Bodenchemie: Standort Königsforst

Inhaltsverzeichnis

1.) Einleitung:

2.) Material und Methoden:
2.1.) Bestimmung des Corg:
a) „Muffelofen-Methode“
b) „TOC-Methode“
2.2.) Bestimmung der mikrobiellen Atmungsaktivität
2.3.) Bestimmung des pH-Wertes:
2.4.) Bestimmung der maximalen Wasserhaltekapazität (WHKmax):
2.5.) Versuchsvorstellung zur Korngrößenverteilung:

3.) Ergebnisse:
3.1.) Maximale Wasserhaltekapazität:
3.2.) pH-Werte:
3.2.1.) Werte, Median, MA und Vertrauensbereich der Freifläche:
3.2.2.) Werte, Median, MA und Vertrauensbereich am Totholz:
3.2.3.) Vergleich zweier unabhängiger Stichproben (U-Test):
3.3.1.) Werte, Median, MA und Vertrauensbereich der Freifläche:
3.3.2.) Werte, Median, MA und Vertrauensbereich am Totholz:
3.3.3.) Vergleich zweier unabhängiger Stichproben (U-Test):
3.4.) Mikrobakterielle Atmung:
3.4.1.) Werte, Median, MA und Vertrauensbereich der Freifläche:
3.4.2.) Werte, Median, MA und Vertrauensbereich im Totholz:
3.4.3.) Vergleich zweier unabhängiger Stichproben (U-Test):

4.) Diskussion
4.1.) Erläuterungen zu den Ergebnissen der pH-Werte:
4.2.) Diskussion zu den Werten der Corg-Messung:
4.3.) Mikrobielle Atmung:
4.4.) Zusammenfassung der Daten:

1.) Einleitung

In diesem Teil des Praktikums wurden insgesamt fünf Methoden zur Analyse verschiedener Bodenparameter (Corg, mikrobielle Atmung, pH-Wert, Wasserhaltekapazität und Korngröße) angewendet bzw. vorgestellt.

Zu den wichtigen Pflanzen-Nährstoffen im Boden gehören z.B. Stickstoff, Phosphat, Kalium, Magnesium sowie Kohlenstoff, der notwendig für den Aufbau von Biomasse benötigt wird.

Die im Rahmen des Praktikums genommenen Proben stammen aus dem Ah-Horizont. Diese Bodenschicht verfügt über den höchsten Anteil an organischem Kohlenstoff aller Bodenhorizonte. Innerhalb dieses Kursteils sollte der Gehalt an organischem Kohlenstoff (Corg) in den genommenen Proben ermittelt werden. Damit alle Kursteilnehmer diese Untersuchungen durchführen konnten, wurden zusätzliche Proben aus dem Königsforst ausgegeben. Diese stammten ebenfalls von Freiflächen- und Totholzbereichen und lagen in gleicher Anzahl wie die aus der Eifel stammenden Proben vor. Unsere Gruppe bearbeitete die Königsforst-Proben. Aufgrund der Vorbesprechung war in Totholzproben ein deutlich höherer Corg –Gehalt zu erwarten als in Freiflächenproben. Es wurde also angenommen, dass am Totholz mehr Tiere und Mikroorganismen leben als auf freier Fläche. Folgende Gründe lagen dieser Annahme zugrunde:

a) Totholz ist neben Laubstreu und anderer organischer Substanz Nahrungsquelle vieler Organismen.
b) Totholz gibt dem Waldboden Struktur und stellt so einen Akkumulationspunkt für Laubstreu dar, d.h. die Steuauflage in Totholzbereichen ist dicker als auf der Freifläche, ebenso sind die Bodenhorizonte in Totholznähe dicker.
c) Durch eine dickere Streuauflage wird ein stabileres Mikroklima geschaffen, d.h. die Temperatur ist im Jahresmittel zwar etwas niedriger als in Freiflächenstreu, dafür aber konstanter (kühl im Sommer, später Frost). Außerdem ist die Luftfeuchte innerhalb der dickeren Streuschicht höher und ebenfalls konstanter.

