Bodenkunde 2.1 UI13 2. Semester (FS14)
Bodenkunde.1 UI13 ZHAW Wädenswil 2. Semester (FS14) Lernziele Bodenchemie
Bodenkunde.1 UI13 ZHAW Wädenswil 2. Semester (FS14) Lernziele Bodenchemie
Nenne die sechs Makronährstoffe
- N Stickstoff
- P Phosphor
- K Kalium
- Mg Magnesium
- Ca Kalzium
- S Schwefel
Nenne die acht Mikronährstoffe
- Cl Chlor
- B Bor
- Fe Eisen
- Mn Mangan
- Zn Zink
- Cu Kupfer
- Ni Nickel
- Mo Molybdän
Nenne die organischen Grundelemente sowie deren Herkunft aus Sicht der Pflanzen
- C CO2
- O CO2 / O2
- H / H2O
Beschreibe grob die Herkunft der Makro- und Mikroelement aus Sicht der Pflanzen (Nicht im Einzelen).
Hauptsächlich aus dem Boden. Abgesehen von Stickstoff (N), sind sie in unterschiedlicher Konzentration im Ausgangsgestein vorhanden.
Stickstoff gelangt über abgestorbenes organisches Material, durch Stickstoff fixierende Bakterien, über atmosphärische Deposition oder durch Düngung in den Boden. Stickoxide aus der Verbrennung von Brenn- und Treibstoffen und Ammoniak aus der Landwirtschaft intensivieren den Stickstoffkreislauf in der Natur und führen zu eine erhöhten atmosphärischen Nährstoff und Säureeinträgen in die Böden.
Beschreibe die Herkunft von Calcium und Magnesium.
Calcium und Magnesium sind struktureller Bestandteil einiger primärer und sekundärer Silikate sowie die Hauptbestandteile von Carbonaten (Calcit, Dolomit). Ca und Mg werden durch Verwitterung freigesetzt und teilweise an Tonminerale und Huminstoffe austauschbar adsorbiert.
Beschreibe die Herkunft von Kalium.
Kalium ist ein struktureller Bestandteil einiger primärer und sekundärer Silikate (Alkali- feldspäte, Muskovite, Biotite, Illite und andere). K wird durch Verwitterung freigesetzt und teilweise an Tonminerale und Huminstoffe austauschbar adsorbiert. Das so adsor- bierte Kalium ist pflanzenverfügbar.
Beschreibe die Herkunft von Phosphor.
Die meisten Gesteine enthalten wenig P2O5, das vorwiegend in der Form von Apatiten vorliegt. Bei der Verwitterung wird PO43- freigesetzt. PO43- hat eine grosse Affinität zu Fe3+, Al3+ und Ca2+. Deshalb bilden sich in kalkhaltigen Böden Ca- Phosphate und in sauren Böden Fe- und Al-Phosphate. Im Oberboden liegen 25 bis 65 % des gesamten P in organischen Bindungsformen vor.
Im Verlaufe der Bodenentwicklung
verlieren Böden P durch Auswaschung (Abbildung 7-14). Die sehr alten Böden der Tropen und Subtropen weisen deshalb viel geringere P-Gehalte auf als junge Böden.
Die Verfügbarkeit von P ist zudem pH-abhängig. Sie ist am höchsten im mässig sauren Bereich (pH 5.5 – 6).
Bei einer (zu) intensiven landwirtschaftlichen Nutzung oder dem unsachgemässen Einsatz von Gülle können erhebliche Mengen an Phosphat in die Oberflächengewässer gelangen. Phosphor ist in unseren Gewässern oft der limitierende Nährstoff. Der zusätzliche P führt zu einer Eutrophierung der Gewässer, wie dies z.B. beim Sempachersee der Fall war.
Düngung:
• organische Dünger: Gülle, Klärschlamm (in der CH nicht mehr erlaubt) • Ca-Phosphate
• Ammoniumphosphat
Beschreibe die Herkunft von Schwefel.
Schwefel ist in Magmatiten vor allem in der Form von Sulfiden enthalten. Bei der Bodenbildung oxidieren die Sulfide mit der Zeit und S wird als Sulfat (SO42-) freigesetzt. Auch Sedimentgesteine enthalten unterschiedlich viel S als Sulfate oder Sulfide. Eine weitere wichtige Schwefelquelle ist der Eintrag über die Atmosphäre. Die Verbrennung von schwefelhaltiger Kohle hat in vielen Regionen über Jahrzehnte zu hohen SO42- Ein- trägen in die Böden und zu einer beschleunigten Bodenversauerung geführt (H2SO4 im sauren Regen).
