Wir erforschen den Boden/Messung der Kohlenstoffdioxidabgabe einer Bodenprobe

Wir erforschen den Boden Vorhergehende Seite: Wir bestimmen den Kalkgehalt durch HCl-Zugabe Zur nächsten Seite: Wir erforschen den Boden/Bestimmung der Trockensubstanz eines Bodens Messung der Kohlenstoffdioxidabgabe einer Bodenprobe   Informationen zum Thema Kohlenstoffdioxid entsteht im Boden hauptsächlich durch die Mikroorganismenatmung (zu zwei Dritteln) und durch die Wurzelatmung (zu einem Drittel). Abiotische Kohlenstoffdioxidbildungen können in der Regel vernachlässigt werden. Das Kohlenstoffdioxid tritt an die Erdoberfläche und reichert die umgebende Luft an. In einem Kulturpflanzenbestand liegt die Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Luft bei etwa 0,038 Volumenprozent, wobei erhebliche Schwankungen festgestellt wurden (0,025 bis 0,05 Volumenprozent), die als standortspezifisch anzusehen sind (1). Kiefernwald       Bodenatmungswerte verschiedener Pflanzengesellschaften Standort, CO2 /m²/h Pflanzengesellschaft (mg) unbewachsener Sandboden 89 Kiefernwald 157 Fichtenwald 360 Buchenwald 407 Rübenacker 419 Goldhafenwiese 866 Atmungsglocke nach Haber mit Absorptionsgefäß    Mit der Bodenatmung wird dem Pflanzenbestand eine gewisse Menge Kohlenstoffdioxid zugeführt. Diese dürte aber 10 bis 20% der ingesamt von den Pflanzen verbraucten Menge nicht überschreiten. Geht man von einem Kulturpflanzenbestand mit einer mittleren Assimilationsintensität von 0,2 mg CO2/cm2/h aus, steht dem eine Bodenatmung gegenüber, die etwa 0,03 mg CO2/cm2/h erreichen kann. Themenbereich Bodenatmung [1] Methode der Kohlenstoffdioxidmessung im Freiland Bodenbürtiges Kohlenstoffdioxid lässt sich nach Haber mit einer Atmungsglocke direkt an der Erdoberfläche messen . Das Verfahren hat den Nachteil, dass eine differenzierte Messung hinsichtlich der Kohlenstoffdioxidproduktion aus der Wurzel-atmung und der Kohlenstoffdioxidabgabe aus der bakteriellen Atmung nicht möglich ist. Das Verfahren kennzeichnet nur annähernd die natürliche Kohlenstoffdioxidabgabe, weil die Temperatur, die Bodenfeuchtigkeit und die Diffusionsverhältnisse unter der Atmungsglocke gegenüber der freien Bodenoberfläche erheblich verändert werden.   Technik des Verahrens   Mit einer Atmungslocke wird eine Bodenfläche (z.B. 1 Quadratmeter Bodenfläche) abgedeckt und das Kohlenstoffdioxid in einem Absorptionsgefäß mit Bariumhydroxid aufgefangen.       KOHLENSTOFFDIOXIDMESSUNG IM LABOR   Das Verfahren hat den Vorteil, dass die Faktoren Temperatur, Feuchtigkeit und Belüftung kontrolliert werden können. Es demonstriert dennoch nur annähernd die natürliche Kohlenstoffdioxidabgabe eines Bodens bei gegebener Temperatur und Bodenfeuchtigkeit, weil beim Experiment in einem geschlossenen Gefäß Sauerstoffmangel auftreten kann, welcher einen wesentlichen Einfluss auf die Intensität der Atmung einer Bodenprobe ausüben kann. Durch zusätzliche Belüftung kann dieser Störfaktor gemindert werden, wobei das Resultat davon abhängt, ob kohlenstoffdioxidhaltige oder kohlenstoffdioxidfreie Luft zugeführt wird. Das Laborverfahren gestattet Versuchsvarianten mit Bodenzusätzen (Glukose; Zellulose; Ammoniumnitrat etc.).   TECHNIK DES VERFAHRENS   Man bringt eine Bodenprobe, deren Masse oder Volumen man bestimmt hat, in einen geschlossenen Raum. Das aus der Probe austretende Kohlenstoffdioxid wird in einem Absorptionsgefäß aufgefangen. Man kann Bodenproben einsetzen, die man soeben am Standort ausgestochen hat; man kann aber auch durch Siebung die Feinwurzeln entfernen und damit die Wurzelatmung ausschalten. Ein geschlossener Raum lässtt sich gut mit einem Weckglas realisieren.     Eine einfache Methode des Kohlenstoffdioxidnachweises ist die Bestimmung in einem geschlossenen Gefäß, in dem das Kohlenstoffdioxid in Bariumhydroxidlösung aufgefangen wird. Es bildet sich Bariumcarbonat. Nachfolgend wird die unverbrauchte Lauge gegen Salzsäure (oder Oxalsäure) rücktitriert.   