Edaphon, Humus.pdf - BayCEER
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Figure 1: IEA global human CO2 annual emissions from fossil fuels estimates vs. IPCC<br />
SRES scenario projections. The IPCC Scenarios are based on observed CO2 emissions<br />
until 2000, at which point the projections take effect.
Globaler C-Kreislauf<br />
(vereinfacht nach Lal 2001)<br />
8.3 Pg a -1<br />
Atmosphäre<br />
720 Pg<br />
+ 3.4 Pg a -1<br />
Biosphäre<br />
560 Pg<br />
60 Pg a -1<br />
Pedosphäre 1550 Pg org.-C<br />
750 Pg anorg.-C<br />
(2010, IEA)<br />
Landnutzungsänderungen<br />
fossile Brennstoffe<br />
Hydrosphäre<br />
38000 Pg
Kohlenstoff im Boden (Wild, 1995)
Tote organische Substanz: 95%<br />
Bodenflora: 75%<br />
<strong>Edaphon</strong>: 5% =100%<br />
Funktionen des <strong>Edaphon</strong>s<br />
Ab- und Umbau der org.<br />
Substanz (Schließen des C-<br />
Kreislaufs)<br />
Mineralisierung (Mobilisierung<br />
von Nährstoffen)<br />
Durchmischung des Bodens<br />
Strukturbildung<br />
Bodenfauna: 25%
Tote organische Substanz: 95%<br />
Bodenflora: 75%<br />
Bakterien:<br />
Pilze:<br />
Algen<br />
Myxobakterien<br />
Actinomyceten<br />
Cyanobakterien<br />
Eubakterien<br />
Myxomyceten<br />
Zygomyceten<br />
Ascomyceten<br />
Basidiomyceten<br />
<strong>Edaphon</strong>: 5% =100%<br />
Funktionen des <strong>Edaphon</strong>s<br />
Ab- und Umbau der org.<br />
Substanz (Schließen des C-<br />
Kreislaufs)<br />
Mineralisierung (Mobilisierung<br />
von Nährstoffen)<br />
Durchmischung des Bodens<br />
Strukturbildung<br />
Bodenfauna: 25%
Mykorrhiza
Figure 2. (a) A control 20 × 20-cm microcosm with mycelium of Suillus bovinus mycorrhizal with Pinus sylvestris, forming an almost<br />
complete covering of the surface of the peat. (b) A 20 × 20-cm microcosm in which the mycelium of S. bovinus met and interacted with<br />
the mycelial cords of the wood-decomposer fungus Phanerochaete velutina growing from a wood block. Note the difference in the<br />
density of cover and extent of mycorrhizal mycelium compared with Figure 2a.<br />
Laeke et al. 2001
Pilze - Lebensweise<br />
• obligat aerobe Organismen<br />
• kommen verstärkt in sauren Böden vor<br />
• Saprophyten (Zersetzer)<br />
• Pathogene (Nekro- und Biotrophie)<br />
• Symbiose (Mykorrhiza, Flechten)<br />
• von quantitativer Bedeutung für<br />
Stoffumsätze sind v.a. Saprophyten und<br />
Mykorrhiza
TNT (mg kg -1 )<br />
Weißfäulepilze: Ligninabbau<br />
Bodenkompostierung<br />
‣Animpfung des Bodens mit Weißfäulepilze und Stroh<br />
TNT - Abbau im Laborfermenter<br />
300<br />
250<br />
200<br />
150<br />
100<br />
50<br />
