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Bodenkunde (Subject) / Nährstoffe (Lesson)
9 ) Nährstoffe
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- 1. Was ist der Unterschied zwischen Nährelement und Nährstoff? Nennen Sie die Definition für beides und erläutern sie die Definitionen an einem Beispiel. Nährelement: lebensnotwendige chemische Elemente zb. C, O, N, K (meistens ist Aufnahme nicht möglich) Nährstoffe: Verbindungen des Nährelements, die aufgenommen wird zb. Co2, O2, H20, K+
- 2. Nennen Sie die essentiellen Hauptnährelemente für Pflanzen. Welche davon werden von der Pflanze aus dem Boden aufgenommen? C, O, H, N, P, S, K, Ca, Mg Alle außer C, O und H werden über den Boden aufgenommen
- 3. Welche drei Elemente machen den Großteil der pflanzlichen Biomasse aus? C O H
- 4. Warum kann man vom Nährelementgesamtvorrat des Bodens oft nicht auf die Verfügbarkeit von Nährelementen schließen? Es sind nur die Elemente verfügbar, die sich in der Bodenlösung befinden. Nährelemente können sich 1. an Oberflächen der Bodenpartikel (austauschbare Fraktion, Adsorption) oder 2. im Mineralgerüst von Gesteinen oder unverwitterter Streu binden (Reserve Fraktion, Fixierung) und stehen somit der Pflanze nicht zur Verfügung. Sie sind nur durch Mineralisierung/ Verwitterung/ Desorption mobilisierbar.
- 5. Welche Bodeneigenschaften steuern die Verfügbarkeit von Eisen? Geben sie entsprechende Beispiele für Böden bzw. Standorte mit niedriger Fe Verfügbarkeit an. Leicht verüfgbares Eisen: Goethit (FeOOH), amorph) schlecht lösliches Eisen: Hämatit (Fe2o3) ( sehr stark gebunden ) Begünstigende Faktoren für die Bildung von Goethit: mäßige Bodentemperaturen bei hoher Bodenfeuchtehohes StreuaufkommenAnwesenheit von Dreischichttonmineralen ph-Wert Bsp: Boden mit geringer Eisenverfügbarkeit: Oxisol in tropischen Gebieten Boden mit hoher Eisenverfügbarkeit: Podsol
- 6. Welche drei Fraktionen unterscheidet man bei KATIONEN zur Einteilung pflanzenverfügbarer Anteile der im Boden vorhandenen Kationen. Welche Prozesse tragen jeweils zur Mobilisierung/Immobilisierung bei? Reserve Fraktion/ austauschbare Fraktion/ löslische Fraktion Mobilisierung: Desorption, Verwitterung, Mineralisierung Immobilisierung: Fixierung, Adsorption
- 7. Erläutern Sie kurz die Prozesse, die die pH-Abhängigkeit der Verfügbarkeit von P im Boden erklärt Phospor, an Eisenoxide in der Bodenfestphase gebunden, ist schlecht verfügbarje saurer der Boden desto stärker sind die Eisenoxide (Fe-OH → Fe-OH2+) geladen und binden dann stärker an den Nährstoff PO4 3-steigt der pH Wert an verbessert sich also die Verfübarkeit von Phosphor dieser Effekt ist limitiert durch die Eigenschaft von Ca2+ bei höheren pH- Werten schlecht lösliches Calciumphosphat zu bilden (Ca2(Po4)2)Maximum der Phosphatverfügbarkeit bei ph 6 ->niedriger pH Wert -> stärkere Ladung von Eisenoxiden -> stärkere Bindung zwischen Eisen und und Phosphor -> niedriger pH Wert -> stärkere Ladung von Calcium -> stärkere Bindung zwischen Eisen und Calcium -> optimale Phosphatverfügbarkeit bei ph 6
- 8. Welches Hauptnährelement wird zwar von den Pflanzen aus dem Boden aufgenommen, kommt ursprünglich aber komplett aus der Atmosphäre (nicht aus Gesteinen oder Mineralen)? N
- 9. Warum ist die Rate der Nährstoffnachlieferung von der Bodenfestphase in die Bodenlösung entscheidend für die Pflanzenversorgung mit Nährstoffen? Die Pflanze kann nur Nährstoffe aus der Bodenlösung aufnehmen. Erfolgt keine Nachlieferung sind irgendwann die verfügbaren Nährstoffe aus der Bodenlösung aufgebraucht. Durch die Nachlieferung ist die ständige Pflanzenversorgung mit Nährstoffen geischert
- 10. Warum ist die Menge eines Elementes, das einer Pflanze zur Verfügung steht nicht nur von Bodeneigenschaften sondern auch von Pflanzeneigenschaften abhängig? Welche Gegenfrage müssten Sie eigentlich stellen wenn jemand nach der Konzentration an pfanzenverfügbarem Nährelement in einem bestimmten Boden fragt? Pflanzen verändern den Boden, können die Verfügbarkeit von Nährstoffen ändernje nachdem welche Stoffe die Pflanzen aufnehmen, geben sie alkalische/ saure Bestandteile ab ( Aufnahme von Nitrat → Abgabe von OH-, Aufnahme von Ammonium → Abgabe von H+)versch. Pflanzen benötigen versch. Nährstoffe Transpirationsrate bestimmt über die Menge der benötigten Nährstoffe Gegenfrage: Welche Pflanze wächst dort?
