Heterogenität. Archiv. Inhalt Bodenfruchtbarkeit. Bionet Gemüsetagung Graz

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1 Inhalt Bodenfruchtbarkeit Nährstoffdynamik, Analytik Univ. Lek. DI Hans Unterfrauner Bionet Gemüsetagung Graz Theorie Bodenfruchtbarkeit Nährstoffdynamik Analytik Feldprogramm Bodentests zum elbermachen Bodenkartierung/Bodensonde Entnahme von Bodenproben rofilansprache Abschluss - Diskussion Archiv Heterogenität 4,5 6,6 5,5 3,9 5,8 ph Differenzen räsentation eite 4 1

2 Verschlämmung Erosion Verdichtung Versauerung räsentation eite 7 2

3 Überdüngung Wass erstoff auerstoff Kohlen stoff Humus Cl Ca orptions - träger Mineralien Zn N Mo Mn Fe 9 räsentation eite Wasser Cu Humus K B Na Bakterien ilze Luft Mg Bakterien ot. äure Al Völker 2011 Bodenfruchtbarkeit Definitionen Bodenfruchtbarkeit Uni Münster: Hypersoil.Uni-muenster.de Gisi definiert Bodenfruchtbarkeit als "... die Fähigkeit eines Bodens, Frucht zu tragen, d.h. den flanzen als tandort zu dienen und nachhaltig regelmäßige flanzenerträge von hoher Qualität zu erzeugen". ynonym dazu werden die Begriffe Ertragsfähigkeit oder roduktivität des Bodens (chröder) verwendet. Meyers Lexikon Maß für die Eignung eines Bodens für das flanzenwachstum; ausgedrückt wird seine Fähigkeit, die Lebensbedürfnisse der flanzen zu befriedigen, z. B. ihre Wurzeln mit Wasser, Luft und Nährstoffen zu versorgen flanzenanspruch Wurzelraum Wasser Luft Energie (Licht, Wärme) Nährstoffe äurezustand tabilität Bodeneigenschaften Gründigkeit Wasserhaushalt Lufthaushalt Energiehaushalt Nährstoffhaushalt ufferkapazität Dynamik 3

4 Nährstoffe Nährelemente/Nährstoffe Was benötigt eine flanze. Nährelement: Element ohne dem flanzenwachstum unmöglich ist Nährstoff: Für Wurzeln aufnehmbare Form der Nährelemente Energie Wasser Nährstoffe Grundnährelemente: C, H, O onne Boden Luft BWasser Luft Makronährelemente: Mikronährelemente: N, K, Ca, Mg,, Cl, Fe, Mn, Zn, B, Cu, Mo, Ni 6 CO H 2 O + Energie => C 6 H 12 O O 2 Nützlichen Elemente: i, Na, Co, V, andere Zusammensetzung einer flanze Zusammensetzung eines Bodens Kalkboden Ca, (Mg), CO 3, Organische ubstanz (C,O,H, N,, K, ) ilikatboden Quelle: Novotny 2008 i, Al, Fe, K, Mg, Ca,,, Zn Cu, Mn, Mo, Ni, Organische ubstanz (C,O,H, N,, K, ) 4

5 Transport der Nährstoffe zur Wurzel Transportmechanismen Cl - O -- 4 MoO -- 4 NO - 3 NH + 4 HO -- 4 Mg ++ Ca ++ Mn ++ K + r ++? Massenfluss: Wasserstrom zur Wurzel, durch Transpiration angetrieben Wurzellänge: Diffusion: bis 80km Ausgleich von Konzentrationsunterschieden Oberfläche: bis 300m 2 Wurzelwachstum: Wachsende Wurzeln erschliessen ständig unberührte Bodenbereiche ( Abweidung des Bodens durch die Wurzeln ) Weizenwurzel im Mai Wechselwirkung zwischen Nährstoffen Übertritt der Nährstoffe in die Wurzel Ca Cu Mg Na Wirkungsweise Über die Wurzel werden nur im Wasser gelöste Nährstoffe aufgenommen Aufnahme durch die Zellen Wurzelrinde Casparystreifen Mn i Zn Antagonismus stark O 4 -- Cl - NO 3 - HO -- 4 H 2 O - 4 B(OH) 4 H 3 BO 3 Gefäß K N Fe B Quelle: GD Weinbau, 2003 mod. Unterfrauner 2013 Quelle: Fachbeirat für Bodenfruchtbarkeit 2003 (GD Weinbau), ergänzt durch Unterfrauner 2012 Antagonismus schwach ynergismus MoO -- 4 Ca ++ Mg ++ K + Mn ++ NH 4 OH NH + 4 5

