Pedosphäre (Bodenreaktion und Nährstoffe)
Pedosphäre,Einführung in die Bodenkunde von Ruben Kretzschmar, HS 2013 ETHZ
Pedosphäre,Einführung in die Bodenkunde von Ruben Kretzschmar, HS 2013 ETHZ
Was sind essentielle Nährelemente? Und welche Elemente gehören dazu?
=>Die 14 Elemente ohne die kein normales Pflanzenwachstum möglich wäre.Können in hohen Dosen jedoch auch toxisch wirken. Achtung C gehört nicht dazu wird urch Photosynthese bereitgestellt.
6 Makro-Nährelemente: N,K,Ca, Mg, P, S->"grosse" Megen nötig
8 Mikro-Nährelemete: Cl, Fe, Mn, Zn,B, Cu, Mo, Ni->geringe Mengen (mind. 4 müssen bekannt sein für Prüfung)
Was sind nützliche Elemente?
=>Sind für die Pflanze nicht überlebensnotwendig, fördern jedoch das Pflanzenwachstum und die Resistenz gegen Stressfaktoren (z.B. Si,Na,Co)
Wie verläuft der Stofftransfer zwischen den Umweltkompartimenten?
wichtig für Menschen und Tiere ist das Pflanzen Elemente Sn, V, etc (essentiell für uns) die für sie an sich nicht nötig sind aufnehmen und somit in die Nahrungskette gelangen
Erkläre den Begriff Kationenaustausch und Kationenaustauschkapazität
Kationenaustausch: meisten Oberflächen(Tonmineralien&org. Substanz) in Böden sind negativ geladen->Ladung wird durch gleiche Menge Kationen ausgeglichen jedoch nur schwache und reversible Bindung der Kationen->falls neue Kationen gebunden z.B. durch Düngereinsatz müssen entsprechen ihrer Ladung "alte" Kationen in gleicher Menge freigesetzt werden->nur möglich in Anwesenheit von Wasser
=>wichtigste Form der unspezifischen Adsorbtion(elektrostatische Anziehung zwischen Ionen und geladenen Oberflächen)
Kationenaustauschkapazität(KAK):Gesamtmenge der negativen Oberflächenladung der Bodenbestandteile [mol Ladung/kg Boden]
-effektive KAK: Anzahl der tatsächlich freien Kationenbindungsplätze bei vorliegendem pH im Boden
-potentielle KAK:maximale Anzahl der freien Kationenbindungsplätze bei leicht basischem pH(=8.2) im Boden
Weshalb ist Boden-pH eine wichtige Grösse? Woher kommen die Säureinträge?
=>starken Einfluss auf Nährstoffverfügbarkeit und toxische Metallkationen( z.B. Schwermetalle in sauren Böden mobiler)
Säureintrag: Kohlensäure im Wasser(H2CO3),sauerer Regen(z.B. mit HNO3/Salpetersäure),Säuren von Pflanzenwurzeln und Bodentieren, Abbau von org.Substanz
Was bedeuted SNK?
==>Säureneutralisationskapazität->der Punkt ab dem die Puffersysteme im Boden aufgebraucht sind und der Boden beginnt zu versauern
Erkläre Carbonatpuffer
Carbonatpuffer: Böden mit Carbonaten sind gut gepuffert da Säuren schnell neutralisiert werden.In humiden Gebieten Endprodukte leicht ausgewaschen->pH bleibt neutral jedoch nimmt Carbonatgehalt und SNK ab
CaCO3 +H+_>Ca2++HCO3-
Was passiert wenn Carbonat im Boden aufgebraucht?
Freie Protonen werden nicht mehr abgepuffert->werden durch Kationenaustauschreaktionen Miinerale gebunden z.B. Tonminerale->adsorbierte Protonen greifen Silikatstrukturen an->Verwitterung von Silikat->vor allem Al3+ wird frei(hemmt Zellstreckung,Wurzelwachstum)->werden stark an Kationenaustauscher gebunden->verdrängt andere Kationen->diese werden ausgewaschen
==>sinkt der Boden-pH steigt die Al-Sättigung im Boden (vor allem<pH5) und Ca, Mg, K, Na Gehalte sinken
Was sind saure und basische Kationen?
