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Bodenkundliches Grundpraktikum
SS2006
Protokoll Versuch 6
Nährstogehalt und -Verfügbarkeit
Gruppe 6a
Malte Lorenz
Matthias Pfannerstill
Arndt Piayda
Marian Präger
17.Mai 2006

Versuch 6, Gruppe 6a
II
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
III
III
1 Einleitung 1
2 Materialien und Methoden 1
2.1 Materialien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2.2 Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2.2.1 Bestimmung des mineralischen Stickstoes . . . . . . . . . . . . . . 2
2.2.2 Bestimmung von Kalium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2.2.3 Entsorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3 Auswertung und Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3.1 Sticksto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.3.2 Kalium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.4 Diskussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Literatur
V
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Versuch 6, Gruppe 6a
III
Abbildungsverzeichnis
2.1 N-Gehalt des A-Horizonts der Parabraunerde und des Podsols ermittelt
unter Verwendung von unterschiedlichen Extraktionsmitteln . . . . . . . . 5
2.2 Kaliumgehalt der Bodenproben Podsol und Parabraunerde, aufgearbeitet
mit 3 verschiedenen Extraktionsmitteln, in mg pro 100 g Bodensubstanz. 7
Tabellenverzeichnis
2.1 N-Gehalt des A-Horizontes der Parabraunerde und des Podsols bei unterschiedlichen
Extraktionsmitteln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 K-Gehalt des A-Horizontes der Parabraunerde und des Podsols bei unterschiedlichen
Extraktionsmitteln. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
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Versuch 6, Gruppe 6a 1
Versuch 6: Nährstogehalt und -Verfügbarkeit
1 Einleitung
Diese chemische Bodenanalyse hat das Ziel, die panzenverfügbaren Nährstoe in unterschiedlichen
Bodentypen zu untersuchen.
Dabei werden die Bodenproben mit 3 unterschiedlichen Extraktionslösungen vermischt
um im nächsten Schritt die gelösten Nährstoe, Kalium und Sticksto, messen zu können.
Als Lösungen dienen destilliertes H 2 O, CaCl 2 und H 2 SO 4 , welche 3 verschiedene
Reaktionen hervorrufen sollen. Bei den Reaktionen stellt sich nach ausreichend langer
Reaktionszeit ein Reaktionsgleichgewicht ein.
Kaliumionen können allerdings auch in einer schwer löslichen Form vorliegen. Um dennoch
Kalium zu extrahieren, verwendet man Säuren, wie zum Beispiel H 2 SO 4 zur Lösung
der Ionen.
Die gemessene Extrahierbarkeit sollte mit der Panzenverfügbarkeit der Nährstoe übereinstimmen,
damit man Aussagen über die Bodeneigenschaften sowie das Verhalten der
Nährstoe in Verbindung mit den Panzen treen kann (Schachtschabel u. a., 1998).
2 Materialien und Methoden
2.1 Materialien
Zur Untersuchung waren Proben eines A-Horizonts einer Parabraunerde und eines A-
Horizonts eines Podsols vorhanden. Die Extraktionslösungen für beide Bodenproben
waren destilliertes H 2 O, 0,05 m CaCl 2 und 0,05 m H 2 SO 4 .
2.2 Methoden
Den N-Gehalt der Bodenproben bestimmten wir nach der Kjehldahlmethode mit der
folgenden Reihenfolge:
Von beiden Bodenproben wurden jeweils 20 g des Substrates in 3 PE-Flaschen mit einem
Fassungsvermögen von 250 ml eingewogen und mit einer Spatelspitze Aktivkohle
vermischt. Die erste Flasche wurde mit 200 ml destilliertem H 2 O, die zweite Flasche mit
200 ml 0,05 m CaCl 2 und die dritte Flasche mit 200 ml 0,05 m H 2 SO 4 befüllt. Genauso
wurde mit der anderen Bodenprobenreihe des Podsols verfahren.
Im nächsten Schritt wurden die Bodenproben 20 Minuten in der Schüttelmaschine horizontal
mit 120 U/min geschüttelt.
