Edaphon, Humus.pdf - BayCEER
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Figure 1: IEA global human CO2 annual emissions from fossil fuels estimates vs. IPCC SRES scenario projections. The IPCC Scenarios are based on observed CO2 emissions until 2000, at which point the projections take effect.
- Seite 2 und 3: Globaler C-Kreislauf (vereinfacht n
- Seite 4 und 5: Tote organische Substanz: 95% Boden
- Seite 6 und 7: Mykorrhiza
- Seite 8 und 9: Pilze - Lebensweise • obligat aer
- Seite 10 und 11: Tote organische Substanz: 95% Edaph
- Seite 12 und 13: Beschalte Amöben
- Seite 14 und 15: Mesofauna 0,2 - 2 mm Nematoden, Col
- Seite 16 und 17: Makrofauna 2 - 20 mm Enchytraeiden,
- Seite 18: Megafauna > 20 mm Regenwürmer, Sch
- Seite 21 und 22: Wasser- und Gashaushalt C- und N- S
- Seite 23: CO 2 ,NH 3 , NO, N 2 O, N 2 , CH 4
- Seite 26 und 27: Prozesse der Huminstoffbildung in B
- Seite 28 und 29: Funktion der organischen Substanz i
- Seite 30 und 31: Steuerung des Abbaus von organische
- Seite 33: Organische Horizonte und Humusforme
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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