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Bodenkunde (Subject) / 5) Oberflächenprozesse (Lesson)

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• 1. Warum sagt die Gesamtmenge an Nährstoff bzw. Schadstoff im Boden wenig darüber aus, wieviel von der Pflanze aufgenommen wird? Manche Stoffe sind an der Bodenfestphase gebunden→ kann nicht aufgenommen. Müssen mobilisiert und in Lösung gehen um pflanzenverfügbar zu werden.
• 2. Welche Prozesse während der Bodenbildung sind dafür verantwortlich, dass die spezifische Oberfläche des Bodens zunimmt? Nennen und erläutern Sie diesen Zusammenhang an zwei Beispiel-Prozessen. Zunahme der spez. Bodenoberfläche: Chemische und physikalische Verwitterung Chemische Verwitterung: Hydrolyse: Einbau von Wasser in die Struktur Physikalische Verwitterung: Frostsprengung: Wasser gefriert in Rissen und Sprengt das Gestein.
• 3. Warum ist toniger Boden in der Regel reaktiver als sandiger Boden? Nennen Sie zwei Beispielreaktionen, die in tonigen Böden intensiver ablaufen als in sandigen. Ton kleiner als Sandpartikel→ größere spezifische Oberfläche → reaktiver Bsp.: 1) Oxidation der Teilchenoberfläche 2) Hydrolyse (Einbau eines H2O-Moleküls)
• 4. „Ein Großteil der Oberfläche von sandigen Oberböden hängt an der organischen Substanz“. Erläutern Sie diese Aussage. Warum ist daher die organische Substanz von besonderer Bedeutung für die Nährstoffversorgung auf Standorten mit der Bodenart Sand? Gesamtoberfläche hängt  hauptsächlich von der organischen Substanz ab -Sand kann nur wenige Nährstoffe speichern -ist stark von der kontinuierlichen Nährstoffversorgung über die organische Substanz abhängig -Oberflächen sind Träger von Bodenreaktionen -auf der Organischen Sub. finden die Reaktionen statt.
• 5. Warum ist es schwierig, die reaktive Oberfläche von Böden zu bestimmen? eingesetzten Gase liefern unterschiedliche Ergebnisse -Gase werden mit Böden gemischt und das System abgeküht. Am Kondensationspunkt lagert sich das Gas an der Oberfläche an→ Quantifizierung. -Je nach Gas ist beim Kondensationspunkt weniger kin. Energie vorhanden→  einige Fugen und Risse können nicht erreicht werden - unterschiedl. Größe der Gasmoleküle.
• 6. Häufig wird für die Bodenfestphase das Modell einer Zwiebel (mit Schale) verwendet. Nennen Sie ein Beispiel für Zwiebel und Schale. Welche ökologischen Konsequenzen hat die „Einschalung“? Ein Tonmineral (Zwiebel) kann von organischer Substanz wie eine Schale umgeben sein Die organische Substanz trägt stark zur spezifischen Oberfläche des Bodens bei Einschalung: hemmt den mikrobiellen Abbau Stabilisierung der organischen Substanz Kohlenstoff wird im Boden angereichert
• 7. Sand besteht zum Großteil aus Quarz, dessen Farbe ist weißgelb. Wie kommt es, dass Sandkörner in Böden dennoch häufig okerbraun oder auch schwarz-grau sind? Was könnte die Ursache für gebleichte Quarzkörner im Boden sein? Anlagerung von organischen Substanzen und Eisenoxide (Verbraunung) Tieferliegende Quarzkörner bleiben bleich da kein Kontakt zu organischer Substanz und Verwitterung
• 8. Der grundwasserbeeinflusste Unterboden eines Standortes ist deutlich bläulich gefärbt. Was könnte die Ursache sein? Angenommen der blaue Belag enthält Eisen: Befinden Sie sich dann auf einem landwirtschaftlich oder einem forstlich genutzten Standort? Warum? Ursache:blaues Eisen(II)-Phosphat Phosphor reagiert mit vorhandenem Eisen und dem zugänglichen Grundwasser zu Eisen(II)-PhosphatPhosphorkomplexe nur wenn viel Phosphor vorhanden→ landwirtschaftliche Nutzung
• 9. Welche Bodeneigenschaften bzw. Umweltbedingungen entscheiden darüber ob in einem Boden Goethit oder Hämatit gebildet wird? (beides Oxide) Goethit : gemäßigtes Klima, wenig Verwitterung (wenig Eisen), viel Streu (Neigung zur Komplexausbildung) Hämatit : hohe Bodentemperatur, hohe Dehydratationsrate, geringe periodische Bodenfeuchte, hohe Mineralisationsrate, hohe Verwitterungsrate , Fe2O3
• 10. Was versteht man unter der elektrischen Doppelschicht? Oberflächen von Bodenfestphasen: positive und negative Ladungen werden von anlagernden Ionen ausgeglichen elektrische Doppelschicht: Oberfläche der Festphase ist mit Ionen besetzt
