Ökologie - Biologie für die Oberstufe

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oder Bodenhorizonte sind bei frischen Profilen, etwa beim Straßenbau oder bei Ausschachtungsarbeiten für ein Gebäude, leicht zu erkennen (⇒ Abbildung 2.59). 2.6.2 Eine wichtige Eigenschaft von Böden ist das Wasserhaltevermögen Gräbt man nach einem kräftigen Regen ein Bodenprofil, fällt ein scharfer Übergang zwischen der durchnässten oberen und einer trockenen unteren Schicht auf. Regen, der auf die Bodenoberfläche fällt, sickert in den Boden ein. Aufgrund der Schwerkraft fließt das Wasser in die offenen Poren und Kapillaren des Bodens, wobei die Größe der Bodenpartikel und ihre räumliche Anordnung die Menge des aufgenommenen Wassers bestimmen. Eine große Porenweite an der Bodenoberfläche erhöht die Versickerung (Infiltration), daher haben grobkörnige Böden (z.B. Sand) eine größere Infiltrationsrate als feinkörnige (z.B. Lehm). Übersteigt die Wassermenge das Volumen, das die Zwischenräume der Bodenpartikel speichern können, ist der Boden wassergesättigt und das überschüssige Wasser fließt oberflächlich ab. Wenn das Wasser sämtliche Poren ausfüllt und aufgrund interner Kapillarkräfte festgehalten wird, ist der Boden an seiner so genannten Feldkapazität angelangt. Man versteht darunter die maximal mögliche Haftwassermenge natürlicher Böden mit freiem Wasserabzug. Die Wassermenge, die ein Boden über seine Feldkapazität hält, variiert mit den Korngrößen (Anteile von Sand, Schluff und scheidet Ton). man Tonige aufgrund und ihrer lehmige Farbe, Struktur Böden und nach haben der Art des über das Sickerwasser eingetragenen Ma- eine wesentlich höhere Feldkapazität als sandige Böden. terials. Wenn dem Boden durch Pflanzen und Verdunstung von der Boden- Der C-Horizont besteht im Wesentlichen aus dem oberfläche Kapillarwasser entzogen wird, nimmt der Wassergehalt des Ausgangsgestein. Er bendet sich unterhalb der Zonen Bodens ab. Mit abnehmendem Wassergehalt wird es jedoch für Pflan- größter biologischer Aktivität, ist der physikalischen zen schwieriger dem Boden und/oder weiteres chemischen Wasser Verwitterung zu entziehen. unterworfen, Nimmt aber der Wassergehalt bis zu dem Punkt durch ab, die wo Bodenbildungsprozesse die Pflanzen dem noch Boden nicht ver- kein Wasser mehr entziehen können, ändert und ist geht der ießend so genannte in das Grundgestein permanente über. Welkepunkt erreicht. Die Differenz zwischen dem als Feldkapazität ermittelten Wassergehalt und demjenigen beim permanenten Welkepunkt bezeichnet man als die Eine potenziell entscheidende pflanzenverfügbare EigenWassermenge (⇒ Abbildung 2.60). schaft Obwohl von Böden auch jenseits ist des permanenten Welkepunktes noch weiteres das Wasserhaltevermögen Wasser im Boden verbleibt, 5.8 ist es so fest an die Bodenpartikel gebunden, dass die Wurzelsaugspannung der Gräbt man nach einem kräftigen Regen ein Bodenpro- Pflanzen nicht ausreicht, um es aufzunehmen. l, fällt ein scharfer Übergang zwischen der durch- nässten oberen und einer trockenen unteren Schicht 2.6.3 Die Ionenaustauschkapazität ist wichtig für die Produktivität von Böden auf. Regen, der auf die Bodenoberäche fällt, sickert in den Boden ein. Aufgrund der Schwerkraft ießt das Wasser in die oenen Poren und Kapillaren des Bo- Verschiedene Mineralien (= Ionenverbindungen dens , wobei die Größe der oder Bodenpartikel Salze) lösen und ihre sich im Bodenwasser. Als so genannte räumliche austauschbare Anordnung die Menge Nährstoffe des aufgenommenen stehen sie direkt für die Aufnahme und Wassers die Verwertung bestimmen. Eine durch große Pflanzen Porenweite zur an Verfü- der Boden oberäche erhöht die Versickerung (Inltragung. Aufgrund ihrer Ladung werden sie an entgegengesetzt geladetion), daher haben grobkörnige Böden eine größere Innen Bodenpartikeln zeitweise gebunden und stehen in ständigem Aus- ltrationsrate als feinkörnige. tausch mit der Bodenlösung. Übersteigt die Wassermenge das Volumen, das die Ein Ion ist ein geladenes Teilchen. Ionen, die eine positive Ladung tra- Zwischenräume speichern können, ist der Boden wasgen, nennt man Kationen, negativ geladene Ionen bezeichnet man als sergesättigt