01. Erläutern Sie den Begriff der Nettoprimärproduktion eines Ökosystems. In einem Ökosystem ohne anthropogene Einflüsse: Welche Anteile der Nettoprimärproduktion werden nicht früher oder später dem Boden zugeführt? Wie hoch ist dieser Anteil auf glo
NPP = Menge an Energie, welche aus dem Sonnenstrahlung unter Photosynthese in einem Ökosystem eingelagert (akkumuliert) wird 5% stehen nicht dem Boden zur Verfügung von Lebewesen veratmet oder Waldbrände
02. Wie ist der ungefähre Energiegehalt von einer Tonne trockener Biomasse in kwh im Vergleich zu leichtem Heizöl (Liter)? Was ergibt sich daraus für die dem Bodenleben zu Verfügung stehende Energie bzw. die genannten Äquivalente, wenn die Streuzufu
NPP Buchenwald: 73 800 kWh das entspricht 18 t Holz oder 7 500 L leichtem Heizöl Energieinhalt pro Tonne Holz: ca. 4 100 kWh Energieinhalt pro 1 000 L Heizöl: 9 840 kWh 41 000 kWh werden in den Boden eingetragen
03. Der Abbau der Streu kann stark vereinfacht in 4 Phasen gegliedert werden. Erläutern Sie diese Phasen.
Absterbephase: Baum entzieht Blättern Nährstoffe →Braunfärbung energetisch günstiger als Blätter über den Winter zu retten Blatt fällt ab Mikroorganismen und Pilzen auf dem Blatt nehmen zu Auswaschphase: Auswaschung von Zucker, Aminosäuren, Peptide, organische Säuren [ZAPO] stehen Mikroorganismen und Schimmelpilzen zur Verfügung vermehren sich hierdurch explosionsartig Zerkleinerungsphase: Blatt wird mechanisch zerkleinert und in Boden eingemischt Verarbeitung durch Regenwürmer und Enchyträen und auch Arthropoden Mikrobioelle Phase: Bakterien und Pilze Bakterien : Humifinzierung und der Mineralisierung
04. Streu besteht aus schnell und langsam mikrobiell abbaubaren Substanzen. Nennen Sie 3 Substanz(grupp)en in der Reihenfolge ihrer Abbaugeschwindigkeit. Nennen Sie eine Organismengruppe, die bevorzugt die besonders schnell abbaubaren Stoffe verwerte
Leicht abbaubar: Zucker (Monosaccharide) und Proteine → Schimmelpilze Mittelmäßig : Polysaccharide wie Cellulose und Hemicellulose Schwer abbaubar: Makromoleküle wie Lignin
05. Erläutern Sie die Begriffe: Primärproduzent, Konsument, chemoheterotroph, photoautotroph, saprotroph, biotroph, phytophag. Welche Begriffe gehören zur gleichen Organismengruppe?
Primärproduzent: Autotrophe Organismen, die sich aus anorganischen Verbindungen und Energie ernähren und damit Biomasse aufbauen. Konsument: Heterotrophe Organismen leben von der Biomasse anderer sind auf die Biomasse von Primärproduzenten Chemoheterotroph: Energie- und Kohlenstoffgewinn aus vorhandener Biomasse. Sauerstoff = Elektronenakzeptor Photoautotroph Energiequelle: (Sonnen-)Licht und der Kohlenstoff aus Kohlenstoffdioxid. Saprotrophe Organismen nutzen tote organische Materie als Energie- und Kohlenstoffquelle Biotrophe Organismen nutzen lebende Tier- oder Pflanzensubstanz als Nahrungsquelle. Parasiten Phytophage Organismen ernähren sich von pflanzlicher Biomasse
06. Was versteht man unter der Mikroflora, der Mikrofauna, der Mesofauna und der Makrofauna des Bodens?
Mikroflora Bakterien, Algen und Pilze Mikrofauna Kleinslebewesen < 0,2 mm (Protozoen) Mesofauna besteht aus Nematoden und Mikrarthropoden Makrofauna Anneliden (Enchyträen und Regenwürmer), Asseln, Insektenlarven, Schnecken und Spinnen.