6 Übertritt der Nährstoffe in die Wurzel Konkurrenz von Ionenpaaren Über die Wurzel werden nur im Wasser gelöste Nährstoffe aufgenommen Aufnahme Zwischen den Zellen Wurzelrinde Casparystreifen Kompetitive orptionsstellen Kompetitive orptionsstellen unspezifische orptionsstellen NO - 3 K + NH + Na + 4 Cu ++ Ca + + Mg ++ H Zn ++ 2 O - 4 Cl - Gefäß Xylem Cl - NO 3 - Überschuss von 1 Ionenpartner bewirkt Mangel des anderen MoO 4 -- O 4 -- Mn ++ Mg ++ Ca ++ Cs ++ Cu ++ Zn ++ Träger Konkurrenz von Ionenpaaren unspezifische orptionsstellen Wurzelrinde Überschuss von 1 Ion bewirkt Mangel aller anderen Ca Mg K andere Konkurrenz von Ionenpaaren K (Gülle, Mineraldünger) unspezifische orptionsstellen Wurzelrinde Überschuss von 1 Ion bewirkt Mangel aller anderen Ca Mg K andere K + Ca ++ Mg ++ Na + NH 4 + Mn ++ Cu ++ Zn ++ Fe ++ Al K + Ca ++ Mg ++ Na + NH 4 + Mn ++ Cu ++ Zn ++ Fe ++ Al

7 Konkurrenz von Ionenpaaren K (Gülle, Mineraldünger) unspezifische orptionsstellen Wurzelrinde Ca Mg K andere Konkurrenz von Ionenpaaren unspezifische orptionsstellen Wurzelrinde Ca Mg K andere Überschuss von 1 Ion bewirkt Mangel aller anderen nach 6 bis 8 Wochen Überschuss von 1 Ion bewirkt Mangel aller anderen K + Ca ++ Mg ++ Na + NH 4 + Mn ++ Cu ++ Zn ++ Fe ++ Al Austauscherreaktion Dynamik im Boden Mobilisierung Ca 60 80% Mg 10 20% K 1,5 4% Abbau, Mineralisation, Auflösung, Desorption Reserve Austauschbar Wasser löslich Dünger Niederschlag Grundwasser Aerosole N-Fixierung Nicht verfügbar Fraktion IV Fraktion III Fraktion II Fraktion I flanzenentzug Auswaschung Erosion Denitrifikation Ca Mg K H Fixierung, Einbau in organische Moleküle, Ausfällung, Adsorption Immobilisierung 7

8 mineralisch kg/ha hosphor im Boden äure-uffersysteme im Boden Gestein 0,03 bis 0,12% orbiert 5 bis 120kg/ha anorg. (Ca, Al, Fe) 400 bis 2500kg/ha Desorption orption Bodenlösung Optimal 0,3 bis 0,8mg/l Verlust Auswaschung 0,1-0,3kg/ha/a Mineralisierung -Aufnahme Abbildung: im Boden (cheffer/chachtschabel 2002, modifiziert von Unterfrauner 2012) ool vom TB Unterfrauner analysiert Dünger 18 bis 40kg/ha/a flanzen 5 bis 35kg/ha Humus/MO 400 bis 2000kg/ha ph Bereich uffersubstanz Reaktion (Beispiel) Veränderung 8-6,5 Carbonat CaCO 3 + 2H + = Ca 2+ + CO 2 + H 2O Verlust von Carbonat 7-5,5 Austauscher AT]-M + 2H + = AT]-H 2 + M 2+ Verlust aust. Kationen Basensättigung sinkt 5,5-4,2 ilikate (io) 3 Al + 3H + = (ioh) 3 + Al 3+ Verlust KAK Zerstörung Austauscher Al in Bodenlösung 4,8-3,0 Al Oxide, Hydroxide Al (OH) 3 +3H + = Al H 2O + Al in Bodenlösung Al austauschbar < 3 Fe Oxide, Hydroxide FeOOH + 3H + = Fe3+ + 2H 2O Fe, Mn in Bodenlösung Fe, Mn austauschbar Wass erstoff auerstoff Kohlen stoff Analytik Univ. Lek. DI Hans Unterfrauner Humus Cl Ca orptions - träger Mineralien Zn N Mo Mn Fe Bionet Gemüsetagung Graz Wasser Cu Humus K B Na Bakterien ilze Luft Mg Bakterien ot. äure Al Völker