=>Kationen an sich nicht sauer oder basisch haben jedoch Einfluss auf den Boden pH. Es sind die wichtigsten austauschbaren Kationen im Boden
saure: Al3+und H+
basische: Ca2+, Mg2+,Na+, K+
Was beschreibt die Basensättigung?
Kennwert für die Versäuerungsgrad eines Bodens und ist der prozentuale Anteil von basischen Kationen an der effektiven KAK. Das Gegenteil wäre die Al-Sättigung und entsprechend der Anteil mit sauren Kationen.
Wie verhält sich die Basensättigung mit sinkendem pH?
Basensättigung ist in basischen/neutralen Böden 100% und nimmt ab mit sinkendem pH. Bei pH 4 beträgt sie noch knapp 10%. Die Al-Sättigung steigt mit sinkendem pH, besonders hoch im pH-Bereich 4-5
=>da viele Pflanzen vorallem basische Kationen(Ca,Na,K..) zum überleben brauchen ist die Basensättigung auch ein wichtiges Indiz für die Bodenfruchtbarkeit und erklärt weshalb viele Pflanzen in saurem Boden nicht wachsen können.
Erkläre die spezifische Adsorption
Chemisorption,starke Bindungen zwischen Ionen und Stoffoberflächen, durch Bildung von Komplexen an Mineraloberflächen oder Komplexen mit funktionellen Gruppen der org. Substanz.
=>unspezifische Adsorption bildet keine stabilen chem. Bindungen
Beispiel: Bindung von Phosphat Anionen an Oberflächen von Oxiden, diese steigt mit sinkendem pH und verursacht somt schlechtere Pflanzenverfügbarkeit von Phosphat in sauren Böden
Schwermetalle bilden vorallem Komplexe mit Mineraloberflächen bei neutralem pH somit sind diese in neutralen Böden weniger mobil und pflanzenverfügbar
Erkläre die Begriffe Quantität, Rate und Intensität (leider nicht 100%sicher ob Def. stimmen)
Quantität: Ist der nachlieferbare Vorrat der Nährstoffe aus den Speichern
Rate: Menge die von den Speichern an das Wasser abgegeben wird(unspezifische Adsorption&leichtlösliche Minerale=leicht pflanzenverfügbar, spezifische Adsorption&org. Verbindungen=nicht direkt verfügbar aber nachlieferbar)
Intensität: "Konzentration"/Verfügbarkeit der Nährstoffe in der Bodenlösung die durch Pflanzen aufgenommen werden können
Quantität:natürlicher Gehalt, Eintrag und Austrag
Rate: Bodenfeuchte, Temperatur, Mikroorganismen-Aktivität
Intensität: Konzentration der verschiedenen gelösten Nährstoffen,Speziierung(Ausprägungsform einer Substanz aufgrund der Eistellung eines GW) der verschiedenen Nährelementen,Relationen zwischen Nährelementen
==>alle Faktoren haben Einfluss auf die gesamte Nährstoffverfügbarkeit im Boden
Was ist die Definition der Rhizosphäre?
Als Rhizosphäre bezeichnet man den Raum, der direkt durch lebende Wurzel beeinflusst ist. Es finden mechanische, physikalische, chemische und biologische Interaktionen statt. Sie ist Lebensraum für viele Bodenorganismen(Pilze,Bakterien, Würmer..).Die Rhizosphäre wird stark durch die von Pflanzen ausgeschiednen Stoffen beinflusst,vor allem wird der pH dadurch verändert. Dadurch werden Nährstoffe für die Pflanzen verfügbar(z.B. aus Gestein).
Welche Arten von Nährstofftransport zu den Wurzeln gibt es?
==>für die verschienen Nährstoffe unterschiedliche Transportarten wichtig jedoch müssen sie immer gelöst sein
Massentransport: Nährstoffe(ionischer und wassergelöster Form) werden von dem Unterdruck der Wurzeln zusammen mit Wasser angesogen (Wurzelsog)->Bodenlösung verarmt lokal=>Ca&N
Interzeption: Die Wurzel wachsen aktiv zur Nährstoffquelle hin bis zum direkten Kontakt, evt nötig durch Ausscheidungen Nährstoffe mobil zu machen(z.B. festem Gestein) oder direkt an Austauschflächen Ionen aufzunehmen
Diffusion: Falls Bodenlösung verarmt wandern Ionen aus der Umgebung Richtung Wurzeln nachwandern,als Transportmittel dient Wasser.=>K&P
Hat der Humusgehalt des Bodens einen Einfluss auf die Al-Sättigung?
