Bodenkunde Kompakt: Wasserhaushalt, Nährstoffe & Bodenleben

Die Bedeutung von Wasser für Boden & Pflanzen

Wasser ist essenziell für Pflanzen, da es für Transpiration, Zellwachstum, Stoffwechsel und den Transport von Nährstoffen bei der Wurzelabsorption benötigt wird.

Eigenschaften des Wassers

Wasser ist ein bipolares, elektrisch neutrales Molekül mit ungleich verteilter Ladung. Die Moleküle sind über elektrische Ladungen verbunden. Die Anziehung von Ionen mit Wasser erfolgt durch Wasserstoffbrückenbindungen.

Energie des Bodenwassers & Wasserpotential

Die Bewegung des Wassers im Boden, die Absorption und Transportphänomene in der Pflanze sind eng mit Energie verbunden. Der Energiezustand des Wassers wird als freie Energie oder Wasserpotential bezeichnet. Die Konzentration einer Substanz ist ein Indikator für ihre Tendenz zur Bewegung.

Kräfte, die auf Wasser im Boden wirken

• Stärke der Bodenmatrix (Matrixpotential)
• Osmotische Kraft (Osmotisches Potential)
• Schwerefeld (Gravitationspotential)

Feldkapazität des Bodens

Die Feldkapazität beschreibt den Wassergehalt im Boden, nachdem ein Profil frei entwässert wurde. Sie repräsentiert das maximal verfügbare Wasserniveau für Pflanzen.

Methoden zur Bestimmung der Bodenfeuchte

Direkte Methoden:

• Entnahme von Bodenproben im Feld und Trennung des Wassers durch Trocknung.

Indirekte Methoden:

• Gipsplatten basieren auf elektrischer Leitfähigkeit: Eine höhere Beständigkeit deutet auf einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt hin.

Neutronensonde

Die Neutronensonde misst den Wassergehalt im Boden, indem sie thermalisierte Neutronen aussendet und deren Streuung erfasst.

Tensiometer

Das Tensiometer misst den Energiestatus des Bodenwassers (Saugspannung). Es ist primär für die Messung in feuchten Böden geeignet.

Psychrometer

Das Psychrometer misst direkt das Wasserpotential im Boden.

Wasserbewegungen im Boden

Gesättigte Strömung

Die gesättigte Strömung tritt auf, wenn das Porensystem des Bodens vollständig mit Wasser gefüllt ist. Sie hängt hauptsächlich von der Schwerkraft ab und ist primär vertikal, kann aber auch horizontal auftreten. Makroporen sind für den Großteil der gesättigten Strömung verantwortlich. Diese Strömung ist oft mit dem Grundwasserspiegel verbunden und dauert typischerweise 24 bis 48 Stunden nach einer Bewässerung oder einem Regenereignis.

Ungesättigte Strömung

Die ungesättigte Strömung ist unter Feldbedingungen häufiger anzutreffen. Hierbei spielen Kapillarität und Oberflächenspannung eine wichtige Rolle. Die treibende Kraft ist ein hydraulischer Gradient, der durch die Saugspannung der Bodenmatrix entsteht. Die hydraulische Leitfähigkeit ändert sich, wenn der Feuchtigkeitsgehalt des Bodens sinkt. Diese Strömung tritt auf, wenn die Poren nur teilweise mit Wasser gefüllt sind und ist daher ebenfalls der Schwerkraft unterworfen.

Faktoren der Bodenfeuchteverfügbarkeit

Pflanzenbezogene Faktoren:

• Wurzelsystem (radikale Gewohnheiten)
• Toleranz gegenüber Trockenheit (Feuchtigkeitsstress)
• Wachstumsphase

Wetter- und Klimafaktoren:

• Lufttemperatur
• Luftfeuchtigkeit
• Windgeschwindigkeit
• Sonneneinstrahlung
• Atmosphärischer Druck

Bodenbezogene Faktoren:

• Bodenfeuchtespannung
• Wasserspeicherkapazität des Profils
• Tiefe, Schichtung und Textur des Bodens

Mechanismus der Wasseraufnahme durch Pflanzen

Die Wasseraufnahme durch Pflanzen erfolgt durch die Bewegung des Wassers zu den Wurzeln über einen Wasserfilm. Diese Bewegung wird durch einen Feuchtigkeitsgradienten (Saugspannung) angetrieben. Wurzeln verlängern sich in Bereiche mit geringerer Feuchtigkeit. Unter Feldbedingungen ist dieses Verhalten komplex und die Bewegung oft geringer. Die Bereitstellung von Wasser durch Bewässerung ist eine effektive Lösung, um die Wasserversorgung sicherzustellen.