9 Indirekte Methoden Chemische Methoden flanzenanalyse direkte Information über Ernährungszustand Blattanalyse bei Dauerkulturen Biologische Extraktionsmethoden Neubauer/alatmethode Exakt Feldversuche teigerungsversuche Gefäßversuche Klärung von Einzelfragen flanzenmaterial wird beurteilt Wasserextrakte lösliche Bodensalze (abhängig vom Extraktionsverhältnis, Abtrennungsverfahren) EUF Methode Austausch Lösungen Kationen im Überschuss tauschen Kationen von orptionsträgern äuren und saure uffergemische imulation der Extraktion der Nährstoffe durch flanze Komplexbildner purenelemente Visuelle Methoden Biologische Methoden Chroma Test Rusch Test Mikroorganismendichte im Wasserextrakt und im Nährlösungsextrakt Atmungsaktivität (metabolischer Quotient) Basalatmung ubstrat Induzierte Atmung Enzymaktivität hosphataseaktivität Bodenorganismen als Indikatoren für Bodenzustände Diversität Aktivität (genetischer Fingerprint) 9

10 Berechnen von Kennwerten Dichte: 1,5g/cm 3 Humus:2,0% Tiefe: 0,30m K: 210mg/kg V: 47% : 94mg/kg Bodenvolumen [m3/ha]: BV = 100m*100m*Tiefe [m] = Bodengewicht [t/ha]: BG = BV * Dichte = 3.000m 3 /ha 4.500t/ha orenvolumen [m 3 /ha]: GV = BV * V [%] = Humusgehalt [t/ha]: H = BG * H [%] /100 = 1410m 3 /ha 90,0t/ha Nährstoff [kg/ha]: Nt [mg/kg] * Dichte * Tiefe [m] *10 K 945kg/ha 423kg/ha Bestimmung von pflanzenverfügbarem hosphor und Kalium nach der CAL Methode Önorm L 1087 (August 06) Ansatz der traditionellen Analytik 3 Begriffe pflanzenverfügbarer hosphor und pflanzenverfügbares Kalium jene Mengen an und K, die flanzen aus dem Boden aufzunehmen vermögen. die Ergebnisse bedürfen zu ihrer Interpretation der Kalibration am Feldversuch unter Berücksichtigung der Besonderheiten von tandort und flanze. Auf Grund dieser Einschränkung für bodenchemische Untersuchung wird die Bezeichnung pflanzenverfügbar unter Anführungszeichen verwendet. Nährstoff zb, K, Mg Boden als Unbekannte Blackbox teigerungsversuche 1 Variable Boden bleibt Black Box Kein kausaler Zusammenhang Ergebnisse nicht übertragbar traditionell abgeleitet: Gehaltsstufen (A-B-C-D-E) Düngeempfehlung (Humus, Ton berücksichtigt) 10

11 Gehaltsklasse hosphor () Österreich AGE Methode rüfbericht Alle Werte in mg /kg Acker Grünland Bemerkung A < 26 < 26 sehr niedrig B niedrig C ausreichend D hoch E > 174 > 174 sehr hoch Quelle: achgerechte Düngung 6. Auflage, 2006, BMLFUW 42 räsentation eite AGE Methode Empfehlung hosphat = O4 Ansatz Fraktionierte Analyse ÖN ; 2013 Kausalitätsprinzip Beziehung Ursache-Wirkung Boden als Modell (keine Blackbox) keine teigerungsversuche nötig standortsindividuelle Maßnahmen ableitbar Ergebnisse übertragbar Modell 43 11

12 Bodenfraktionen und Dynamik tecker - Dose - rinzip Mobilisierung Reserve Abbau, Mineralisation, Auflösung, Desorption Austauschbar Wasser löslich Dünger Niederschlag Grundwasser Aerosole N-Fixierung OLL 1) Erfassen des Wirkungsgefüges IT - Zustand Nicht verfügbar Fraktion IV Fraktion III Fixierung, Einbau in organische Moleküle, Ausfällung, Adsorption Immobilisierung Fraktion II Fraktion I flanzenentzug Auswaschung Erosion Denitrifikation Melioration Ist 2) Melioration 3) Erreichen des OLL Zustandes 4) Kontrolle (flanzenbau, Wissenschaftlich) 45 räsentation eite Basisparameter KH, ph, Kalk, el, Humusgehalt/Qualität Beispiele Landwirtschaft orptionskomplex CEC, B, Ca-Mg-K-Na-Al-NH4-Fe-Mn-H-p flanzenernährung C-N-- org Ca-Mg-K--N-O4-Fe-Mn-Cu Zn-Mo-B-Al-toxische Elemente Melioration Mineralisch-organisch 12

