Ui12 Wädenswil Bodenkunde 2 FS13
Stoffkreisläufe und Bodenschutz
Stoffkreisläufe und Bodenschutz
Stoffkreisläufe im Ökosystem (Def.)
•Biogeochemische Kreisläufe
•rezyklieren Nährstoffe
•in verschiedenen chemischen Formen
•zwischen nicht lebender Umwelt (Luft, Wasser, Boden, Fels) und Organismen.
•verbinden Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft
•Stoffkreislauf eines Ökosystems ist nicht geschlossen!
Stoffbilanzen
A) ausgeglichene Bilanz: Eintrag = Verlust
B) Einträge sind grösser als Verluste (z.B. im Verlauf einer Sukzession akkumulieren Nährstoffe als lebendes und totes organisches Material): Eintrag - Verlust = Gewinn
C) Verluste sind grösser als die Einträge (z.B. nach grossen Bränden, grossflächigem Entwalden, Abernten, wenn der Mineralverlust des Bodens nicht durch Verwitterung aufgewogen wird): Verlust - Eintrag = Defizit
Wo sind Pedosphäre und Biosphäre?
Grafik
Kohlenstoffkreislauf
- CO2
- global
- Kohlendioxidanstieg seit Industrialisierung
Kohlenstoffflüsse zwischen Atmosphäre und Biosphäre
- NPP
- NEP
- NBP
Nettoprimärproduktivität (NPP)
Aufnahme der Pflanzen durch Photosynthese minus Veratmung
macht mit 60 Gt/Jahr am meisten aus
Nettoökosystemproduktivität (NEP)
NPP minus Zersetzung der Streu im Boden
Nettobiomproduktivität (NBP)
NEP minus Verluste durch Ernte, Feuer, Schädlinge
Wo befinden sich die grössten Kohlenstoffvorräte? Begründung?
Böden. Am extremsten dort wo boreale Nadelwälder (Nadelwälder auf Nordhalbkugel), dann in tropischen Regenwald (Südhalbkugel)
Grund: Bindung von CO2 in Gesteinen
Kohlenstoffumsatz im Boden (Formel)
Boden-C= Eintrag/ Abbaurate
Grösster Unterschied vom Phosphorkreislauf zum Kohlenstoffkreislauf
lokal begrenzter Kreislauf. Wenn das Phosphor weg ist, ist es weg
Je jünger ein Boden, desto mehr Phosphor ist vorhanden.
Phosphorkreislauf
•Keine atmosphärische Komponente eigentlich lokal begrenzter Kreislauf
•In aquatischen wie in terrestrischen Systemen zirkuliert Phosphor zum allergrössten Teil in Nahrungsnetzen.
•In terrestrischen Ökosystemen werden geringe Verluste durch Auswaschung generell durch Einträge aus verwitterndem Gestein ausgeglichen.
•Phosphor kommt fast ausschliesslich in der oxidierten Form vor z.B. als PO43-!
Der P-Gehalt im Boden steigt? sinkt? von der Sand- zur Tonfraktion und mit dem Humusgehalt.
steigt!
Pflanzenverfügbare Nährstoffe: Phosphor
•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 anorganischen Salzen, in organischen Verbindungen oder in Bodenorganismen.
•Mikroorganismen sind für die Phosphorversorgung der Pflanzen entscheidend (z. B. Mykorrhiza).
Wie wird heut mit Phosphor umgegangen
Verschwenderisch, wenn man bedenkt bald (80 Jahre) Phosporkriese
Was könnte man benutzen um Phosphor zu gewinnen?
Klärschlamm
Untersuchungen haben gezeigt, dass die im Klärschlamm gebundene Menge an Phosphor pro Jahr etwa gleich gross ist wie die mit Mineraldünger importierte.
Rolle der Bodenbakterien bei der Stickstoff-Versorgung von Pflanzen
Bodenbakterien binden Luft-N --> NH4+ , Abbau von Corg liefert NH4+ Pflanzen können NH4+ aufnehmen, bevorzugen aber NO3-, das von nitrifizierenden Bakterien aus NH4+ gebildet wird (Nitrifikation).
mikrobielle Stickstoff-Kreislauf
- Luftstickstoff- Fixierung: durch Bakterien
- Ammonifikation: durch Enzyme von Mikroorganismen gesteuert
- Nitrifikation: Oxidation über zwei Stufen: aerob!
- Denitrifikation oder Nitratatmung Reduktion: anaerob! Es kann Lachgas entstehen.
Stickstoff: Bedarf der Landpflanzen ca ............. g N pro Jahr
1200 * 10^12 g
N Fixierung liefert nur ca. 12 % dieser Menge. Rest muss durch interner Recycling und den Zerfall toter organischer Materie gedeckt werden
Was ist für Intensivlandwirtschaft oft der limitierende Faktor?