Der Wasserverbrauch (Evapotranspiration)

Der Wasserverbrauch, auch Evapotranspiration genannt, bezieht sich auf die Gesamtmenge Wasser, die eine Kultur im Laufe ihrer Entwicklung verbraucht. Dies umfasst sowohl die Verdunstung von der Bodenoberfläche und den Blättern als auch die pflanzliche Transpiration. Die Effizienz der Wassernutzung und das Pflanzenwachstum hängen maßgeblich von den Wetterbedingungen, dem Pflanzenbau (z.B. Wurzelsystem) und der Verfügbarkeit von Wasser im Boden ab.

Potenzielle Evapotranspiration

Die potenzielle Evapotranspiration hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter pflanzliche Eigenschaften, Bodenzustand und klimatische Verhältnisse. Sie korreliert zudem mit der Pan-Verdunstung.

Organische Verbindungen im Boden

Die Hauptbestandteile organischer Verbindungen im Boden umfassen:

• Kohlenhydrate
• Lignin
• Stickstoffverbindungen
• Phosphor- und Schwefelverbindungen (PYS)
• Weitere Verbindungen wie Wachse, Fette und Harze

Bedeutung der Bodenfauna

Die Bodenfauna spielt eine entscheidende Rolle für die Bodengesundheit durch:

• Zerkleinerung und Einarbeitung von Pflanzenresten
• Verteilung von Pflanzenresten
• Beitrag zur Belüftung und Entwässerung des Bodens

Die Rolle der Regenwürmer

Regenwürmer sind von großer Bedeutung, da sie:

• Organische Rückstände für die mikrobielle Zersetzung konditionieren
• Die Belüftung und Entwässerung des Bodens verbessern
• Die Bodenstruktur stabilisieren und verbessern
• Nährstoffe für Pflanzen bereitstellen

Zusammensetzung von Humus

Humus setzt sich zusammen aus:

• Nichthuminstoffen (z.B. in Ethanol löslich)
• Alkalilöslichem Humin
• Huminsäuren (HA) und Fulvosäuren (FA)

Variabilität des Humusgehalts

Der Gehalt an organischer Substanz im Boden variiert stark und wird beeinflusst durch:

• Klima
• Vegetation
• Topografie
• Ausgangsmaterial des Bodens
• Alter des Bodens
• Bewirtschaftung der Böden

Einfluss auf physikalische Bodeneigenschaften

Organische Substanz beeinflusst die physikalischen Bodeneigenschaften positiv durch:

• Förderung der Mineralbodenverwitterung
• Verbesserung der Bodenaggregation und des Wurzelwachstums
• Optimierung der Wasser- und Luftaufnahme im Boden
• Verringerung des Oberflächenabflusses
• Erleichterung der Bodenbearbeitung

Einfluss auf chemische Bodeneigenschaften

Organische Substanz erhöht die Kationenaustauschkapazität (KAK) des Bodens.

Einfluss auf biologische Bodeneigenschaften

Organische Substanz fördert die Entwicklung und Aktivität von Bodenorganismen.

Stickstoffverluste im Boden

Nicht der gesamte mineralisierte Stickstoff steht Pflanzen zur Verfügung. Verluste können durch verschiedene Prozesse entstehen:

• Immobilisierung durch Mikroorganismen
• Auswaschung (Lixiviation)
• Chemische Umwandlungen
• Volatilisierung von Stickstoff
• Erosion
• Verbrennung

Symbiosen zwischen Pflanzen & Bodenorganismen

Rhizosphären-Assoziationen:

Im von Wurzelexsudaten beeinflussten Bodenbereich fördert Azospirillum das Wachstum von Wurzelhaaren. Dies führt zu einer verbesserten Aufnahme von Wasser und Nährstoffen und trägt zur Fixierung von atmosphärischem Stickstoff (N2) bei.

Mykorrhiza-Assoziationen:

Ektomykorrhiza:

Bilden ein dichtes Pilzgeflecht (Mantel) um die Wurzeln, was die Nährstoffaufnahme aus dem Boden erheblich verbessert.

Endomykorrhiza:

Pilzhyphen wachsen in die Wurzelzellen und erschließen Nährstoffe aus Bereichen, die für die Wurzeln unerreichbar wären. Dies beschleunigt den Nährstofftransport, insbesondere bei Stauden.