Ja, Böden mit hohem Humusgehalt haben bei gleichem pH eine geringere Al-Sättigung als Böden mit weniger Humus
->Ackerboden eher wenig Humus und leicht saurer pH gwünscht->anfälliger für toxische Al-Werte
Merkmale von Calcium und Magnesium
=>sehr ähnliches Verhalten
-beide struktureller Bestandteil von primären und sekundären Silikaten(Olivin, Amphibole,Biotite,Plagioklase)
-Hauptbestandteile von Carbonaten (Calcit(nur Ca),Dolomit(Ca&Mg))
-beide werden durch Verwitterung freigesetzt und mit Sickerwasser ausgewaschen oder austauschbar an Tonminerale gebunden->pflanzenverfügbar
-neutral bis basische Böden-> Ca-Sättigung>80% und Mg-Sättigung 5-20%
-Mangel tritt nur bei sehr stark versauerten Böden auf: Ca-Sättigung 1-5% ung Mg-Sättigung 0.01-1%
-als Dünger werden vor allem Calcit(CaCO3) Gips(für Ca), Ca-Phosphate, Dolomit(CaMg(CO3)2) und Kieserit(für Mg)
Merkmale Kalium
-Bestansteil von primäre(z.B.Biotit, Muskovit,Alkalifeldspäte) und sekundären(z.B.Illite)Silikaten
-im Verlauf der Bodenentwicklung(Verwitterung)zum grössten Teil ausgewaschen und zum Teil an Tonmineralien oder org. Substanzen adsorbiert
-K-Sättigung bei 0.5-5% (der KAK)
-kann gut von Vermiculiten und randlich aufgeweiteten Illiten fixiert werden(K-Fixierung)->nicht pflanzenverfügbar jedoch nur in Böden mit hohm Illit/Vermiculit und gerim K+ Gehalt
-K-fixierung kann durch K+-Düngung aufgehoben werden (z.B. Kalisalz(KCl),Kalisulfat(K2SO4), NPK-Dünger)
-
Mekmale Phosphat
-Anion
-optimale Verfügbarkeut bei pH 5.5-6.5
-in meisten Gesteinen in geringen Mengen enthalten(0.05-0.3%) meistens in Form von Apatite
-immer Oxidationsstufe +5 (PO43-)
-bei Verwitterung als PO43- frei jedoch in Wasser wird es zu HPO22- oder H2PO- je nach pH
-nach Vewitterung in org.Verbindungen eingebaut,an Bodenpartikel adsorbiert ,Ca-Phosphate(kalkhaltigen Böden)&Fe-/Al-Phosphaten(sauren Böden) oder ausgewaschen(nur wenig)
-sehr alten Böden wenig P(z.B.(Sub-)Tropen)
-in sauren Böden schlechte P-Verfügbarkeit da stark an Al und Fe Oxide gebunden
-<0.1% in Bodenlösung, Rest in org. Substanz(25-65%,Phytate->schwerabbaubar, Phospholipide,Zuckerphosphate u.a.->leichter abbaubar),Oberfäche adsorbiert oder Bodenfestphase eingebunden
-P-Düngung mit Ca-Phosphaten,Ammoniumphosphat,org. Dünger(Mistetc)
-manche Pflanzen scheiden über Wurzelclusters(Protoid Roots) Citronensäure und Protonen aus zur mobilierung von Phosphat aus(z.B,weisse Lupine
Merkmale Schwefel
-in Magmatiten als Sulfid(S2-reduziert->anaerob) in Sedimentgestein und Böden oft als Sulfat (SO42-oxidiert->aerob)
-Versauerung des Bodens durch Schwefelsäure aus Atmosphäre->Verbrennung von S-haltiger Kohle
-Gehalt: Mineralböden 0.1-0.5g/kg, Moor 10g/kg
-Bindungsformen im Boden: org. Substanz(60-80%) oder Sufat/sulfid (min. Form)
-Düngung: Gips, Kieserit
Merkmale Stickstoff
-nicht in Gesteinen enthalten,anderen Quellen(biol. N-fixierung und NO3- aus Atmosphäre) eingetragen werden->Atmosphäre(78% N2)
-wird in aktiven(schnell abgebaut/mineralisiert) und passiven(stabile N-Verbindungen,langsam umgewandelt z.B.N inHuminstoffe) Pool unterteilt
-Ackerböden 1-.3g/kg N->90% org. Bindungsformen
-meist der wichtigste ertragsbestimmende Faktor(Hauptnährelement) in Landwirtschaft
-Überdüngung hat oft negative Folgen(z.B.Wasser,Gase oder Ertragsqualität)
=>N-Managment extrem wichti
Was sind die Grundpfeiler des Stickstoffkreislaufes?
