Die Bodenstruktur ist ein dynamischer Prozess. Die richtige Struktur fördert die Durchwurzelung, die Wasserverfügbarkeit und die Belüftung. Ein gesunder Boden hat einen guten Porenraum, der ein gesundes Wurzelwachstum begünstigt. Je mehr Porenraum, desto mehr Wasser ist verfügbar. Ein guter Boden belüftet auch.
Röntgencomputermikrotomographie
Die Röntgencomputermikrotomographie (XCMT) ist ein wichtiges Instrument zur Analyse von Bodeneigenschaften. Sie kann primäre Mineralkörner, “texturale” Phasen und Flüssigkeitsdynamik unterscheiden. Die Technik hilft auch bei der Bestimmung der Bodenfruchtbarkeit und der Pflanzennährstoffe.
XCMT ermöglicht eine hohe räumliche Auflösung. Es kann auch Veränderungen der Bodenstruktur und des Wassergehalts im Wurzelbereich sichtbar machen. Forscher haben diese Technologie zur Untersuchung von Pflanzenwurzeln und Bodenfruchtbarkeit eingesetzt. Sie haben auch gezeigt, dass sie die Strukturen von Pflanzenwurzeln genau sichtbar machen können. Die Methode unterliegt jedoch einigen Beschränkungen, wie z. B. der Verfügbarkeit von Ressourcen für die Datenanalyse.
XCMT erfordert Bodenproben mit einem Durchmesser von 5 mm. Diese Proben sind nicht repräsentativ für Systeme in größerem Maßstab. Eine aktuelle Studie von Keyes et al. (2013) hat jedoch gezeigt, dass die Methode zur Abbildung einzelner Wurzeln im Boden verwendet werden kann. Sie haben auch gezeigt, dass es möglich ist, Wurzeln im Boden wachsen zu lassen und eine intakte Rhizosphäre bis zu zwei Wochen lang abzubilden.
Eine weitere Einschränkung von X-CMT ist, dass es schwierig ist, die Morphologie der Rhizosphäre auf der Porenskala zu modellieren. In diesem Fall ist es wichtig, ein Modell zu verwenden, das die morphologischen Effekte der Rhizosphäre auf Porenebene berücksichtigt. Außerdem muss ein Modell in der Lage sein, die Ergebnisse skalenübergreifend zu übertragen.
Mikromorphologie
Die Mikromorphologie ist ein neuer Bereich der Bodenkunde, bei dem die Eigenschaften des Bodens auf mikroskopischer Ebene untersucht werden. Bei diesem Ansatz wird Bildverarbeitungstechnologie eingesetzt, um die Porengröße und die Materialien des Bodens zu beschreiben. Diese Informationen können genutzt werden, um die Entwicklung des Bodens und die Rolle menschlicher Faktoren besser zu verstehen. Die Mikromorphologie kann dazu beitragen, Informationen über nachhaltige landwirtschaftliche Praktiken zu erhalten.
Mikromorphologische Untersuchungen können zum Verständnis der Bodenzusammensetzung, der biologischen Aktivität und der Struktur des Bodens herangezogen werden. Die Mikromorphologie kann auch die Auswirkungen der Landwirtschaft auf die Bodenstruktur, die Fruchtbarkeit und die Erosion untersuchen. In dieser Studie haben wir drei verschiedene Bereiche der Bodenmikromorphologie untersucht: alte, rezente und gut versiegelte landwirtschaftliche Böden. Diese Böden haben eine bekannte landwirtschaftliche Geschichte und können zur Durchführung kontrollierter Experimente verwendet werden.
Die mikromorphologischen Beobachtungen der Böden in der Schicht 0-20 cm zeigten körnige, mäßig getrennte Strukturen. Die Porenwand war relativ klein, mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von etwa 8,7 mm. Die mikromorphologischen Beobachtungen zeigten, dass es in dieser Schicht nur wenige frische Pflanzenreste und keine nennenswerte biologische Aktivität gab. Im Gegensatz dazu wies die 20-40 cm dicke Schicht eine erhebliche biologische Aktivität auf.
Die Mikromorphologie und Bodenfruchtbarkeit von Böden ist ein wichtiger Indikator für postagrogene Böden. Sie können Aufschluss darüber geben, ob der Boden für die Landwirtschaft geeignet und fruchtbar ist. Sie kann uns auch helfen, die Richtung der Bodenentwicklung zu verstehen.