Aufgrund dieser Annahmen war ein höheres Aufkommen an Tieren sowie Mikroorganismen in den Totholzproben zu erwarten. Deshalb konnte mit einem höheren Gehalt an Corg in diesen Proben gerechnet werden.

Der Corg gibt zwar Auskunft über die jeweilige Gesamtmenge des organisch gebundenen Kohlenstoffs, unterscheidet aber nicht zwischen Bodenfauna und Mikroorganismen. Die Bodenfauna zerkleinert Biomasse, die Mineralisierung und Freisetzung der organisch gebundenen Nährstoffe erfolgt jedoch erst auf mikrobiologischer Stufe, also durch Bakterien und Pilze. Zum Teil sind Bakterien direkt in den Därmen der Zerkleinerer angesiedelt (z.B. bei Asseln). Durch die Aktivität der Mikroorganismen gehen die Nährstoffe wieder in den Nährstoffkreislauf ein, so dass für die gute Nährstoffversorgung eines Ökosystems eine hohe mikrobiologische Aktivität förderlich ist. Um die Aktivität dieser Mikroorganismen in den jeweiligen Bodenproben zu ermitteln, wurde die CO2- Produktion (= Atmungsaktivität) innerhalb einer bestimmten Zeitspanne gemessen. Aufgrund der Vorbesprechung erwarteten wir eine höhere mikrobiologische Atmungsaktivität in den Totholzproben, da hier (aus oben genannten Gründen) bessere Bedingungen für die Mikroorganismen vermutet wurden.

Ein weiterer wichtiger Faktor zur Charakterisierung von Böden ist der jeweilige pH-Wert. Durch zunehmende Verschmutzung der Atmosphäre und damit verbundenem sauren Regen wird das pH-Milieu der Wälder immer stärker gestört. Ab einem pH unter 3,8 wird z.B. Aluminium freigesetzt, was zum Absterben der Feinwurzeln führt. Besonders in höheren Lagen besteht dieses Problem in zunehmender Intensität, da durch Thermik, Wind, Nebel und Niederschlag besonders in diesen (meist industriefernen) Bereichen die Schadstoffbelastung zunimmt. Ein großes Problem stellen niedrige pH-Werte auch für jene Tiere der Meso- und Microfauna dar, die über ein Kalkskelett verfügen. Im Praktikums sollte im Rahmen der Möglichkeiten untersucht werden, ob in den genommenen Proben ein Zusammenhang zwischen Tiervorkommen/ Corg /mikrobieller Aktivität und pH-Wert besteht. Auch die Frage, ob Totholz den pH-Wert des Bodens beeinflusst, sollte berücksichtigt werden. Außerdem können die verschiedenen Standorte (hohe Lage: Eifel / Rheinebene: Königsforst) in Bezug auf ihre pH-Werte verglichen werden. Aufgrund des geringen Untersuchungsumfangs können allerdings keine wissenschaftlichen Aussagen getätigt werden. So waren lediglich Tendenzen festzustellen, die in kleinem Rahmen statistisch ausgewertet wurden.