13 Beispiele Landwirtschaft Balzer Methode/Deutschland traditionell Neues Konzept Kinsey Methode / UA Euro Methode / Frankreich 13

14 ottmann Methode / Österreich Unterschiede der Analysendaten Feld Labor Berechnung robenwerbung (zb Abgliederung homogener Flächen, fixe Tiefen..) Transport-Lagerung (zb gekühlt, getrocknet) robenaufbereitung (zb iebgröße) Methode (zb Humusbestimmung) Extraktionsmittel (zb KAK-BaCl 2, LiCl, NH 4 NO 3,..) Extraktionsverhältnisse (zb Wasserextrakt, el) Aufschlussverfahren (zb Gesamtgehalte-KÖWA, MW) Messverfahren (zb O 4 : hotometer, IC, IC) Bezugsgröße bei Umrechnung (zb TD, FD) Berücksichtigung des Wirkungsgefüges Berücksichtigung von Felddaten (zb kelettgehalt) Werte immer kritisch hinterfragen!!! Auswahl des Labors Frage? Erfahrung Kollegen Berater Bodenuntersuchung Auswahl des Labors robenahme robenversand Unterlagen Antwort Umsetzung 56 räsentation eite 14

15 Inhalt Bodentests selber machen Feldprogramm Bodentests zum elbermachen Bodenkartierung/Bodensonde Entnahme von Bodenproben rofilansprache Abschluss - Diskussion Bodentests einfach durchführbar (im Feld und im Haus) Materialien sind kostengünstig als ummenparameter Ansatzpunkte zur Beurteilung des Bodens festgestellt OB bestimmte robleme bestehen deren URACHE kann jedoch nicht ermittelt werden Die Bodentests sollten für mehrere, möglichst verschiedene Bodentypen parallel durchgeführt werden, damit die relativen Unterschiede besser darstellbar sind. Färbung und Trübung, ph, Kalktest Feldprogramm Aggregat- und Humusstabilität ph Wert (Carbonat) Kalkgehalt tation 1: Elfriede topper, Birgit elikan 15

16 Heterogenität der Flächen Entnahme von Bodenproben Entnahme von Bodenproben Ls Braunerde A (25) AB (60) B (100) ps Braunerde A (25) B (35) B (60) (100) Ls Braunerde A (25) B (50) D (100 Beispiel 1 Beispiel 2 robe 1 robe 2 robe tation 2: Johannes Kamptner tation 3: tefan Glaser tation 4: Hans Unterfrauner rofilbeschreibung riechen-fühlen-schmecken Dokumentation Geomorphologie Horizontierung Wurzeln Regenwürmer und andere Tiere ph Werte Kalkgehalt Textur Gefüge Farbe Wasserverhältnisse Viel paß beim Experimentieren!!! 16

17 Aggregat- und Humusstabilität Trübung/chematisierter Ablauf Methode: Trübung / Färbung Materialien: Glasgefäß (zb Reagenzglas, Bierglas) Aqua dest (Apotheke, Drogerie, Autofachhandel) Dokumentation (Uhr, Fotoapparat, Tabelle) Durchführung: Boden grob zerkleinern und in ein Glasgefäß füllen (1/3 Füllhöhe) Aqua dest bis 1cm unterhalb des Gefäßrandes auffüllen 1 bis 3 Minuten über Kopf schütteln, abstellen nach 6 bis 8 tunden Trübung und Färbung beurteilen Ca Ca Ca Ca Ca Ca Auswertung Trübung (ohne Berücksichtigung der Textureigenschaften) Trübung Färbung Trübung Beurteilung Ursachen Verschlämmung Luftmangel Erosion 1 stabile Aggregate 2 vorwiegend stabile Aggregate Ca- Bücken Lebendverbauung Ca- Brücken Lebendverbauung mäßig stabile Aggregate 4 instabile Aggregate kurzfr. Überdüngung Versauerung verm. Biolog. Akt. 1 wertige Ionen (zb K) Versauerung verm. Biolog. Akt wertige Ionen (zb K) 5 kein Zusammenhalt der Aggregate starke Versauerung verm. Biolog. Akt