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Anschlieÿend werden diese Lösungen mit einem Faltenlter (595 1/2 S und S) und Quarzsand,
welcher bei 1000°C geglüht und mit destilliertem Wasser gewaschen wurde, in einen
250 ml Erlenmeyerkolben abltriert. Die 6 gewonnenen Lösungen werden nun wieder
mit der entsprechenden Extraktionslösung auf 250 ml aufgefüllt (Durner und Nieder,
2006).
2.2.1 Bestimmung des mineralischen Stickstoes
Zur Bestimmung der mineralischen Stickstoes wurden jeweils 50 ml der hergestellten
Lösungen zusammen mit einer Spatelspitze Devardalegierung in Destillierkolben mit einem
Fassungsvermögen von 250 ml gefüllt. Durch die Devardalegierung wurde das in
der Lösung enthaltende NO − 3 zu NH4+ reduziert. Der Kolben wurde schlieÿlich an eine
Destillationsapparatur angeschlossen. Wichtig war, dass ein Gefäÿ mir 1 %iger H 3 BO 3
(pH-Wert: 4,5) mit 10 Tropfen Tashiro-Indikator so unter dem Gaseinleitungsrohr, dem
Liebig-Kühler platziert wurde, dass das Rohr wirklich in der Lösung eintauchte, weil es
sonst zum Verlust des NH 3 gekommen wäre.
Durch die saure Lösung hat der Tashiro-Indikator zunächst eine violette Farbe aufgewiesen,
welche für den Versuch auÿerordentlich wichtig war. Im nächsten Schritt wurden
25ml der 5 %igen NaOH zur Bodenextraktionslösung gegeben und die Reaktion wurde
gestartet, indem man die Verbindung zum Wasserdampf önete, der so in Destillierkolben
gelangen konnte. Durch die zugeführte NaOH wurde das enthaltene NH 4+ in
gasförmigen Ammoniak (NH 3 ) überführt, welcher in die Borsäure geleitet wurde. Die
Borsäure reagierte mit dem eingeleitetem Ammoniak und ng diesen auf: NH 3 + H 3 BO 3
-> NH 4 + H 2 BO − 3 . Während der Destillation lieÿ sich eine Farbänderung im Gefäÿ mit
der Borsäure in den grünen Bereich beobachten, da die Lösung basischer wurde.
Die Destillation wurde beendet, als 80 ml aufgefangen wurden. Zum Abschluss wurden
die 6 destillierten Lösungen so lange mit 0.02 n HCl titriert, bis man die Ausgangsfarbe
des Indikators vor der Destillation erreicht hatte. Die Menge der verbrauchten Salzsäure
wurde notiert, um später ausrechnen zu können, wie viel Sticksto in der Bodenlösung
vorhanden war. Als Letztes sollte man noch Blindwerte von dest. H 2 O, CaCl 2 und H 2 SO 4
mit demselben Verfahren bestimmen.
2.2.2 Bestimmung von Kalium
Für die Bestimmung des Kaliumgehaltes verwendeten wir ein Flammenphotometer, welches
erst auf die Genauigkeit überprüft werden musste. Dazu haben wir aus der Standardreihe
(0,5/ 1,0/ 2,0/ 4,0/ 6,0/ 10,0/ 15,0/ 20,0 mg K −1 ) mit Konzentrationslösungen
von 0,5 mg K als low und 20 mg K als high erneut nachgemessen. Danach wurden die
6 Filtrate genauso auf den Kaliumgehalt hin überprüft. Die Ergebnisse wurden auf dem
Papier abgedruckt, wobei jedoch zu beachten ist, dass man für die einzelnen Proben kei-
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ne Namen zuweisen kann, sondern dies in den Aufzeichnungen gesondert notieren muss.
Im Anschluss daran wurden erneut Blindwerte von dest.H 2 O, 0,05 m CaCl 2 und 0,05 m
H 2 SO 4 und bestimmt.
2.2.3 Entsorgung
Nach den Versuchen war zu beachten, dass Extraktionslösungen aus den Rundkolben
mit NaOH und Devardalegierung als Lauge entsorgt werden müssen.
