Bodenkunde 2.3 UI13 2. Semester (FS14)

Der C-Gehalt eines spezifischen Bodens hängt ab von den Einträgen und vom Abbau. Wie im Bild unten zu sehen ist, hängen sowohl die Einträge, als auch die Abbaurate nicht nur von biologischen, sondern auch von klimatischen Faktoren ab. 

Phosphor besitzt keine atmosphärische Komponente und befindet sich in der Regel in einem lokal begrenzten Kreislauf (siehe Abbildung). In terrestrischen Ökosystemen werden geringe Verluste durch Auswaschung generell durch Einträge aus verwitterndem Gestein ausgeglichen. In aquatischen, wie in terrestrischen Systemen, zirkuliert Phosphor in Nahrungsnetzen. 

• Phosphor liegt im Boden weitgehend in fester Form vor. Der Anteil in der Lösung macht in ungedüngten Böden nur etwa 0.1% aus.

• Gebundenes Phosphat findet sich entweder in organischen Verbindungen, in Bodenorganismen oder in anorganischen Salzen.

• Mikroorganismen sind für die Phosphorversorgung der Pflanzen entscheidend (z.B. Mykorrhiza). 

Die Gesamtgehalte scheinen oft hoch, sind aber nicht immer gut pflanzenverfügbar. Deshalb wird sehr häufig gedüngt. Nur etwa 40% des gedüngten Phosphors werden genutzt. Deshalb erfolgte in den letzten Jahrzehnten in landwirtschaftlich genutzten Böden eine Phosphoranreicherung. Der Überschuss hat sich jedoch zwischen 1975 bis 1995 in Deutschland von 0.4 auf 0.19 Tg, 25 kg P ha-1 auf 11 kg P ha-1 verringert. 

Je jünger ein Boden, desto mehr Phosphor ist vorhanden. Ein junger oder gedüngter Boden kann bis zu 1000mg P/kg Boden enthalten. Sandreiche Böden (z. B. weit entwickelte Böden wie Podsole) zeigen Phosphorgehalte von weniger als 100mg P/kg. Viele nicht zu tonarme Böden weisen Werte zwischen 200 und 800mg P/kg auf. Der P-Gehalt im Boden steigt von der Sand- zur Tonfraktion und mit dem Humusgehalt. In Laufe der Bodenbildung verliert der Boden Phosphor. Eine 20’000 Jahre alte Parabraunerde in Bayern hat bereits 400g P pro m2 Bodenoberfläche verloren. 

• Auf dem heutigen Produktionsniveau reichen die abbauwürdigen Reserven für ca 80 - 90 Jahre
• Die Vorräte liegen vor allem in Marokko, Südafrika un den USA un reichen für ca 250 Jahre
• Rohphosphate sind häufig mit Cadmium und Uran belastet
• Die Gewinnung des Rohphosphats geht oftmals mit erheblicher Umweltzerstörung/ Flächenverbrauch einher

Bodenbakterien bilden durch Bindung von Luft-N und durch den Abbau vom organischen Material NH₄+. Obwohl Pflanzen NH₄+ auch aus dem Boden aufnehmen, absorbieren sie hauptsächlich NO₃-, das von nitrifizierenden Bakterien aus NH₄+ gebildet wird. Meist wird bereits in den Wurzeln das NO₃- in organische Verbindungen wie Aminosäuren eingebaut. 

• 95% des Stickstoff liegt im Boden organisch gebunden, d. h. in nicht unmittelbar pflanzenverfügbarer Form vor (Aminosäuren, Aminozucker, etc).

• Anorganisch gebunden und pflanzenverfügbar ist der Stickstoff in gut durchlüfteten Böden meist in Form des leicht löslichen und aufgrund der negativen Ladung schlecht zurückgehaltene Nitrat (NO₃-) vorhanden. Nur ein kleiner Teil besteht aus austausch- barem und gelöstem Ammonium (NH₄+). 

• 95% des Stickstoff liegt im Boden organisch gebunden, d. h. in nicht unmittelbar pflanzenverfügbarer Form vor (Aminosäuren, Aminozucker, etc).

• Anorganisch gebunden und pflanzenverfügbar ist der Stickstoff in gut durchlüfteten Böden meist in Form des leicht löslichen und aufgrund der negativen Ladung schlecht zurückgehaltene Nitrat (NO₃-) vorhanden. Nur ein kleiner Teil besteht aus austausch- barem und gelöstem Ammonium (NH₄+). 

• N limitiert NettoPrimärProduktion an Land und im Wasser

• N ist wichtiger Bestandteil der Stoffwechselenzyme

• P ist vorhanden in DNA, ATP und den Phospholipidmolekülen der Zellmembranen

• Veränderungen in der Verfügbarkeit von N und P über geologische Zeitabschnitte haben Umfang und Aktivität der Biosphäre entscheidend beeinflusst

  Klimarelevanz:

• Direkt: N2O ist wichtiges Treibhausgas

•  Indirekt: Einfluss auf C-Kreislauf (Aktivität der Biosphäre!) 

Wichtigste Schwefelquellen sind das Schwefeldioxid (SO2) aus der Luft sowie Sulfate aus Mineralien (vor allem aus Gips). Ein wichtiger Prozess im Schwefelkreislauf ist die anaerobe Sulfatatmung Sulfat- und Schwefel reduzierender Bakterien, denen das Sulfat als Elektronenakzeptor bei der anorganischen Veratmung organischer Substrate dient. 

Die Gesamtmenge von SO₂ und dessen Folgeprodukten wird durch die Nutzung fossiler Brennstoffe extrem erhöht, und trägt wesentlich zur Eutrophierung stehender Gewässer bei (Schadstoffe). Der überwiegende Teil der Sulfate gelangt schließlich in die Ozeane, wird in unlösliche Form überführt, sammelt sich am Meeresgrund und ist damit für die Biosphäre zunächst einmal verloren. 

Die von uns Menschen ausgestossenen Schwefelverbindungen bilden im Regenwasser Schwefelsäure. Der so verursachte saure Regen führt zu Säureeinträgen in Böden und kann Pflanzen schädigen. Auch historische Bauwerke können durch den sauren Regen geschädigt werden 

• Erosion (keine schützende Pflanzendecke)
• Auswaschung (Kalk durch Säuren, etc)
• Versalzung (Stoffe bleiben bei Verdunstung im Boden)
• Verdichtung (Fahrzeuge, Maschinen)
• Verschmutzungm (Schwermetalle etc)
• Versieglung (Verbauung)