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Nährstoffe und ihr Umsätze im Pflanze-Boden System Vorlesungsteil SS 05.

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Präsentation zum Thema: "Nährstoffe und ihr Umsätze im Pflanze-Boden System Vorlesungsteil SS 05."—  Präsentation transkript:

1 Nährstoffe und ihr Umsätze im Pflanze-Boden System Vorlesungsteil SS 05

2 Einleitung

3 Microhabitate im Boden Lückenraum- system: Wasser Luft Schleime Staunässe (anaerobe Zonen) Rhizosphäre Bodenpartikel (Carbonate)

4

5 Rhizosphäre s.s

6 Definitionen

7 Definitionen 1Bodenökologie, Bioaktivität und Gasstoffwechsel Bodenökologie RhizosphäreDurchwurzelter Bodenraum, s.s. von der Wurzel direkt beeinflußter Boden. RhizoplaneWurzeloberfläche, von Organismen besiedelt. RhizospährenorganismenAn der Wurzeloberfläche lebende Organismen. RhizodepositionDeposition organischer fester und gelöster Substanz durch Wurzeln in den Boden. WurzelexudationSekretion gelöster organischer Substanz durch die Wurzel. BioaktivitätAktuelle meßbare metabolische Aktivität lebender Organismen oder Exoenzyme. BiomasseIn g oder g C angegebene Masse lebender oder in Lysis befindlicher Organismen. Potentielle BioaktivitätMaximale induzierbare Bioaktivität. AbundanzHäufigkeit der Individuen einer Art. DiversitätAnzahl vorhandener Arten. Relative BedeutungDominanz einzelner Arten bezogen auf Abundanz und Bioaktivität. PoolgrößenMengen einzelner Metaboliten. FlüsseUmsatzraten einzelner Metaboliten. EnergieflussTranslokation Potetieller Chemische Energie wie etwa ATP. MaterialflussTranslokation von Substanz, s.s. potentieller Biosubstrate. ResidenzzeitVerweilzeit einer Substanz in einem System. TurnoverzeitZeitraum der vollständigen Rezyklierung einer Substanz in einem System. Source_QuelleEnergie bzw. Kohlenstoffquelle Sink_SenkeOrt, an dem eine Substanz bzw. Energie immobilisiert wird.

8 Definitionen 2Bodenbiologische Methoden Bodenatmung, CO 2 BodenluftIm Bodenlückenraum befindliche Luft, u.a. CO 2. CO 2 - EntwicklungIm Boden gebildetes biogenes und abiogenes CO 2. Bodenatmung (BR)Summe der biogenen CO 2 Entwicklung, auch Grundatmung oder Basale Respiration. WurzelatmungVon den Wuzeln abgegebene CO 2 Menge. Mikrobielle AtmungVon Mikroorganismen abgegebene CO 2 Menge. SIRMit C und N Substraten induzierte Bodenatmung. Initial point of respiratory responseZeitpunkt des Überganges von Bodenluftmessung zu Respirationsmessung. Response RESPDifferenz von SIR – BR. Response % BasalatmungRESP in Prozent der Basalatmung. BiomassezuwachsVergrößerung des RESP in mg CO 2 pro kg Boden und Stunde im linearen Bereich. Biomasse-CNach Anderson /Domsch aus SIR berechnete Biomasse C- Menge. Respiratorischer QuotientGramm Biomasse-C pro g Basalatmungs-C. Methoden zur Bestimung “mikrobieller Biomasse” InfrarotspectroskopieMessung der IR Absorption (Absorptionsspektren) einer Substanz. IRGAInfrarot Gasanalyse ( URAS... Ultrarotabsorptionschreiber) der Bodenluft. IsermeyerCO 2 Erfassung durch Laugenabsorption und Rücktitration. Anderson/DomschBiomasse -C Berechnung nach SIR. Fumigation/ExtraktionExtraktion des Biomasse-C oder N nach Chloroform Fumigation. IsoenzymaktivitätenErmittlung des maximalen Substratumsatzes eines Bodens. DirektzählungFärbung und Auszählung im Mikroskop.

