Modul 2 Bodenleben und Bodennährstoffe

Transkript

1 Baudirektion Amt für Umweltschutz Modul 2 Arbeitsblätter/N1 Modul 2 Bodenleben und Bodennährstoffe Stationen 3 und 4 Bitte geht sorgfältig mit Boden, Pflanzen und Tieren um und hinterlasst keine Spuren an euren "Arbeitsplätzen" auf dem Bodenpfad. Danke! Station 3 Natürliche Grünabfuhr Zeitaufwand: ca. 30 Minuten; Standort: Station 3; ohne Betreuung Material: Klebstreifen, Klarsichtmäppchen Lernziele Station 3: Den Einfluss des Reliefs (und Wasserhaushaltes) auf die Zersetzung des organischen Materials selber entdecken Die Laubblattzersetzung und Humusbildung im Detail untersuchen 1. Lies den Text auf der rechten Seite der grossen Tafel "Natürliche Grünabfuhr". 2. Geh zu den zwei kleinen Tafeln "Nass und unzersetzt" und "Unglaublich aber wahr" und lies die Texte. 3. Vergleiche die Pflanzen und die Bodenoberfläche an den beiden Standorten. 4. Nenne drei sichtbare Unterschiede und erkläre wieso sich Böden und Pflanzen (links und rechts vom Weg) unterscheiden.. Auf der Kompostieranlage Allmig wird aus dem Grüngut aus den Siedlungen viel guter, nährstoffreicher Humus "produziert". Dieser Humus wird an Orten eingesetzt, wo sonst zu wenig pflanzliche Stoffe in den Boden gelangen. 5. Nenne drei Orte, wo der Humus aus der Kompostieranlage gebraucht werden kann... Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

2 Baudirektion Amt für Umweltschutz Modul 2 Arbeitsblätter/N1 Die Laubblattzersetzung Die Zersetzung der abgestorbenen und auf den Boden gefallenen Pflanzenteile (Streu) ist ein entscheidender Schritt im Nährstoffkreislauf des Waldes. Besonders an der Laubstreu lassen sich die einzelnen Stufen der Zersetzung (Mineralisierung) anschaulich beobachten und die Beteiligung von vielen verschiedenen Bodentieren verfolgen. 1. Sammle Laubstreu (abgestorbene Laubblätter) in unterschiedlichen Zersetzungsstadien: vom "ganzen" Blatt bis zum fast vollständig abgebauten Blatt. 1a. Welche grossen Bodentiere begegnen dir auf der Suche nach Laubblättern? (Vergleiche dazu den Bestimmungsschlüssel Seite 13) 1b. Wo findest du ganze, wo "zerfressene" Blätter? An der Oberfläche oder weiter unten?. (sogenannte Destruenten) Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

3 Arbeitsblätter/N1 2. Betrachte nun die ausgewählten Laubblätter ganz genau: 2a. Wie sieht das Blatt aus wenn es vom Baum fällt? Welche Teile des Blattes werden zuerst und welche Teile erst ganz am Schluss zersetzt? Wieso? b. Entdeckst du kleine Tiere in der Laubstreu und auf den Blättern, wenn du ganz genau hinschaust? Vergleiche mit dem Bestimmungsschlüssel für Bodentiere (Seite 13) Klebe oder zeichne vier unterschiedlich stark zersetzte Blätter der gleichen Baumart in der Reihenfolge der Zersetzung in die Boxen unten. Das ergibt eine sogenannte Streukette. Wenn du für deine Streukette zu wenig Platz hast, zeichne oder klebe die Blätter auf ein leeres Blatt Papier. Schütze deine Streukette in einem Klarsichtmäppchen. 3a. Beschrifte deine Streukette mit den von dir entdeckten Tieren. Falls du keine Tiere entdeckt hast, lies den Text auf der Tafel (rechte Seite). Ergänze die Streukette mit ein paar Tieren, die im Text erwähnt sind. 3b. Schätze das Alter der Blätter. Die Zersetzung eines Buchenblattes (zu Humus) dauert bis zu 10 Jahren. dauern. Streukette unzersetzt Bodentiere, die du entdeckt hast. Wie alt schätzt du die Blätter? fast vollständig zersetzt Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

