01. Definieren Sie kurz 5 Flusskomponenten des ökosystemaren
Wasserhaushaltes.
Kronentraufe: Niederschlag - (Interzeption + Stammablauf) Perkolation: Einsickerung des Wassers in den Boden. Aufnahme von Wuzeln oder Auffüllen der Bodenspeicher Tiefenversickerung: Sickerwassers das nicht gespeichert, von Pflanzen aufgenommen wird oder als Hangwasser abfliest =Grundwasserspende Transpiration: Von den Pflanzen verbrauchtes Wasser, entspricht weitgehend der Wasseraufnahme Evaporation: Wasserdampfverlust des Bodens
02. Erklären Sie den molekularen Aufbau des Wassers. Was sind
Wasserstoffbrücken und welche Bedeutung haben diese für die
Eigenschaften des Wassers bei Raumtemperatur?
Wasser liegt im flüssigen Zustand als (H2O)n vor geknicktes/polares (zwei positiv und eins negativ) Molekül gibt sein Elektron leicht ab -> Wasserstoffbrücken „positives“ und ein „negatives“ Ende Nach der Bildung von Wasserstoffbrücken → nicht mehr beweglich
03. Beschreiben und erklären Sie die Oberflächenspannung des Wassers und 3 damit verbundene natürliche Phänomene.
Oberflächenspannung= Kohäsion Ursache: Anziehungskräfte zwischen den Wassermolekülen Innerhalb der Flüssigkeit Kräftegleichgewicht Oberfläche: nur Kräfte nach unten bzw. zu den Seiten=Oberflächenspannung -) Tropfenbildung-) Wasserläufe auf der Oberfläche-) Übervolle Glaser
04. Erklären Sie die Begriffe Adhäsion und Kohäsion in Zusammenhang mit dem Wassermolekül.
Adhäsion: Zusammenhalt zwischen zwei verschiedenen Stoffen wie zum Beispiel Wasser und Glas oder Bodenpartikel Kohäsion: Wassermoleküle halten durch Wasserstoffbrücken zwischen O und H-Atomen zusammen
05. Wie verhält sich Wasser an geladenen bzw. polaren Oberflächen? Welche Substanzen im Boden besitzen solche Eigenschaften (3 Beispiele)?
Wasser benetzt die polare Fläche mit einem Winkel nahe 0° Tonminerale (negative Oberflächenladung) Huminstoffe (variable Ladung an Säuregruppen) Fe-Hydroxide oder -Oxide (Variable Ladung am O-Atom)
06. Beschreiben Sie das Konzept des Benetzungswinkels an einer ebenen Fläche.
unter 90° Adhäsion >> Kohäsion Tropfen zieht auseinander benetzbaren Oberflächen = 90° Adhäsion = Kohäsion: > 90° Adhäsion << Kohäsion tropfenartige Gebilde Oberflächenspannung führt zum „einigeln“ des Wassers in Tropfenform.
07. Beschreiben Sie den kapillaren Aufstieg von Wasser.
Benetzungswinkel von 0°: Grenzfläche zur Luft wird geringer durch Höhe mal Umfang Energie, die für das „Hochziehen“ der Säule zur Verfügung steht Dem gegenüber die Gewichtskraft kapillarer Aufstieg geht so lange bis Gewichtskraft der Säule = Oberflächenenergie ist. Die kapillare Aufstiegshöhe proportional dem Kapillarendurchmesser
08. Was passiert wenn Sie eine Röhre aus „hydrophobem“ Material in Wasser tauchen? Diskutieren Sie kurz den Begriff „hydrophob“ und ersetzen ihn durch einen physikalisch präziseren Begriff.
das Rohr bleibt leer, es bildet sich eine konkave Oberfläche Hydrophob bedeutet „wassermeidend / wasserabweisend“ → Stoffe die sich schwer oder nicht mit Wasser mischen lassen. Unpolare Stoffe wie z.B. Fette oder Öle bilden keine Bindung mit dem Wassermolekül
09. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen Porendurchmesser und kapillarer Aufstiegshöhe. Nennen Sie drei Größenordnungen.