und das überschüssige Wasser ießt ober- ächlich ab. Wenn das Wasser sämtliche Poren aus- füllt und aufgrund interner Kapillarkräfte festgehalten wird, ist der Boden an seiner Feldkapazität . Man versteht darunter die maximal mögliche Haftwassermenge 1062 anderer Bodenpartikel festgehalten werden. Zu den fruchtbarsten Oberböden, das heißt jenen mit dem besten Pflanzenwachstum, 2.6 Abiotischer gehört Faktor der Boden Lehmboden, der ungefähr zu gleichen Teilen aus Sand, Schluff und Ton besteht. Lehmböden besitzen so viel Abbildung 37.2: Bodenhorizonte. Abbildung 2.59: Bodenhorizonte. A-Horizont, Oberboden: eine Mischung aus verwittertem Gestein mit unterschiedlicher Beschaffenheit sowie lebenden Organismen und verrottendem organischem Material. B-Horizont, Unterboden: enthält wesentlich weniger organisches Material als der A-Horizont und ist nicht so stark verwittert. C-Horizont: besteht hauptsächlich aus zum Teil verwittertem Ausgangsgestein und dient als Ausgangsmaterial für die oberen Bodenhorizonte. 5.8 Eine entscheidende Eigenschaft von Böden ist das Wasserhaltevermögen Wassergehalt [Vol.-%] 60 40 20 Sandboden panzenverfügbares Wasser FK PWP Schluboden Wasserspannung nicht panzenverfügbares Wasser Tonboden 0 0 1 1,8 2,5 3 4,2 5 7 Abbildung 5.11: Wasserspannung und Wassergehalt. Dargestellt Abbildung ist die Beziehung 2.60: zwischen Wasserspannung und und Wassergehalt. Wassergehalt ( Was- Dargestellt serspannungs-, ist pF-Kurve) die Beziehung bei einem Sandboden, zwischen einem Wasserspan- tonigen Schluboden (verwitterter Lössboden) und einem Tonboden (A-Horizonte) nung und Wassergehalt bei einem Sandboden, einem (siehe auch Abbildung 5.8). FK = Feldkapazität, PWP = permanenter Schluffboden Welkepunkt, WS und = Wassersäule, einem Tonboden. hPa = Hekto-Pascal. FK = Feldkapazität, Der pF-Wert PWP kennzeichnet = permanenter die Wasserspannung Welkepunkt, (pF = pF log = cm Wert WS). Die der panzenverWasserspannung.fügbare Wassermenge Das pflanzenverfügbare ist deniert als die Dierenz Wasser zwischen ergibt dem als Feldkapazität ermittelten Wassergehalt und demjenigen beim perma- sich aus der Differenz des Wassergehaltes bei FK und nenten Welkepunkt. Sowohl die Feldkapazität als auch der perma- demjenigen nente Welkepunkt beim steigen permanenten von feineren Welkepunkt zu gröberen (PWP). Korngrößen So- an. wohl Der höchste die Feldkapazität Wert an panzenverfügbarem als auch der Wasser permanente wird in Böden Welmittkepunktlerer Korngrößen steigen erreicht. von feineren zu gröberen Korngrößen an. Der höchste Wert an pflanzenverfügbarem Wasser wird von der in Böden Bodenoberäche mittlerer Korngröße Kapillarwasser erreicht. entzogen wird, nimmt der Wassergehalt des Bodens ab. Nimmt er bis zu einem Punkt ab, wo Panzen dem Boden kein Wasser mehr entziehen können, ist der so genannte permanente Welkepunkt erreicht. Die Dierenz zwi- [pF] [cmWS] 55 Die kun nis Bes form An Die lich vie sind wie siu dah den Die dire me Kat ma ion (H + die auf aus der dur
56 2 Abiotische Umweltfaktoren – ihr Einfluss auf das Leben 5.10 Verschiedene Bodenbildungsprozesse lassen unterschiedliche Bodentypen e Mg 2+ Mg 2+ Ca 2+ Ca 2+ Ca 2+ K + Tonminerale, Oxide, Huminstoffe K + K + Mg 2+ Ca 2+ K + Ca 2+ Ca 2+ Mg 2+ Mg 2+ Ca 2+ H + K + K + Ca 2+ Aufnahme durch Pflanzen Bodenlösung Sickerwasserabfluss in das Grundwasser Oberflächenabfluss Abbildung 5.12: Kationenaustausch Abbildung im Boden. 2.61: Kationen, Kationenaustausch die an negativ im Boden. geladene Kationen, Bodenpartikel die an negativ gebunden geladene sind, Bo- befinden sich dynami schen Gleichgewichtszustand denpartikel mit ähnlichen gebunden Kationen sind, befinden in der Bodenlösung. sich in einem Kationen dynamischen werden Gleichgewichtszustand in der Bodenlösung kontinuierl Kationen, die an Ton- und Humuspartikel mit ähnlichen angelagert Kationen sind, in ersetzt. der Bodenlösung. Zudem werden Kationen Kationen werden aus in der Bodenlösung auch konti- von Pflanz nommen und bei Übersättigung der nuierlich Lösung durch und ausbleibenden Kationen, die an Bindungsmöglichkeiten Ton- und Humuspartikel an Bodenpartikel angelagert sind, über ersetzt. das Sickerwasser