4 Arbeitsblätter/N1 Station 4 Bodenleben Zeitaufwand: ca. 30 Minuten; Standort: unten bei der Sitzbank von Station 4; Betreuung durch Lehrperson Material: weisse Unterlage (Schale/Plastikteller), Löffel, Pinsel, Becherlupe; Bestimmungsbuch (Bodenfauna) od. Becherlupen-Kartei; Vorbereitung: Trichter, abgedunkelter Behälter, ev. Garten/Kompost-Boden Lernziele Station 4: Den Boden als vielfältigen Lebensraum kennen lernen und das Bodenleben unter die Lupe nehmen Die Funktionen der Bodentiere kennen lernen Vorbereitung Lehrperson: Die Gefahr besteht, dass bei ungünstigen Bedingungen (v.a. Kälte) im Wald wenig Bodentiere gefunden werden. Meistens hat es aber ganz viele! Ein selbstgebastelter Berlese- Extraktor kann ergänzend installiert werden: feuchte Streu oder Oberboden in einen dunklen Trichter geben. Den Trichter in einen (abgedunkelten) Behälter stellen, damit die Bodentiere (die meisten sind lichtscheu), nach unten flüchten. Nach ca. 1 Stunde sollten erste Bodentiere im Behälter gefangen werden. Mit einer Beleuchtung von oben, kann die Fangeinrichtung optimiert werden (Berlese Extraktor). Information Der Boden ist nicht nur Lebensgrundlage, sondern auch Lebensraum für unzählige Lebewesen. Sie besiedeln die luft- und wassergefüllten Hohlräume des Bodens. Wir finden im Boden also nicht nur Land-, sondern auch Wasserlebewesen. Die meisten Bodenlebewesen leben in der Streuschicht (der Auflage aus Pflanzenresten) und in den obersten cm des Bodens, dem sogenannten Oberboden. Will man Bodenlebewesen untersuchen, muss man folglich diese Bodenschichten betrachten. Die Anzahl von Bodenlebewesen ist nicht genau bekannt, eine Schätzung ist unten im Bild dargestellt. Abbildung: Anzahl Bodenlebewesen in den obersten 30 cm eines m 2 Boden (Knirsch 1993). Mikroorganismen machen trotz ihrer geringen Grösse die grösste Masse aus; ihre Anzahl ist deshalb unvorstellbar gross. Mikroorganismen sind so klein, dass man sie erst im Mikroskop bewundern kann. Zu den Mikroorganismen gehören Bakterien und Pilze. Sie zersetzen pflanzliches (organisches) Material zu mineralischem (anorganischem) Material. Man nennt sie auch Destruenten. Zur Makrofauna gehören grosse, von Auge sichtbare Bodentiere wie Regenwürmer, Insektenlarven, Springschwänze, Milben, Tausendfüsslce, Asseln, Spinnen und Schnecken. Unter den grösseren Bodentieren gibt es Primärkonsumenten (Pflanzenfresser) und Sekundärkonsumenten (Fleischfresser: ernähren sich von kleineren Bodentieren). Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

