DECHEMAX Initiative für Chemische Technik und Biotechnologie

Frage der Woche

Frage der Woche

Boden – damit die Bioökonomie wächst und gedeiht

Ernte
Bildquelle: pixabay by kati1824

Stellt euch vor, es gäbe auf der Erde keine fruchtbaren Böden mehr. Unser modernes Leben wäre nicht mehr möglich. Ob die Möbel in eurem Zimmer, die Nahrung auf eurem Teller oder die Kleidung, die ihr tragt, all das gäb es nicht mehr. Boden ist für uns eine unverzichtbare, begrenzte und in menschlichen Zeiträumen nicht erneuerbare Ressource, denn bis aus Gestein ein Boden wird, auf dem Gemüse oder Getreide wächst, vergehen Jahrtausende. Von der Fruchtbarkeit der Böden hängt ab, ob Pflanzen wachsen können. In den letzten 25 Jahren hat sich der Humus- und Nährstoffgehalt bei einem Viertel der weltweiten Bodenfläche so stark verringert, dass sie nicht mehr als Ackerland nutzbar ist. Jedes Jahr gehen weltweit weitere zehn Millionen Hektar Boden verloren, durch nicht nachhaltige landwirtschaftliche Nutzung, Schadstoffverunreinigung und Überbauung. Das entspricht ungefähr zweimal der Fläche von Niedersachsen. Allein in Deutschland wird alle 25 Minuten 1 Hektar für Verkehr- und Siedlungsfläche überbaut, was ca. 1,5 Fußballfeldern entspricht.

Frage (Klassenstufen 7-11)

Setzt folgende Worte in den Lückentext ein:

Frost, Eiszeit, Mensch, Verwitterung, Bodenbildung, Humus, Sand, Mikroorganismen

Vor etwa 10.000 Jahren, am Ende der letzten

Lösung:

Eiszeit

zogen sich die gewaltigen Eisschilde, die das Land bedeckten, immer weiter nach Norden zurück und hinterließen eine kahle, leblose Fels- und Gesteinslandschaft. Danach setzte die

Lösung:

Bodenbildung

ein. Durch den ständigen Wechsel von Hitze und

Lösung:

Frost

Regen und Sonne wurden zunächst die großen Felsen in immer kleinere Gesteinsbrocken gesprengt. Dieser Vorgang wird

Lösung:

Verwitterung

genannt. Durch Wind, Temperaturwechsel und Niederschläge fand langsam eine Umwandlung der Gesteine in Mineralböden statt. Es entstanden

Lösung:

Sand

Schluff und Ton. Unter dem Einfluss der Witterung bildeten sich Mineralien, und Nährstoffe wurden freigesetzt. Dadurch konnten sich

Lösung:

Mikroorganismen

sowie Pilze und Flechten und schließlich die ersten Pflanzen ansiedeln. Jetzt fanden auch größere Bodenlebewesen dort einen Lebensraum. Pflanzen und Tiere machten gemeinsam immer mehr Nährstoffe aus dem steinigen Boden nutzbar. Aus den abgestorbenen und verrotteten Pflanzen und Tieren bildete sich der erste

Lösung:

Humus

In den letzten 5000 Jahren hat der

durch seine Nutzung den Boden zunehmend beeinflusst und so sind ganz allmählich die Böden entstanden, die wir heute kennen.

Lösung:

Mensch

Zusatzfrage (Klassenstufen 8-11)

Jeder Boden weist spezifische Eigenschaften auf. Diese Eigenschaften werden durch Art und Zusammensetzung der Bodenbestandteile bestimmt. Unsere Böden in Mitteleuropa bestehen jeweils etwa zur Hälfte aus festen Bestandteilen und aus Poren. Die Poren sind mit Bodenwasser und Bodenluft gefüllt. Im Bodenwasser sind Nährstoffe und organische Substanzen gelöst. Die festen Bestandteile setzen sich aus mineralischen Anteilen unterschiedlicher Art und Größe und organischen Substanzen (Humus, Pflanzenwurzeln und Bodenorganismen) zusammen. Je nach Bodentyp variiert der Anteil, der Bodenbestandteile.