N2= Stickstoff (biologische Fixierung im Boden z.B. Leguminosen)
NH4+= Ammonium (aus org. Material mineralisiert(Mobilisation)->kann auch in Tonmimeralien Absorbiert werden)
NO3-=Nitrat (Oxidation von NH4+durch Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen->Nitrifikation)
N2O oder N2= Distickstoffmonoxid oder Stickstoff->Gase( Reduktion NO3- durch Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen->Gase entweichen aus Boden->Denitrifikation)
Atmosphäre(N2) ->N2-Fixierung(NH3) ->Mineralisation(NH4+) ->Nitrifikation(NO3-) ->Denitrifikation(N2)
Biologische N2-Fixierung
-durch freilebende Bakterien z.B. Cyanobakterien, Azotobakter etc. (1-80 kg/ha*a)
-assozativ lebende Bakterin in der Rhizosphäre z.B. Azotomonas, Azospirillum (10-200kg/ha*a)
-symbiontisch lebende Bakterien z.B. Rhizobium(Knöllchenbakterium->Leguminosen) (50-400kg/ha*a)
Was ist der Unterschied zwischen NH4+und NO3- "Ernährung" von Pflanzen?Kationenüberschuss
Falls vorallem NH4+ aufgenommen kommt es zu einem Kationenüberschuss und es wird H+ an
Rhizosphäre abgegeben
NO3- Ernährung führt zu einem Anionenüberschuss und es wird OH-an die Umgebung abgegeben
=>Ernährung hat einen Einflus auf den pH-Wert des Bodens
Zum Beispiel erhöht Mais pH-Wert da NO3-aufnimmt und Kichererbsen senken pH da sie vorallem NH4+aufnehmen
Mist/Gülle
Ammoniak(NH3 durch Harber-Bosch)
Strohdüngung( Stroh hohes C/N-Verhältnis, Bakterien niedriges C/N-Verhältnis->Bakterien bauen Stroh ab brauchen jedoch zusätzliche N-Quellen für Aufbau eigener Biomasse->NH4+und NO3- Pools werden in bakt. Biomasse eingebaut(Inmobilisation)->keine auswaschung von Stickstoff da gebunden->Abbau der bakteriellen Biomasse setzt N wieder frei)
etc.
Welches sind die Nährstoffentzüge und -quellen im Boden?
Entzüge:
-Pflanzen aufnahme und Abfuhr durch Ernte
-Auswaschung(N;Ca,Mg u.a.)
-Bodenerosion(P,N)
-Immobilisierung in Böden(K,P,(N))
-Gasförmige Verluste(N)
Quellen:
-Düngung
-Biologische Stickstofffixierung
-Nachlieferung aus dem Gestein
-Atmosphärische Depostion(S,N)
-Anlieferung durch Grundwasser
Wie kann man optimale Düngermenge ermitteln?
=> Ziel ist gute Erträgeund Qualität,gesunde Nahrungsmittel und Vermeidung von Umweltschäden
-Nährstoffangebot im Boden muss bekannt sein(schwierig zuerfassen da man zwar Gesamtgehalt messen kann jedoch nicht weiss wieviel davon pflanzenverfügbar ist,kann durch Extraktionen in lösungen,empirischen Ertragsbeziehungen oder Düngeempfehlung mehr oder weniger bestimmt werden. Weiter ist ein Feld heterogen d.h. nicht überall hat es gleichviel Nährstoffe. kann durch mehrere Probenentnahmen und Mischprobenbildung optimiert werden)
-nachhaltige Nuzung der Resource
-betriebwirtschaftliche Optimierung
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Was sind essentielle Nährelemente? Und welche Elemente gehören dazu?