07. Für einen typischen Grünlandboden: Nennen Sie die ungefähren Massenanteile der Bodenlebewesen Wurzeln, Pilze, Bakterien, Bodentiere. Welche Tiergruppe hat den höchsten Anteil?
Wurzeln: 50% Pilze: 29% Bakterien: 13% Bodenlebewesen: 8% Regenwürmer :60% der Bodentiere →bedeutsamste Vertreter
08. Erläutern Sie 4 Lebensäußerungen der Wurzeln, die den umgebenden Boden beeinflussen. Woher beziehen die Wurzeln die Energie?
Lebensäußerungen: Wurzelatmung (Aufnahme von O2, Abgabe von CO2) Wachstum (Volumenzunahme der Wurzel → Bodenverdichtung) Rhizodeposition (Abgabe von organ. Stoffen durch die Wurzel) Energie: chemoheterotrophe Energiegewinnung (chemische Reaktionen)
09. Erläutern Sie die Begriffe „apoplastischer“ und „symplastischer“ Transport in der Wurzelrinde.
apoplastischer Transport freier Wasser- und Ionentransport durch Diffusion in der Wurzelrinde im Interzellularraum (Zellzwischenraum - Apoplast) symplastischer Transport Transport niedermolekularer Substanzen innerhalb der Zellmembran
10. Was sind Wurzelhaare (Aufbau, Funktion)? Besitzen alle Pflanzen Wurzelhaare, wenn nein, wie wird ihre Funktionalität ersetzt?
Aufbau Ausstülpungen der Wurzelepidermis an der Spitze der Wurzel Länge: ca. 20 μm Funktion verbesserter Austausch mit der Bodenlösung durch Vergrößerung der aktiven Oberfläche Ersatz Nein! Alternativ wird diese Funktion bei einigen Pflanzen von der Mykorrhiza übernommen
11. Was versteht man unter Rhizodeposition, was ist die Rhizosphäre?
Rhizodeposition Abgabe organ. Stoffwechselendprodukten durch die Wurzeln Rhizosphäre unmittelbare Wurzelumgebung wichtige Energiequelle für Mikroorganismen Teilraum der Porosphäre Bereich mit der höchsten Organismendichte höchsten spezifischen Umsatzrate Ausdehnung: > 1 mm
12. Erläutern Sie 3 Hauptstoffwechseltypen, die sich durch die Art der Kohlenstoff- bzw. Energiequelle unterscheiden. Ordnen Sie jedem Stoffwechseltypen zwei oder ggf. nur eine Großgruppe(n) von Organismen zu (Tiere, Pflanzen etc. ).
Stoffwechseltyp Energiequelle Organismen chemoheterotroph organisches Material tierische Lebewesen chemoautotroph reduzierte Verbindungen Bakterien photoautotroph CO2, H2O und Strahlung (Sonnenlicht) Primärproduzenten
13. Erläutern Sie die Begriffe: Elektronenakzeptor, Anaerobie. Nennen Sie vier im Boden relevante Elektronenaktzeptoren und erläutern Sie jeweils einen Prozess im Boden, der an die Nutzung dieses Elektronenakzeptors gebunden ist (Denken Sie an bodenb
Elektronenakzeptor nimmt Elektronen des Elektronendonators (Energiequelle) Anaerobie anaeroben Elektronenakzeptor: Organismus atmet keinen Sauerstoff sondern beispielsweise Nitrat oder Eisen Beispiele O2 (Bioturbation) N2O(Dentrifizierung) Fe (Redoximorphose) organische Verbindungen (Fermentierung und Gärung)
14. Pilze und Bakterien ernähren sich osmophag. Erklären Sie den Begriff und erläutern Sie die jeweils zwei Input- und Outputströme der beteiligten Organismen. Bei Vorhandensein aller Ressourcen, welcher Schritt limitiert meist den Stoffumsatz?
