Wir erforschen den Boden/Wir weisen die Kohlenstoffdioxidbildung durch Bodenorganismen nach

Wir erforschen den Boden

Sinn und Zweck

• Vorgehen u. Inhalt
• Konzeption
• Ziel und Dauer

Mineralische Zusammensetzung

• Hauptbodenarten
• Fingerprobe
• Bodenkunde
• Erfahrungen u. Konsequenzen

Einfache Analyseverfahren

• Siebsatz
• Abschlämmung
• Bodenproben - Anleitung
• Bodenprobe entnehmen
• Bodentyp
• Bodenprofilabzug

Organische Zusammensetzung

• Humusanteil
• Bakterienkunde
• Lichtmikroskop
• Plattengussverfahren
• Bakterienkeimzahl
• Bodenpilze
• Kohlenstoffdioxidbildung
• Regenwurm

Bodenwasser, -luft, -wärme

• Wassergehalt
• Wasserdurchlässigkeit
• Wasseranstieg
• Steighöhe von Wasser
• Bodentemperatur
• Luftgehalt

Bodenreaktion

• pH-Wert
• Bodenversauerung
• Calziumcarbonatgehalt
• Kalkgehalt und CO2
• Kalkgehalt und HCl

Untersuchungsmethoden

• Kohlenstoffdioxidabgabe
• Trockensubstanz
• Porenvolumen
• Nitratgehalt
• Nitrat- und Nitritnachweis
• Phosphatbestimmung
• Teststäbchenverfahren
• Molybdat-Vanadat-Methode
• Phosphatnachweis mit Ammoniummolybdat
• Calciumbestimmung
• Chloridbestimmung
• Magnesiumbestimmung

Wir weisen die Kohlenstoffdioxidbildung durch Bodenorganismen nach

Versuchsanstellung

In dem Versuch geht es um das Problem, die nicht mit dem Auge sichtbaren Mikroorganismen nachzuweisen, Spuren ihres Lebens zu finden. Welches ist die Spur des Lebens bei Mikroorganismen? Bei der Vielzahl der Mikroorganismen im Boden gibt es einen Stoff, der von allen ausgeschieden wird: das Kohlenstoffdioxid. Wie bei allen anderen Lebewesen auch (Mensch, Tier, Pflanze) wird als Endprodukt des Stoffwechsels das Kohlenstoffdioxid "ausgeatmet" und, da es sich um Bodenorganismen handelt, wird das Kohlenstoffdioxid in den Boden abgegeben, wo es zum Teil mit dem Bodenwasser zu Kohlenstoffsäure reagiert,zum weitaus größten Teil jedoch als Gas an die Bodenoberflache und in die Atmosphäre gelangt, wo es über die Pflanzen erneut in den Stoffkreislauf eingeführt wird.

Untersuchungsmaterialien

2 x 3 Gaswaschflaschen 2 x 1 Erlenmeyerkolben (1 000 ccm) Verbindungsstücke doppelt durchbohrte Gummistopfen für die Erlenmeyerkolben Schlauchklemmen Kalilauge (3O%ig) Kalkwasser Wasserstrahlpumpe oder Elektropumpe frische und sterilisierte Erdproben

Versuchsablauf

a) Fülle eine naturfrische Bodenprobe (250 cm3) in einen Erlenmeyerkolben. Verschließe den Kolben mit einem doppelt durchbohrten Stopfen. Klemme die Schlauchanschlüsse ab, damit kein Gas vorzeitig austritt. b) Bewahre die verschlossene Bodenprobe zwei Tage bei Zimmertemperatur auf. c) Schließe die Waschflaschen a/b/c in Reihe an (siehe Zeichnung). d) Fülle die Waschflasche "a" zu einem Viertel mit Kalilauge, die Waschflasche "b" und die Waschflasche "c" zu einem Viertel mit Kalkwasser. e) Schließe die Wasserstrahlpumpe an den Ausgang der Waschflasche "c" und pumpe vorsichtig das Gas ab. f) Öffne die Klemmen am Ausgang des Erlenmeyerkolbens. g) Beobachte, ob sich das Kalkwasser trübt. Parallelversuch a) Fülle in einen Erlenmeyerkolben 250 cm3 naturfrischen Boden und erhitze ihn drei Stunden    bei 150 0 C im Trockenschrank.