Zudem ausge werden Kationen aus der Bodenlösung von Pflanzen aufgenommen und bei Übersättigung der Lösung und ausbleibenden Bindungsmöglichkeiten an Bodenpartikel über das Sickerwasser ausgewaschen. er im Boden zwischen 3 (extrem sauer) und 9 (stark Faktoren beruht, sind die folgenden fünf Ha Anionen. Chemische Elemente und Verbindungen können im Boden in Form von Kationen (etwa Calcium als Ca2+ , Magnesium als Mg2+ alka lisch). Böden mit einem pH-Wert leicht über 7 gelten als basisch (alkalisch), solche mit einem pH-Wert + von 5,6 oder niedriger sind oder sauer. Ammonium, Mit sinkendem NH4 ) wie auch in Form von Anionen (zum Beispiel – 2– pH-Wert steigt die Konzentration Nitrat, NO an 3verfügbaren , oder Sulfat, AlSO4 ) vorkommen. Die Bindung dieser Ionen aus der Bodenlösung an die Oberfläche von Bodenpartikeln hängt von der Zahl der im Boden zur Verfügung stehenden positiven oder negativen Ladungen ab. Die Gesamtzahl aller austauschbaren Kationen und Anionen im Boden (ausgedrückt in mol) bezogen auf ein bestimmtes Bodenvolumen (in der Regel 1 kg Substanz) bezeichnet man als Ionenaustauschkapazität. Die Gesamtzahl der an den Oberflächen von Tonund Humuspartikeln austauschbaren Kationen bezeichnet man als Kationenaustauschkapazität (KAK). Die negativen Ladungen schützen den Boden vor einem Verlust seiner positiv geladenen Nährstoffe. Da an den meisten Bodenpartikeln weniger positive als negative Ladun- – gen vorhanden sind, werden Anionen wie Nitrate (NO3 ) und Phos- 3– phate (PO4 ) in geringerem Umfang im Boden gebunden und rascher ausgeschwemmt als Kationen, für die es mehr Bindungsstellen und somit auch ein größeres Rückhaltevermögen im Boden gibt. Da die im Boden befindlichen Kationen mit der Bodenlösung von den Pflanzen aufgenommen werden können und wichtige Pflanzennährstoffe sind, ist die KAK ein elementarer Messwert für die Bodenqualität; sie steigt mit zunehmendem Anteil von Ton und organischem Material. Auch der pH-Wert des Bodens und des Bodenwassers kann sich, je nach sauren oder basischen Bedingungen, direkt oder indirekt über die Löslichkeit von Nährstoffen auf die Bodeneigenschaften und somit auch auf das Pflanzenwachstum auswirken. 3+ - Ionen, und die von Ca2+ , Na + und anderer Kationen sinkt. Hohe Aluminiumionenkonzentrationen (Al3+ zesse für die Differenzierung in die verschi Boden typen besonders entscheidend: Lateriti (Laterit bildung), Carbonatisierung (Kalkanreich Versalzung, Podsolierung und Vergleyung. Lateritisierung oder Lateritbildung findet h ) in den Regionen der Tropen und Subtropen sta der Bodenlösung können bei niedrigen pH-Werten für heiße, feuchte Klima führt zu einer raschen Ve Pflanzen toxisch wirken. rung des Ausgangsgesteines und der Minerali Versickerung großer Wassermengen bewirkt e sonders starke Auswaschung und die meist Verschiedene Boden- durch die Verwitterung freigesetzten Verbin bildungsprozesse lassen und Nährstoffe werden aus dem Boden unterschiedliche schwemmt, soweit sie nicht von Pflanzen auf Bodentypen entstehen men werden können. Eine Ausnahme besteht 5.10 Eisen- und Aluminiumverbindungen, die sich Aufgrund großer regionaler Unterschiede in Geologie, Böden anreichern. Eisenoxide verleihen trop Klima und Vegetation entstehen weltweit verschie- Böden ihre charakteristische rote Farbe (Abb dene charakteristische Böden. Ein wichtiges Unter- des Ultisol-Profils in Abbildung 5.13 als Beis scheidungskriterium zur Bodenklassifikation ist der einen durch Lateritisierung entstandenen Bode jeweilige Bodentyp. grund der starken Auswaschung verlieren diese Ein international gebräuchliches Klassifikations sys- mit Ausnahme von H tem geht auf ein im Jahr 1960 in den USA entwickeltes System ( USDA- Bodenklassifikation) zurück. Jede der zwölf Typen ist durch spezifische Bodenmerkmale charakterisiert ( Abbildung 5.13). Die weltweite Verbreitung der verschiedenen Bodentypen ist in Abbil- + auch zahlreiche versch Kationen, was letztlich zu einer erheblichen V rung der Böden führt. Carbonatisierung (Kalkanreicherung) – ei dung und Anreicherung von CaCO3 tritt auf, w Evaporation sowie die Wasseraufnahme durch
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