0<br />
0 2 4 6 8 10 12 14<br />
Zeit (Wochen)<br />
Abken et al., (1999)
Tote organische Substanz: 95%<br />
<strong>Edaphon</strong>: 5% =100%<br />
Funktionen des <strong>Edaphon</strong>s<br />
Ab- und Umbau der org.<br />
Substanz (Schließen des C-<br />
Kreislaufs)<br />
Mineralisierung (Mobilisierung<br />
von Nährstoffen)<br />
Durchmischung des Bodens<br />
Strukturbildung<br />
Bodenflora: 75%<br />
Bodenfauna: 25%<br />
Bakterien:<br />
Pilze:<br />
Algen<br />
Mikrofauna<br />
0,002-0,2mm<br />
Myxobakterien<br />
Actinomyceten<br />
Cyanobakterien<br />
Eubakterien<br />
Myxomyceten<br />
Zygomyceten<br />
Ascomyceten<br />
Basidiomyceten<br />
Flaggelaten<br />
Ciliaten<br />
Rhizopoden
Mikrofauna<br />
0.002 - 0.2 mm<br />
Flaggelaten, Ciliaten, Rhizopoden<br />
(Wurzelfüßer, Amöben)
Beschalte Amöben
Tote organische Substanz = <strong>Humus</strong>: 95%<br />
<strong>Edaphon</strong>: 5% =100%<br />
Funktionen des <strong>Edaphon</strong>s<br />
Ab- und Umbau der org.<br />
Substanz (Schließen des C-<br />
Kreislaufs)<br />
Mineralisierung (Mobilisierung<br />
von Nährstoffen)<br />
Durchmischung des Bodens<br />
Strukturbildung<br />
Bodenflora: 75%<br />
(Mikroflora)<br />
Bodenfauna: 25%<br />
Bakterien: 50%<br />
Pilze: 25%<br />
Algen<br />
Mikrofauna<br />
0,002-0,2mm<br />
Mesofauna<br />
0,2-2mm<br />
Myxobakterien<br />
Actinomyceten<br />
Cyanobakterien<br />
Eubakterien<br />
Myxomyceten<br />
Zygomyceten<br />
Ascomyceten<br />
Basidiomyceten<br />
Flaggelaten<br />
Ciliaten<br />
Rhizopoden<br />
Nematoden<br />
Collembolen<br />
Hornmilben
Mesofauna<br />
0,2 - 2 mm<br />
Nematoden, Collembolen, Hornmilben<br />
Morphologische Streuzerkleinerung:<br />
• Kavernenfraß (Minierfraß bei lebenden Blättern)<br />
• Skelettierfraß<br />
• Pilzmycel, moderndes Holz, Feinhumus, Streu
Tote organische Substanz = <strong>Humus</strong>: 95%<br />
<strong>Edaphon</strong>: 5% =100%<br />
Funktionen des <strong>Edaphon</strong>s<br />
Ab- und Umbau der org.<br />
Substanz (Schließen des C-<br />
Kreislaufs)<br />
Mineralisierung (Mobilisierung<br />
von Nährstoffen)<br />
Durchmischung des Bodens<br />
Strukturbildung<br />
Bodenflora: 75%<br />
(Mikroflora)<br />
Bodenfauna: 25%<br />
Bakterien: 50%<br />
Pilze: 25%<br />
Algen<br />
Mikrofauna<br />
0,0 2-0,2mm<br />
Mesofauna<br />
0,2-2mm<br />
Makrofauna<br />
2-20mm<br />
Myxobakterien<br />
Actinomyceten<br />
Cyanobakterien<br />
Eubakterien<br />
Myxomyceten<br />
Zygomyceten<br />
Ascomyceten<br />
Basidiomyceten<br />
Flaggelaten<br />
Ciliaten<br />
Rhizopoden<br />
Nematoden<br />
Collembolen<br />
Hornmilben<br />
Enchytraeiden<br />
