null

Möglichkeiten und Grenzen der
chemischen Bodenuntersuchung
- Kationenaustauschkapazität
BioNet – Ackerbautage
14. und 15.12.2015
Bildungswerkstatt Mold und BBK Bruck/Leitha
Georg Dersch, NPP-BGPE
www.ages.at
Österreichische Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit GmbH
Probenahme - Durchführung
• Nmin: vor oder während der Kultur
• Nmin: 3 Tiefenstufen (0 - 30 - 60 - 90cm), Transport!
•
•
•
•
•
Kühlkette darf nicht unterbrochen werden!
Boden soll bearbeitbar sein !!!!!!
Ackerbau: Pflugtiefe (mindestens 20 cm), Grünland: 10
cm
Weinbau: 0-25cm, 25-50 cm (0-30, 30-60 cm)
Probemenge: 300 g – 500 g feldfrischer Boden
Kühl lagern u. innerhalb von 2-3 Wochen ans Labor
liefern oder bei Raumtemp. trocknen lassen
• Bei Fläche von 3 ha soll eine Aussage über den
Bodenzustand von 7.500 m3 Boden gemacht werden,
repräsentative Beprobung !!!!!!!
2
Alternative Beprobung: Teilfläche
“Tschernosem aus kalkhaltigen Feinsedimenten“
mäßig trocken, mäßige Speicherkraft, mäßige
Durchlässigkeit : Hochwertiges Ackerland
4,5 ha
5,2 ha
Als Untersuchsfläche wird nur
eine Teilfläche
beprobt
(weitgehend
repräsentativ
und einheitlich
für den Schlag)
Repräsentative
Beprobung mit
25 Einstichen
einer Teilfläche
von 900 m2 , für
Wiederholungsuntersuchung ist
die beprobte
Fläche eindeutig
zu markieren
3
Bodenprobenvorbereitung
Zuordnen der Probe nach
Auftragsschreiben und Vergabe
einer internen Kennzeichnung:
Trocknen bei 40°C für 2-4 Tage
Mechanisches Zerkleinern der
Aggregate durch Sieben durch
ein Sieb mit Maschenweite 2
mm, Kies und Steine (und org.
Teile (Strohhalme) werden dabei
entfernt
Feinboden (Bestandteile kleiner 2
mm) werden untersucht, Ergebnis
bezieht sich immer auf
getrockneten Feinboden:
Einwaage je nach Unter-suchung
zw. 1 – 10 g Feinboden
BGP - Institut für Bodengesundheit
Bodenuntersuchung
Extraktion und Filtration:
Boden wird in eine Dose genau
eingewogen, eine exakt dosierte
Menge an Extraktionslösung wird
zugegeben, anschließend wird
eine exakt definierte Dauer
horizontal geschüttelt (bei NminExtraktion mit „ÜberkopfSchüttler“) und anschließend
filtriert.
Simulation der Nährstoffverfügbarkeit, Methoden sind mit
Feldversuchen geeicht und
geprüft.
BGP - Institut für Bodengesundheit
Bodenuntersuchung: Säuregrad,
Nährstoffe und Schwermetalle.
Herstellen einer Suspension
(z.B. in CaCl2) für pHMessung oder Schütteln in
einer Extraktionslösung
(Wasser, CAL, BaCl2, EDTA)
in einem genau def. Verhältnis
(z.B. 5 g Boden in 100 ml) für
eine best. Dauer (1-2
Stunden) und anschließendes
Filtrieren.
Das Filtrat wird untersucht:
Bestimmung der
Konzentration der in Lösung
befindlichen Nährstoffe
(Phosphat, Kalium, Mg, ….)
Schwermatalle: Aufschluss in
Königswasser (Salz- und
Salpetersäure) 2 h bei 140°C
BGP - Institut für Bodengesundheit
Bodenuntersuchung:Humus und Nges
mittels Elementaranalyse
Humus: Die Bodenprobe (etwa 1 g) wird
im Sauerstoffüberschuss bei 650°C
verbrannt und das dabei entstehende
Kohlendioxid (CO2) mittels IRDetektoren im Durchfluss-verfahren
erfasst. Humus besteht ca. zu 58% aus
org. Kohlenstoff
Gesamt-Stickstoff: Zur Bestimmung der
Probe (etwa 1 g) erfolgt auf trockenem
Weg im Sauerstoffstrom bei 1250°C eine
thermische Dissoziation, bei der die
vorhandenen Stickstoffverbindungen in
Stickstoffoxide (NOx) bzw. in
molekularen Stickstoff überführt werden.