2.3 Auswertung und Ergebnisse
2.3.1 Sticksto
Durch die Rücktitration mit HCl auf den pH-Anfangswert, ergibt sich für jede Bodenlösung
eine bestimmte verbrauchte Menge an HCl, die man dazu verwendet, den N-Gehalt
in 50 ml Lösung zu berechnen. Es wird folgende Formel nach (Durner und Nieder, 2006)
für 100 g Boden verwendet:
N min = (ml HCl − Blindwert ∗ Normalität HCl ∗ Atomgewicht N) ∗ 25 (2.1)
2.3.2 Kalium
Die Werte des Kaliumgehalts berechnen sich mit den Messwerten aus folgender Gleichung
(Durner und Nieder, 2006) :
K = c k ∗ ml Schüttellösung ∗ 100g
(1000ml ∗ Einwaage[g])
(2.2)
mit: c K = gemessener K-Gehalt [mg/l]
K = Kalium-Gehalt [mg/100g Boden]
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Tabelle 2.1: N-Gehalt des A-Horizontes der Parabraunerde und des Podsols bei unterschiedlichen Extraktionsmitteln.
Extraktionslösung
Parabraunerde
verbrauchte Menge N-Gehalt
0.02 m HCl [ml] [mg/100gBoden]
H 2 O 2,65 15,67
CaCl 2 3,5 20,31
H 2 SO 4 3,2 20,31
Podsol
verbrauchte Menge N-Gehalt
0.02 m HCl [ml] [mg/100gBoden]
H 2 O 1,3 6,3
CaCl 2 2,05 10,16
H 2 SO 4 1,8 10,50
verbrauchte Menge
0.02 m HCl [ml]
H 2 O 0,4
CaCl 2 0,6
H 2 SO 4 0,3
Blindprobe
2.4 Diskussion
Aus den Tabellen 2.1 und 2.2 geht deutlich hervor, dass die Verfügbarkeit von Nährstoen
stark von dem Extraktionsmittel abhängt. Es ist eine Zunahme von H 2 O, über
CaCl 2 , zu H 2 SO 4 zu erkennen.
Sticksto kann in unterschiedlichen Formen im Boden vorliegen. Der von uns gemessene
Anteil liegt in panzenverfügbarer Form als anorganischer Sticksto vor. In den
gemäÿigten Breiten liegt anorganischer Sticksto gröÿtenteils nitriziert, als NO − 3 , vor
und zu einem geringeren Anteil als NH 4+ . NO − 3 ist in der Bodenlösung als Salz gelöst.
Die Speicherfähigkeit des Bodens für Nitrat hängt somit wesentlich von der Wasserspeicherfähigkeit
ab (Schachtschabel u. a., 1998). NH 4+ ist weniger leicht lösbar, es liegt
in austauschbarer Form an Mineraloberächen adsorbiert, oder im Zwischenschichtraum
von Tonmineralen xiert vor. Durch destilliertes Wasser wird das in der Bodenlösung vorliegende
NO − 3 erfasst. Verwendet man stärkere Extraktionsmittel wie CaCl 2, oder H 2 SO 4
wird auch das austauschbar xierte Ammonium im Randbereich von Tonmineralen erfasst.
Durch die Aufnahme von NH 4 erzeugen Panzen einen Konzentrationsgradienten,
so dass frisch xiertes NH 4+ aus dem Randbereichen von Tonmineralzwischenräumen
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Abbildung 2.1: N-Gehalt des A-Horizonts der Parabraunerde und des Podsols ermittelt unter Verwendung
von unterschiedlichen Extraktionsmitteln
freigegeben wird. In unserem Versuch entspricht also der panzenverfügbare Sticksto
am ehesten der Messung mit H 2 SO 4 .
Aus Tabelle 2.1 geht hervor, dass die Messwerte für Sticksto im Podsol bei allen
Extraktionsmitteln höher liegen als die der Parabraunerde. Theoretisch kann die Parabraunerde
mehr Sticksto speichern als ein Podsol, da sie über höhere Schlu- und
Tongehalte verfügt und eine höhere Wasserhaltekapazität besitzt. Es gibt zwei mögliche
Erklärungen für diese Verschiebung. Zum einen handelt es sich bei der Parabraunerde
um einen Waldboden. Man kann deswegen annehmen, dass ein Groÿteil des Stickstovorrats
verbraucht ist, besonders der Ammoniumvorrat. Zum anderen handelt es sich bei
dem Podsol um einen Ackerboden, dem anthropogen Sticksto zugeführt wurde. Beim
Einsatz von H 2 SO 4 als Extraktionsmittel nimmt der Messwert gegenüber CaCl 2 kaum
zu (Abb. 2.1), dies kann man ebenfalls auf die Verarmung des Bodens an Ammonium
zurück führen. Auch beim Podsol ist beim Einsatz von H 2 SO 4 keine Steigerung des Messwertes
festzustellen (Abb. 2.1), was an dem geringen Gehalt von Ton und Schlu im
Podol liegt.