5 Arbeitsblätter/N1 Aufgaben Bodenleben 1. Stich mit dem Löffel eine Handvoll Oberboden (inkl. Humusauflage) aus. 2. Breite zum Beispiel auf der Sitzbank die weisse Unterlage aus und verteile etwas Streu und Oberboden darauf. Halte nach herumkrabbelnden Lebewesen Ausschau und führe sie mit dem Pinsel vorsichtig in den Becher. Lege zudem ein "Bodenkrümel" in den Becher. Zerdrücke den Bodenkrümel vorsichtig, in den Poren und Gängen des Bodenkrümels leben viele kleine Bodentiere. 3. Betrachte die Tiere im Becher durch die Lupe und finde heraus zu welcher Tiergruppe (Spinnen, Insekten, etc.) sie gehören und wie sie heissen. Vergleiche sie mit der Bestimmungshilfe (Seite 13) und wenn vorhanden mit einem Bestimmungsbuch oder mit der Becherlupen Kartei. 4. Ergänze für mindestens drei Bodentiere die nachfolgende Tabelle. (Was die Tiere machen und wie sie sich ernähren, kannst du nur ergänzen wenn du ein Bestimmungsbuch dabei hast. Ansonsten kann das auch zu Hause oder im Klassenzimmer gemacht werden.). Wenn du nicht genügend Bodentiere entdeckst, hat dir vielleicht dein/e Lehrer/in ein paar Bodentiere gefangen. Tiergruppe (Tierstamm/-klasse) Bodentier (Name) Grösse (mm), Anzahl Beine Wie bewegen sich die Tiere fort? kriechen, hüpfen, fliegen, etc. Was machen die Tiere im Boden? Wovon ernähren sie sich? Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

6 Arbeitsblätter/N2 Arbeitsblatt Station 4 Vegetation am Waldsee Zeitaufwand: ca. 20 Minuten; Standort: Station 4, oben am Weg; ohne Betreuung Lernziele: Das Phänomen der Verlandung kennen lernen und am Beispiel Waldsee selber erklären können Die Vegetationszonen des Ufers kennen lernen und am Waldsee beobachten 1. Lies die Tafel (rechte Seite "Ein See verlandet") und schau den Waldsee mal genau an. Nenne zwei Gründe wieso der Waldsee verlandet Lies die rechte Tafel von Station 4 "Wie der See verlandet" und studiere das Zusatzblatt "Vegetationszonen am Ufer" (S. 7). 3. Suche dir einen Standort, wo du die ungestörten Vegetationszonen am Waldsee gut sehen kannst. Zum Beispiel in der Nähe des Einflusses des Bächleins. 4. Zeichne sechs Vegetationszonen eines ungestörten Ufers in die nachfolgende Abbildung ein: Tauchblattzone, Schwimmblattzone, Röhrichtzone, Weidengebüsch, Erlenbruch, normaler Buchenwald: 5. Welche der sechs Zonen erkennst du von blossem Auge am Waldsee? (Welche Pflanzen entdeckst du?)... Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version

7 Arbeitsblätter/N2 Zusatzblatt Station 4 Vegetationszonen am Ufer Tauchblattzone Schwimmblattzone Röhrichtzone Weidengebüsch Erlenbruch Die Tauchblattzone, welche bis ca. 2 m Wassertiefe reicht, ist die letzte Zone, wo die Pflanzen mit dem Seeboden verbunden sind. Im Waldsee wuchert das quirlblütige Tausendblatt, welches den Waldsee mit Sauerstoff versorgen kann (Photosynthese unter Wasser), aber eben auch die Verlandung vorantreibt. Die Nährstoffe zieht das Tausendblatt aus dem schlammigen Untergrund, der durch das (jährliche) Absterben der Pflanzen immer grösser wird. Die Zone der Schwimmblattpflanzen wird von Arten gebildet, die im Bodengrund verankert sind und von dort Nährstoffe beziehen, häufig aber Rhizome (Sprossachsensysteme, ähnlich der Wurzel) im Bereich der Bodenoberfläche bilden, in denen Nährstoffe gespeichert werden. Die Blätter schwimmen auf der Wasserfläche, wo Photosynthese betrieben wird. Bekannte Vertreter sind die gelbe Teichrose und die weisse Seerose. In der ständig unter Wasser stehenden Röhrichtzone ist der Boden nährstoffreich aber wegen des Wassers sauerstoffarm und unbelebt. Hier gedeihen Seggen aus Schilf und Rohrkolben, welche sich mit kriechenden Wurzeln am Untergrund festhalten. Die Pflanzenvielfalt ist bescheiden. Dagegen ist die Unterwasserzone Laichplatz und Larvenhabitat verschiedener Fischund Amphibienarten sowie Lebensraum zahlreicher Wirbelloser. Das feuchte Erdreich direkt am Ufer wird häufig von Weiden gefestigt. Sie bilden kräftige und stark verzweigte Wurzeln und haben sehr geringe Ansprüche an den Boden. Der moorige Boden in Ufernähe ist sehr feucht, nährstoffreich, sauerstoffarm und in geringer Tiefe immer wassergesättigt. Hier wachsen Schwarzerlen und Traubenkirschen. Die Buche wächst erst leicht erhöht, wo der Boden trockener wird. Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version