Arthropoden
Makrofauna<br />
2 - 20 mm<br />
Enchytraeiden, Schnecken, Asseln, Doppelfüßer,<br />
Vielfüßer, Spinnentiere, Käfer u.a.<br />
Morphologische Streuzerkleinerung:<br />
• Primärzersetzer, Streu und Tierleichen<br />
• Lebende Pflanzenteile<br />
• Räuber
Tote organische Substanz = <strong>Humus</strong>: 95%<br />
<strong>Edaphon</strong>: 5% =100%<br />
Funktionen des <strong>Edaphon</strong>s<br />
Ab- und Umbau der org.<br />
Substanz (Schließen des C-<br />
Kreislaufs)<br />
Mineralisierung (Mobilisierung<br />
von Nährstoffen)<br />
Durchmischung des Bodens<br />
Strukturbildung<br />
Bodenflora: 75%<br />
(Mikroflora)<br />
Bodenfauna: 25%<br />
Bakterien: 50%<br />
Pilze: 25%<br />
Algen<br />
Mikrofauna<br />
0,002-0,2mm<br />
Mesofauna<br />
0,2-2mm<br />
Makrofauna<br />
2-20mm<br />
Megafauna<br />
>20mm<br />
Myxobakterien<br />
Actinomyceten<br />
Cyanobakterien<br />
Eubakterien<br />
Myxomyceten<br />
Zygomyceten<br />
Ascomyceten<br />
Basidiomyceten<br />
Flaggelaten<br />
Ciliaten<br />
Rhizopoden<br />
Nematoden<br />
Collembolen<br />
Hornmilben<br />
Enchytraeiden<br />
Arthropoden<br />
Lumbriciden<br />
Schnecken<br />
Wirbeltiere
Megafauna<br />
> 20 mm<br />
Regenwürmer, Schnecken, Gliederfüßer, Wirbeltiere<br />
•Totalfraß, Streu und lebende Pflanzenteile<br />
• Aufnahme von Mineralboden<br />
•Vermischung von <strong>Humus</strong>, Streu und Mineralboden
Tote organische Substanz<br />
Unzersetzte org.<br />
Substanz, Streu<br />
(Nichthuminstoffe)<br />
Pflanzen<br />
Mikroorganismen<br />
Fauna<br />
• Zellinhaltsstoffe, Speichersubstanzen:<br />
Proteine, Zucker, Stärke<br />
• Zellwandbestandteile:<br />
Cellulose, Hemicellulose, Pectine,<br />
Lignin, Chitin<br />
• Gerbstoffe und Phenole<br />
• Lipide, Cutin und Suberin<br />
Huminstoffe<br />
Humine<br />
Huminsäuren<br />
Fulvosäuren
Wasser- und<br />
Gashaushalt<br />
C- und N-<br />
Speicherung<br />
Bedeutung<br />
von <strong>Humus</strong><br />
Puffer- und<br />
Filterfunktion<br />
Speicherung und<br />
Abgabe von<br />
Nährstoffen<br />
Bundesbodenschutzgesetz: Erhaltung des <strong>Humus</strong>gehaltes
Beispiele anthropogener Beeinflussung des<br />
<strong>Humus</strong>haushaltes<br />
• Plaggenwirtschaft (Eschböden),<br />
• Streunutzung<br />
• Torfabbau<br />
• Kultivierung organischer Böden<br />
• Verwertung von Komposten und Klärschlämmen
CO 2 ,NH 3 , NO, N 2 O, N 2 , CH 4 etc.<br />
Zersetzung<br />
Mineralisation<br />
Streu<br />
Humifizierung<br />
Huminstoffe<br />
Zersetzung<br />
Mineralisation<br />
NO 3- , NH 4+ , PO 4<br />
3-<br />
, SO 4<br />
2-<br />
, K + , Ca 2+ , Mg 2+ etc.
