Vorlesung Flashcards
Wie sehen derzeit die Bodenverluste aus?
Globale Bodenverluste
•Während der letzten 40 Jahre wurden weltweit ca. 30% des landwirtschaftlich nutzbaren Bodens verloren
•Die Bodenverlustrate ist ca. 10 Millionen Hektar (Fußballfelder) pro Jahr!!
In Deutschland
•In Deutschland wird derzeit jeden Tag eine Freifläche so groß wie etwa 170 Fußballfelder überbaut
•Das entspricht 15 m² pro Sekunde
Einige coole kleine Boden-Factoids
- In einer Handvoll fruchtbaren Bodens gibt es mehr Einzelorganismen als die Gesamtzahl der Menschen, die jemals existiert haben.
- Aufgrund der inhärent großen Oberfläche des Bodens sind jedoch nur 1x10-5% der gesamten Oberfläche von Mikroben bedeckt.
- Alle Bodenmikroben sind aquatisch und benötigen für ihr Überleben dünne Mikrofilme von Wasser.
- Unter der Erde gibt es mehr Artenvielfalt als anderswo.
- Wenn Sie alle Funktionen des Bodens durch andere Mittel ersetzen würden, würde dies mehr als 100 Billionen US-Dollar pro Jahr kosten.
- Große Staubstürme durch das Erodieren chinesischer Böden bereisen die ganze Welt, verändern das lokale Wetterverhalten und beeinflussen die Entwicklung von Korallenriffen usw.
- In Böden ist mehr Kohlenstoff gespeichert als an jedem anderen Ort der Erde.
- Der Boden dient als Umweltwäscher für schädliche Chemikalien und Organismen und hält sie davon ab, die Wasserwege oder die Atmosphäre zu erreichen.
Beschreibe die Rückkopplungen von Pflanzen und Böden.
• Dies ist ein konzeptioneller Rahmen, in dem die Wechselwirkung zwischen Boden und Pflanzen untersucht wird
• PSF (Plant-soil-Feedback) bezieht sich auf ein zweistufiges Verfahren, bei dem die Anwesenheit von Pflanzen die Bodenzustände (physikalische, (Bio-) chemische oder biologische) verändert, die wiederum das Pflanzenwachstum und die Fitness beeinflussen.
• Neben diesem breiten Konzept wird der Begriff auch in einem spezifischeren Sinn verwendet, beispielsweise bei Interaktionen mit direktem und indirektem Feedback, die durch benachbarte Pflanzen vermittelt werden (net pairwise feedback).
• Das Feedback kann positiv oder negativ sein.
• Feedback wird letztendlich durch Biologie, Chemie und physikalische Veränderungen hervorgerufen. Meist werden jedoch biologische Veränderungen untersucht.
Eine Rückkopplung tritt auf, wenn die vier Wechselwirkungskoeffizienten nicht gleich sind, d. H. Wenn es artspezifische Effekte gibt.
Was ist Boden (Definition/en)?
„Die obere Erdschicht, die gegraben oder gepflügt werden kann und in denen Pflanzen wachsen “
Alltagsdefinition
“Das gesamte fragmentierte Mineralmaterial an oder in der Nähe der Erdoberfläche, des Mondes oder eines anderen Planetenkörpers sowie Luft, Wasser, organisches Material und andere Substanzen, die darin enthalten sein können”
Dies ist die technische Definition des Bodens
“Material, das an der Oberfläche eines Planetenkörpers durch physikalische, chemische oder biologische Mittel verändert wurde.”
Geologische Definition des Bodens
„Ein natürlicher Körper, der in Profilform aus einer variablen Mischung aus gebrochenen und verwitterten Mineralien und zerfallenden organischen Stoffen aufgebaut ist, die die Erde in einer dünnen Schicht bedeckt und der, wenn er die richtigen Mengen an Luft und Wasser enthält, mechanische Unterstützung und Wasser liefert Teil, Nahrung für Pflanzen ”
Definition der Bodenkunde
Was ist Pedosphäre?