=>Die 14 Elemente ohne die kein normales Pflanzenwachstum möglich wäre.Können in hohen Dosen jedoch auch toxisch wirken. Achtung C gehört nicht dazu wird urch Photosynthese bereitgestellt.
6 Makro-Nährelemente: N,K,Ca, Mg, P, S->"grosse" Megen nötig
8 Mikro-Nährelemete: Cl, Fe, Mn, Zn,B, Cu, Mo, Ni->geringe Mengen (mind. 4 müssen bekannt sein für Prüfung)
Was sind nützliche Elemente?
=>Sind für die Pflanze nicht überlebensnotwendig, fördern jedoch das Pflanzenwachstum und die Resistenz gegen Stressfaktoren (z.B. Si,Na,Co)
Wie verläuft der Stofftransfer zwischen den Umweltkompartimenten?
wichtig für Menschen und Tiere ist das Pflanzen Elemente Sn, V, etc (essentiell für uns) die für sie an sich nicht nötig sind aufnehmen und somit in die Nahrungskette gelangen
Erkläre den Begriff Kationenaustausch und Kationenaustauschkapazität
Kationenaustausch: meisten Oberflächen(Tonmineralien&org. Substanz) in Böden sind negativ geladen->Ladung wird durch gleiche Menge Kationen ausgeglichen jedoch nur schwache und reversible Bindung der Kationen->falls neue Kationen gebunden z.B. durch Düngereinsatz müssen entsprechen ihrer Ladung "alte" Kationen in gleicher Menge freigesetzt werden->nur möglich in Anwesenheit von Wasser
=>wichtigste Form der unspezifischen Adsorbtion(elektrostatische Anziehung zwischen Ionen und geladenen Oberflächen)
Kationenaustauschkapazität(KAK):Gesamtmenge der negativen Oberflächenladung der Bodenbestandteile [mol Ladung/kg Boden]
-effektive KAK: Anzahl der tatsächlich freien Kationenbindungsplätze bei vorliegendem pH im Boden
-potentielle KAK:maximale Anzahl der freien Kationenbindungsplätze bei leicht basischem pH(=8.2) im Boden
Weshalb ist Boden-pH eine wichtige Grösse? Woher kommen die Säureinträge?
=>starken Einfluss auf Nährstoffverfügbarkeit und toxische Metallkationen( z.B. Schwermetalle in sauren Böden mobiler)
Säureintrag: Kohlensäure im Wasser(H2CO3),sauerer Regen(z.B. mit HNO3/Salpetersäure),Säuren von Pflanzenwurzeln und Bodentieren, Abbau von org.Substanz
Was bedeuted SNK?
==>Säureneutralisationskapazität->der Punkt ab dem die Puffersysteme im Boden aufgebraucht sind und der Boden beginnt zu versauern
Erkläre Carbonatpuffer
Carbonatpuffer: Böden mit Carbonaten sind gut gepuffert da Säuren schnell neutralisiert werden.In humiden Gebieten Endprodukte leicht ausgewaschen->pH bleibt neutral jedoch nimmt Carbonatgehalt und SNK ab
CaCO3 +H+_>Ca2++HCO3-
Freie Protonen werden nicht mehr abgepuffert->werden durch Kationenaustauschreaktionen Miinerale gebunden z.B. Tonminerale->adsorbierte Protonen greifen Silikatstrukturen an->Verwitterung von Silikat->vor allem Al3+ wird frei(hemmt Zellstreckung,Wurzelwachstum)->werden stark an Kationenaustauscher gebunden->verdrängt andere Kationen->diese werden ausgewaschen
==>sinkt der Boden-pH steigt die Al-Sättigung im Boden (vor allem<pH5) und Ca, Mg, K, Na Gehalte sinken
Was sind saure und basische Kationen?
=>Kationen an sich nicht sauer oder basisch haben jedoch Einfluss auf den Boden pH. Es sind die wichtigsten austauschbaren Kationen im Boden
saure: Al3+und H+
basische: Ca2+, Mg2+,Na+, K+
Was beschreibt die Basensättigung?