Düngung: Ca SO4•2H2O (Gips), K2 SO4, Mg SO4•2H2O (Kieserit), u.a.
Beschreibe die Herkunft von Stickstoff
Als einziges der Hauptnährelemente ist Stickstoff nicht in magmatischen Gesteinen enthalten. Hingegen besteht die Atmosphäre zu 78 % aus N2. Die natürlichen N-Quellen sind daher die biologische N-Fixierung und der Eintrag von Stickoxiden (NOx) aus der Atmosphäre. Bei der Zersetzung von organischem Material wird N in Ammonium (NH4+) überführt.
Stickstoff ist oft der wichtigste ertragsbestimmende Nährstoff in der Landwirtschaft. Eine überhöhte oder unsachgemässe N-Düngung kann jedoch die Qualität der Erzeugnisse beeinträchtigen oder zu grossen N-Verlusten führen und damit durch Einträge in Grund- und Oberflächenwasser Umweltbelastungen verursachen.
Düngung:
• organische Dünger: Mist, Gülle
• anorganische Dünger: NO3-/NH4+-Salz, Harnstoff, Ammoniak
• Gründüngung, d. h. Ansaat N-fixierender Pflanzen wie Klee, Luzerne, ...
Erläutere den Begriff "Kationenaustauschkapazität" und erkläre seine Abhänigkeit vom pH-Wert.
Die Kationenaustauschkapazität (KAK) bezeichnet die Summe der austauschbaren Ka- tionen im Boden. Sie entspricht ungefähr der negativen Oberflächenladung der Boden- bestandteile.
Die KAK ist pH-abhängig. Mit sinkendem pH nimmt die Konzentration an H+ Ionen in der Bodenlösung zu. Dadurch nimmt die negative Oberflächenladung ab, da ein Teil der Oberflächengruppen protoniert, das heisst mit H+ besetzt, wird.
Erkläre den Unterschied zwischen effektiver KAK und potentieller KAK.
Die effektive KAK (KAKeff) bezeichnet die KAK eines Bodens bei seinem aktuellen pH-Wert. Die potentielle KAK (KAKpot) bezeichnet die KAK eines Bodens bei pH 8.2. Beide Werte lassen sich im Labor mittels Extraktionen durch Salzlösungen bestimmen.
Nenne die wichtigsten austauschbaren Kationen und gliedere sie in basische und saure Kationen.
Die wichtigsten austauschbaren basischen Katione im Boden sind Ca2+, Mg2+, K+ und Na+.
Die wichtigsten austauschbaren sauren Katione im Boden sind Al3+ und H+
Basische Kationen sind zwar keine Basen, ein hoher Gehalt an basischen Kationen kann aber als Puffer wirken. Wenn viele basi- sche Kationen an die Partikeloberflächen eines Bodens adsorbiert sind, und Säure in den Boden gelangt, dann geht ein Teil der H+ aus der Säure an die Partikeloberflächen und verdrängen dort basische Kationen. Die adsorbierten H+ werden der Bodenlösung ent- zogen, was den pH bis zu einem gewissen Grad stabilisiert.
Erkläre den Begriff Basensättigung.
Die Basensättigung bezeichnet den Anteil an der KAKpot, der durch basische Kationen belegt wird. Die Basensättigung ist ein wichtiger Faktor zur Beurteilung der Nachliefe- rungsrate von Nährstoffionen für Pflanzen sowie zur Beurteilung der Al-Toxizität. In kalkhaltigen Böden beträgt die Basensättigung stets 100 %. In stark versauerten Böden werden oft über 80 % der KAK durch Al3+ belegt.
Welches ist der optimale pH Bereich für eine Landwirtschaftliche Nutzung eines Bodens.
zw. 5 und 7
Nenne das Puffersystem eines Bodens mit einem pH von >7.
Carbonatpuffer
Nenne das Puffersystem eines Bodens mit einem pH von 7 - 5.
Variable Ladungen (Tonminerale, Huminstoffe)
Nenne das Puffersystem eines Bodens mit einem pH von < 5.
Silikatpuffer
Nenne das Puffersystem eines Bodens mit einem pH von < 4.
