Bodenwissenschaften (Fach) / Entstehung und Eigenschaften von Böden (Lektion)

Entstehung und Eigenschaften

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• Welche Faktoren beeinflussen die Mineralisierung der organischen Bodensubstanz? Menge der Strau Art der Streu (unterirdisch, oberirdisch (O2-Verfügbarkeit), chem. Zusammensetzung (C/N-Verhältnis), Gewebezusammensetzung (Nadeln, Laub)) Mileu (pH, Wasserhaushalt, Temperatur, Nährstoffe -> beeinflussen Mikroorganismen, Gemeinschaften)
• Was ist Entbasung? = Bildung pedogener Minerale & OxideSi, Al, Fe in sek. Minerale eingebautbasische Kationen = relativ mobil (Na, K, Ca, Mg)-> Auswaschung während Bodenbildung (Bodenversauerung -> Silikatverwitterung)
• Welchen pH-Wert haben unsere Böden? 3 - 8
• Wie sind Puffersysteme definiert? Schutz gegen Säureeinträge (Bodenversauerung) = Pufferung reversibel & irreversibel -> Bindung von H+-> Stabilisierung d. pH, Wert sinkt erst wenn Puffersubstanz verbraucht
• Welche Arten von Puffersystemen kennen Sie und bei welchem pH-Wert werden diese aktiviert? Carbonatpuffer (&,5-8)- lösliches Hydrogencarbonat ausgewaschen, wenn fein verteil sinkt pH nicht unter 7 Variable Ladungen (Ca: 3-6, Fe: <7)Oberfläche von Hydroxiden, Verlust Nährstoffe -> Auswaschung Silikatpuffer (4,2-5 -> weitere Versauerung: Zerstörung Tonminerale)Silikate best. Tonminerale, Freisetzung Kationen und Transp. mit Bodenlsg., Austausch Kationen Aluminium- und Eisenoxidhydroxide (Al: 3-4, 8; Fe: <3)Protonierung von OH-Gruppen an Hydroxiden und deren Auflösung,Zerstörung Puffersubstanz, pH ohnehin sauer 
• Was ist Adsorption und Desorption? Adsorption = Anlagerung (Ionen, Moleküle, Atome) an Oberfläche (Grenzfläche)Kationenadsorption: Adsorption pos. Kationen an neg. Of bzw. funktionelle GruppenVersorgung d. Pflanze durch Nährstoffe -> leicht verfügbar -> gering in BodenlösungAuswaschung wird verhindert Desorption = Wiederablösung und Freisetzung in mobile Phase
• Wie unterscheiden sich permanente und variable Ladung? permanente Ladung = pH-unabhängig-ausschließlich negative Ladung durch isomorphen Ersatz-Bindung von Kationen an Flächen und Zwischenschichten variable Ladung = pH-abhängigAbgabe und Aufnahme von H+: Oxide, Hydroxide, Tonminerale, OSje nach pH -> pos./neg./keine Ladungsteigender pH (sinkende H+-Konz.) -> Zunahme negative Ladung, Abnahme pos. Lad. 