Stickstoff --> wird stark gedüngt
Überlegen Sie, wie und durch welche Prozesse sich eine Vernässung des Bodens während einer niederschlagsreichen Periode auf den N-Kreislauf und die N-Aufnahme der Pflanzen auswirken kann. Zeichnen Sie zuerst den N-Kreislauf im Boden und diskutieren Sie anschliessend die einzelnen Prozesse:
• Mineralisierung
• Nitrifizierung
• Denitrifizierung
• N-Auswaschung
• N-Aufnahme
....
Welche Bodenprobleme gibt es?
• Erosion
• Auswaschung
• Versalzung
• Verdichtung
• Verschmutzung
• Versiegelung
• Übernutzung
Quantitative Bodengefährdungen
• Strassenbau, Siedlungsentwicklung,..
Qualitative Bodengefährdungen:
• Physikalisch: Verdichtung, Erosion, ..
• Chemisch: Schadstoffe, Versauerung, ..
Erosion ist abhängig von:
•Charakteristik der Regenereignisse
•Eigenschaften des Bodens
•Länge und Neigung des Hanges
•Bedeckung und Bearbeitung des Hanges
•Erosionsschutzmassnahmen
Massnahmen Verdichtung
•Bodenschonender Einsatz von Fahrzeugen, Maschinen und Geräten
•Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften und Feuchtigkeit des Bodens
•Vermeiden von Verdichtung und anderen Strukturschäden
Beurteilung der Tragfähigkeit eines Bodens mithilfe von:
Tensiometer. Misst Saugspannung
Chemische Bodenbelastungen
Wie beeinflussen Schadstoffe im Boden die Umwelt?
...
Organische Schadstoffe im Boden
•Je nach Verbindung gut oder schlecht biologisch abbaubar
•Anreicherung im Boden je nach Abbaubarkeit und Mobilität
Anorganische Schadstoffe im Boden
•Schwermetalle (Pb, Cd, Cu, Zn….)
•Biologisch nicht abbaubar
•Akkumulieren häufig in oberster Bodenschicht
•Essentielle und toxische Schwermetalle
Bedrohung der Schweizer Böden durch:
- Versauerung durch Schadstoffe in Luft
- Ausbreitung der Siedlungen
- Flächenbeanspruchung durch Verkehr
- Erosion
- Bodenverdichtung
-
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Cartes-fiches
Stoffkreisläufe im Ökosystem (Def.)
•Biogeochemische Kreisläufe
•rezyklieren Nährstoffe
•in verschiedenen chemischen Formen
•zwischen nicht lebender Umwelt (Luft, Wasser, Boden, Fels) und Organismen.
•verbinden Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft
•Stoffkreislauf eines Ökosystems ist nicht geschlossen!
Stoffbilanzen
A) ausgeglichene Bilanz: Eintrag = Verlust
B) Einträge sind grösser als Verluste (z.B. im Verlauf einer Sukzession akkumulieren Nährstoffe als lebendes und totes organisches Material): Eintrag - Verlust = Gewinn
C) Verluste sind grösser als die Einträge (z.B. nach grossen Bränden, grossflächigem Entwalden, Abernten, wenn der Mineralverlust des Bodens nicht durch Verwitterung aufgewogen wird): Verlust - Eintrag = Defizit
Wo sind Pedosphäre und Biosphäre?
Grafik
Kohlenstoffkreislauf
- CO2
- global
- Kohlendioxidanstieg seit Industrialisierung
Kohlenstoffflüsse zwischen Atmosphäre und Biosphäre
- NPP
- NEP
- NBP
Nettoprimärproduktivität (NPP)
Aufnahme der Pflanzen durch Photosynthese minus Veratmung
macht mit 60 Gt/Jahr am meisten aus
Nettoökosystemproduktivität (NEP)
NPP minus Zersetzung der Streu im Boden
Nettobiomproduktivität (NBP)
NEP minus Verluste durch Ernte, Feuer, Schädlinge
Wo befinden sich die grössten Kohlenstoffvorräte? Begründung?
Böden. Am extremsten dort wo boreale Nadelwälder (Nadelwälder auf Nordhalbkugel), dann in tropischen Regenwald (Südhalbkugel)
Grund: Bindung von CO2 in Gesteinen
Kohlenstoffumsatz im Boden (Formel)
Boden-C= Eintrag/ Abbaurate
Grösster Unterschied vom Phosphorkreislauf zum Kohlenstoffkreislauf
lokal begrenzter Kreislauf. Wenn das Phosphor weg ist, ist es weg
Je jünger ein Boden, desto mehr Phosphor ist vorhanden.