Kennwert für die Versäuerungsgrad eines Bodens und ist der prozentuale Anteil von basischen Kationen an der effektiven KAK. Das Gegenteil wäre die Al-Sättigung und entsprechend der Anteil mit sauren Kationen.
Wie verhält sich die Basensättigung mit sinkendem pH?
Basensättigung ist in basischen/neutralen Böden 100% und nimmt ab mit sinkendem pH. Bei pH 4 beträgt sie noch knapp 10%. Die Al-Sättigung steigt mit sinkendem pH, besonders hoch im pH-Bereich 4-5
=>da viele Pflanzen vorallem basische Kationen(Ca,Na,K..) zum überleben brauchen ist die Basensättigung auch ein wichtiges Indiz für die Bodenfruchtbarkeit und erklärt weshalb viele Pflanzen in saurem Boden nicht wachsen können.
Erkläre die spezifische Adsorption
Chemisorption,starke Bindungen zwischen Ionen und Stoffoberflächen, durch Bildung von Komplexen an Mineraloberflächen oder Komplexen mit funktionellen Gruppen der org. Substanz.
=>unspezifische Adsorption bildet keine stabilen chem. Bindungen
Beispiel: Bindung von Phosphat Anionen an Oberflächen von Oxiden, diese steigt mit sinkendem pH und verursacht somt schlechtere Pflanzenverfügbarkeit von Phosphat in sauren Böden
Schwermetalle bilden vorallem Komplexe mit Mineraloberflächen bei neutralem pH somit sind diese in neutralen Böden weniger mobil und pflanzenverfügbar
Erkläre die Begriffe Quantität, Rate und Intensität (leider nicht 100%sicher ob Def. stimmen)
Quantität: Ist der nachlieferbare Vorrat der Nährstoffe aus den Speichern
Rate: Menge die von den Speichern an das Wasser abgegeben wird(unspezifische Adsorption&leichtlösliche Minerale=leicht pflanzenverfügbar, spezifische Adsorption&org. Verbindungen=nicht direkt verfügbar aber nachlieferbar)
Intensität: "Konzentration"/Verfügbarkeit der Nährstoffe in der Bodenlösung die durch Pflanzen aufgenommen werden können
Quantität:natürlicher Gehalt, Eintrag und Austrag
Rate: Bodenfeuchte, Temperatur, Mikroorganismen-Aktivität
Intensität: Konzentration der verschiedenen gelösten Nährstoffen,Speziierung(Ausprägungsform einer Substanz aufgrund der Eistellung eines GW) der verschiedenen Nährelementen,Relationen zwischen Nährelementen
==>alle Faktoren haben Einfluss auf die gesamte Nährstoffverfügbarkeit im Boden
Was ist die Definition der Rhizosphäre?
Als Rhizosphäre bezeichnet man den Raum, der direkt durch lebende Wurzel beeinflusst ist. Es finden mechanische, physikalische, chemische und biologische Interaktionen statt. Sie ist Lebensraum für viele Bodenorganismen(Pilze,Bakterien, Würmer..).Die Rhizosphäre wird stark durch die von Pflanzen ausgeschiednen Stoffen beinflusst,vor allem wird der pH dadurch verändert. Dadurch werden Nährstoffe für die Pflanzen verfügbar(z.B. aus Gestein).
Welche Arten von Nährstofftransport zu den Wurzeln gibt es?
==>für die verschienen Nährstoffe unterschiedliche Transportarten wichtig jedoch müssen sie immer gelöst sein
Massentransport: Nährstoffe(ionischer und wassergelöster Form) werden von dem Unterdruck der Wurzeln zusammen mit Wasser angesogen (Wurzelsog)->Bodenlösung verarmt lokal=>Ca&N
Interzeption: Die Wurzel wachsen aktiv zur Nährstoffquelle hin bis zum direkten Kontakt, evt nötig durch Ausscheidungen Nährstoffe mobil zu machen(z.B. festem Gestein) oder direkt an Austauschflächen Ionen aufzunehmen
Diffusion: Falls Bodenlösung verarmt wandern Ionen aus der Umgebung Richtung Wurzeln nachwandern,als Transportmittel dient Wasser.=>K&P
Hat der Humusgehalt des Bodens einen Einfluss auf die Al-Sättigung?
