Bodenatmung beschreibt den Prozess des Gasaustausches zwischen Bodenorganismen und ihrer Umwelt (Lou und Zhou 2006). Dabei diffundiert CO2 aus dem Boden in die Atmosphäre. Dies geschieht aufgrund von Dichteunterschieden. Der Partialdruck bzw. der Gehalt von CO2 ist in der Bodenluft in der Regel höher als in der Atmosphäre. Das zum Druckausgleich bestrebte Gas diffundiert daher vom höheren Druck zum geringeren. O2 hingegen diffundiert aus der Atmosphäre in den Boden, da der Partialdruck von O2 in der Atmosphäre höher ist als im Boden. Der CO2-Gehalt ist höher, je feinkörniger ein Boden ist. Mit zunehmender Feinkörnigkeit nimmt die Luftkapazität einer Bodens ab und somit der CO2-Gehalt zu. Dies gilt ebenso für nasse Böden, je nässer ein Boden ist, desto höher ist sein CO2-Gehalt in der Regel. (Blume et al. 2010) Der Gasaustausch des Bodens mit der Atmosphäre besteht aus zwei Komponenten, der Wurzelatmung und der Atmung durch Bodenorganismen. Die Atmung der Bodenorganismen kann man weiterhin in die CO2-Freisetzung durch den Abbau der organischen Substanz, die Atmung der Boden- und Mikroorganismen und die mikrobielle Atmung in der Rhizosphäre unterteilen. (Comsted et al. 2009) Pflanzen und Bodenorganismen nutzen den Prozess der Atmung zur Gewinnung von Energie. Mit Ausnahme der Mikroorganismen können alle Pflanzen und Bodentiere nur die aeroben Atmungsprozesse nutzen, einige Mikroorganismen können nur oder zusätzlich zur aeroben Atmung die anaerobe Atmung nutzen. Bei der aeroben Atmung wird bspw. Glucose mit Sauerstoff zu Kohlendioxid und Wasser unter der Entstehung von ATP umgesetzt. Bei der anaeroben wird statt Sauerstoff HNO3 genutzt und es entstehen Acetat, Kohlendioxid und Ammoniak. Wenn also ein Boden nicht ausreichend belüftet wird und nicht genügend O2 in den Boden diffundieren kann, ist die aerobe Atmung nicht mehr möglich und der Boden kann anaerob werden. (Fuchs 2007)
Inhaltsverzeichnis
1. Parameter Bodenatmung
2. Methodenübersicht
3. Methodenbeschreibung
3.1 geschlossene statische Kammersysteme
3.2 geschlossene dynamische Kammersysteme
3.3 offene dynamische Kammersysteme
3.4 CO2-Quellen-Methode
3.5 Substrat-induzierte-Messungen
3.6 automatisierte Systeme zur Bodenatmungsmessung
4. Methodenvergleich
5. Anwendungsbeispiel
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Die vorliegende Arbeit untersucht die physikalischen und biologischen Grundlagen der Bodenatmung und vergleicht verschiedene methodische Ansätze zu deren Quantifizierung im Freiland. Dabei steht die Evaluierung der Genauigkeit und Eignung unterschiedlicher Kammersysteme sowie der Einfluss externer Umweltfaktoren auf den CO2-Ausstoß im Fokus.