Versuchsdurchführung

An der Versuchsvorbereitung und Versuchsdurchführung können die Schüler voll beteiligt werden. Probleme: - Es ist nur im optimalen Fall möglich, alle Schüler in Partnerarbeit zu beteiligen und mit der entsprechenden Mengen an Materialien auszustatten. Beispiel: 20 Schüler in 10 Partnerarbeitsgruppen x 6 Waschflaschen je Parallelversuchsanstellung= 60 Gaswaschflaschen = 20 Erlenmeyerkolben (a 250 ml) - Die Versuchsauswertung kann erst nach zwei Tagen erfolgen. - Das Absaugen der Gasmenge dauert nur 1 Minute ‚ dann liegt das Versuchsergebnis vor (Trübung oder Nicht-Trübung des Kalkwassers). Der Versuch ist also nicht stundenfüllend und kann auch nicht spontan wiederholt werden. Er eignet sich aber gut als Einzelversuch innerhalb eines bodenkundlichen Praktikums.

 

Erfahrungen und Konsequenzen

Da es längere Zeit dauert, bis die Bakterien eine nennenswerte Menge Kohlenstoffdioxid produziert haben, ist es sinnvoll, den Boden vorher einzufüllen. 250 an3 Boden reichen aus, es kann aber auch durchaus mehr sein. Die Probe bleibt im Erlenmeyerkolben zwei Tage abgedunkelt stehen; der Zeitraum kann ebenfalls erheblich überschritten werden. Da nur eine geringe Menge Gas gebildet wird, ist auf die Dichtigkeit der Stopfen und Schlauchanschlüsse zu achten, durch Verschmutzungen kann das Gas leicht entweichen.

Kleine Kohlenstoffdioxid-Bodenkunde

Kohlenstoffdioxid ist der wichtigste Rohstoff zum Aufbau der Pflanzen. In der Atmosphäre ist das Gas nur zu 0,03 Volumenprozent enthalten, das entspricht 0,05 Gewichtsprozent. Der Hauptanteil des Kohlenstoffdioxids, welches die Pflanzen benötigen, stammt aus der Bodenatmung.  Andere Quellen: - Verbrennung von Kohle, Gas und Erdöl - Vulkanausbrüche - Atmung von Mensch und Tier Leistung der Bodenbakterien Etwa zwei Drittel der Kohlenstoffdioxid-Produktion im Boden stammen von den Mikroorganismen, ein Drittel stammt aus der Wurzelatmung. In einer Stunde werden auf einem Hektar (10 000 m2) aktiven Bodens zwischen 1 - 25 kg Kohlenstoffdioxid gebildet. Rechnet man im Frühjahr oder Herbst mit durchschnittlich 4 kg Kohlenstoffdioxid pro Hektar und Stunde, dann beträgt die Tagesleistung der Mikroorganismen 4 x 24= 96 kg Kohlenstoffdioxid je Hektar und Tag. Der Kohlenstoffdioxid-Bedarf einer Ernte Eine Zuckerrübenernte von 500 dt/ha (Rüben + Blatt) hat 100 dt Trockensubstanz oder 47 t reinen Kohlenstoff = 170 t Kohlenstoffdioxid. Diese Menge entspricht 9 000 m3 Kohlenstoffdioxid oder 30 Millionen Kubikmeter Luft mit normalem Kohlenstoffdioxid-Gehalt.

Kammer zum Auffangen des Kohlenstoffdioxid, welches aus dem Boden freigesetzt wird <imagemap> Bild:close-up of mole.jpg|120px|zum Link default [1] </imagemap> <imagemap> Bild:close-up of mole.jpg|120px|zum Link default [2] </imagemap>

Warburg-Apparatur zur Gasmessung (hier: Kohlenstoffdioxid) mit Bariumchlorid