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Bodenkunde (Fach) / 04 (Lektion)

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• 01. Warum sagt die Gesamtmenge an Nährstoff bzw. Schadstoff im Boden wenig darüber aus, wieviel von der Pflanze aufgenommen wird? Die Pflanze kann nur Nähr-/Schadstoff aus der Bodenlösung aufnehmen, weshalb die Angabe über die Gesamtmenge keine Aussage darüber macht, wieviel die Pflanze aufnimmt bzw. ihr verfügbar ist.
• 02. 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. Chemische Verwitterung: Veränderung der chemischen Struktur durch Hydrolyse, Hydratation, Oxidation, Protonierung - Einbau von Protonen in die Struktur, was ebenfalls zu einer Vergrößerung der Oberfläche führt. Physikalische Verwitterung: Zerkleinerung des Ausgangsgesteins zB durch Frost-, Temperatut-, Salzsprenung, Wurzeldurck, Druckentlastung, Abrasion, gegenseititge mechanische Belastung der Gesteine, wobei die Oberfläche bei gleicher Masse zunimmt.  
• 03. Warum ist toniger Boden in der Regel reaktiver als sandiger Boden? Nennen Sie zwei Beispielreaktionen, die in tonigen Böden intensiver ablaufen als in sandigen. Tonige Böden haben eine größere spezifische Oberfläche und liefern dardurch mehr Lebensraum für Mikroorganismen und mehr Platz für Oberflächenreaktionen, was in reaktiver macht. Ionentausch (höhere KAK) Bodenbildung/Verwitterung läuft schneller ab
• 04. „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 Sa Die Gesamtoberfläche eines Bodens hängt nicht nur von den anorg. Zusammensetzungen ab (tonig oder sandig…) sondern auch von der organischen Substanz. Da bei sandigen Böden die reaktive spezifische Oberfläche sehr klein ist ergibt sich die Oberfläche hauptsächlich durch die org. Substanz, da diese eine sehr groß speifische Oberfläche aufweist. In sandigen Böden werden viel Nährstoffe ausgewaschen, da Ionen an Oberflächen binden und so gespeichert werden können. Sand weist nur eine geringe Oberfläche auf. Dar durch das Sand selbst nur in sehr geringem Maße Nährstoffe speichern kann ist er stark von der kontinuierlichen Nährstoffversorgung über die organische Substanz abhängig. Außerdem sind Oberflächen Träger von Bodenreaktionen. Können diese nur in kleinerem Maße ablaufen wirkt sich dies ebenfalls auf die Nährstoffversorgnung aus.  
• 05. Warum ist es schwierig, die reaktive Oberfläche von Böden zu bestimmen? Schwierig, da die zur Bestimmung eingesetzten Gase unterschiedliche Ergebnisse liefern. 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 sodass einige Fugen und Risse nicht erreicht werden können, bzw. die unterschiedl. Größe der Gasmoleküle → Ergebnisproblem
• 06. 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 kann von organischer Substanz wie eine Schale umgeben sein. Die organische Substanz trägt stark zur spezifischen Oberfläche des Bodens bei. Die spezifischen Oberflächen sind jedoch nicht additiv, weshalb eine Zerstörung der organischen Substanz, diese nicht beeinflusst. Die „Einschalung“ hemmt den mikrobiellen Abbau und führt zur Stabilisierung der organischen Substanz, trägt als zur Aggregarstabilität. Der Boden wird dar durch auch vor Erosion und Verschlämmung geschützt. Außerdem liegen günstige Bedingungen für Wasser- und Lufthaushalt vor, was die Bodenfruchtbarkeit stärkt. (C-Speicher).
• 07. 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? Die Färbung kommt durch organische Substanzen und Eisenoxide zustande, die sich um die Quarzkörner anlagern. Man spricht von Verbraunung. Tieferliegende Quarzkörner ohne Kontakt zu organischer Substanz und Verwitterung (Entstehung von Eisenoxiden) können daher bleich bleiben / starke Säuren (Huminsäuren) können die Schale auch zerstören.
• 08. 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 landwirt. oder einem forstlich genutzten Standort? Die Ursache könnte blaues Eisen(II)-Phosphat sein. Auf landwirtschaftlich genutzten Flächen wird Phosphordünger ausgebracht, der zusammen mit aus Mineralen vorhandenem Eisen und dem zugänglichen Grundwasser zu Eisen(II)-Phosphat reagieren könnte. Phosphorkomplexe bilden sich nur wenn viel Phosphor vorhanden ist, was auf eine landwirtschaftliche Nutzung schließen lässt.
• 09. Welche Bodeneigenschaften bzw. Umweltbedingungen entscheiden darüber ob in einem Boden Goethit oder Hämatit gebildet wird? Für die Bildung von Hämatit (Tropen) wichtig: hohe Bodentemeratur, geringe periodische Bodenfeuchte, hohe Dehydratations-/Mineralisations-/ Verwitterungsrate Für die Bildung von Goethit wichtig: gemäßigtes Klima, wenig Verwitterung (wenig Eisen), viel Streu (Neigung zur Komplexausbildung)
• 10. Was versteht man unter der elektrischen Doppelschicht? Oberflächen von Bodenfestphasen tragen meist poitive und negative Ladungen die von sich anlagernden Ionen ausgeglichen werden. Die elektirsche Doppelschicht bezeichnet den Zustand, wenn die Oberfläche der Festphase mit Ionen besetzt ist.