Phosphorkreislauf
•Keine atmosphärische Komponente eigentlich lokal begrenzter Kreislauf
•In aquatischen wie in terrestrischen Systemen zirkuliert Phosphor zum allergrössten Teil in Nahrungsnetzen.
•In terrestrischen Ökosystemen werden geringe Verluste durch Auswaschung generell durch Einträge aus verwitterndem Gestein ausgeglichen.
•Phosphor kommt fast ausschliesslich in der oxidierten Form vor z.B. als PO43-!
Der P-Gehalt im Boden steigt? sinkt? von der Sand- zur Tonfraktion und mit dem Humusgehalt.
steigt!
Pflanzenverfügbare Nährstoffe: Phosphor
•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 anorganischen Salzen, in organischen Verbindungen oder in Bodenorganismen.
•Mikroorganismen sind für die Phosphorversorgung der Pflanzen entscheidend (z. B. Mykorrhiza).
Wie wird heut mit Phosphor umgegangen
Verschwenderisch, wenn man bedenkt bald (80 Jahre) Phosporkriese
Was könnte man benutzen um Phosphor zu gewinnen?
Klärschlamm
Untersuchungen haben gezeigt, dass die im Klärschlamm gebundene Menge an Phosphor pro Jahr etwa gleich gross ist wie die mit Mineraldünger importierte.
Rolle der Bodenbakterien bei der Stickstoff-Versorgung von Pflanzen
Bodenbakterien binden Luft-N --> NH4+ , Abbau von Corg liefert NH4+ Pflanzen können NH4+ aufnehmen, bevorzugen aber NO3-, das von nitrifizierenden Bakterien aus NH4+ gebildet wird (Nitrifikation).
mikrobielle Stickstoff-Kreislauf
- Luftstickstoff- Fixierung: durch Bakterien
- Ammonifikation: durch Enzyme von Mikroorganismen gesteuert
- Nitrifikation: Oxidation über zwei Stufen: aerob!
- Denitrifikation oder Nitratatmung Reduktion: anaerob! Es kann Lachgas entstehen.
Stickstoff: Bedarf der Landpflanzen ca ............. g N pro Jahr
1200 * 10^12 g
N Fixierung liefert nur ca. 12 % dieser Menge. Rest muss durch interner Recycling und den Zerfall toter organischer Materie gedeckt werden
Was ist für Intensivlandwirtschaft oft der limitierende Faktor?
Stickstoff --> wird stark gedüngt
Überlegen Sie, wie und durch welche Prozesse sich eine Vernässung des Bodens während einer niederschlagsreichen Periode auf den N-Kreislauf und die N-Aufnahme der Pflanzen auswirken kann. Zeichnen Sie zuerst den N-Kreislauf im Boden und diskutieren Sie anschliessend die einzelnen Prozesse:
• Mineralisierung
• Nitrifizierung
• Denitrifizierung
• N-Auswaschung
• N-Aufnahme
....
Welche Bodenprobleme gibt es?
• Erosion
• Auswaschung
• Versalzung
• Verdichtung
• Verschmutzung
• Versiegelung
• Übernutzung
Quantitative Bodengefährdungen
• Strassenbau, Siedlungsentwicklung,..
Qualitative Bodengefährdungen:
• Physikalisch: Verdichtung, Erosion, ..
• Chemisch: Schadstoffe, Versauerung, ..
Erosion ist abhängig von:
•Charakteristik der Regenereignisse
•Eigenschaften des Bodens
•Länge und Neigung des Hanges
•Bedeckung und Bearbeitung des Hanges
•Erosionsschutzmassnahmen
Massnahmen Verdichtung
•Bodenschonender Einsatz von Fahrzeugen, Maschinen und Geräten
•Berücksichtigung der physikalischen Eigenschaften und Feuchtigkeit des Bodens
•Vermeiden von Verdichtung und anderen Strukturschäden
Beurteilung der Tragfähigkeit eines Bodens mithilfe von:
Tensiometer. Misst Saugspannung
Chemische Bodenbelastungen
Wie beeinflussen Schadstoffe im Boden die Umwelt?
...
Organische Schadstoffe im Boden
•Je nach Verbindung gut oder schlecht biologisch abbaubar
•Anreicherung im Boden je nach Abbaubarkeit und Mobilität
Anorganische Schadstoffe im Boden
•Schwermetalle (Pb, Cd, Cu, Zn….)
•Biologisch nicht abbaubar
•Akkumulieren häufig in oberster Bodenschicht
•Essentielle und toxische Schwermetalle
Bedrohung der Schweizer Böden durch:
- Versauerung durch Schadstoffe in Luft
- Ausbreitung der Siedlungen
- Flächenbeanspruchung durch Verkehr
- Erosion
- Bodenverdichtung