• Was ist die Kationenaustauschkapazität und von was ist sie abhängig? = max. absorbierbare Ionenmenge pro Masse Boden abhängig von:- Textur (Gehalt v. Tonmineralen und Oxiden)- Art der Tonminerale- Humusgehalt
• Was ist effektive und potenzielle KAK und wie ist das Verhältnis im unterschiedlichen Mileu? KAKeff: bei aktuellem pH des Bodens KAKpot: bei Bezugs-pH 7 neutrale Böden: KAKeff = KAKpot saure Böden: KAKeff < KAKpot
• Bei welchen Texturen ist KAK am effektivsten? Fe-und Al-Oxide (variabel) -> 0,5cmolc/kg^Kaolinit (variabel) -> 2 - 10cmolc/kg^Illit (permanent) -> 20 - 50cmolc/kg^Vermikulit (permanent) -> 100 -200cmolc/kg^organische Substanz (variabel) -> 150 - 500cmolc/kg
• Durch was ist die Bindungsstärke der Kationen bestimmt? Hydrationshülle = Zunahme, je dünner HydrathülleK > Na > Li+, NH4+ = K Ladung der Kationen = Zunahme mit Größe der LadungAl3+ > Ca2+ > Na+ Selektivitätsreihe: Konzentration in Bodenlösung -> Bindung nimmt mit Konz. zuAl3+ > Ca2+ > Mg2+ > NH4+ = K+ > Na+
• Zeigen Sie die Selektivität der Anionenadsorption auf. Bei welchem pH ist diese am effektivsten? Im Sauren: ph < Ladungsnullpunkt PO43- > SiO44- > MoO43- >> SO42- > NO3- = Cl-
• Wie ist Streu definiert? abgestorbene Pflanzenreste und Bodenorganismen nicht oder schwach umgewandelt Gewebestrukturen morphologisch erkennbar meist kurze Verweilzeit (turnover time)
• Wie ist OBS zusammengesetzt? C (50%), H, O, N, S, P
• Was ist Humfizierung? => biol., mikrobielle oder chemische Umwandlung organischer Reste zu Humus, also der Fraktion, die am besten gegen Abbau geschützt ist
• Was ist Stabilisierung und welche Stabilisierungsprozesse kennen Sie? = Prozesse und Mechanismen, die Abbau der OBS verlangsamen Erhalt der Rekalzitranz: molekulare Eigenschaften, die Abbau erschweren Bindung an Mineralphase: Interaktion von OS mit Mineralen und Metallionen- enges C/N-Verhältnis (N-Speicherung)- nicht mit Mineralen assoziiert, partikuläre organische Substanz (POM) Verringerte räumliche Zugänglichkeit: Aggregatbildung
• Was ist DOM und POM? DOM = domestic organic matter z.B. wirkt als Anion (Anionadsorption) POM = particulate organic matterz.B. Bindung an Mineralphase: nicht mit Mineralen assoziiert (Stabilisierung)
• Welche Eigenschaften hat OS? teils hochmolekulare organische Verbindungen meist dunkel Teilchen von geringer Größe (<2µm) hohe spez. Of -> Kationenaustausch an deprotonierten fkt. Gruppen reversible Anlagerung v. Wassermolekülen
• Welche Funktionen erfüllt OS in Böden? KAKPufferungErwärmung (dunkel)WasserspeicherNährstoffe (N, P, S)Beitrag zur Aggregierung (Wechselwirkung mit Mineralen und Mikroorganismen)
• Wie beeinflusst das C/N Verhältnis den Abbau organischer Substanz? Indikator des Abbaus Unter ceteris paribus (sonst gleicher Umstände) gilt: je enger Verhältnis, desto höher Mineralisationsrate Ab C/N-Verhältnis ca. 20 findet Mineralisation statt (darüber eher N-Immobilisierung)
• Ordne die folgenden Stoffe nach ihrer Abbaubarkeit im Boden: Polysaccharide (Hemicellulose), hoch aromatische Verbindungen (Lignin), Monosaccharide (Glucose), Proteine, Lipide Monosaccharide (Glucose) > Polysaccharide (Hemicellulose) > Lipide > Proteine > Lignin