Ja, Böden mit hohem Humusgehalt haben bei gleichem pH eine geringere Al-Sättigung als Böden mit weniger Humus
->Ackerboden eher wenig Humus und leicht saurer pH gwünscht->anfälliger für toxische Al-Werte
Merkmale von Calcium und Magnesium
=>sehr ähnliches Verhalten
-beide struktureller Bestandteil von primären und sekundären Silikaten(Olivin, Amphibole,Biotite,Plagioklase)
-Hauptbestandteile von Carbonaten (Calcit(nur Ca),Dolomit(Ca&Mg))
-beide werden durch Verwitterung freigesetzt und mit Sickerwasser ausgewaschen oder austauschbar an Tonminerale gebunden->pflanzenverfügbar
-neutral bis basische Böden-> Ca-Sättigung>80% und Mg-Sättigung 5-20%
-Mangel tritt nur bei sehr stark versauerten Böden auf: Ca-Sättigung 1-5% ung Mg-Sättigung 0.01-1%
-als Dünger werden vor allem Calcit(CaCO3) Gips(für Ca), Ca-Phosphate, Dolomit(CaMg(CO3)2) und Kieserit(für Mg)
Merkmale Kalium
-Bestansteil von primäre(z.B.Biotit, Muskovit,Alkalifeldspäte) und sekundären(z.B.Illite)Silikaten
-im Verlauf der Bodenentwicklung(Verwitterung)zum grössten Teil ausgewaschen und zum Teil an Tonmineralien oder org. Substanzen adsorbiert
-K-Sättigung bei 0.5-5% (der KAK)
-kann gut von Vermiculiten und randlich aufgeweiteten Illiten fixiert werden(K-Fixierung)->nicht pflanzenverfügbar jedoch nur in Böden mit hohm Illit/Vermiculit und gerim K+ Gehalt
-K-fixierung kann durch K+-Düngung aufgehoben werden (z.B. Kalisalz(KCl),Kalisulfat(K2SO4), NPK-Dünger)
-
Mekmale Phosphat
-Anion
-optimale Verfügbarkeut bei pH 5.5-6.5
-in meisten Gesteinen in geringen Mengen enthalten(0.05-0.3%) meistens in Form von Apatite
-immer Oxidationsstufe +5 (PO43-)
-bei Verwitterung als PO43- frei jedoch in Wasser wird es zu HPO22- oder H2PO- je nach pH
-nach Vewitterung in org.Verbindungen eingebaut,an Bodenpartikel adsorbiert ,Ca-Phosphate(kalkhaltigen Böden)&Fe-/Al-Phosphaten(sauren Böden) oder ausgewaschen(nur wenig)
-sehr alten Böden wenig P(z.B.(Sub-)Tropen)
-in sauren Böden schlechte P-Verfügbarkeit da stark an Al und Fe Oxide gebunden
-<0.1% in Bodenlösung, Rest in org. Substanz(25-65%,Phytate->schwerabbaubar, Phospholipide,Zuckerphosphate u.a.->leichter abbaubar),Oberfäche adsorbiert oder Bodenfestphase eingebunden
-P-Düngung mit Ca-Phosphaten,Ammoniumphosphat,org. Dünger(Mistetc)
-manche Pflanzen scheiden über Wurzelclusters(Protoid Roots) Citronensäure und Protonen aus zur mobilierung von Phosphat aus(z.B,weisse Lupine
Merkmale Schwefel
-in Magmatiten als Sulfid(S2-reduziert->anaerob) in Sedimentgestein und Böden oft als Sulfat (SO42-oxidiert->aerob)
-Versauerung des Bodens durch Schwefelsäure aus Atmosphäre->Verbrennung von S-haltiger Kohle
-Gehalt: Mineralböden 0.1-0.5g/kg, Moor 10g/kg
-Bindungsformen im Boden: org. Substanz(60-80%) oder Sufat/sulfid (min. Form)
-Düngung: Gips, Kieserit
Merkmale Stickstoff
-nicht in Gesteinen enthalten,anderen Quellen(biol. N-fixierung und NO3- aus Atmosphäre) eingetragen werden->Atmosphäre(78% N2)
-wird in aktiven(schnell abgebaut/mineralisiert) und passiven(stabile N-Verbindungen,langsam umgewandelt z.B.N inHuminstoffe) Pool unterteilt
-Ackerböden 1-.3g/kg N->90% org. Bindungsformen
-meist der wichtigste ertragsbestimmende Faktor(Hauptnährelement) in Landwirtschaft
-Überdüngung hat oft negative Folgen(z.B.Wasser,Gase oder Ertragsqualität)
=>N-Managment extrem wichti
Was sind die Grundpfeiler des Stickstoffkreislaufes?