Oxide und Hydroxide
Erkläre den Begriff Redox Potential
Die Redox-Verhältnisse im Boden bestimmen, auf welchen bevorzugten Wegen Stoffe im Boden ab- und umgebaut werden. Unter aeroben Bedingungen (bei Anwesenheit von Sauerstoff) wird Zucker zu CO2 und H2O veratmet. Dabei wird mehr Energie frei als unter anaeroben Bedingungen (wenn kein Sauerstoff vorhanden ist). Wenn Sauerstoff vorhanden ist, wird daher bevorzugt der aerobe Abbauweg verwendet, weil eine grössere Energieausbeute den am Abbau beteiligten Mikroorganismen zugutekommt. Die bei einer Reaktion frei werdende Ener- gie kann mit Hilfe des Redoxpotenzials abgeschätzt werden:
Das Redoxpotenzial ist ein Mass für die frei werdende Energie pro Menge umgesetzter e- bei einer Reak
Erkläre den Begriff Redox Potential
Die Redox-Verhältnisse im Boden bestimmen, auf welchen bevorzugten Wegen Stoffe im Boden ab- und umgebaut werden. Unter aeroben Bedingungen (bei Anwesenheit von Sauerstoff) wird Zucker zu CO2 und H2O veratmet. Dabei wird mehr Energie frei als unter anaeroben Bedingungen (wenn kein Sauerstoff vorhanden ist). Wenn Sauerstoff vorhanden ist, wird daher bevorzugt der aerobe Abbauweg verwendet, weil eine grössere Energieausbeute den am Abbau beteiligten Mikroorganismen zugutekommt. Die bei einer Reaktion frei werdende Ener- gie kann mit Hilfe des Redoxpotenzials abgeschätzt werden:
Das Redoxpotenzial ist ein Mass für die frei werdende Energie pro Menge umgesetzter e- bei einer Reak
Beschreibe den Zusammenhang zwischen Redox Potential und pH Wert.
Das Redoxpotenzial E ist stark abhängig von der Temperatur und der Konzentrationen der beteiligten Stoffe. Alle Redox-Reaktionen, an denen H+ beteiligt sind (und somit praktisch alle Redoxreaktionen in wässerigen Lösungen), sind somit pH-abhängig.
Böden mit ähnlichem Wasserhaushalt haben bei tiefem pH ein höheres Redoxpotenzial als bei hohem pH.
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Cartes-fiches
Nenne die sechs Makronährstoffe
- N Stickstoff
- P Phosphor
- K Kalium
- Mg Magnesium
- Ca Kalzium
- S Schwefel
Nenne die acht Mikronährstoffe
- Cl Chlor
- B Bor
- Fe Eisen
- Mn Mangan
- Zn Zink
- Cu Kupfer
- Ni Nickel
- Mo Molybdän
Nenne die organischen Grundelemente sowie deren Herkunft aus Sicht der Pflanzen
- C CO2
- O CO2 / O2
- H / H2O
Beschreibe grob die Herkunft der Makro- und Mikroelement aus Sicht der Pflanzen (Nicht im Einzelen).
Hauptsächlich aus dem Boden. Abgesehen von Stickstoff (N), sind sie in unterschiedlicher Konzentration im Ausgangsgestein vorhanden.
Stickstoff gelangt über abgestorbenes organisches Material, durch Stickstoff fixierende Bakterien, über atmosphärische Deposition oder durch Düngung in den Boden. Stickoxide aus der Verbrennung von Brenn- und Treibstoffen und Ammoniak aus der Landwirtschaft intensivieren den Stickstoffkreislauf in der Natur und führen zu eine erhöhten atmosphärischen Nährstoff und Säureeinträgen in die Böden.
Beschreibe die Herkunft von Calcium und Magnesium.
Calcium und Magnesium sind struktureller Bestandteil einiger primärer und sekundärer Silikate sowie die Hauptbestandteile von Carbonaten (Calcit, Dolomit). Ca und Mg werden durch Verwitterung freigesetzt und teilweise an Tonminerale und Huminstoffe austauschbar adsorbiert.
Beschreibe die Herkunft von Kalium.
Kalium ist ein struktureller Bestandteil einiger primärer und sekundärer Silikate (Alkali- feldspäte, Muskovite, Biotite, Illite und andere). K wird durch Verwitterung freigesetzt und teilweise an Tonminerale und Huminstoffe austauschbar adsorbiert. Das so adsor- bierte Kalium ist pflanzenverfügbar.