• Was ist „Black Carbon“ und was sind dessen Eigenschaften? = pyrogener Kohlenstoff (Aromat) "Verbrannte" OSdunkle Farbehohe Stabilität aufgrund hocharomatischer Strukturhohe Oberfläche Ähnl. Eigenschaften wie OBS
• Ordne die Humusformen (Moder, Mull Rohhumus) nach dem Grad der Zersetzung. Mull (Grünland, Acker) > Moder (Nadelwald) > Rohhumus (Moore)
• Welche Humusformen kennen Sie? Mull: aktives Bodenleben: Umsatz innerhalb von 1 JahrL-Horitont (litter): Streuauflage, wenn überhaupt dann gering mächtigO-Horizont (organic) nur teils vorhandensehr hohe Biotubationneutrale bis schwach saure Standortelaub-und krautreiche Wälder, Grünland, Acker (C/N ca. 7-15) Moder: Bildung unter ungünstigen Mileubed.: neutral - schwach sauer, feucht - geleg. vernässtmittlere Bioturbation: Bildung AuflagehorizonteOf (Fermentationshorizont), Oh (Humifizierungshorizont)krautreiche Nadelwälder, Laub- und Mischwald (C/N ca. 20) Rohhumus: saure und schwer zersetzbare Streu: kühle und feuchte Bed., schlechter Abbaugeringe Bioturbation: Akkumulation der Stre, Auflage wächstL- und O-Horizont mächtiger und klar erkennbarNadelwälder (C/N >30)
• Was ist Podsol und welche Voraussetzungen müssen für die Entstehung erfüllt sein? = Weiterentwicklung aus Braunerde bei starker Versauerung (Rohhumus notwendig) Voraussetzungen:- grob verwitterndes (sandiges), karbonatarmes/-freies Ausgangsgestein- quarzreich, geringe Puffer, sauer- kühl, feuchtes Klima- schlecht abbaubares Substrat als Streu (Nadelwälder, Heiden)- Podsolierung (Sauerbleichung des Oberbodens)
• Wie entsteht Podsol? Prozess beginnt ab pH<4 -> Auflösung primärer und sekundärer Minerale(pH-Senkung durch enstehende org. Säruen im Auflagehorizont) Auflösung und Auswaschung von OxidenKomplexierung der Kationen mit org. Säuren -> Kationen mit Wasserstrom in Unterboden => sauergebleichter Ae-Oberboden (e: eluvial = ausgewaschen)-> mit Tonmineralen und färbenden sekundären Oxiden Im Unterboden: Immobilisierung durch Änderung des pH -> Ende Wasserbewegung Ausfällung von Hydroxiden (Sesquioxiden) im Bs-Horizont: rostbraun (s: Sesquioxide) Ausfällen von zuvor gelöster organischer mikropartikulärer OS im Bh-Horizont (Bh (braunschwarz), darunter Bs => Anreicherungs- oder Illuvialhorizonte)
• Was der Unterschied zwischen Humus- und Eisenpodsol? Humuspodsol (braunschwarz) -> Verlagerung von OS aus sehr eisenarben Substraten, kein Bs Eisenpodsol (rostbraun) -> zwar org. Komplexierung aber OS abgebaut/ungefärbt, kein Bh
• Was für Eigenschaften weist Podsol auf? Im Oberboden stark versauert, Ton- und Nährstoffarm geringe KAK & Basensättigung Gefahr Al-Toxizität
• Bei welcher Partikelgröße ist das Potential für die Winderosion am größten? In welche Texturklasse fällt diese Partikelgröße? 0,1mm, Sand und Schluff
• Was ist der Unterschied zwischen Diagenese und Metamorphose? Diagenese (bis 200°C, bis 10km)Umwandlung von Locker- zu Festgestein Metamorphose (ab 200°C, ab 10km)verschiedene Metamorphoseprozesse, Minerale bleiben unverändert
• Nenne Beispiele für diagenetische und metamorphische Gesteine? Diagenetische G: Sandstein, Siltsein, Tonstein, Schieferton, Konglomerat, Breccie Metamorphotische G: Gneis, Marmor (Kalkstein), Magmatite, Quarzit, Schiefer