9 Konzeptmodelle

10

11 E- Abfluß Energiequelle ReglerPassiver Speicher Konsument Steuerkreis Lastkreis Xorg....organisch geb. N/C Xmin....remineralisierter N/C Nach H.T.Odum, 1971 POM....particulate org. matter DOM....dissolved org. matter

12 MESOFAUNA Xmin Xorg Pflanzen Steuerung Material/Energie Migration Auswaschung atm. Export atm. Import Cyano- Bakt Basisinteraktionen, nach Odum

13 N atmosph. BR, SIR PLANT POM DOM Rhizodeposition, Litter Feedback Mass Transfer Steering influence MESOFAUNA MiO FreeAmino Acids Protease N-Turnover in Soils

14 Nährstoffstrategien und Funktionskreisläufe

15 Rhizodeposition: Pflanzen geben organisches Material an den Boden ab. Freie Zucker: Rhizodeposition, Abbautätigkeit von Mikroorganismen. Steigerung der mikrobiellen Aktivität: Grundatmung. Karbonat: aus Grundgestein oder aus CO 2, das im Wasser Kohlensäure bildet.

16 CO 2 Sink: Free Sugars in Plant and Soil Bulk soil Rhizosphere Soil Partikels (Carbonates) glucose and other free sugars in 1 kg soil: an average20 to 200 mg glucose and other free sugars in plants: an average of2 -10 mg g DM standing crop of grasses on 1 kg soil: an average of g DM free sugars in the standing crop on 1 kg soil: an average of mg transfer rates ? Soil Respiration mg CO 2 h -1 export leaching migration Root Biomass

17

18 MgCO 3 Mg ++ Ca ++ Boden Luft Grundwasser Harnstoff- und Kohlensäure- Kreislauf MiO Biomasse CO(NH 2 ) 2 NH 2 H2OH2O H 2 CO 3 CO 2 MesoF

19 pH DOM POM italic.... normal... ureides urease activity ammonia protease activity microbial biomass leaching mesofauna grazing litter mass transfer activity pool influence Harnstoff, Urease und pH-Wert

20 Methoden

21 Konzentration und Lichtschwächung

22 Diodenarray- Detector (512 Dioden 1,25 nm pro Diode) Gitter Spalt Strahlenvereiniger Verschluß Linse Deuterium- Lichtquelle Wolfram- Lichtquelle Spalt Probe Linse DIODENARRAY- SPEKTRALPHOTOMETER

23 Mikroplattenphotometer, Enzymtests (Urease) Vollproben Blindproben Kalibrationsreihen Reines Lösungsmittel (A.demin.) Reagenzienleerwerte V = konstant!

24 „Fraunhofersche Linien“ Absorptionslinien Emissionslinien Sichtbares Licht Sonnenspektrum

25 Temperatur und Licht

26 Flammenphotometrie, Atomabsorption

27 Thermische Ionisation Thermische Dissoziation AAS - Meßbedingungen noch nicht... nicht mehr! Entropie Temperatur

28 PositionSample IDAbsConc y´ = kx + dy' A 1 Kalibrationspunkt 112k =1,801,6 B 1 Kalibrationspunkt 223 d = -0,23,4 C 1 Kalibrationspunkt 335r =0, ,2 D 1 Kalibrationspunkt 447 FactorAbsConc 7 E 1 Kalibrationspunkt ,68,8 F 1 Copy this formula to column D-0,2 G 1 to calculate the y´ values!-0,2 H 1 -0,2 linear calibration curve Auswertung (Rechnung) über Kalibrationskurve

29 Berechnungen in Excel

30 Eluent Pumpe Einspritzventil Trennsäule Detektor - elektrochemisch - photometrisch Flüssigkeitschromatographie Derivatisierung Wiederholung

31 Interpretation der Ergebnisse

32 MiO CO 2 additional (RESP) investigated system inhibition substrate enzyme N/C - pH enzyme activation / inhibition enzyme induction / repression abundance change diversification adaptations long term effects (succession) mass flow influence stimulating or inhibiting effects: basal (BR) original pool supplement Mikrobielle Aktivität und Biomasse

33 basins of attraction system elasticity system stability present ecosystem future ecosystem Temperature Fertilizer Rhizodeposition ecosystem succession due to land use ? worst case: degradation Stability of Soil Systems system resilience soil property (Soil aggregate stability) energy needed to change soil properties

34 Remin Root Shoot MiO SIR Ext Enz Urease KI + _pH H2OH2O NH4 Fertilizer Water Rice Soil System WRC KEC Litter


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