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- 11. Was ist die Rhizosphäre? Welche Bodeneigenschaften sind dort anders als im Boden weiter von der Wurzel entfernt (3 Beispiele) Rhizosphäre: - Umgebung um die Wurzel, wenige mm groß (biologischer Hotspot) anderer pH- wert: Säureabgabe der Wurzel → Verwitterung Wurzelexudate (Ausscheidungen) andere Nährstoffkonzentration (Verringerung der Konzerntration der Nährstoffe die aufgenommen werden) Mikrobielle Aktivität: hoch in der Rhizosphäre (Wurzelexudate, Wurzelstreu ist Nahrung für Mikroorganismen)
- 12. Welche Möglichkeiten des Transportes von Nährstoffen zur Wurzel gibt es? Interzeption: die Wurzel wachsen aktiv zu den Nährstoffen Massenfluss: Nährstoffe (in Wasser gelöst) werden mit dem Wasser aufgenommen Diffusion: Nährstoffe diffundieren in die Pflanze (in Richtung des Konzentrationsgradienten)
- 13. Welche dieser Transportmöglichkeiten ist besonders stark davon abhängig wie groß die Transpirationsrate der Wurzel ist? Massenfluss – hat die Pflanze einen hohen Wasserbedarf bzw. eine hohe Tranpsirationsrate dann wird viel Wasser und somit auch viele Nährstoffe aufgenommen
- 14. Welche dieser Transportarten ist/sind besonders stark vom Wurzelwachstum abhängig? Interzeption – Aufnahme der Nährstoffe an der Wurzelspitze je stärker das Wachstum desto mehr Bereiche werden von der Wurzelspitze durchpflügt und desto mehr Nährstoffe können aufgenommen werden
- 15. Die Konzentration an Essigsäure-extrahierbarem P im Boden beträgt 25 mg P/kg Boden. Die Lagerungsdichte des Bodens beträgt 1,3 g/cm³. Wie hoch ist der Vorrat an extrahierbarem P im Wurzelraum (Einheit: kg/ha), wenn: (1) die Durchwurzelungstiefe 30 cm beträgt, (2) die Durchwurzelungstiefe 90 cm beträgt? V = p (Dichte) * c(mg/ha) * t (Tiefe) p= 1,3 g/cm3 c(Phosphor) = 25 mgP/kg t = 30 bzw. 90 cm V= 1,3g/cm3 * 25 mg/ha *30 cm V= 975 ug/cm2 → 97500000mg → 97500 g → 97,5 kg/ha V = 1,3g/cm3 * 25 mg/ha *90 cm V = 2925 ug/cm3 = 292,5 kg/ha
- 16. Skizzieren Sie den Zusammenhang zwischen Weizen-Ertrag und N-Verfügbarkeit. Warum findet sich solch ein Zusammenhang für die Biomasseproduktion in einem naturnahen Ökosystem häufig nicht? Hohe N-Verfügbarkeit führt zu hohen Weizenertragsolche einfachen Zusammenhänge kommen meist nur in Monokulturen vor in naturlichen Ökosystemen: hier kommt es nicht zur einer Erhöhung der Biomassenproduktion der anwesenden Pflanzen sondern zu einer Artenverschiebung (Vermehrung von Pflanzen die besser an die jeweilige Umweltbedingung (hier: erhöhte Stickstoffkonzentration) angepasst sind
- 17. Beschreiben Sie kurz, wie man den N-Düngerbedarf in der Landwirtschaft ermittelt. Düngerbedarf = Soll Konzentration – Istkonzentration Verhältnis Nährstoffkonzentration/ Wachstum beschrieben durch eine maximum – Plateaukurve
- 18. Auf welche Eigenschaften wirkt sich Düngung im Wald aus, die auf dem Acker keine Rolle spielen? -Düngung führt zu verstärkten Wachstum von Pflanzen die die zusätzlichen Nährstoff benötigen-diese setzten sich andern Pflanzen gegenüber durch-es kommt zu einer Artenverschiebung-Acker: Monokultur
- 19. Nennen Sie zwei der Ellenbergzeigerwerte, die im Zusammenhang mit der Nährstoffverfügbarkeit stehen - 9 stufige Skala die angibt, welche Ausprägung von Klima- und Bodenfaktoren eine jeweilige Art zeigt - Die Lichtzahl L (wie viel Licht braucht die jeweilige Art?) - Die Reaktionszahl R (geben den phWert ab, sind aber nicht der pH Wert)