Gut entwickelter Boden hat eine mittlere Zusammensetzung in Vol.-% von:

A) mineralische Bestandteile 7%, Organische Substanz 45%, Bodenwasser 25% und Bodenluft 23%
B) mineralische Bestandteile 25%, Organische Substanz 23%, Bodenwasser 7% und Bodenluft 45%
C) mineralische Bestandteile 45%, Organische Substanz 7%, Bodenwasser 25% und Bodenluft 23%

Lösung:

Richtig ist Anwort C

Neben den reinen Anteilen der verschiedenen Bodenbestandteile spielt ihre räumliche Anordnung, das sogenannte Bodengefüge, eine wichtige Rolle. Es beeinflusst den Wasser-, Luft- und Wärmehaushalt und bestimmt damit auch die Verteilung der Wurzeln und Bodenlebewesen. Je nach Bodengefüge und Bodenart ergeben sich unterschiedlich große Bodenporen bzw. Hohlräume. Sie sind für die Durchlüftung und den Wasserhaushalt wichtig, da sie entweder mit Luft oder mit Wasser gefüllt sind. Man unterscheidet Grobporen > 10µm, Mittelporen 0,2 – 10µm und Feinporen > 0,2µm.

In welche Poren befindet sich in der Hauptsache das für Pflanzen verfügbare Wasser, nämlich das Wasser, welches durch Kapillarkräfte festgehalten wird?

In den Grobporen
In den Mittelporen
In den Feinporen

Lösung:

In den Mittelporen, sie halten das Wasser gegen die Schwerkraft, jedoch nicht so fest, dass die Pflanzenwurzeln es nicht mehr entziehen könnte.
Feinporen halten das Wasser mit Kräften >1,5 MPa, daher ist es für Pflanzenwurzeln unzugänglich. Grobporen lassen Wasser rasch eindringen, können es aber nicht gegen die Schwerkraft halten. Sie sind hauptsächlich mit Luft gefüllt.

Zusatzfrage (Klassestufen 9-11)

Böden sind wertvoll, weil sie für Nahrung sorgen, weil in ihnen unzählige Tiere und Pflanzen zu Hause sind, weil sie Wasser filtern und speichern, weil sie Schadstoffe speichern und abbauen, weil sie für ein angenehmes Klima sorgen, weil sie Geschichten erzählen und Bodenschätze enthalten.

Wenn ihr die Zeitung aufschlagt und die Schlagzeilen lest, wird dort zwar nicht direkt über den Boden und seinen Funktionen berichtet, trotzdem findet man viele Artikel, die indirekt über das Thema Boden berichten.

Folgende Schlagzeilen wurden dem Spiegel-, Focus-, Stern-Online und dem Manager Magazin entnommen. Ordnet ihnen folgende Bodenfunktionen zu:

  1. Natur- und Kulturarchiv
  2. Lebensraum
  3. Rohstofflager
  4. Nutzfläche
  5. Nährstoffquelle
  6. Kohlenstoffspeicher
  7. Wasserspeicher

"Bilanz 2019 Bauernverband meldet unterdurchschnittliche Ernte"

Lösung:

5. Nährstoffquelle

"Lieber Treibhausgas-Budget
Wie viel CO2 darf die Menschheit noch ausstoßen?"

Lösung:

6. Kohlenstoffspeicher

"Warnung des Umweltbundesamts
Wird das Trinkwasser wirklich knapp?"