18 Auswertung Färbung Bodensäure, ph Wert Färbung Beurteilung Ursachen Mikroorganismen 1 nur stabile Anteile der org. ubstanz Optimale Milieubedingungen für biolog. Aktivität hohe Vielfalt Bakterien H 2 O = H + + OH vorwiegend stabile Anteile org. ubstanz deutlich sichtbare Anteile löslicher org. ubstanz hohe Anteile löslicher org. ubstanz, Ab- und Umbau gestört Vorw. Optimale Milieubedingungen für biolog. Aktivität Zeitweilig suboptimale Milieubedingngen für biolog. Aktivität (zb organische Dünger) uboptimale Bedingungen: - feucht/trocken - sauer/basisch - kalt/warm - Überschuss/Mangel Mittlere Vielfalt Bakterien Aktivität kurzfristig stark beeinträchtigt Zunehm. ilze/ eingeschr. Bakterien OH- H + H + H + H + H OH- + H + H + H + H OH- + H + H + H + H + OH- OH- H + H + H H + + OH- H + OH- H + H + H + H + 5 sehr hohe Anteile löslicher org. Verbindungen, Ab- und Umbau stark gestört Extrembedingungen: - feucht/trocken - sauer/basisch - kalt/warm - Überschuss/Mangel ilze/spezialisierte Bakterien ph Wert Wasser ph Wert Neutralsalz CaCl 2 oder KCl ph Wert Durchführung (Wasser ph): Methode: Wasser ph mit ph apier Neutralsalz ph mit Indikatorlösung (Modell Hellige) Materialien: Glasgefäß (zb Reagenzglas, Becher) Aqua dest (Apotheke, Drogerie, Autofachhandel) ph treifenpapier von Merck Hellige ehameter (AVM_Mueller@t-online.de) Wasser ph Neutralsalz ph Boden zerkleinern und in ein Gefäß füllen das (ca) 2,5 fache des Bodenvolumens Aqua dest zugeben 1 bis 3 Minuten über Kopf schütteln, abstellen ph treifen in überstehende Flüssigkeit halten Farbabgleich zum ph Ablesen 2,5 Vol EH 1 Vol EH ph H2O7 ph H2O 2 18

19 Durchführung (Neutralsalz ph): Auswertung ph Wert: Boden zerkleinern und in die vorgesehene Grube des EHAMETER füllen mit Indikatorlösung versetzen und vermischen 1 bis 3 Minuten reagieren lassen EHAMETER leicht kippen und Flüssigkeit über die Rinne fließen lassen Farbabgleich zum ph Ablesen ph Neu 4 ph Wert Beschreibung Bewertung ph Wasser Bewertung ph Neutralsalz > 7,5 basisch bioakt. eingeschränkt Festlegung von toffen 7,5 6,5 Neutral optimal Nachlieferung eingeschränkt 6,5 5,5 schwach sauer bioakt. eingeschränkt optimal ph Neu7 5,5 4,5 stark sauer bioakt. stark eingeschränkt Zerfall von ilikaten < 4,5 sehr stark sauer bioakt kaum vorhanden Zusammenbruch AVM_Mueller@t-online.de ph Wert und Kalkempfehlung Karbonat-Test ph Neu = 5,2 Ca = 57% Mg = 6% K = 4% H = 10% p = 23% ph Wert ist NICHT ausreichend für eine Kalkempfehlung ph Neu = 5,2 Ca = 49% Mg = 11% K = 5% H = 17% p = 18% Zusätzliche arameter: Magnetstärke toffverhältnisse am Magnet Methode: Lösung des Carbonates mit verdünnter alzsäure Materialien: Bodenbrocken, Löffel, Teller, etrischale verdünnte alzsäure (HCl- ~ 10%) äure aus dem Chemikalienhandel meist 33% => mit aguq dest. verdünnen, ACHTING: Ätzend! (Handschuhe!) ippettflasche (10ml) Ca 2+ Mg 2+ K + H + 19

20 Durchführung Karbonat-Test: Karbonat Boden zerkleinern und in ein Gefäß geben (bzw. größeren Brocken zwischen den Fingern halten - Achtung äure ätzend) Boden mit 2 bis 3 Tropfen alzsäure beträufeln Reaktion notieren Kalk-frei Kalk-haltig CaCO 3 + 2H + = Ca 2+ + CO 2 + H 2 O tarkes Aufbrausen Blasenbildung Deutliches Aufbrausen Karbonat-Test Wirkung HCl Kalkgehalt Beurteilung keine Reaktion < 0,5% kalkfrei knistern 0,5 2% schwach kalkhaltig deutliches Aufbrausen 2 5% mäßig kalkhaltig starkes Aufbrausen > 5% stark kalkhaltig 20