Organische Substanz
Die organische Substanz im Boden ist eine entscheidende Komponente für die Bodenfruchtbarkeit. Sie liefert den Bodenmikroben Energie und den Pflanzen mineralische Nährstoffe. Sie enthält auch Zucker und Mineralien, die das Nahrungsnetz nähren. Die Menge der organischen Substanz im Boden variiert und kann je nach Funktion in verschiedene Fraktionen unterteilt werden.
Organische Stoffe in Böden sind entweder stabil oder abbaubar. Organisches Material, das aus winzigen Partikeln besteht, hat eine große Oberfläche und kann Wasser und Nährstoffe zurückhalten. Außerdem trägt sie zum Aufbau der Bodenstruktur und der Bodenkrume bei. Organische Stoffe können wie Humus die Bodenfruchtbarkeit verbessern, indem sie die verfügbare Feuchtigkeit erhöhen.
Organische Stoffe im Boden sind das Lebenselixier eines fruchtbaren Bodens. Sie besteht aus lebenden Pflanzenwurzeln, toten Tieren und Mikroorganismen. Es kommt im Boden in verschiedenen Formen vor, aber die wichtigste Quelle ist Pflanzenstreu, die von Regenwürmern und Tierdung zersetzt wird. Dieser Prozess setzt Pflanzennährstoffe wie Stickstoff, Schwefel und Phosphor frei. Organische Stoffe verbessern auch die Kationenaustauschkapazität des Bodens, ein Maß für die Fähigkeit des Bodens, positiv geladene Ionen zu halten.
Die organische Substanz im Boden kann sich schnell verändern und wird stark von den Bewirtschaftungsmethoden in einem bestimmten Gebiet beeinflusst. Daher ist es wichtig, dass dem Boden kontinuierlich frisches organisches Material zugeführt wird. Organisches Material findet sich im Allgemeinen in Ernterückständen, Dünger und Deckfrüchten. Eine Erhöhung des Anteils an organischer Substanz im Boden kann dazu beitragen, die Pflanzenproduktion zu maximieren.
Pflanzenwurzeln
Struktur und Fruchtbarkeit des Bodens spielen eine wichtige Rolle für das Pflanzenwachstum. Beide beeinflussen den Wasser- und Nährstoffgehalt des Bodens. Die Bodenstruktur wirkt sich auch auf die Größe des Wurzelsystems aus. Wenn die Pflanze wächst, verringern ihre Wurzeln die durchschnittliche Größe der Bodenaggregate und erhöhen die Anzahl der Bioporen-Kanäle. Diese Pionierwurzeln schaffen neue Kanäle für Wasserinfiltration, Gasaustausch und neues Wurzelwachstum.
Pflanzenwurzeln wachsen durch einen dynamischen Prozess der Bodenbildung. Eine gute Bodenstruktur vergrößert den Porenraum, der für das Eindringen der Wurzeln, die Wasserverfügbarkeit und die Belüftung wichtig ist. Mehr Wurzeln sind besser, aber mehr ist nicht unbedingt besser. Die Wurzeln benötigen eine bestimmte Menge an Kohlenstoff, um ihren normalen Betrieb aufrechtzuerhalten. Diese Kosten müssen bei der Gestaltung des Wurzelsystems einer Pflanze berücksichtigt werden. Die wirtschaftlichen und technischen Prinzipien der Pflanzenproduktion sind nützlich, um den besten Weg für ein gutes Wurzelsystem zu finden.
Bodenbakterien, Pilze und Insekten ernähren sich von der organischen Substanz im Boden. Beim Verzehr dieses Materials scheiden sie klebrige Substanzen aus, die dazu beitragen, den Boden zusammenzuhalten. Die Bakterien halten den Boden nicht nur zusammen, sondern setzen auch Ammoniak frei, das eine wichtige Stickstoffquelle für Pflanzen ist.
Die Rhizosphäre des Bodens ist eine dünne Schicht des Bodens, die die Pflanzenwurzeln umgibt. In dieser Zone leben einzigartige Organismen. So leben beispielsweise einige Pilze auf Pflanzenwurzeln und gehen eine Beziehung ein, die als Mykorrhiza-Beziehung bezeichnet wird. Mykorrhizapilze helfen den Pflanzen bei der Aufnahme von Wasser und Nährstoffen. Andere Pflanzen, wie z. B. Leguminosen, haben stickstofffixierende Bakterien, die ihnen helfen, abgestorbene Wurzeln abzubauen. Die bei der Zersetzung von Leguminosen freigesetzten Stickstoffverbindungen liefern Stickstoff für die nächste Ernte.