Phasen des Streuabbaus<br />
1. Rückzug von Nährstoffen, enzymatische Abbaureaktionen<br />
(Seneszenz)<br />
2. Auswaschung (dissolved organic matter, DOM)<br />
3. Zerkleinerung und Umsetzung durch das <strong>Edaphon</strong><br />
4. Abbau und Umwandlungsprozesse<br />
• Mineralisierung, schneller Abbau von Stärke, Hemicellulose, Cellulose<br />
durch hydrolytische Aufspaltung der Makromoleküle<br />
• Aufbau mikrobieller Biomasse (Wachstum)<br />
• Huminstoffbildung (Humifizierung)
Prozesse der Huminstoffbildung in Böden<br />
1. mikrobielle Resynthese: pflanzliche in mikrobielle Polysaccharide<br />
2. selektive Anreicherung: ligninbürtige Verbindungen<br />
mikrobielle Residuen<br />
3. Umwandlung: unvollständige Oxidation, Anstieg der<br />
Carboxylgruppen<br />
4. Stabilisierung:<br />
• Physikalisch: Einschluss im Aggregatinneren, Verlagerung<br />
• Chemischer: Umbau, Präzipitate und Sorption an<br />
Mineraloberflächen
Mineralisierung und Humifizierung der Streu<br />
Zersetzung: unvollständiger Abbau toter organischer Substanz<br />
Mineralisierung: vollständiger mikrobieller Abbau zu anorganischen<br />
Stoffen (CO 2 , Kationen, Anionen)<br />
Humifizierung: Umwandlung in Huminstoffe<br />
Mittlere Verweilzeit der organischen Substanz in Böden 30-40 Jahre<br />
mit großer Schwankungsbreite
Funktion der organischen Substanz im Boden<br />
A) chemische Wirkungen<br />
• Nährstoffspeicher, Nachlieferung organisch gebundener Nährstoffe<br />
• Kationenaustausch<br />
• Versauerung des Bodens<br />
• Komplexbildung mit Metallen<br />
B) biologische Wirkungen<br />
• Nahrung für heterotrophe Organismen<br />
• physiologische Wirkungen<br />
Wuchstoffe (Auxine), Vitamine (B-Vitamine), Antibiotika ,<br />
Phenole (Hemmung)
C) physikalische Wirkungen<br />
• Quellen und Schrumpfen<br />
• Plastizität<br />
• Wasserspeicherung<br />
• Wärmehaushalt<br />
D) Bodengenese<br />
• <strong>Humus</strong>auflagen<br />
•Ah-Horizonte<br />
• Podsolierung
Steuerung des Abbaus von organischer Substanz<br />
A) physikalische Faktoren<br />
• Bodentemperatur<br />
• Bodenfeuchte (O 2 -Mangel, Trockenstress)<br />
• Korngröße (Bodentextur)<br />
• Porensystem<br />
B) chemische Faktoren<br />
• Nährstoffgehalt, Nahrungsqualität<br />
• Sauerstoffgehalt<br />
• Phenole und Ligningehalt<br />
• pH-Wert des Bodens<br />
• Schadstoffe (Schwermetalle, organische Schadstoffe)<br />
C) biologische Faktoren<br />
• Lebensgemeinschaften
<strong>Humus</strong>vorrat = Ausgangsmenge + Produktion - Abbau<br />
Produktion<br />
Streuproduktion<br />
Wald:<br />
Gleichgewicht<br />
Abbau<br />
oberirdische Streu: 2 - 10 t ha -1 a -1<br />
(ohne Wurzeln)<br />
Bodenvegetation: 1 - 4,5 t ha -1 a -1<br />
Acker: 1 - 5 t ha -1 a -1<br />
Grünland: 4 – 11 t ha -1 a -1<br />
<strong>Humus</strong>vorrat<br />
Acker: 100 - 200 t ha -1 m -1<br />
Wald: 100 - 800 t ha -1 m -1<br />
Grünland: ca. 400 t ha -1 m -1
Organische Horizonte und <strong>Humus</strong>formen<br />
L = nicht oder wenig zersetzte Pflanzensubstanz, < 10 Vol.-% Feinhumus<br />
O f = 10- 70 Vol.-% Feinhumus, Feinwurzeln und Pilzhyphen<br />
O h = > 70 Vol.-% Feinhumus<br />
Mull<br />
L<br />
A h<br />
Moder<br />
L<br />
O f<br />
O h<br />
A eh<br />
Rohhumus<br />
L<br />
O f<br />
O h<br />
A he
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