz, Fruchtfolge, Bodenbearbeitung
Was hat dazu beigetragen, dass sich der Humusgehalt der Ackerböden in NRW in den vergangenen 30 Jahren deutlich auf und ab bewegt hat?
Es wurde Grünland zum Ackerbau umgebrochen hohe Humusgehalte zu Beginn. Durch eine Intensivierung des Ackerbaus/Bodenbearbeitung findet in den folge Jahren dann ein Humusabbau statt. Eine Ackerkurmenvertiefung bewirkt ebenfalls in den ersten Jahren einen Humusanstieg im Oberboden.
. Inwiefern nehmen das
Bundes-Bodenschutzgesetz und EU-Verordnungen („cross compliance―) Einfluss auf die Humuspflege von Böden?
BBodSchG
§ 17 Gute fachliche Praxis in der Landwirtschaft
(2) Grundsätze der guten fachlichen Praxis der landwirtschaftlichen Bodennutzung sind die nachhaltige Sicherung der Bodenfruchtbarkeit und Leistungsfähigkeit des Bodens als natürlicher Ressource. Zu den Grundsätzen der guten fachlichen Praxis gehört insbesondere, dass ...
7. der standorttypische Humusgehalt des Bodens, insbesondere durch eine ausreichende Zufuhr an organischer Substanz oder durch Reduzierung der Bearbeitungsintensität erhalten wird.
Cross compliance
§3 Erhalt der organischen Substanz im Boden und Schutz der Bodenstruktur
1.Anbauverhältnis auf Ackerflächen aus mindestens 3 Kulturen mit jeweils mindestens 15 % Anteil an der Ackerfläche
2.Grenzwert für die Humusbilanz
Der Humusbilanzsaldo soll im Bereich zwischen -75 kg C/ha/a und +125 kg C/ha/a liegen und darf den Wert von -75 kg C/ha/a im dreijährigen Durchschnitt nicht unterschreiten.
3. Grenzwerte für den Erhalt der organischen Substanz im Boden bei der Bodenuntersuchung: Ton < 17 %: Humusgehalt > 1 Prozent (0,58 % Corg)
Ton > 17 %: Humusgehalt > 1,5 Prozent (0,87 % Corg)
Nennen Sie wichtige Funktionen von Bodenflora und Bodenfauna!
Bodenflora vor allem von Bedeutung für Verwesung und Mineralisierung CO2–Produktion Nährstofffreisetzung /-festlegung Humifizierung Gefügebildung (u.a. Ton-Humus-Komplexe)
Bodenfauna (Bodentiere) vor allem von Bedeutung für Zerkleinerung der org. Ausgangssubstanzen Primärzersetzung Bodenlockerung, Porenbildung Durchmischung (Bioturbation) Gefügebildung (u.a. Ton-Humus-Kompl.) Bildung der Humusformen
Wie lautet die „alte―, konventionelle Einteilung der Bodenflora?
Bakterien Strahlenpilze Pilze
Algen
( - unterirdische Pflanzenorgane)
Was ist der Unterschied zwischen Pro-und Eukaryonten?
Eukaryonte: besitzen einen echten, durch eine Doppelmembran vom umgebenden Zytoplasma abgegrenzten Zellkern, in dem sich die DANN in Chromosomen organisiert befindet
Prokaryonten: haben keinen echten Zellkern, die DANN befindet sich in frei im Zytoplasma
Wie wird die Bodenflora nach der Art des C-Erwerbs und der Art der Energiegewinnung differenziert? Wie ist die entsprechende Differenzierung nach dem Verhalten gegenüber Sauerstoff?
C-heterotrophe Mikroorganismen:
•C aus organischen Stoffen, Abbau von org. Substanz
Org. Substanz + O2 → CO2 + H2O + Energie
→ Pilze, Strahlenpilze → fast alle Bakterien
C-autotrophe Mikroorganismen:
•CO2 als C-Quelle, Photosynthese
CO2+ H2O + Licht → org. Substanz + O2
→Grünalgen, Blaualgen
→wenige Bakterien aerobe Mikroorganismen
benötigen O2 zum Abbau von organischer Substanz, sind C-heterotroph
→ Pilze, Strahlenpilze, viele Bakterien
benötigen O2 zur Oxidation reduzierter Substanzen wie CH2 , H2S, NH2+,Fe2+ u.a.
Nitrifizierung: NH4+ → NO2-→ NO3-
→ chemolithotrophe Bakterien fakultativ anaerobe Mikroorganismen
erzeugen in einem O2-armen bis O2-freiem Milieu Gärungsprozesse,
Entstehung von organischen Säuren (Citronensäure, Milchsäure, u.a.)
→ viele Bakterien und Pilze (Hefe!) obligat anaerobe Mikroorganismen
verwenden O2 aus oxidierten organischen und anorganischen
Verbindungen, die reduziert werden: NO3- → NH4+, SO42- → H2S, CO2 → CH4 u.a. Denitrifizierung: 2 NO3- → N2
Nach welchen morphologischen Kriterien lassen sich Bakterien unterscheiden? Nennen Sie häufige Bakteriengattungen,
N2-bindende Gattungen und nitrifizierende Gattungen! Bei welchen Bodenbedingungen gedeihen Bakterien am besten?
Bakterien: 0,5 - 3 μm Ø
nach morphologischen Kriterien:
Kokken: kugelförmig Stäbchen:stäbchenförmig Spirillen: schraubenförmig häufigste Bakteriengattungen:
Pseudomonas, Arthrobacter, Clostridium, Achromobacter, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium
N2-bindende Gattungen:
Azotobacter, Beijerinckia, Clostridium, Rhizobium nitrifizierende Gattungen:
Nitrosomonas, Nitrobacter
optimales Wachstum bei:
pH 5,5 – 7,5 ; 10° - 35° C ausreichend Luft und Wasser ausreichend Nährstoffe
Anwesenheit leicht abbaubarer org. Subst.