- Die Pedosphäre ist die Hülle der Erde, in der Böden vorkommen und Bodenbildungsfaktoren aktiv sind
- Die Pedosphäre entwickelt sich nur dort, wo eine enge Wechselwirkung zwischen Atmosphäre, Biosphäre, Hydrosphäre und Lithosphäre besteht.
- Der Boden besteht aus Porenraum und festem Material. Der Porenraum ist entweder mit Luft (Atmosphäre) oder Wasser (Hydrosphäre) gefüllt. Feststoffe sind entweder mineralische (Lithosphäre) oder lebende Organismen (Biosphäre) und ihre Überreste.
Bodenbildung: Skizziere einen kurzen Überblick!
• Erste Stufe: Die Bodenbildung beginnt mit der Verwitterung des Untergrundes zu Ausgangsmaterial, das aus nicht fest gewordenen Felsfragmenten besteht
• Ausgangsmaterial kann sich an Ort und Stelle ansammeln oder durch Schwerkraft, Wind, Wasser oder Gletscher zu seinem endgültigen Ziel transportiert werden
• Zweite Stufe: anfängliche Bildung von Horizonten durch verschiedene Prozesse, einschließlich Hinzufügen, Entfernen, Mischen und Umwandlungen.
• Dritte Stufe: Reifer Boden wird durch weitere Differenzierung der Bodenhorizonte gebildet
• Böden sind dynamische Körper (Funktion der Zeit t), die auf verschiedene Bodenbildungsfaktoren reagieren (Jenny 1941):
S = (Klima, Ausgangsmaterial, Biota, Topographie, Vegetation) t + Mensch (t2)
• Die Tatsache, dass die Bodeneigenschaften auf eine Vielzahl von Faktoren reagieren, führt zu einer beträchtlichen Bodenvielfalt.
Definiere Verwitterung!
Der Abbau von Gesteinen und Mineralien an oder unter der Erdoberfläche durch physikalische und chemische Vorgänge
Erkläre Variabilität und Komplexität über verschiedene Skalen hinweg.
A. Global B. Regionale Variabilität C. Vertikale Variabilität D. Horizontale Variabilität E. Variabilität im Mikromaßstab F. Zeitmuster der Heterogenität
Bodenkörper: mineralische und organische Fraktion; definiere das!
A. Die Mineralfraktion
Textur
• Die Partikel werden nach Größe benannt: Sand, Schluff und Ton (keine chemischen Eigenschaften usw.)
• Der relative Anteil von jedem bestimmt die Bodentextur
B. Organische Fraktion
Bedeutung der organischen Substanz im Boden
C. Die Ökosystemperspektive
• Böden sind ein sehr großer Kohlenstoffspeicher.
• Etwa zwei Drittel des gesamten terrestrischen Kohlenstoffs sind in der organischen Bodensubstanz enthalten. das ist zwei- bis dreimal so viel Kohlenstoff wie in atmosphärischem CO2 enthalten ist
Erkläre die Perspektive der Bodenfruchtbarkeit / Bodenkunde.
• Kationenaustauschkapazität
• Anhäufung
Die mikrobielle Perspektive des Bodens
• Kohlenstoffquelle (für Heterotrophe)
• Quelle von Nährstoffen
• Ein mikrobielles Produkt
Organische Bestandteile des Bodens
• Bodenbiota
• organische Substanz des Bodens (nicht lebend)
Bodenorganische Substanz ist
• verschiedener Herkunft (Pflanze, Tier, Mikrobe)
• Unglaublich chemisch komplex
• Chemisch kaum befriedigend zu charakterisieren
… Daher wird SOM basierend auf physikalischen, biochemischen Unterschieden von Verbindungen, sogenannten Fraktionierungsmethoden, beschrieben
Bodenorganisches Material - Fraktionierung nach Löslichkeit. Erkläre das Prinzip!
Nicht humose Substanzen
• Erkennbare Pflanzenreste (diese können als separate Klasse von SOM, dem Detritus, getrennt werden)
• Alle identifizierbaren Klassen organischer Verbindungen (wie Kohlenhydrate und Peptide)
Huminstoffe: Fulvinsäuren (oder Fulvo-), Huminsäuren, Humine
• Das verbleibende amorphe, stark transformierte, dunkel gefärbte Material.