Lösung:

7. Wasserspeicher

"Viele Arten auf der Roten Liste
Der Regenwurm - nützlich, aber gefährdet"

Lösung:

2. Lebensraum

"Kostbare Ressource
Sand wird knapp: Wissenschaftlerin warnt vor Tragödie"

Lösung:

3. Rohstofflager

"Halbinsel Krim
Dreimal so groß wie ein Strauß: Forscher entdecken Knochen eines riesigen Urvogels"

Lösung:

1. Natur- und Kulturarchiv

"1120 Euro pro Quadratmeter
Kosten für Bauland innerhalb von sechs Jahren verdoppelt"

Lösung:

4. Nutzfläche

Zusatzfrage (Klassestufen 10-11)

Unsere Böden in Deutschland gehören zu den ertragreichsten der Erde. Voraussetzung für eine nachhaltige, natürliche Bodenfruchtbarkeit ist ein ausreichender Gehalt an Humus.

Was ist Humus?

Lösung:

Die Gesamtheit der abgestorbenen organischen Bodensubstanz, abgestorbene Pflanzen und tote Lebewesen aller Art und deren organische Umwandlungsprodukte.

Um die Humusschicht und damit die Fruchtbarkeit des Bodens zu erhalten, muss dem Boden immer wieder organische Masse zugeführt werden. In der Natur passiert dies von selbst, indem beispielsweise Blätter vom Baum fallen oder Pflanzen oder Tiere sterben.
Bodenlebewesen zersetzen die organische Masse nach und nach in ihre Bestandteile. Dabei entstehen zunächst Huminstoffe (Fulvosäure, Huminsäure), in denen Nährstoffe und Mineralstoffe gebunden sind. Dadurch sind sie meist nicht direkt für die Pflanzen verfügbar.

Den Vorgang nennt man?

Lösung:

Humifizierung

Die Freisetzung der in den organischen Stoffen enthaltenen Pflanzennährelemente (z.B. Mg, Fe, N, S) erfolgt durch den vollständigen mikrobiellen Abbau der organischen Substanz zu anorganischen Verbindungen ( CO2 und H2O).

Der Vorgang heißt?

Lösung:

Mineralisierung

Durch die Tätigkeit von Regenwürmern, die sich durch den Boden fressen und dadurch die organische Substanz des Bodens mit den mineralischen Komponenten des Bodens vermischen und als Kot wieder ausscheiden, können organische Substanzen stabilisiert werden.

Es bilden sich sogenannte...

Lösung:

Ton-Humus-Komplexe

Zusatzfrage (Klassenstufe 11)

Für das Wachstum benötigen die Pflanzen eine Vielzahl von Nährstoffen. Als Ionenaustauscher leistet hierbei der Boden eine wesentliche Voraussetzung für die Versorgung der Pflanzen. Diese erfolgt durch Ionenaustausch-Prozesse zwischen Bodenpartikeln, Bodenlösung und der Pflanzenwurzel.

Anionen-Austauscher sind Bodenpartikel mit?

negativer Ladung
positiver Ladung

Lösung:

positiver Ladung

Nennt zwei für die Pflanzenernährung wichtige austauschbare Anionen.

Lösung:

Lösung:

mögliche Antworten:
PO43-, SO42-, NO3- und Cl-

Kationen-Austauscher sind Bodenpartikel mit?

negativer Ladung
positiver Ladung

Lösung:

negativer Ladung

Für die Pflanzenernährung wichtige austauschbare Kationen sind: Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Al3+, H+

Höherwertige Kationen werden stärker adsorbiert als welche mit niedrigerer Ladung. Bei gleicher Ladung werden Ionen mit geringerem Radius stärker adsorbiert als Ionen mit höherem Radius. Diese Reihenfolge gilt auch für Böden.

In welcher Reihenfolge werden folgende Kationen Ca2+, Mg2+, K+, Na+, Al3+ freigesetzt?

1) Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Al3+
2) K+ > Na+ > Ca2+ > Mg2+ > Al3+
3) Al3+ > Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+

Lösung:

Richtig ist Version 1:
Na+ > K+ > Mg2+ > Ca2+ > Al3+

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