Je kleiner der Porendurchmesser, desto höher die kapillare Aufstiegshöhe Grobporen: 1500 µm bis 100µm Mittelpore: 100 µm bis 1,5 µm Feinporen: 0,2 µm
10. Was ist der pF Wert im Kapillarmodell des Bodens?
Pf = Log 10 (des negativen Wasserpotenzials)
11. Was versteht man unter dem Porenäquivalentdurchmesser bei der Boden-pF-Kurve?
Wären die Kapillaren des beobachteten Bodens gerade runde Kapillaren, hätten diese bei dieser Entwässerungscharakteristik diesen Durchmesser (äquivalent)
12. Welche zwei Darstellungen für die pF Kurve sind üblich. Warum wird in den Darstellungen die unabhängige (x) und abhängige (y) Variable vertauscht?
Darstellungsart 1: y = Wassergehalt x = Wasserspannung dies ist eine Summenkurve mit steigendem Entwässerungsdruck sinkt der Wassergehalt Darstellungsart 2: y = Wasserspannung x = Wassergehalt Vorteil bei Bewässerungsfragen (Wie viel Wasser muss ich auffüllen?)
14. Definieren Sie die Begriffe Feldkapazität, Nutzbare Feldkapazität,
Welkefeuchte, Luftkapazität.
Feldkapazität : Wassermenge die ein gesättigter Boden gegen die Schwerkraft nach 2 bis 3 Tagen noch halten kann Nutzbare Feldkapazität:verfügbares Bodenwasser für die Pflanze Welkefeuchte: Restwasser im Boden, was die Pflanze nicht mehr aufnehmen kann Luftkapazität: Das Volumen der Grobporen
16. Erläutern Sie die bodenökologischen Porenklassen (Porenäquivalentdurchmesser, Entwässerungsdruck, ökologische
Eigenschaften)
a) Grobporen: Schnell dränierende Poren kurz nach einem Niederschlag wieder wasserfrei Das Volumen der Grobporen = Luftkapazität b) Die Mittelporen und oft auch die engen Grobporen langsam dränierende Poren sie halten das Wasser im Boden Sättigung der langsam dränierenden Poren = Feldkapazität
17. Erläutern Sie das Modell der Feldkapazität anhand einer Zeichnung. Wie wird die Feldkapazität für praktische Zwecke angenähert? Was ist die eigentliche Ursache für das Phänomen der Feldkapazität (denken Sie an die Wasserleitfähigkeit).
Abnahme des Wassergehaltes wird an einem gesättigten Boden beobachtet Zeitpunkt an den die Abnahme nicht mehr zunimmt Bei Sanden kann das schon nach wenigen Stunden sein, bei Schluffen und Lehmen nach 3 Tagen. Die Feuchtigkeit, die sich nach 3 Tagen einstellt nennt man „Feldkapazität“
18. Erläutern Sie anhand des Giessverhaltens wieso a) kein Wasser aus dem Drainageloch b) in welchem Fall Wasser herausfließt c) das Wasser nicht in den Boden im Topf eindringt und seitlich abfließt. Verwenden Sie dazu die Fachbegriffe der Bodenphys
a) Es werden nur mittel und enge Grobporen aufgefüllt die das Wasser gegen die Schwerkraft halten. b) Es wird mehr Wasser aufgefüllt, als was das Porenvolumen puffern kann. Dadurch wird das überflüssige Wasser drainiert. c) Der Benetzungswinkel ist gestiegen und lässt das Wasser abperlen. Der Boden ist ausgetrocknet und organische Substanz wird hydrophob.