8 Abschlussfragen Abschlussfragen zu Modul 2 Bodenleben und Bodennährstoffe (Lernzielkontrolle) 1. Bezeichne im Schema unten mit Pfeilen wer im Waldboden wen bzw. was frisst. Am Schluss sind die Beziehungen zwischen den verschiedenen Bodenlebewesen und dem organischen Material (totes Blatt) ersichtlich. Die Beschreibungen der Tiere und ihrer Ernährung findest du im Glossar. Nahrungsbeziehungen im und auf dem Waldboden Spinnen Frosch und Kröte Totes Blatt Bodenoberfläche Springschwanz Regenwurm Pilze Bakterien Rädertierchen 2. Unterscheide zwischen den Destruenten, den Primär und den Sekundärkonsumenten in der obenstehenden Abbildung (vgl. Glossar) Destruenten (Zersetzer):... Primärkonsumenten (Pflanzenfresser):... Sekundärkonsumenten (Fleischfresser): Die Nahrungskette setzt sich ausserhalb des Waldbodens fort. Überlege dir, wie sich die Nahrungskette beim "Frosch" fortsetzt? Du kannst bei deinen Überlegungen bei den Tieren, die im Wald leben, bleiben. Du kannst aber auch Tiere, die im Wasser oder in der Luft leben, nennen. Führe die Nahrungskette fort bis dir kein Tier mehr einfällt, das das vorhergehende fressen kann. Wie heisst der Fachbegriff vom "letzten" Tier der Nahrungskette? Kann dieses "letzte" Tier auch der Mensch sein? Weshalb ja? Weshalb nein? Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

9 Zusatzaufgabe Zusatzaufgabe (fürs Klassenzimmer oder als Hausaufgabe): Auf der Exkursion hast du unter der Lupe verschiedene Bodentiere beobachtet und identifiziert. Es gibt noch viel mehr Bodentiere! In Biologiebüchern und auf dem Internet findest du viele Informationen zu weiteren Bodentieren (z.b. auf der Homepage der Uni Münster: 1. Informiere dich über die Vielfalt der Bodentiere auf dem Internet oder mit Büchern und wähle dein Lieblingstier im Boden aus. 2. Von diesem Bodentier erstellst du einen Steckbrief. In der Gestaltung des Steckbriefes bist du ganz frei. Du kannst dich an den Vorschlag (unten) halten. Du darfst den Steckbrief aber auch auf einem leeren Blatt Papier in deinem eigenen Stil gestalten. Viel Vergnügen! Für besonders kreative Steckbriefe, gibt es eine kleine Belohnung. Pro Klasse maximal 3 Steckbriefe an: info.bodenpfad@zg.ch; oder Bruno Mathis, Amt für Umweltschutz, Aabachstrasse 5, 6300 Zug Dein Name:... Name des Bodentieres... Bild (Skizze, Mikroskopaufnahme, etc.) Eigenkreierter Name für das Bodentier:... Beschreibung (Grösse, Aussehen, etc.): Lebensraum (Ernährung, Funktion im Boden, etc.) Besonderheiten, Rekorde, etc Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