Osmophagie Diffusion von Nährstoffen entlang eines Konzentrationsgradienten (hinein in die Zelle) Bakterien-Input: monomerisierte (kurze Molekülketten) Substrat Elektronenaktzeptor (O2, NO3-, SO4-, FeOOH) Bakterien-Output Exoenzyme Stoffwechselprodukte (H2O, CO2, CH4, Fe2+, N2O, usw.) limitierender Faktor: zu große Makromoleküle, erfordern eine Monomerisierung durch Abgabe von Exoenzymen Pilz-Input Kohlenstoff in Form von organischer Substanzen Elektronenakzeptoren Pilz-Output Stoffwechselprodukte und Exoenzyme
15. Welche Energiequellen werden von Bodenmikroorganismen genutzt? Nennen und erläutern sie 3 solche Quellen.
Pflanzenreste organisches Material als Nahrung und damit Energiequelle Tierreste totes organisches Material (Nahrung für saprotrophen Organismen) Stoffwechselendprodukte von Tieren und Pflanzen (CO2, Wurzelatmung)
16. Erläutern Sie 6 Umgebungsbedingungen, die den bakteriellen Umsatz stimulieren bzw. hemmen.
1) Substratkonzentration: Menge an zur Verfügung stehender Nahrung 2) Elektronenakzeptoren meist Sauerstoff zu wenig Sauerstoff→Organismen welche Nitrat als Elektronenaktzeptor verwenden setzten sich durch 3) Wärme: Die Temperatur kontrolliert Reaktionen 4) pH-Wert: Bakterien benötigen moderate pH-Werte zu sauer, sterben sie ab 5) Wasserversorgung: Bakterien leben im wässrigen Milieu zu wenig Wasser→ Aktivität stagniert 6) Bioturbation: Bakterien sind unbeweglich Substratdurchmischung ist ein wichtiger Faktor
17. Erklären Sie warum a) ein niedriges C/N Verhältnis b) die Durchmischung und Zerkleinerung c) das Grazing den bakteriellen Umsatz stimuliert.
a) Stickstoff zum Aufbau von Eiweißes niedriges C/N Verhältnis → genug Stickstoff. b) Bakterien sind unbeweglich Nährstoffe müssen durch einen gute Durchmischung zu ihnen transportiert werden Schwierige Verwertung von Polymere→Zerkleinerung benötigt c) Bakterienwachstum eingeschränkt durch Detritus (Zelltrümmer) und Metaboliten (Stoffwechselendprodukte/Ausscheidungen) Nematoden beseitigen den Abfall Umsatz wird stimuliert
18. Pilze im Boden bilden Hyphen und manchmal Rhizomorphen aus. Was sind das? Warum macht die Hyphen- bzw. Rhizomorphenbildung die Pilze unter schwierigen Umgebungsbedingungen des Bodens (z.B. Säure, Trockenheit, C/N-Verhältnis..) widerstandsfähiger
Hyphen fadenförmige Pilzzellen geflechtartig im Boden ausgebreitet verzweigte, tubuläre Struktur Rhizomorphen verdickte Myzelstränge (Geflecht von Hyphen) sehen aus wie Wurzeln dienen dem Stofftransport Pilz erschließt neue Substratquellen kann die Umgebung "wechseln"
19. Die Ernährungsweise der Bodenpilze kann in zwei große Gruppen eingeteilt werden. Welche sind das? Was ist Mykorrhiza, welche Bedeutung hat sie für die Wurzel? Zu welcher der beiden zuvor gennanten Gruppen gehören die Mykorrhizapilze?
Gruppen der Pilze: grundsätzlich heterotroph saprotroph biotroph ‣ parasitär ‣ mutualistisch (Mykorrhiza) Mykorrhiza: Wirtspflanze versorgt den Pilzpartner mit Assimilaten Wirt profitiert Erweiterung der Oberfläche Zugang zu Aufschlussenzymen der Pilze. mutualistische Lebensgemeinschaft.