- Grundlegende Definition und Gasaustauschprozesse im Boden
- Methodik der statischen und dynamischen Bodenatmungsmessung
- Vergleichende Analyse der Messgenauigkeit verschiedener Kammersysteme
- Einfluss von Bodennutzung und Wasserhaushalt auf die Bodenatmung
- Praktische Anwendung der Messverfahren anhand von Fallbeispielen
Auszug aus dem Buch
3.2 geschlossene dynamische Kammersysteme
Die geschlossenen dynamischen Kammern haben ihren Namen deshalb erhalten, weil zwar Luft durch das Kammersystem zirkuliert, die Kammer allerdings zur Umgebungsluft hin geschlossen ist. Die Luft zirkuliert dabei zwischen der Kammer und einer Messeinheit. Die Zirkulation wird durch eine Pumpe beschleunigt. Beim Eintreten in die Kammer weist die Luft einen geringeren CO2-Gehalt auf als beim Austreten aus der Kammer. Die Messeinheit besteht aus einem Durchflussmesser, welches die Menge der Luft misst, und einem IRGA (Infrarot-Gasanalysator), welcher den CO2-Gehalt der Luft misst. Ein Datenlogger sammelt und speichert die Daten. Die Luft wird in periodischen Abständen gemessen. (z.B. Bain et al. 2005; Lou und Zhou 2006)
Aus den unterschiedlichen CO2-Konzentrationen zwischen eintretender und austretender Luft kann die Bodenatmung F mit Hilfe der folgenden Gleichung berechnet werden. (1) Mit ci = eingehende CO2-Konzentration, cf = angereicherte CO2-Konzentration, V = Volumen in der Kammer, △t = Zeit zwischen den Messungen, A = Fläche, die die Kammer überdeckt. (Lou und Zhou 2006)
Zusammenfassung der Kapitel
1. Parameter Bodenatmung: Erläutert die biologischen und physikalischen Grundlagen des Gasaustausches zwischen Boden und Atmosphäre sowie die Faktoren, die diesen Prozess steuern.
2. Methodenübersicht: Bietet einen einleitenden Überblick über die Ansätze zur Bestimmung der Bodenatmung durch Messung der O2-Aufnahme oder der CO2-Abgabe.
3. Methodenbeschreibung: Detaillierte Darstellung verschiedener technischer Verfahren, von einfachen statischen Kammern bis hin zu automatisierten Messstationen.
4. Methodenvergleich: Analysiert die Vor- und Nachteile sowie die Genauigkeit der vorgestellten Kammersysteme unter Berücksichtigung methodischer Fehlerquellen.
5. Anwendungsbeispiel: Veranschaulicht anhand einer konkreten Feldstudie den Einfluss von Nutzungsform und Wasserhaushalt auf die Bodenatmung.
Schlüsselwörter
Bodenatmung, CO2-Efflux, Kammersysteme, Treibhauseffekt, Gasaustausch, Bodenorganismen, Bodenfeuchte, Bodenart, Feldmessung, IRGA, mikrobielle Aktivität, Wurzelatmung, Bodenrespiration, Klimawandel, Nutzungsform.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die verschiedenen physikalischen und methodischen Aspekte der Messung von Bodenatmung unter Feldbedingungen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Untersuchung?
Die Schwerpunkte liegen auf den physiologischen Prozessen der CO2-Freisetzung im Boden und dem Vergleich technischer Messverfahren zur Erfassung dieser Raten.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das Ziel ist die Gegenüberstellung verschiedener Messmethoden (statisch vs. dynamisch) und die Analyse von Einflussfaktoren auf die Bodenatmung, wie etwa Bodenart und Bewirtschaftung.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Es handelt sich um eine Literaturanalyse, die verschiedene Messverfahren für den CO2-Ausstoß im Feld systematisch klassifiziert und bewertet.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden sowohl die theoretischen Grundlagen der Bodenatmung als auch detaillierte Beschreibungen spezifischer Messkammersysteme und ein Vergleich deren Genauigkeit dargestellt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Zu den wichtigsten Begriffen gehören Bodenatmung, CO2-Efflux, Kammersysteme, Feldmessung und Bodenrespiration.
Welcher Einflussfaktor ist laut dem Anwendungsbeispiel am entscheidendsten für den CO2-Ausstoß?
Die Studie zeigt, dass die Nutzungsform (Grünland vs. Wald) den stärksten Einfluss auf die Höhe des CO2-Ausstoßes ausübt.
Warum sind geschlossene statische Kammersysteme oft ungenau?
Aufgrund der CO2-Absorption durch Chemikalien entsteht ein künstliches Konzentrationsgefälle, das den Gasaustausch beschleunigt und die Werte verfälscht.
- Arbeit zitieren
- Lucie Rimpel (Autor:in), 2012, Feldmessung der Bodenatmung, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/204915