FORMELN   Ba(OH)2 + CO2 = BaCO3 + H2O Ba(OH)2 + 2 HC1 = BaC12 + 2 H20   UNTERSUCHUNGSMATERIALIEN   Exsikkator Waage schalenförmiges Gefäß (250 ml) für die Bodenprobe schalenförmiges Gefäß (200 ml) für die Bariumhydroxidlösung Sieb (2 mm Maschenweite) Bürette Pipetten   REAGENZIEN   Bariumhydroxid Ba(OH)2 x 8 H20 Bariumchlorid (BaCl2) 0,1 m, 0,01 m oder 0,02 m Salzsäure Phenolphthalein (1 prozentig in Ethanol)   HERSTELLUNG DER BARIUMHYDROXIDLÖSUNG   7,17 g Bariumhydroxid und 1 g Bariumchlorid werden in destilliertem Wasser gelöst (auffüllen bis zur 1000 ml Marke). Vom Ungelösten wird abfiltriert. Zur Aufbewahrung der Bariumhydroxidlösung empfiehlt sich eine spezielle Vorrichtung.                 L   -                                                                                                                                                                                                         __________                                                                        W                       Gefäß zur Aufbewahrung von Bariumhydroxidlösung in kohlenstoffdioxidfreier Atmosphäre. Natronkalk ist ein Gemisch aus Ätznatron und Ätzkalk. Er entsteht, wenn man gebrannten Kalk mit Natronlauge löscht.   VERSUCHSABLAUF   Eine Probe naturfeuchten Bodens wird gesiebt, wobei neben den Grobteilen die Feinwurzeln zum größten Teil entfernt werden. 250 g des gesiebten Bodens werden in eine Schale eingewogen und auf den gelochten Porzellaneinsatz im Exsikkator gestellt. 125 ml Bariumhydroidlösung werden in ein schalenförmiges Gefäß gefüllt und unter die Bodenprobe deponiert. Die Bodenprobe soll möglichst nahe über dem Flüssigkeitsspiegel der Bariumhydroxidlösung stehen. Der Exsikkator wird nun verschlossen. In der Regel sollten mindestens drei Proben und eine Blindprobe ausgewertet werden. Eine Blindprobe , also ein Versuch, bei dem kein Boden eingesetzt wird, ist zwingend erforderlich, um den ursprünglichen Gehalt der Bariumhydroxidlösung an Kohlenstoffdioxid zu bestimmen.   ~ MESSUNG             Je nach Aufgabenstellung bleibt die Probe einige Stunden, einen Tag oder maximal eine Woche lang bei Zimmertemperatur stehen. Parallel zur Kohlenstoffdioxid-Messung wird der Wassergehalt der Bodenprobe ermittelt (siehe Kapitel "Ermittlung der Trockensubstanz einer Bodenprobe"). Die unverbrauchte Bariumhydroxidlösung wird mit Salzsäure zurücktitriert. Als Indikator werden 3 Tropfen Phenolphthaleinlösung zugesetzt. Der Versuch kann bei Bedarf fortgesetzt werden, indem - jeweils nach Deponierung neuer Bariuntiydroxidlösung - die Kohlenstoffdioxidabgabe über weitere Zeiträume verfolgt wird.       AUSWERTUNG   Zur Auswertung wird der Säureverbrauch der Blindprobe vom Säureverbrauch der Bodenprobe subtrahiert. Die Differenz wird mit dem Auswertungsfaktor multipliziert.   1 ml 0,1 m HC1 entspricht 2,2 mg CO2 1 ml 0,02 m HC1 entspricht 0,44 mg CO2     AUSWERTUNGSBEISPIEL   Kohlenstoffdioxidabgabe von 250 g frischem Boden in 24   Stunden:   a)  Blindprobe : Es wurden 20 ml 0,02 m Salzsäure verbraucht b)   Bodenprobe (Ackererde), feucht, 250 g: Es wurden 13 ml 0,02 m Salzsäure verbraucht. 20 ml HC1 - 13 ml HC1 = 7 ml HCI . 0,44 mg CO2 =   3,08 mg CO2 Abgabe in 24 Stunden 3,08 mg C02: 2,5 = 1,23 mg CO2 Abgabe je 100 g Boden in 24 Stunden.   Umrechnung auf die Kohlenstoffdioxidproduktion eines Hektars: Ein Hektar Mineralboden wiegt bis zu einer Bodentiefe von 30 cm ca. 3000 000 kg. 12,3 mg Kohlenstoffdioxid-Abgabe je Kilogramm Boden und Tag x 3000 000 kg/ha = 36 900 000 mg CO2 /ha/ Tag = 36,9 kg Kohlenstoffdioxid-Abgabe je Hektar und Tag.   DIE TITRATION MIT OXALSAURE   Gewicht der Bodenprobe: 100 g   Zeitraum für die Kohlenstoffdioxid - Anreicherung: 24 h       Eingegebene Menge Bariumhydroxidlösung: 25 ml 1 ml 0,05 n Oxalsäure entspricht 2,2 mg CO2 a)  Verbrauch an Oxalsäure für die Blindprobe: 20 ml   b)   Verbrauch an Oxalsäure für die Bodenprobe : 14 ml                    (20 ml - 14 ml)                  2,2 = 13,2 mg CO2 / 100g   Boden in 24 Stunden   ERFAHRUNGEN UND KONSEQUENZEN   In der Literatur werden häufig nur 10 g Boden für eine Bodenprobenmenge angegeben. Bei einfacher Laborausstattung ist es zweckmäßig, die Bodenmenge auf 200 oder 250 g zu erhöhen. Bei mehrtägiger Versuchsdauer sollte die Bariumhydroxidlösung gelegentlich leicht geschüttelt werden, um die Bildung einer absorptionshemmenden Carbonathaut auf der Lösung zu verhindern. Anstelle von Salzsäure und Oxalsäure können auch andere eingestellte Säuren für die Titration verwendet werden.   S!CHERHEITSHINWE!S   Oxalsäure ist giftig! Die Verwendung von Pipettierhilfen ist zu kontrollieren!