Kalium liegt, ähnlich wie Ammonium, kaum in der Bodenlösung vor, es ist gröÿten Teils
adsorbiert, oder in Tonmineralzwischenräumen xiert. Durch destilliertes Wasser wird
das gelöste Kalium erfasst. Unsere Messungen bestätigen, dass nur ein geringer Teil des
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Tabelle 2.2: K-Gehalt des A-Horizontes der Parabraunerde und des Podsols bei unterschiedlichen Extraktionsmitteln.
Extraktionslösung
K-Gehalt [mg/l]
Parabraunerde
K-Gehalt [mg/100gBoden]
H 2 O 2,9 3,63
CaCl 2 10,2 12,75
H 2 SO 4 12,0 15,0
Extraktionslösung
K-Gehalt [mg/l]
Podsol
K-Gehalt [mg/100gBoden]
H 2 O 3,5 4,37
CaCl 2 9,4 11,75
H 2 SO 4 6,5 8,13
Kaliums gelöst ist(vgl Tab. 2.2. Der Haputteil des panzenverfügbaren Kaliums liegt in
adsorbierter, oder xierter Form in Tonmineralzwischenräumen vor. Mit stärkeren Extraktionsmitteln
(CaCl 2 und H 2 SO 4 ) wird auch adsorbiertes und austauschbar xiertes
Kalium erfasst (Abb. 2.2), welches den gröÿten Teil des panzenverfügbaren Kaliums
darstellt. Der Kaliumgehalt ist also abhängig vom Tonmineralgehalt im Boden. Dieser
Zusammenhang wird durch unsere Messungen bestätigt. Die Parabraunerde enthält wesentlich
mehr Tonminerale als ein Sandboden, wie es der Podsol ist.
Die ermittelten Werte können als Richtwerte für den panzenverfügbaren Nährstogehalt
an Sticksto und Kalium angesehen werden, nach denen entschieden werden kann,
inwiefern z.B. ein Acker gedüngt werden muss.
Für jede Probe jedoch wurde eine Messung druchgeführt, daher kann kein statistischer
Mittelwert bestimmt werden. Man muss von verschiedenen Fehlerquellen ausgehen. Fehler
können bei der Einwaage, die Wagge misst mit einer Genauigkeit von 0,01 g, und dem
Abfüllen der Substanzen aufgetreten sein. Des Weiteren können bei der Stickstomessung
Fehler aufgrund von Verunreinigungen der Geföÿe und der Messapparatur aufgetreten
sein. Auch systematische Fehler bei der Destillation und bei der Titration sind nicht
auszuschlieÿen. Besonders die Beurteilung des Farbumschlags bei der Titration ist sehr
subjektiv, auÿerdem kann die Bürette nur mit einer Genauigkeit von 0,05 ml angelesen
werden.
Die Messung des Kaliumgehaltes erfolgt mit einer relativ hohen Genaugkeit mittels des
Flammenphotometers. Deshalb werden hier die Fehler beim Vorbereiten der Analysenproben
schwerwiegender sein.
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Abbildung 2.2: Kaliumgehalt der Bodenproben Podsol und Parabraunerde, aufgearbeitet mit 3 verschiedenen
Extraktionsmitteln, in mg pro 100 g Bodensubstanz.
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V
Literatur
[Durner und Nieder 2006] Durner, Wolfgang ; Nieder, Rolf: Skript zum
Praktikum Bodenkunde 1. Institut für Geoökologie, Tu Braunschweig: , 2006.
URL http://www.soil.tu-bs.de/lehre/Boku_1-Praktikum/SS2006/2006.
Skript.Boku1-Praktikum.pdf
[Schachtschabel u. a. 1998] Schachtschabel, P. ; Scheffer, F. ; Blume, H.-P. ;
Brümmer, G. ; Hartge, K.-H. ; Schwertmann, U.: Lehrbuch der Bodenkunde.
Stuttgart : Enke, 1998
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