• In welcher Reihenfolge entstehen die chemischen Sedimentgesteine? Warum entstehen sie in dieser Reihenfolge? Kalziumkarbonat (Kalk) -> Kalziumsulfat (Gips) -> Natriumchlorid (Kochsalz, Halit) -> Kaliumchlorid (Sylvin) Je kleiner das Löslichkeitsprodukt, desto weniger Salz kann sich in Wasser lösen, bei Evaporation (Verdunstung) fällt Salz eher aus
• Welche Arten der (Gesteins-) Metamorphose gibt es? Regional-, Versenkung-, Hydrothermal-, Kontakt-, Schock- und Impakt-, Hochdruckmetamorphose
• Warum lösen sich kalkhaltige Böden in kalt humiden Böden besser als in warm humiden Böden? Säureverwitterung über Kohlensäure: Es löst sich mehr CO2 im kalten Wasser, dadurch entsteht mehr Kohlensäure und saureres Wasser Zusätzlich löst sich mehr Karbinat bei höherem CO2-Partialdruck im Wasser
• Welche Bodentypen entwickeln sich auf stark karbonathaltigem Gestein? Syrosem, Rendzina, Terra fusca, Parabraunerde
• Welche bodenbildenden Prozesse laufen bei der Entwicklung auf stark karbonhaltigem Gestein ab? physikalische Verwitterung chemische Verwitterung -> Kalklösung Mineralkörper d. Bodens aus nicht verwittertem Kalk- und Carbonatsrückstand (CLR: nicht carbonatische Bestandteile wie Silikate & Oxide) Humusakkumulation  neutraler pH (durch Karbonatpuffer) bei weiterer Entwicklung (Entkalkung) wird Ah carbonatfrei, dabei akkumulieren sich im Boden Lösungsrückstände (tonig >65%, v.A. Tonminerale und Oxide)Auflösung von 90-99% des Carbonatgesteins und Lösen von 5-20m Kalkstein für 1m Terra fusca (10.000 Jahre für 4-30cm Terra fusca) Absenkung der Landoberfläche
• Welche Eigenschaften haben kalkhaltigen Böden? Hoher Tongehalt >65% Aggregierung (Polyeder) mäßig sauer bis neutraler pH mächtige Terra fusca -> mehrere 100.000 Jahre alt
• Wie entstehen Sedimentgesteine? Verwitterung -> Abtrag (Erosion) durch einwirkende Energie (Gravitation, Wasser, Wind, fl. Eis) Transport -> äolisch (Wind); fluvial, marin, glaziofluviatil (Wasser), glazial (Eis), oder gelöst  Ablagerung (Deposition, Sedimentation) -> Änderung der Transportbedingungen Chemische Ausfällung -> biogene Sedimente Verfestigung d. Sediments: Umbildung & Diagenese -> lockeres Sediment zu Festgestein Abtrag, Bodenbildung, Versenkung, usw
• Welche Arten der äolischen Erosion kennen Sie und wie wird diese modifiziert? -> modifiziert durch Feuchtigkeit, Humus, Korngröße, Bewuchs 1. Rollen, Kriechen -> größere Teilchen 2. Springen (Saltation) -> kurze Entfernung kleinerer Teilchen 3. Suspension -> kleinste Bodenteilchen in Luft geschleudert, sehr große Entfernung (global)
• Um welche Bodenprofile handelt es sich hier? 1. Ahe/Ae/B(s)h/B(h)s/C 2. Ah/C 3. Ah/Tv/mcC 4.Ah/P/C 1. Podsol 2. Rendzina 3. Terra fusca 4. Pedosol
• Was sind typische Eigenschaften von Rendzina? Bildung auf Kalkgesteingering mächtiges Ah/C-Profilstark belebt, Humus: Mull, krümeligjunge Böden in ErosionslageCarbonatgesteine aus Calcit o. DolomitAh/C-Böden auch aus Gipsbei weiterer Bodenentw. -> carbonatfrei
• Was sind typische Eigenschaften von Terra fusca? Auf KalksteinWeiterentwicklung von Rendzina: Kalklösung, CLR-AkkumulationAh & Tv -> carbonatfrei (T: Terra, sehr tonig)mäßig sauerstark aggregiert (Polyeder) -> 90-99% Carbonats während Bodenbildung aufgelöstAbsenkung der Landoberflächeholozäne Bodenentwicklung (12.000J) nicht ausreichend -> mächtig: mehrere 100000J alt