Beschreibe die Herkunft von Phosphor.
Die meisten Gesteine enthalten wenig P2O5, das vorwiegend in der Form von Apatiten vorliegt. Bei der Verwitterung wird PO43- freigesetzt. PO43- hat eine grosse Affinität zu Fe3+, Al3+ und Ca2+. Deshalb bilden sich in kalkhaltigen Böden Ca- Phosphate und in sauren Böden Fe- und Al-Phosphate. Im Oberboden liegen 25 bis 65 % des gesamten P in organischen Bindungsformen vor.
Im Verlaufe der Bodenentwicklung
verlieren Böden P durch Auswaschung (Abbildung 7-14). Die sehr alten Böden der Tropen und Subtropen weisen deshalb viel geringere P-Gehalte auf als junge Böden.
Die Verfügbarkeit von P ist zudem pH-abhängig. Sie ist am höchsten im mässig sauren Bereich (pH 5.5 – 6).
Bei einer (zu) intensiven landwirtschaftlichen Nutzung oder dem unsachgemässen Einsatz von Gülle können erhebliche Mengen an Phosphat in die Oberflächengewässer gelangen. Phosphor ist in unseren Gewässern oft der limitierende Nährstoff. Der zusätzliche P führt zu einer Eutrophierung der Gewässer, wie dies z.B. beim Sempachersee der Fall war.
Düngung:
• organische Dünger: Gülle, Klärschlamm (in der CH nicht mehr erlaubt) • Ca-Phosphate
• Ammoniumphosphat
Beschreibe die Herkunft von Schwefel.
Schwefel ist in Magmatiten vor allem in der Form von Sulfiden enthalten. Bei der Bodenbildung oxidieren die Sulfide mit der Zeit und S wird als Sulfat (SO42-) freigesetzt. Auch Sedimentgesteine enthalten unterschiedlich viel S als Sulfate oder Sulfide. Eine weitere wichtige Schwefelquelle ist der Eintrag über die Atmosphäre. Die Verbrennung von schwefelhaltiger Kohle hat in vielen Regionen über Jahrzehnte zu hohen SO42- Ein- trägen in die Böden und zu einer beschleunigten Bodenversauerung geführt (H2SO4 im sauren Regen).
Düngung: Ca SO4•2H2O (Gips), K2 SO4, Mg SO4•2H2O (Kieserit), u.a.
Beschreibe die Herkunft von Stickstoff
Als einziges der Hauptnährelemente ist Stickstoff nicht in magmatischen Gesteinen enthalten. Hingegen besteht die Atmosphäre zu 78 % aus N2. Die natürlichen N-Quellen sind daher die biologische N-Fixierung und der Eintrag von Stickoxiden (NOx) aus der Atmosphäre. Bei der Zersetzung von organischem Material wird N in Ammonium (NH4+) überführt.
Stickstoff ist oft der wichtigste ertragsbestimmende Nährstoff in der Landwirtschaft. Eine überhöhte oder unsachgemässe N-Düngung kann jedoch die Qualität der Erzeugnisse beeinträchtigen oder zu grossen N-Verlusten führen und damit durch Einträge in Grund- und Oberflächenwasser Umweltbelastungen verursachen.
Düngung:
• organische Dünger: Mist, Gülle
• anorganische Dünger: NO3-/NH4+-Salz, Harnstoff, Ammoniak
• Gründüngung, d. h. Ansaat N-fixierender Pflanzen wie Klee, Luzerne, ...
Erläutere den Begriff "Kationenaustauschkapazität" und erkläre seine Abhänigkeit vom pH-Wert.
Die Kationenaustauschkapazität (KAK) bezeichnet die Summe der austauschbaren Ka- tionen im Boden. Sie entspricht ungefähr der negativen Oberflächenladung der Boden- bestandteile.
Die KAK ist pH-abhängig. Mit sinkendem pH nimmt die Konzentration an H+ Ionen in der Bodenlösung zu. Dadurch nimmt die negative Oberflächenladung ab, da ein Teil der Oberflächengruppen protoniert, das heisst mit H+ besetzt, wird.
Erkläre den Unterschied zwischen effektiver KAK und potentieller KAK.
Die effektive KAK (KAKeff) bezeichnet die KAK eines Bodens bei seinem aktuellen pH-Wert. Die potentielle KAK (KAKpot) bezeichnet die KAK eines Bodens bei pH 8.2. Beide Werte lassen sich im Labor mittels Extraktionen durch Salzlösungen bestimmen.