• Kann nicht als zu einer festgelegten Gruppe chemischer Verbindungen gehörig identifiziert werden
Andere Fraktionierungsmethoden basieren auf:
• Dichte (Polywolframat)
• Größe
• Ladung
Die Natur von Huminstoffen
• Große, multifunktionelle Polymere, die über eine Vielzahl von Bindungsmechanismen an mineralische Oberflächen gebunden werden
• Kleinere Moleküle mit dynamischen Wechselwirkungen
Andere organische Komponenten: karbonisierte Materialien, was versteht man darunter?
Carbonisiertes Material kann entweder im Boden vorhanden sein
• (natürliche) Brände (unvollständige Verbrennung),
• oder weil es als Bodenänderung hinzugefügt wurde
Biokohle: Holzkohle, die hauptsächlich aus Biomasse hergestellt wird, um die Kohlenstoffbindung im Boden zu verbessern. Modelliert nach Terra Preta-Böden im Amazonasbecken.
Zwei verschiedene Quellen von Biokohle: Pyrolyse (hohe Temperaturen, niedriger Sauerstoffgehalt) oder hydrothermale Carbonisierung (wässrige, mildere Bedingungen)
Mehrfache (oft positive) Effekte von carbonisierten Materialien:
• physikalisch-chemische Eigenschaften des Bodens
• Bodenbiota
• Pflanzenwachstum
Lange Verweilzeit des Materials im Boden; wichtig für die nachhaltigkeit.
Anordnung der Bodenkörper: Bodenstruktur, definiere dies!
Bodenstruktur:
Die Kombination oder Anordnung von primären Bodenteilchen zu sekundären Partikeln, Einheiten oder Peds.
Ped:
Eine Einheit der Bodenstruktur, z. B. ein Aggregat, das durch natürliche Prozesse gebildet wird.
Klumpen:
Eine kompakte, kohärente Bodenmasse, die künstlich erzeugt wird, üblicherweise durch menschliche Aktivitäten wie Pflügen und Graben (insbesondere bei nassen Böden).
Aggregate:
Aggregate sind (mit wenigen Ausnahmen) hierarchisch strukturierte Kombinationen von Primärpartikeln.
Definition von Bodenporen!
Makroporen (> 0,08 mm)
• Lassen Luft und Wasser frei laufen.
• Groß genug, um Wurzeln und Mikroarthropoden aufzunehmen.
• Verschiedene Typen
o Packungsporen (Zwischenräume zwischen Primärbodenpartikeln)
o Interped Poren (Zwischenräume zwischen Peds)
o Bioporen (gebildet von Biota; oft röhrenförmig, gebildet von Wurzeln)
Mikroporen (<0,08 mm)
• Zu klein, um viel Luft zu bewegen
• Normalerweise mit Wasser gefüllt; Wasserbewegung langsam
• Größere beherbergen Pflanzenwurzelhaare oder Mikroorganismen; kleine können für Bakterien sogar zu klein sein
Mit was Bodenporen gefüllt sind: Bodenatmosphäre; was bedeutet das?
• Die Poren im Boden sind NIEMALS leer. Sie enthalten entweder Wasser oder Luft, meist beides.
Womit die Bodenporen gefüllt sind: Bodenwasser, erkläre das genauer!
- Das Bodenwasser wird in Abhängigkeit von der zu seiner Entfernung erforderlichen Arbeit in verschiedene Fraktionen aufgeteilt
- Wichtig: Was für Pflanzen nicht verfügbar ist, darf nicht für Mikroben sein!
Zähle Kräfte auf, die den Energiezustand von Wasser bestimmen!
- Die Adhäsion von Wasser an den Bodenfeststoffen (Matrix) bewirkt eine matricische Kraft: Reduziert den Energiezustand von Wasser
- Die Anziehung von Wasser zu Ionen und anderen gelösten Stoffen führt zu osmotischen Kräften und senkt auch den Energiezustand von Wasser.
