Tutorium Physische Geographie im SS 2009
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Universität Augsburg Fakultät für Angewandte Informatik Institut für Physische Geographie und Quantitative Methoden Prof. Dr. Jucundus Jacobeit Tutorium Physische Geographie im SS 2009 2. Sitzung am 20.05.2009 Tutorin: Claudia Weitnauer Klausurfragen 1. Wie wird der Basisabstand eines Tonminerals definiert? 2. Was ist das Edaphon? 3. Was ist eine Bodenart? Nennen Sie 3 Beispiele! 4. Erläutern Sie die pedologisch wichtigsten Unterschiede zwischen Zwei- und Dreischichttonmineralen! Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 2 Klausurfragen Zu 1.: Basisabstand = Abstand zwischen den Schichten eines Tonminerals; bei 2Schicht- Tonmineralen klein und nicht variabel, bei 3- Schicht- Tonmineralen in der Regel variabel Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 3 Klausurfragen Zu 2.: Edaphon = alle lebenden Bodenorganismen (Bodenflora und – fauna) Zu 3.: Bodenart: Körnungs- oder Texturklasse, benannt nach der vorherrschenden Kornfraktion des Feinbodens Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 4 Bodenfauna Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 5 2- Schicht- Tonminerale Z.B. Kaolinit, Nakrit, Dickit Grundstruktur: Folge von 1 Si-O-Tetraeder-Schicht und 1 Al- OHOktaederschicht Abstand zwischen 1:1 Schicht klein und nicht variabel Ionen- Absorption nur an Außen-, Spalt- und Bruchflächen Können also nur dort Wasser und Nährstoffe sorbieren Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 6 3- Schicht- Tonminerale Z.B. Montmarillonit, Illit, Smektit Grundstruktur besteht aus 2 TetraederSchichten, die 1 Oktaederschicht umgibt Zwischenraum zwischen 2:1 Schichten variabel In diesen Zwischenräumen können Wassermoleküle und Ionen (z.B. K+, Ca++, Mg++) sorbiert, aber auch wieder ausgegeben werden Auch an den Oberflächen können Ionen ausgetauscht werden Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 7 3- Schicht- Tonminerale Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 8 Bodenbestandteile Boden als 3- Phasen- Gemisch: Feste, flüssige, gasförmige Bodenbestandteile Bodenfestphase: anorganisches und organisches Ausgangsmaterial Bodenflüssigphase: Bodenwasser Bodengasphase: Bodenluft Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 9 Bodenbestandteile Veränderliche Verteilung der Anteile der 3 Phasen Mögliche zeitliche und örtliche Überlagerungen Kurzfristige Änderungen möglich Phasenverteilung: 50 % Matrix 50 % Porenanteil (Bodenlösung 20- 50%, Bodenluft 0- 30%) Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 10 Bodenfestphase 1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. Anorganisches Ausgangsmaterial: (Primäre oder geogene) Minerale und Gesteine Physische oder chemische Verwitterung Sekundäre (pedogene) Minerale Körnung (Textur) und Struktur (Gefüge) Organisches Ausgangsmaterial Streustoffe, Wurzelreste, tierische Produkte Humifizierung, Mineralisierung Organische Subtanz (Humus) Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 11 Bodenbestandteil Minerale Wichtige pedogene Minerale: Silikate (z.B. Augit, Olivin, Granit, Hornblende, Feldspat, Tonminerale, u.a.) Minerale aus Sauerstoff, Silicium, metallischen Elementen; Meist hart, durchscheinend und in Säure unlöslich Auftreten als Insel-, Ring-, Ketten-, Band- und Schichtsilikate Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 12 Silikate- Aufbau Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 13 Weitere Minerale Oxide (z.B. Quarz) Karbonate (z.B. Calcit, Dolomit) Phosphate (z.B. Apatit) Sulfide (z.B. Pyrit) Sulfate (z.B. Gips, Anhydrit) Chloride (z.B. Kochsalz) Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 14 Bodengasphase Bedeutung: Bodenluft wichtig für Atmung von Pflanzen und Bodenorganismen Bedeutsam für Bodenbildung Gehalt von Bodenluft und Bodenwasser bedingen sich gegenseitig Zusammensetzung: Unterschiedlich zur atmosphärischen Luft Gewisser Gasaustausch (Bodenatmung) zwischen Boden und Atmosphäre durch Diffusion, Luftbewegung, Niederschlag Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 15 Bodengasphase Poren: sind Hohlräume zwischen der Bodenfestsubstanz, die entweder Luft- oder Wassergefüllt sind Poren unterscheiden sich nach Größe, Gestalt, Entstehung, Funktion: Grobporen (>10 μm): besiedelt durch Nematoden, Milben, Wurzeln u.a. Funktion: Wasserabzug, Luftzufuhr, Infiltration, Durchwurzelung usw. Mittelporen (0,2- 10μm): besiedelt durch Pilze, Algen, Bakterien, Wurzelhaare u.a. Funktion: Speicherung von Pflanzenverfügbarem Wasser Feinporen (< 0,2 μm): unbesiedelt Funktion: Speicherung von Totwasser Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 16 Bodenwasser Bodenwasser (Bodenflüssigphase) Bodenwasser ist der flüssige, bewegliche, mengenmäßig sehr veränderliche Teil des Bodens Stammt v.a. aus Niederschlag und Luftfeuchtigkeit Enthält u.a. gelöste Salze, Gase und Kolloide Bodenwasser kann flüssig, gefroren oder gasförmig vorliegen Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 18 Bodenwasser Grundwasser: permanent im Untergrund vorhandenes Wasser, das alle Hohlräume ausfüllt Stauwasser: zeitweilig vorhandenes Wasser Sickerwasser: im Boden sich gravitativ abwärts bewegendes Wasser Haftwasser: entgegen der Schwerkraft im Boden gehaltenes Wasser Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 19 Bodenwasser Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 20 Bodenwasser Adsorptionswasser: an Oberflächen fester Bodenpartikel gebunden (hydroskopisches Wasser) Kapillarwasser: in Kapillaren und Poren festgehaltenes Wasser Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 21 Wasserbindung Bodenwasserspannung (Saugspannung): elektrostatische Anziehungskräfte Adhäsionskräfte: zwischen H2O und Festkörpergrenzflächen Kohäsionskräfte: zwischen H2O und H2O Wasser wird von diesen Kräften nur in Poren bis 10 μm durchschnittlich gehalten. Bei größeren Poren versickert das Wasser. Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 22 Wasserspannung Wird in cm Wassersäule (WS) oder den pFWerten gemessen pF= log [cm WS], z.B. Wasserspannung 1 bar= 103 cmWS= pF 3 gleiche Wassergehalte stehen bei verschiedenen Böden unter unterschiedlichen Spannungen, abhängig von Körnung (Textur), Humusgehalt, Gefüge Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 23 Bodenwasser Was bezeichnet die Feldkapazität, der permanente Welkepunkt und die nutzbare Feldkapazität? Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 24 Bodenwasser Feld(wasser)kapazität (FK): bezeichnet die maximale Menge an Wasser, die entgegen der Schwerkraft im Boden gehalten werden kann (~ pF 1,8- 2,5) Permanenter Welkepunkt (PWP): bezeichnet den Wassergehalt des Bodens, bei dem die meisten Pflanzen irreversibel welken (~ pF 4,2) Nutzbare Feldkapazität (nFK): bezeichnet das pflanzenverfügbare Wasser; Differenz aus Wassergehalt der FK und des PWP (~ pF 2,54,2) Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 25 Wasserspannungskurven Tutorium Claudia Weitnauer im http://hypersoil.uni-muenster.de/0/03/04.htm SS 2009 26 Wasserbewegung Flüssiges Bodenwasser bewegt sich u.a. als Sickerwasser (schwerkraftbedingt), aber auch als Haftwasser (bodenwasserkraftbedingt). Wasser fließt immer vom Feuchten zum Trockenen, vom Warmen zum Kalten Bewegung abhängig vom Sättigungsgrad, von der Wasserspannung und dem Leitungsquerschnitt der Großporen Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 27 Wasserbewegung Bewegungsrichtungen: 1. Permeabilität: allgemeine Wasserdurchlässigkeit 2. Infiltrieren: Wassereintritt von oben in den Boden 3. Perkolieren: Wasserversickerung bis zum Grundwasser/Stauwasser 4. Kapillarer Aufstieg: Wasseraufstieg von Grundund Stauwasser gegen die Schwerkraft aufgrund von Spannungsdifferenzen. Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 28 Wasserbewegung Gesättigte Wasserbewegung: Alle Poren sind mit Wasser gefüllt (z.B. im Grundwasser, hygroskopische Böden). Permeabilität abhängig von Körnung, Gefüge und vorwiegend der Porensituation. Bewegung erfolgt in Grobporen durch Gravitation und Druckdifferenz. Ungesättigte Wasserbewegung: Poren sind nur teilweise mit Wasser gefüllt (z.B. terrestrische Böden). Permeabilität ist abhängig von Porengrößenverteilung und aktuellem Wassergehalt, insgesamt deutlich geringer als bei gesättigter Bewegung. Bewegung als Wasserdampf. Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 29 Und noch einmal Fragen… 1. Was bedeutet das C/N- Verhältnis? 2. Was passiert bei der Mineralisierung? 3. Was ist der Unterschied zwischen Streu und Humus? Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 30 Das C/N- Verhältnis Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 31 Mineralisierung und Humusbildung 1. 2. 3. 4. 5. 6. Humus im Boden: im organischen Auflagehorizont, im humosen Mineralbodenhorizont Eigenschaften von Humus: Wichtiger Gefügebildner Verursacht charakteristische Braunfärbung Steuert entscheidend Wasser-, Wärme- und Lufthaushalt des Bodens Beeinflusst Wasserspeichervermögen, Puffer- und Filterfunktion der Böden Lieferant vieler Pflanzennährstoffe Nur ca.5% Humus nehmen am jährl. Umsatz der organ. Substanzen teil Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 32 Verwesung 1. Biochemische Initialphase: Hydrolyse und Oxidation zerlegen hochpolymere Verbindungen des Tierund Pflanzenmaterials in ihre Einzelbausteine Z.B. Stärke Eiweiß Eiweiß Aminosäuren Streu wird biegsam und weich Braunfärbung äußeres Zeichen Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 33 Verwesung 2. Mechanische Zerteilungs- und Vermischungsphase Substanzen sind aufgelockert und weich Makrofauna (Regenwürmer, Schnecken) frisst und zerbeisst Substanzen und scheidet sie modifiziert wieder aus Mikrobodenfauna (Einzeller, Fadenwürmer) vermischen Substanzen mit dem Boden Weiterverwertung durch Mesofauna (Milben, etc.) Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 34 Verwesung 3. Mikrobielle Umbauphase Bodenorganismen spalten enzymatisch organ. Verbindungen in deren Grundbausteine, die für Bau- und Betriebsstoffwechsel benötigt werden Mikrobielle Oxidation (Veratmung) der organ. Verbindungen unter Freisetzung von CO2, H2O und Energie= Mineralisierung Dabei Freisetzung von Stickstoff, Mineralstoffen, Spurenelementen Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 35 Humusformen 1. Terrestrische Humusformen 2. Semiterrestrische Humusformen 3. Subhydrische Humusformen Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 36 Humusformen 1. Terrestrische Humusformen: Entstehungsbedingungen: unter Waldoder Steppenvegetation und Sauerstoffeinwirkung Rohhumus, Tangelhumus Moder Mull Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 37 Humusformen 2. Semiterrestrische Humusformen Entstehungsbedingungen: bei zeitweisem oder dauerhaftem Grund-, Stau- oder Regenwassereinfluss und Luftabschluss Jahreszeitl. Vernässung: Feuchthumusformen: Feuchtmoder, -mull, -rohhumus Ganzjährige Vernässung: Anmoor, Torf Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 38 Humusformen 3. Subhydrische (aquatische) Humusformen Entstehungsbedingungen: unter Luftabschluss und unter Wasser in Gewässern unterschiedlicher Trophie (Nährstoff- und Sauerstoffgehalt) Gyttja (Grauschlamm) Dy (Braunschlamm) Sapropel (Faulschlamm) Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 39 Humusbildung Humus: Gesamtheit der abgestorbenen organischen Bodensubstanzen, die sich in Zersetzung befindet Streu: abgestorbenes organisches Material, das sich (noch) nicht in Zersetzung befindet Ausgangsmaterial: pflanzliche und tierische Reste: z.B. Wurzeln, Blätter, Nadeln, Zweige, Ernterückstände Tutorium Claudia Weitnauer im SS 2009 40