Nenne die wichtigsten austauschbaren Kationen und gliedere sie in basische und saure Kationen.
Die wichtigsten austauschbaren basischen Katione im Boden sind Ca2+, Mg2+, K+ und Na+.
Die wichtigsten austauschbaren sauren Katione im Boden sind Al3+ und H+
Basische Kationen sind zwar keine Basen, ein hoher Gehalt an basischen Kationen kann aber als Puffer wirken. Wenn viele basi- sche Kationen an die Partikeloberflächen eines Bodens adsorbiert sind, und Säure in den Boden gelangt, dann geht ein Teil der H+ aus der Säure an die Partikeloberflächen und verdrängen dort basische Kationen. Die adsorbierten H+ werden der Bodenlösung ent- zogen, was den pH bis zu einem gewissen Grad stabilisiert.
Erkläre den Begriff Basensättigung.
Die Basensättigung bezeichnet den Anteil an der KAKpot, der durch basische Kationen belegt wird. Die Basensättigung ist ein wichtiger Faktor zur Beurteilung der Nachliefe- rungsrate von Nährstoffionen für Pflanzen sowie zur Beurteilung der Al-Toxizität. In kalkhaltigen Böden beträgt die Basensättigung stets 100 %. In stark versauerten Böden werden oft über 80 % der KAK durch Al3+ belegt.
Welches ist der optimale pH Bereich für eine Landwirtschaftliche Nutzung eines Bodens.
zw. 5 und 7
Nenne das Puffersystem eines Bodens mit einem pH von >7.
Carbonatpuffer
Nenne das Puffersystem eines Bodens mit einem pH von 7 - 5.
Variable Ladungen (Tonminerale, Huminstoffe)
Nenne das Puffersystem eines Bodens mit einem pH von < 5.
Silikatpuffer
Nenne das Puffersystem eines Bodens mit einem pH von < 4.
Oxide und Hydroxide
Erkläre den Begriff Redox Potential
Die Redox-Verhältnisse im Boden bestimmen, auf welchen bevorzugten Wegen Stoffe im Boden ab- und umgebaut werden. Unter aeroben Bedingungen (bei Anwesenheit von Sauerstoff) wird Zucker zu CO2 und H2O veratmet. Dabei wird mehr Energie frei als unter anaeroben Bedingungen (wenn kein Sauerstoff vorhanden ist). Wenn Sauerstoff vorhanden ist, wird daher bevorzugt der aerobe Abbauweg verwendet, weil eine grössere Energieausbeute den am Abbau beteiligten Mikroorganismen zugutekommt. Die bei einer Reaktion frei werdende Ener- gie kann mit Hilfe des Redoxpotenzials abgeschätzt werden:
Das Redoxpotenzial ist ein Mass für die frei werdende Energie pro Menge umgesetzter e- bei einer Reak
Erkläre den Begriff Redox Potential
Die Redox-Verhältnisse im Boden bestimmen, auf welchen bevorzugten Wegen Stoffe im Boden ab- und umgebaut werden. Unter aeroben Bedingungen (bei Anwesenheit von Sauerstoff) wird Zucker zu CO2 und H2O veratmet. Dabei wird mehr Energie frei als unter anaeroben Bedingungen (wenn kein Sauerstoff vorhanden ist). Wenn Sauerstoff vorhanden ist, wird daher bevorzugt der aerobe Abbauweg verwendet, weil eine grössere Energieausbeute den am Abbau beteiligten Mikroorganismen zugutekommt. Die bei einer Reaktion frei werdende Ener- gie kann mit Hilfe des Redoxpotenzials abgeschätzt werden:
Das Redoxpotenzial ist ein Mass für die frei werdende Energie pro Menge umgesetzter e- bei einer Reak
Beschreibe den Zusammenhang zwischen Redox Potential und pH Wert.
Das Redoxpotenzial E ist stark abhängig von der Temperatur und der Konzentrationen der beteiligten Stoffe. Alle Redox-Reaktionen, an denen H+ beteiligt sind (und somit praktisch alle Redoxreaktionen in wässerigen Lösungen), sind somit pH-abhängig.
Böden mit ähnlichem Wasserhaushalt haben bei tiefem pH ein höheres Redoxpotenzial als bei hohem pH.