20. Was ist Endo- und Ektomykorrhiza? Welche Mykorrhiza spielt eine entscheidende Rolle für die Vitalität der meisten unserer Waldbäume?
Endomykorrhiza: überwindet die Zellmembran und verzweigt sich im Zellplasma (häufiger in den Tropen) Ektomykorrhiza: erschließt die Interzellularen der Wurzelrinde ohne in die Symplasten (Zellen) einzudringen. (unsere Waldbäume, außer Esche in der gemäßigten Klimazone)
21. Erklären Sie den Begriff des Grazing bei der Bodenmesofauna. Welche Tiergruppen gehören zur Mesofauna?
Grazing bei der Bodenmesofauna: Das Bakterienwachstum und damit ihr Umsatz wird ab einer gewissen Populationsgröße durch die Anreicherung von Detritus (Zelltrümmer) und Metaboliten (Stoffwechselendprodukte/Ausscheidungen) eingeschränkt. Durch Grazing (zum Beispiel durch Nematoden, die den Abfall beseitigen) wird also der Umsatz stimuliert.Tiergruppen der Mesofauna: Nematoden, Milben, Urinsekten
22. Was sind Enchyträen, wo leben sie?
Enchyträen kleinere Verwandte der Lumbriciden (Regenwürmer) leben in der Streu von Waldböden selten tiefer als 40cm Auch im sauren Milieu Weltweites Vorkommen Von Feuchtigkeitsfilm umgeben, brauchen also feuchte Bedingungen. In Moorböden größte Tierdichte gefunden
23. Beschreiben Sie die drei Lebensformtypen der Regenwürmer im Hinblick auf Pigmentierung, Größe, Nahrungsaufnahme, Wohnröhren.
Streubewohner (epigäisch): ganzer Körper bräunl.-rot als Tarnfarbe und UV-Schutz 10-30 mm lang Nahrung: Streu und Mikroorganismen Röhrenart: keine oder kurzfristige, horizontale Gänge Mineralbodenbewohner (endogäisch): unpigmentiert (nie UV exponiert) 30-150mm lang Nahrung: abgestorbene Feinwurzeln, eingeschwemmte organische Stubstanz Röhrenart: kurzfristige horizontale Gänge Tiefgräber (anezisch): Vorderteil & dorsal (Rücken) schwärzlich bis braun 150-600mm lang Nahrung: Streu und Mikroorganismen Röhrenart: dauerhafte, vertikale Wohnröhre → Wohnröhre!
24. Wie beeinflussen Regenwürmer den Boden? Erläutern Sie 5 Funktionen.
Zerkleinerung: Humifizierung und Mineralisierung der organischen Auflage erleichtert Bioturbation: Durchwurzelbarkeit und Luftdurchlässigkeit wird verbessert Vermengen von Mikroorganismen und Substrat: Bakterien werden zu ihrer Nahrung gebracht Bau von Röhren: Röhren als Makroporen: Bodenluft und - lösung und Wurzeln Vermischung von organischem und mineralischem Bodenmaterial: Aufbau von stabilen Aggregaten Bildung organo-mineralischen Verbindungen: organisches Material wird vor Verwitterung bewahrt
25. Bodenlebewesen assimilieren Nahrung.
a) Welche zwei Wege kann der Kohlenstoff Nahrung nehmen?
b) Nenne Organismengruppe die viel und eine die Wenig C assimiliert.
c) Erläutere die Rolle der Regenwürmer in Bezug auf die Assimilation aufgenommen
Kohlenstoff für Aufbau des eigenen Körpers C wird ungenutzt wieder ausgeschieden oder ausgeatmet Regenwürmer assimilieren wenig Kohlenstoffs Bakterien (sowie Pilze und Protozoen) assimilieren viel der nicht assimilierte Teil der Nahrung von Regenwürmer wird mit der übrigen mineralischen Substanz verbunden oder gut durchmischt C-Speicherung der Böden!