Ein weiterer wichtiger Parameter zur Charakterisierung von Böden ist die Feuchtigkeit. Je nach Bodenbeschaffenheit fließen unterschiedliche Wassermengen ab, werden gespeichert und abgegeben. Die Wasserspeicherkapazität ist nicht nur ein entscheidender Faktor für die Flora eines Standortes, sondern beeinflusst auch direkt, bzw. indirekt die Fauna sowie die Mineralisierer der Biotope. Viele Tiere der Meso- und Microfauna sind auf feuchte Böden angewiesen, Staunässe aber kann schädlich auch für feuchtigkeitsliebende Arten sein. Ein Boden mit hoher Wasserspeicherkapazität trocknet im Sommer langsam aus und bietet so länger Feuchtigkeit sowie ein konstanteres Mikroklima, da Verdunstungskühle entsteht. Die Fähigkeit eines Bodens, Feuchtigkeit aufzunehmen, ist messbar. Die maximale Wasserhaltekapazität (WHKmax) bezeichnet den Punkt, an dem ein Gleichgewicht zwischen der durch Schwerkraft aus dem Boden gezogenen Wassermenge und der durch Kapillarkräfte im Boden festgehaltenen Wassermenge besteht. Der Boden ist zwar feucht, tropft aber nicht. Die WHKmax wird in Prozent angegeben und bezieht sich auf den maximalen Wasseranteil in 100g nicht tropfender Bodenprobe. Im Praktikum bestimmten wir die Wasserhaltekapazität der Totholz- und Freiflächen der jeweiligen Standorte mittels einer einfachen Methode. Erwartungshaltung: Die WHKmax sind in Totholznähe voraussichtlich höher, weil durch Zersetzeraktivität Komplexe aus Ausscheidungen (Kot, Schleim…)und Humus entstehen, die viel Wasser speichern. Daraus folgt, daß in Proben mit hohem Corg hohe WHKmax zu erwarten sind. Die Körnung eines Bodens ist entscheidend für seine physikalischen Eigenschaften, wie z.B. Wasserhaltekapazität und ist somit wichtig zum Vergleich verschiedener Böden. Dabei spielen sowohl die Größe der Körner als auch ihre Lagerungsdichte eine Rolle. Im Kurs wurde uns eine Methode zur Ermittlung von Korngrößen vorgestellt. Die Kursteilnehmer haben diesen Versuch nicht selber durchgeführt.

2.) Material und Methoden

1. Bestimmung des Corg-Anteils
2. Bestimmung der mikrobiellen Atmung
3. Bestimmung des pH-Wertes
4. Bestimmung der maximalen Wasserhaltekapazität (WHK max)
5. Versuchsvorstellung zur Korngrößenverteilung

2.1.) Bestimmung des Corg:

Zur Bestimmung des Corg wurden zwei Methoden angewandt, die nach dem gleichen Prinzip funktionieren:

a) Veraschung der Proben im Muffelofen und anschließendes Zurückwiegen, die Ermittlung erfolgt durch Auswiegen der Proben vor und nach der Veraschung.
b) Veraschung im TOC (Total Organic Carbon Analyzer), wo automatisch die Ermittlung des verbrannten Corg mittels Infrarotmessung erfolgt.

a) „Muffelofen-Methode“

Je Standort wurden aus allen acht getrockneten Totholz- und Freiflächenproben eine Mischung hergestellt, wobei aus jeder Probe 0,5g verwendet wurden (bei genauem Wiegen: 8 x 0,5g = 4g Mischprobengewicht) . Zuvor waren die beiden befüllten Gefäße leer gewogen worden, um später das tatsächliche Gewicht der eingefüllten Proben ermitteln zu können. Anschließend wurden diese Mischungen für fünf Stunden bei einer Temperatur von 550°C in den Muffelofen gestellt, um den im Boden enthaltenen organischen Kohlenstoff zu verbrennen. Durch erneutes Wiegen konnte das Gesamtgewicht der verbrannten Masse ermittelt werden. Da die verbrannte Masse aber nicht nur aus Corg, sondern zu ¾ aus O2 besteht, gibt die Gewichtsdifferenz lediglich die Menge an freigesetztem CO2 an. Das Atomgewicht von Sauerstoff beträgt 16g/mol, das von Kohlenstoff 12g/mol. Dies ergibt als Molekulargewicht für ein CO2-Molekül 48g/mol (da 16g/mol + 16g/mol + 12g/mol = 48g/mol), was einen Kohlenstoffanteil von 25% am CO2 - Molekül bedeutet. Bei der Ermittlung des Corg muß bei dieser Methode demnach berücksichtigt werden, daß nur ein Viertel der verbrannten Masse tatsächlich aus Kohlenstoff besteht.

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