N2= Stickstoff (biologische Fixierung im Boden z.B. Leguminosen)
NH4+= Ammonium (aus org. Material mineralisiert(Mobilisation)->kann auch in Tonmimeralien Absorbiert werden)
NO3-=Nitrat (Oxidation von NH4+durch Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen->Nitrifikation)
N2O oder N2= Distickstoffmonoxid oder Stickstoff->Gase( Reduktion NO3- durch Mikroorganismen unter anaeroben Bedingungen->Gase entweichen aus Boden->Denitrifikation)
Atmosphäre(N2) ->N2-Fixierung(NH3) ->Mineralisation(NH4+) ->Nitrifikation(NO3-) ->Denitrifikation(N2)
Biologische N2-Fixierung
-durch freilebende Bakterien z.B. Cyanobakterien, Azotobakter etc. (1-80 kg/ha*a)
-assozativ lebende Bakterin in der Rhizosphäre z.B. Azotomonas, Azospirillum (10-200kg/ha*a)
-symbiontisch lebende Bakterien z.B. Rhizobium(Knöllchenbakterium->Leguminosen) (50-400kg/ha*a)
Was ist der Unterschied zwischen NH4+und NO3- "Ernährung" von Pflanzen?Kationenüberschuss
Falls vorallem NH4+ aufgenommen kommt es zu einem Kationenüberschuss und es wird H+ an
Rhizosphäre abgegeben
NO3- Ernährung führt zu einem Anionenüberschuss und es wird OH-an die Umgebung abgegeben
=>Ernährung hat einen Einflus auf den pH-Wert des Bodens
Zum Beispiel erhöht Mais pH-Wert da NO3-aufnimmt und Kichererbsen senken pH da sie vorallem NH4+aufnehmen
Mist/Gülle
Ammoniak(NH3 durch Harber-Bosch)
Strohdüngung( Stroh hohes C/N-Verhältnis, Bakterien niedriges C/N-Verhältnis->Bakterien bauen Stroh ab brauchen jedoch zusätzliche N-Quellen für Aufbau eigener Biomasse->NH4+und NO3- Pools werden in bakt. Biomasse eingebaut(Inmobilisation)->keine auswaschung von Stickstoff da gebunden->Abbau der bakteriellen Biomasse setzt N wieder frei)
etc.
Welches sind die Nährstoffentzüge und -quellen im Boden?
Entzüge:
-Pflanzen aufnahme und Abfuhr durch Ernte
-Auswaschung(N;Ca,Mg u.a.)
-Bodenerosion(P,N)
-Immobilisierung in Böden(K,P,(N))
-Gasförmige Verluste(N)
Quellen:
-Düngung
-Biologische Stickstofffixierung
-Nachlieferung aus dem Gestein
-Atmosphärische Depostion(S,N)
-Anlieferung durch Grundwasser
Wie kann man optimale Düngermenge ermitteln?
=> Ziel ist gute Erträgeund Qualität,gesunde Nahrungsmittel und Vermeidung von Umweltschäden
-Nährstoffangebot im Boden muss bekannt sein(schwierig zuerfassen da man zwar Gesamtgehalt messen kann jedoch nicht weiss wieviel davon pflanzenverfügbar ist,kann durch Extraktionen in lösungen,empirischen Ertragsbeziehungen oder Düngeempfehlung mehr oder weniger bestimmt werden. Weiter ist ein Feld heterogen d.h. nicht überall hat es gleichviel Nährstoffe. kann durch mehrere Probenentnahmen und Mischprobenbildung optimiert werden)
-nachhaltige Nuzung der Resource
-betriebwirtschaftliche Optimierung