19. Beschreiben Sie ein einfaches Speichermodell für den Bodenwasserhaushalt.
Boden wird in Speicherelemente aufteteilt Gefüllt werden sie von oben (entweder Regen oder vom darüberliegenden Element) Wenn in Element Feldkapazität erreicht ist läuft es über Überfluss geht ins nächste Element Überlauf des tiefesten Elements (unterhalb Wurzelraum) ist die Grundwasserspende gesamte Transpiration wird gemäß der Tiefenverteilung der Wurzeln auf die Elemente aufteilt
20. Erläutern Sie die Begriffe „gesättigte“ und „ungesättigte Wasserleitfähigkeit“. Welche Prozesse können mit den jeweiligen Leitfähigkeiten beschrieben werden (jeweils 2 Beispiele).
Wasserleitfähigkeit: Gesättigt: alle Bodenporen sind mit Wasser gefüllt Ungesättigt: Bodenporen sind nur zum Teil mit Wasser gefüllt Prozesse???
21. Was besagt das Darcy-Gesetz, welche Größen gehen ein?
perkoliertes Volumen/( Zeit *Fließquerschnitt) = Wasserleitfähigkeit * Druckunterschied/Fließlänge V/ t⋅A = k⋅ Δ h /Δ z
22. Erläutern Sie den Zusammenhang zwischen gesättigter Leitfähigkeiten und Körnung. Welche Rolle spielt die Sekundärstruktur?
Je kleiner die Körnung, desto kleiner die Poren desto schlechter ist die Leitfähigkeit Kleine Poren leiten weniger Wasser aufgrund der höheren Wandreibung Die Sekundärstruktur:
23. Erläutern Sie mit jeweils einem (maximal 2 Sätzen) drei Gründe warum die ungesättigte Wasserleitfähigkeit mit abnehmender Bodenfeuchte exponentiell abnimmt.
1. bei gleichem Fließquerschnitt leiten dünne Poren quadratisch mit dem Durchmesser ab 2. weniger wasserführende Poren → Fließquerschnitt nimmt ab 3. zunehmende Entwässerung →Vernetzung der Poren nimmt ab, da zwischen den Poren trockene Abschnitte liegen
24. Was versteht man unter Bodenrespiration und Bodenbelüftung? Welche
Organismen sind daran beteiligt?
Bodenrespiration: Verbrauch an O2 und die Freisetzung von CO2 Bodenbelüftung: Versorgung mit O2 und die Entsorgung des CO2 Organismen:
25. Welches ist der dominierende Transportprozess in der Bodengasphase?
Diffusion: Zwischen Boden und Atmosphäre erfolgt kontinuierlich einKonzentrationsausgleich.
26. Diskutieren Sie den Begriff einer „nutzbaren O2-Kapazität“ im Boden.
Im Boden können nur ca. 5% des Sauerstoffes genutzt werden da alle Mikroorganismen von einem Wasserfilm umgeben hohe Konzentration an O2 ist nötig, um den Sauerstoff durch den Wasserfilm zu ziehen
27. Erläutern Sie die Sauerstoffkonzentrationen zwischen Atmosphäre,
Interaggregatporen und Intraaggregatporen. Welche Bedeutung hat diese
Verteilung für biologische Prozesse.
In der Atmosphäre ist die Sauerstoffkonzentrationen stätig bei ca. 21%, da durch Luftmassenbewegung ein kontinuierlicher Gasaustausch erfolgt In den Interaggregatoren und Intraaggretporen: geringere Konzentration an Sauerstoff In den tieferen Bodenschichten und in den Intraaggregatporen nimmt die Konzentration an Sauerstoff immer mehr ab.
28. Was ist damit gemeint, dass die Bodenbelüftung „transportkontrolliert“ ist, der Bodenwasserhaushalt eher „speicherkontrolliert“?
transportkontrolliert Die Bodenluft muss ständig ausgetauscht werden, damit den Organismen immer eine ausreichende Menge an Sauerstoff zur Verfügung steht speicherkontrolliert der Boden speichert in den Böden immer die maximale Menge an Wasser