- Die Schwerkraft zieht das Wasser nach unten
- Kinetische Energie normalerweise vernachlässigbar
- Das Bodenwasserpotential ist der Unterschied im Energielevel zwischen reinem Standardwasser und Bodenwasser.
Mit welchen Methoden kann man Messungen des Bodenwassergehalts durchführen?
- Gravimetrische Methode
- Neutronenstreuung (Sonde)
- Zeitbereichsreflektometrie (TDR)
- FDR-Frequenzbereich-Reflektometrie
Methoden zur Messung der Bodenwasserpotentiale (Saugspannung).
- Tensiometer
* Thermoelement-Psychrometrie
Ein abstrakter Überblick über die Bodenbiota: das Bodennahrungsnetz, erkläre dies!
Die immense (und weitgehend unbekannte) Artenvielfalt in Böden ist in Nahrungsketten und -netze strukturiert, die wichtige Determinanten der Ökosystemfunktion sind
Es gibt zwei grundsätzlich verschiedene Arten von Nahrungsnetzen
• Das Nahrungsnetz der Verbundenheit: Zeigt die Ernährung jeder Kreatur an (wer isst wen); nicht quantitativ
• Das Energieflussnetz: Liefert zusätzlich Informationen zu den Flussraten entlang der Links im Netz
Definiere Wurzeln: Merkmale; Relevanz für andere Bodenbiota.
Architektonische Merkmale bestimmen die räumliche Konfiguration des gesamten Wurzelsystems einer einzelnen Pflanze. Zu den häufig verwendeten architektonischen Merkmalen gehören die Wurzeltiefe, die Wurzellängendichte und die Wurzelverzweigung.
Physiologische Wurzelmerkmale charakterisieren Wurzeln in Bezug auf Nährstoffaufnahmekinetik, Wurzelatmung und Freisetzung von Wurzelexsudaten.
Morphologische Merkmale beziehen sich auf Merkmale einzelner Wurzeln, wie z. B. Wurzeldurchmesser, spezifische Wurzellänge, Wurzelgewebedichte und Wurzeltrockenmassegehalt.
Zu den biotischen Merkmalen gehören direkte Wechselwirkungen zwischen Wurzeln und Bodenbiota, die die Nährstoffaufnahme beeinflussen, aber auch Wechselwirkungen mit Krankheitserregern.
Allgemeine Eigenschaften: hohe Plastizität des Wurzelsystems
Allgemeine Eigenschaften: Laterale Wurzelinitiation - wie funktioniert das?
Rhizodeposition besteht aus…
• Niedermolekulare Exsudate
• Sekrete
• Schleime, die von den Zellen abgelöst wurden
Niedermolekulare Exsudate
• Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, die entweder direkt oder über Zellzwischenräume aus allen Zellen in den Boden gelangen
• Beispiele sind Zucker, Aminosäuren
• Exsudationsmenge und Zusammensetzung können durch viele Faktoren (Entlaubung, Wasserstress…) variieren.
Absonderungen
• Beinhaltet sowohl niedermolekulare als auch hochmolekulare Verbindungen, die durch Stoffwechselprozesse freigesetzt werden
Grenzzellenrolle in der Verteidigung (Beispiel) - „Lockung der Sirenen“; erkläre dies.
Anziehung und Immobilisierung des Wurzelknotennematoden durch Wurzelgrenzzellen.
(a) Wenn eine Erbsenwurzel auf mit Nematoden inokuliertem Wasseragar platziert wird, werden Nematoden schnell angezogen, um die Grenzzellen zu umgeben, aber nicht um Wurzeln, deren Grenzzellen entfernt wurden.
(b) . Wenn Wurzeln von der Oberfläche abgehoben werden, kann die aktive Beweglichkeit von Nematoden in Klumpen von zurückgelassenen Grenzzellen nachgewiesen werden.
(c) Nach 30 Minuten hört die Beweglichkeit innerhalb der Klumpen der Grenzzellen auf.
Was ist die Rhizosphäre?
• Bodenregion, die unmittelbar von Pflanzenwurzeln beeinflusst wird und in der sich eine vom Rest des (Bulk-) Bodens unterscheidbare mikrobielle Population befindet.