• Was definiert die Bodenbildung auf Tonstein und welche Prozesse sind dafür nötig? Physikalische Eigenschaften (Korngröße) machen Bodentyo aus, nicht chemischekönnen Carbonate enthalten, oder nicht Prozesse: physik. und chem. Verwitterung -> Dominant physik., Frostverwitterung schafft Klüfte, dadurch Durchfeuchtung (Quellen) und Austrocknung (Schrumpfung)HumusakkumulationGesteinsgefüge lockert sich -> EntkalkungPeloturbation: Vermischen Ober- und Unterboden durch Quellen und Schrumpfen, Einarbeiten von OS (Selbstmulchen)Tonplättchen bilden in feuchtem Zustand kohärente (zusammenhängende) Masse, beim Austrocknen Schwundrissepolyedrisches (vielflächiges) Gefüge im P-Horizont, Prismengefüge im Unterhorizont, abh. von Durchfeuchtungsdauer
• Was sind Pelosole? Böden auf weichem, rasch verwittertem, teils gipsführendem Tongestein (-> bildet Steilhänge) behalten Gesteinsfarbe, oft keine Änderung durch Pedogenese  tonige Lehme & Tone können verhärten -> Luftmangel, geringer Grobporenanteil "Minutenböden" -> nur kurzfristige Bearbeitung möglich Speicherkapazität für pflanzenverfügbares Wasser gering weil viele Feinporen-> geringe Wasserleitfähigkeit
• Was wissen Sie über die Pedogenese auf Sandstein? analog zur Kieselserie: carbonatarmes/-freies Gestein, silikatisches, quarzreiches Ausgangsgestein (Böden der Kieselserie bilden sich auf jedem silikatischen Ausgangsgestein)
• Wie zeichnen sich Pelosole aus? Sind diese Böden für die landwirtschaftliche Produktion geeignet? auf weichem, rasch verwitterndem, teils gipsführenden Tonsteinv.A. in Süd-& Mitteldeutschland in Schichtstufenlandschaftenphysik., chem. Verwitterung (Dominanz physik. Verwitterung) -> Frostverwitterung schafft Klüfte -> Quellen und SchrumpfenGefüge lockern sich -> EntkalkungPeloturbation (P-Horizont): Vermischen Ober- und Unterboden durch Q/S, OS fällt in SchrumpfrisseJe nach Durchfeuchtungsdauer bilden Prismen/PolyederGeringe Speicherkapazität für pflanzenverfübares Wasser (hoher Tongehalt), Verhärten für Aggregate, LuftmangelWurzeln durch Q/S verletzt"Minutenböden"Speicherkapazität für Wasser gering, da viele Feinporen, geringe Leitfähigkeit
• Wie wird die geologische Landschaftsform in SW – Deutschland genannt und wie ist sie entstanden? Schichtstufenlandschaft durch Sedimentation im Meeresbecken seit Kreide: Festland intensiver Verwitterung und Abtragung ausgesetzt Folge alpidischer Faltung: Schrägstellung der Schichten und Erosion
• Welche Kräfte müssen wirken, damit sich Aggregate bilden können? Dipol- van-der-Waals- Coloumb- Ionenbindungskräfte
• Wie verbinden sich Bodenteilchen zu Aggregaten? Welche Bodenteilchen sind an diesem Prozess beteiligt? Umhüllen von groben Teilchen durch Feinmaterial Verbindung/Verkittung der groben Teilchen Wassermenisken verbinden Teilchen beteiligte Bodenteilchen: Tonminerale, OBS, Oxide, Organismen, Wurzeln
• Was sind Vorteile/Nachteile von aggregierten Böden im Vergleich zu nicht aggregierten oder zementierten Böden? + gute Durchlüftung und Wasserversorgung - Heterogenität unaggregiert: Luft- und Wassermangel zementiert: geringe Wasserdurchlässigkeit, Wurzelhindernis, Homogenität

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