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• 11. Welche Bodenbestandteile tragen im Wesentlichen zur negativen Ladung der Bodenfestphase bei? - isomorpher Ersatz von Si4+ - Al3+ wird eingebaut, jetzt fehlt aber gegenüber den Si4+ wertigen Ionen eine positive Ladung - funktionelle Gruppen (Oxide, Hydroxide, Huminsäuren) tragen dazu bei
• 12. Könnte Kalkung zur Verringerung pflanzenverfügbaren Kaliums in Böden beitragen? ja Kalkung bringt Ca2+ Ionen in den Boden Ca2+ hat größere Austauschstärke zur Oberfläche gegenüber Kalium Kalium wird ausgewaschen, kann zu Kaliummangel führen
• 13. Bei Kalk-Applikation wird teilweise Mobilisierung von Cadmium beobachtet. Erklären Sie dieses Phänomen mithilfe Ihres Wissens zur Kationenaustauschkapazität von Böden. Kalkung bringt eine Calcium Zufuhr Cadmium und Calcium haben die gleiche Ladung 2+ durch die hohe Konzentration verdrängt Calcium  das Cadmium (Mengeneffekt) Cadmium, zuvor in Humus/Tonmineralen gebunden, wird gelöst und kann ausgewaschen werden. Calcium bindet an Tonminerale
• 14. Ist es möglich, allein auf der Basis der potentiellen Kationenaustauschkapazität eines Bodens Aussagen über die Versorgung der Vegetation mit basischen Kationen zu machen? Nein Potentielle KAK gibt nur die Gesamtmenge der vorhandenen Kationen bei basischen Umgebungsbedingungen wieder welcher Anteil davon in austauschbarer Form vom Boden absobiert werden kann und damit für die Pflanze verfügbar ist, bleibt unklar
• 15. Warum wird Al3+ ein "saures" Kation genannt? Weil es in wässriger Läsung Protonen (H+) durch Hydrolyse freisetzt
• 16. Warum weisen „alte“, das heißt stark verwitterte Böden häufig geringere KAK auf als schwach verwitterte Böden? starke Verwitterung führt dazu, dass viele Kationen aus dem Boden ausgewaschen werden Je weniger Kationen desto geringer ist auch die KAK verwittert ein Boden dann kehrt irgendwann die Ladung um (negativ zu positiv), da viele Kationen ausgewaschen sind nun lagern sich Anionen an
• 17. Sandige, humusarme Böden mit niedrigem pH Werten sind gekennzeichnet durch sehr geringe Konzentrationen an pflanzenverfügbarem Mg. Warum? -alle drei Faktoren (sandig, humusarm, niedrieger pH Wert) begünstigen eine hohe Auswaschung an Kationen im Boden-Humus (der normalerweise Mg2+ binden könnte) ist kaum vorhanden → Mg Mangel -bei niedrigem pH Wert: Kieselsäure → Kationenaustausch (H+ gegen Mg2+) → Mg nicht länger pflanzenverfügbar
• 18. Vergleichen Sie einen Standort mit 1 % Ton und einen Standort mit 15 % Ton, beide pH-Wert 4 hinsichtlich der Filterfunktion für eingetragenes Arsenat und begründen Sie die Risikoabschätzung. -Ton: geringe Leitfähigkeit von Bodenwasser, hohe spez. Oberfläche-höherer Tongehalt: höhere KAK (höhere Aufnahmekapazität für Arsen) → geringes Risiko für die Umwelt da wenig Arsen ausgeschwaschen wird und wenig Arsen somit ins Grundwasser gelangt -höherer Tongehalt: bessere Filterfunktion, bindet also mehr an Arsenat
• 19. Fortsetzung von Frage 18: der Grundwasserspiegel an dem Standort steigt an. Warum könnte das zur Mobilisierung von Arsen aber auch von Phosphor führen? -höherer Grundwasserspiegel → höhere Verwitterung des Boden → höhere Auswaschung (sinkende KAK)-As und P sind in der gleichen Hauptgruppe -durch das Wasser werden die Ionen von einer Hydrathülle umgeben → mobil
• 20. In Böden des gemäßigten Klimas wird Nitrat häufig als „konservativer Tracer“ für den Wasserfluss verwendet. Das bedeutet man geht davon aus, dass Nitrat parallel mit dem Wasser verlagert wird ohne irgendwelche Wechselwirkungen mit der Bodenfestphase einzugehen. Für stark verwitterte Böden in den Tropen mit niedrigem pH und Hämatit + Kaolinit als dominierende Minerale gilt diese Annahme nicht, warum? -Tropen: Sternschicht negativ geladen und somit ist die Bodenoberfläche positiv geladen-→ hohe Anionenaustauschkapazität -somit wird NO3- vom Boden aufgenommen und nicht hindurchgespült

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