10 Glossar Glossar Algen: sind einzellige, fadenförmige, chlorophyllhaltige Lebewesen, welche feuchte, neutrale Böden bevorzugen. Algen sind Produzenten und wichtiger Bestandteil der Wurmnahrung. Bakterien sind einzellige Lebewesen: in einem Gramm Boden leben ca. 10 Millionen Bakterien rund um die Wurzel der Pflanze, im sogenannten Mikrobenmantel, sogar 100 bis 200 Milliarden. Sie umgeben sich mit Schleim, welcher die Krümel festigt. Sie gehören im Boden zu den Destruenten. Bodenkrümel: Bodenteilchen aus verkitteten Ton-, Humus- und Sandteilchen. Die Bodenkrümel bilden eine stabile aber lockere Bodenstruktur mit einem vielfältigen Porensystem (Krümelgefüge). Destruenten (lat. destruere zerstören, zersetzen ) sind Organismen, die Pflanzenreste, Kot und Leichenteile (oder generell tote organische Materie) zu Mineralstoffen zersetzen (mineralisieren). Bakterien und Pilze gehören zu den Destruenten (vgl. auch Abbildung S. 12). Fadenwürmer: Saugen Pflanzensaft, fressen Bakterien und Protozoen. Humus (lateinisch Erdboden ) im engeren Sinne bezeichnet in der Bodenkunde die Gesamtheit der toten organischen Substanz eines Bodens. Humusauflage (Auflage von organischem/pflanzlichem Material): mehr oder weniger zersetzte Streuschicht, die auch als Rotteschicht bezeichnet wird und mindestens 30% organische Substanz enthält. Konsumenten, sind tierische Lebewesen, die nicht in der Lage sind, wie die autotrophen Produzenten (z. B. Photosynthese betreibende Pflanzen) ihre Nahrung aus Energie und mineralischen Stoffen zu gewinnen. Sie konsumieren daher die Biomasse der Organismen anderer Nahrungsebenen (Pflanzen, Tiere). In Ökosystemen unterscheidet man die Konsumenten in: 1. Primärkonsumenten (Pflanzenfresser, Herbivore) 2. Sekundärkonsumenten (Fleischfresser, Carnivore) 3. Tertiärkonsumenten (Carnivore, die sich von Carnivoren ernähren, größere Fleischfresser) Der letzte Konsument in einer Nahrungskette wird als Endkonsument bezeichnet. Er hat keine natürlichen Feinde. (vgl. Abbildung S. 12) Makrofauna: Als Makrofauna bezeichnet man den Anteil der bodenlebenden Tiere, der im Größenbereich von 2 mm bis 20 mm liegt. Im Boden gehören dazu etwa verschiedene Gliederwürmer, Schnecken sowie Gliederfüßer wie die Spinnen und Insekten. Milben sind Kleinstspinnen, die sich zum Teil räuberisch und zum Teil von organischer Substanz ernähren. Mikroorganismen sind mikroskopisch kleine Lebewesen, die als einzelne Individuen mit bloßem Auge in der Regel nicht zu erkennen sind. Die meisten Mikroorganismen sind Einzeller, einige sind Mehrzeller. Beispiele von Mikroorganismen sind Bakterien, Pilze und Algen. Der Mineralboden ist der Unterboden, aus verwittertem Ausgangsgestein, der fast kein organisches Material (Pflanzenreste) enthält. Je nach Wassersättigung und Luftangebot können aber auch im Mineralboden Bakterien existieren, jedoch anaerobe Bakterien, die keinen Sauerstoff benötigen. Den Abbau organischer Substanzen nennt man auch Mineralisierung (Zersetzung): Der vollständige Abbau von organischer Substanz zu pflanzenverfügbaren Nährstoffen. Die Mineralisierung ist stark abhängig vom Ausgangsmaterial. Die Mineralisierung nimmt in folgender Reihenfolge ab: Zucker, Stärke, Proteine (Hülsenfrüchte) < Gräser, Kräuter < Laubsträucher, Laubbäume < verholzte Stoffe < Nadelbäume, Zwergsträucher. Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