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• 11. Welche Bodenbestandteile tragen im Wesentlichen zur negativen Ladung der Bodenfestphase bei? Die negative Ladung entsteht durch isomorphen Ersatz in den Elementarschichten der Tonminerale. Durch den Einbau von Al3+ oder ähnlich-wertigen Ionen fehlt gegenüber dem Si4+ eine positive Ladung. Funktionelle Gruppen an der Organischen Substanz (Oxide, Hydroxide, Huminsäuren) tragen außerdem dazu bei.
• 12. Könnte Kalkung zur Verringerung pflanzenverfügbaren Kaliums in Böden beitragen?   Bei der Kalkung werden Ca2+-Ionen in den Boden eingebracht. Diese haben eine größere Austauschstärke/Affinität zur Oberfläche gegenüber Kaliumionen (K+), welche an den Oberflächen ersetzt werden. Dar durch wird mehr Kalium ausgewaschen, was zum Kaliummangel führen kann. Ionenkonkurenz an den Wurzeln
• 13. Bei Kalk-Applikation wird teilweise Mobilisierung von Cadmium beobachtet. Erklären Sie dieses Phänomen mithilfe Ihres Wissens zur Kationenaustauschkapazität von Böden. Cadmium und Calcium sind von der Ladung her gleich. Wertigkeitseffekt nicht vorhanden. Aber die durch die hohe Konzentration verdrängt Ca das Cadmium (Mengeneffekt). Cd: Schwermetall. Schwermetalle in basischen Böden fester gebunden, da als Hydroxide vorliegend. Hier zwar kurzfristig Ablösung und Mobilisierung – langfristig hofft man aber auf den Effekt der Filterwirkung durch den höheren pH-Wert des Bodens
• 14. Ist es möglich, allein auf der Basis der potentiellen KAK eines Bodens Aussagen über die Versorgung der Vegetation mit basischen Kationen zu machen? Nein, das ist nicht möglich, weil die potenzielle KAK lediglich die Gesamtmenge der verhandenen Kationen bei basischen Umgebungsbedingungen wiedergibt. Welcher Anteil davon in austauschbarer Form vom Boden adsorbiert werden kann und damit für die Pflanze verfügbar ist, bleibt unklar.
• 15. Warum wird Al3+ ein „saures“ Kation genannt? Al 3+ ist ein saures Kation, weil es in wässrigen Lösungen durch Hydrolysereaktionen Protonen freisetzt→ saure Wirkung: Al3++3H2O → Al(OH)3+3H+
• 16. Warum weisen „alte“, das heißt stark verwitterte Böden häufig geringere KAK auf als schwach verwitterte Böden? Durch Auswaschung von Ionen aber in besonderem Maße von Siliziumtetraedern, welche die durch isomorphen Ersatz entstandenen negativen Ladungen tragen, kommt es im Alterungsprozess zur Ladungsumkehr von Bodenoberflächen, die dann positiv geladen sind. Dardurch lagern sich vor allem Anionen an.  
• 17. Sandige, humusarme Böden mit niedrigem pH Werten sind gekennzeichnet durch sehr geringe Konzentrationen an pflanzenverfügbarem Mg. Warum? Sand geringe spezifische Oberfläche wenig Nährstoffe gespeichert werden können viele Makroporen, wodurch  viele Nährstoffe aus der pflanzenverfügbaren Bodenlösung ausgewaschen werden können, der Anteil an Mg der auf sauren, sandigen Böden ausgewaschen wird ist jedoch gering Da Humus fehlt, kann er nicht zu spezifischen Oberfläche bei tragen, was eine Unterversorgung der Pflanzen verhindern könnte, außerdem gibt es weniger Huminstoff mit variablen Ladungen Hinzu kommt, dass unter sauren Bedingungen die KAK geringer ist, da mehr Protonen vorhanden sind die an Bodenoberflächen binden und dar durch den Kationen Bindungsmöglichkeiten streitig machen.
• 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. Höhere Oberfläche bei mehr Ton. Je mehr Oberfläche desto besser für Schwermetallbindung. Spezifische Anionensorption von Arsenat (Arsenation 3-) bevorzugt in saurem Millieu und an OH Gruppen von Oxiden (hoher Tongehalt – viel kleines Material wie Eisenoxide / Phosphat).
• 19. Fortsetzung von Frage 18: der Grundwasserspiegel an dem Standort steigt an. Warum könnte das zur Mobilisierung von Arsen aber auch von Phosphor führen? Durch den Einfluss des Wassers können Ionen die an ein Mineral gebunden sind wieder von einer Hydrathülle umgeben werden, was sie mobil macht. Die spezifische Anionensorption wird rückgängig gemacht.
• 20. In Böden des gem. 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 ei Da im gemäßigten Klima die Ladung der Bodenfestphase hauptsächlich negativ ist, lagert sich das (NO3)- Ion nirgends an, bzw es wird sogar abgestoßen. Es geht daher keine bindenden Wechselwirkungen ein und kann als Tracer genutzt werden. In sehr stark verwitterten tropischen Böden ist die Ladung der BFP umgekehrt, also positiv (AAK), sodass das Nitrat an die Bodenoberflächen sorbiert und gebunden wird.

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