Erosion
Erosion ist der Prozess der Bodenabtragung. Sie ist weltweit ein ernstes Problem und macht das Land für die Landwirtschaft ungeeignet. Da die Weltbevölkerung bis Mitte des 20. Jahrhunderts auf neun Milliarden Menschen anwachsen wird, ist eine intelligentere Bodenbewirtschaftung erforderlich. Das Problem der Erosion ist komplex und vielschichtig, aber eine schnelle und einfache Möglichkeit, seine Auswirkungen zu verstehen, ist die Betrachtung der Beziehung zwischen Erosion und Bodenfruchtbarkeit.
Die Fruchtbarkeit ist entscheidend für einen produktiven Boden. Der größte Teil der organischen Substanz und 50 Prozent des pflanzenverfügbaren Phosphors und Kaliums befinden sich im Oberboden. Da die Erosion den Oberboden abträgt, verringert sich die Fruchtbarkeit des Bodens, was letztlich die Ernteerträge senkt. Landwirte können dem Verlust der Bodenfruchtbarkeit entgegenwirken, indem sie Gülle oder Dünger auf das Land ausbringen. Die Produktivität erodierter Böden kann jedoch nur wiederhergestellt werden, wenn eine geeignete Unterbodenschicht vorhanden ist.
Erosion beeinträchtigt die Produktivität von Nutzpflanzen, insbesondere wenn der Boden für das Wurzelwachstum ungünstig ist. Wenn der Boden für das Wurzelwachstum der Pflanzen ungeeignet ist, ist es unwahrscheinlich, dass er sich selbst mit zusätzlichen Mitteln erholt. Die Ertragseinbußen sind verheerend. Trotzdem wurden in einer Reihe von landwirtschaftlichen Studien mehrere wichtige Vorteile der Wiederherstellung der Bodenfruchtbarkeit festgestellt.
Der Boden ist eine wichtige Ressource, die zur Ernährung der Welt beitragen kann, und sein Schutz ist für unsere Ernährungssicherheit unerlässlich. Er hilft nicht nur beim Anbau von Nahrungsmitteln, sondern liefert auch Fasern und Futtermittel für unseren Bedarf. Der Boden erneuert sich jedoch nur sehr langsam, und es dauert tausend Jahre, bis sich drei Zentimeter Oberboden regeneriert haben. Daher müssen wir den Boden vor Erosion schützen. Erosion führt zu einer Verringerung der Bodenproduktivität, was wiederum die Menge an Nahrungsmitteln verringert, die wir essen.
Staunässe
Die Bodenfruchtbarkeit hängt mit der Bodenstruktur zusammen. Je mehr organische Stoffe ein Boden enthält, desto mehr Wasser kann er speichern. Bei Staunässe verliert der Boden Sauerstoff und ist nicht mehr ausreichend mit Nährstoffen versorgt. Dies ist schädlich für das Pflanzenwachstum und kann zu verkümmerten Wurzelsystemen führen. Es kann auch zu Stickstoffverlusten durch Denitrifikation und zu einer geringeren Verfügbarkeit anderer Nährstoffe führen. Vernässte Böden sind auch anfällig für Verdichtung und Erosion.
Der Prozess der Bodenfruchtbarkeit ist ein kontinuierlicher Prozess, der den Kreislauf der Nährstoffe im Boden umfasst. Diese Nährstoffe werden durch die Zersetzung von pflanzlichen und tierischen Stoffen in die Bodenlösung freigesetzt. Sie können dann von Bodenmikroorganismen weiter umgewandelt werden. Die meisten Mikroorganismen bevorzugen anorganische Formen von Stickstoff und Phosphor. Diese Organismen konkurrieren mit den Pflanzen um die von ihnen benötigten Nährstoffe. Von der Verfügbarkeit der wichtigsten Nährstoffe hängt es ab, ob diese Nährstoffe von den Pflanzen genutzt werden können.
Ein gut strukturierter Boden lässt das Wasser nach starken Regenfällen schnell abfließen und minimiert das Problem der vorübergehenden Staunässe. In schlecht strukturierten Böden kann das Wasser die Pflanzenwurzeln nur schwer erreichen, da die Poren des Bodens zu klein sind. Infolgedessen müssen die Pflanzenwurzeln Energie aufwenden, um dem Boden ausreichend Wasser zu entziehen.
Die Bodenstruktur spiegelt die Größe und Form der Bodenpartikel wider. Ihre Struktur bestimmt auch die Nährstoffspeicherung und die Drainage. Ein Boden mit einer groben Struktur hat eine geringere Kapazität, Nährstoffe zu halten, während ein Boden mit feinem Material anfällig für eine starke Auswaschung ist.
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