11 Glossar Als Oberboden (auch belebter Boden) wird der humusreiche Bodenhorizont der obersten 20 bis 30 cm unter der Erdoberfläche bezeichnet. Der Oberboden ist in einem Bodenprofil verglichen mit dem Unterboden (Mineralboden) meist reich an Nährstoffen (insbesondere Stickstoff) und Organismen. Abgestorbene Teile von Pflanzen und Lebewesen werden als Humus in den Oberboden eingetragen. Im Oberboden leben vor allem aerobe (sauerstoffliebende) Bakterien. Pilze bilden mit ihrem Myzel (fadenförmigen Zellen eines Pilzes) im Boden ein Netzwerk von Eiweissfäden. Sie gedeihen auch in sauren Böden und bauen organische Substanz ab. Sie gehören im Boden zu den Destruenten. Als Produzenten bezeichnet man Organismen, die aus anorganischen Rohstoffen Biomasse (organisches Material) aufbauen können. Es sind dies Pflanzen und Algen, die z.b. aus anorganischem Material mithilfe von Sonnenlicht organisches Material produzieren. Rädertierchen sind 0,1 bis höchstens 3 Millimeter lange vielzellige Tiere mit genetisch festgelegter, gleich bleibender Anzahl von Zellen. Die meisten Arten ernähren sich von Algen, Bakterien oder abgestorbenen Pflanzenteilen. Regenwürmer: bauen bis zu 2 m tiefe Röhrensysteme; diese Gänge und Röhren kleiden sie zur Stabilisierung mit ihrem Kot aus. Die Röhrensysteme sind von grösster Bedeutung für den Luft- und Wasserhaushalt. Ihren Kot lagern die Regenwürmer auch an den Röhrenöffnungen auf der Bodenoberfläche ab. Zu den Spinnentieren gehören die klassischen Spinnen, aber auch Weberknechte, Skorpione, Pseudoskorpione und Milben (inklusive Zecken). Markantestes Merkmal sind ihre vier Paar Laufbeine, was sie neben dem meist nur zweigeteilten Körper vor allem von den Insekten unterscheidet. Die Spinnentiere ernähren sich meist von erbeuteten anderen Gliedertieren, besonders Insekten, die sie aussaugen. Springschwänze: Sind flügellose Insekten. Sie sind die individuenreichste Insektengruppe der Erde mm gross, leben von toter, organischer Substanz, Pilzfäden und Kot anderer Bodenlebewesen und Algen. In ihrem eigenen Kot befindet sich viel Dauerhumus. Actinomyceten (Strahlenpilze) sind einzellige Lebewesen wie die Bakterien. Zusammen mit Pilzen bilden sie den typischen Walderdegeruch. Streu besteht aus abgestorbenen Pflanzenresten, die weitgehend unzersetzt auf der Bodenoberfläche liegen und dort die Streuschicht bilden. Streuschichten entstehen dort, wo der Boden nicht landwirtschaftlich genutzt wird, das heisst im Wald (Waldboden). Wurzelpilze (Mykorrhiza): Die Pilzfäden durchwachsen das Wurzelgewebe, sie reichen bis in die Zellen der Wirtspflanze. Die Pilze profitieren einerseits von den Wurzelausscheidungen der Pflanze, fördern aber über ihr feines Wurzelsystem die Wasser- und Nährstoffversorgung. Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

12 Glossar Begriffe Nahrungskette Produzenten, Destruenten, Konsumenten Ein Beispiel einer Nahrungskette: Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,

13 Bestimmungsschlüssel Bodentiere Bestimmungsschlüssel: Bodentiere Exkursionsunterlagen Bodenpfad Version 1.0,