Die Nitrosen-Gase werden am
Katalysator zu N2 reduziert und mit einer
Wärmeleitfähigkeitsmeßzelle detektiert.
BGP - Institut für Bodengesundheit
Nähr- und Schadelemente mittels
Säureextraktion, Kationenaustauschkapazität in Barium-Chlorid
- Extraktion, Säureaufschluss (Königswasser, …)
- Analyten: Pb, Ni, Cu, Zn, Cr, Mn, Fe, Co, K, Na, Ca, Mg, Mo,
P,As,Cd, V,Se,Hg, Al
- Bestimmung
o ICP-OES
o Flammen-AAS
o Hydrid-AAS
o Graphitrohr-AAS
Bodenarchiv: Aufbewahren von
Rückstellproben
Im getrockneten Zustand
werden die Proben noch
mindestens 6 Monate nach
Abschluss der Untersuchung
aufbewahrt (Wiederholungen
oder zusätzliche
Untersuchungen möglich)
Proben von
Bodenzustandsinventuren
werden in geschlossenen
Behältnissen archiviert.
Bodenporen-BodenwasserKationenaustausch
• 30 – 50% Porenanteil
• Größe/Verteilung
Wasser- und
Luftführung
• Grobporen (> 0,01 mm) – Luft/Wasser
• Mittel-/Feinporen (< 0,01 mm) – Wasser
• Feldkapazität – Wasseranteil, der entgegen der
Schwerkraft gebunden werden kann
• Kationenaustausch durch Diffusion der Kationen zw.
der Bodenlösung und der Austauscheroberfläche ist
eingeschränkt durch Verdichtung und Trockenheit
10
Auswaschung von Calcium und
Magnesium auf 4 Standorten
Wien,östl WeihenstephanWolfpassing, RauischholzRand des bei München N.Ö. Alpen- hausen
1
2
3
2
Marchfeldes (Bayern)
vorland
(Hessen)
pH-Wert
7,6
6,9
6,0
5,6
Sickerwasser (mm/Jahr)
81
285
294
133
Calcium-Austrag (kg/ha und Jahr) 182
350
162
71
Ca-Gehalt im Sickerwasser (mg/l) 225
123
55
53
Magnesium-Austrag (kg/ha u. Jahr) 13
70
30
12
Mg-Gehalt im Sickerwasser (mg/l) 15
25
10
9
1) Lysimeterstation Hirschstetten (sandiger Tschernosem); 2) Scheffer/Schachtschabel 1976
3) Böhm et al. 1999 (Gumpensteiner Lysimetertagung)
11
Erhaltungskalkung, Verbesserung
der Bodenstruktur
• Ackerland
pH-Wert kleiner
kg CaO/ha
leicht
5,75
500
mittel
6,25
1250
schwer
6,75
2000
• Grünland
pH-Wert kleiner
kg CaO/ha
leicht
5,25
500
mittel
5,75
750
schwer
6,25
1000
BGP - Institut für Bodengesundheit
Verdacht auf Salzschäden
Veränderungen des pH-Wertes in den
Experimenten in Rothamsted (GB) n.
Goulding & Annis
8,0
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
5,0
4,5
4,0
3,5
Silikat-Verwitterung: Protonen werden
verbraucht, aber Al 3+ freigesetzt
3,0
1850Start
5
1870
10
Kalkhaltiger Boden
15
1890
20
25
1910
30
35
1930
kalkzehrende Dg.
40
45
1950
mit Kalk
50
55
1970
60
65 Jahre
1990
Austausch-Puffer
14
Auf sauren Standorten wirkt vor allem
Aluminium (in % KAKeff) toxisch für die Pflanzen
Waldviertler Standorte:
Basensättigung in % von KAKeff
B as ens ättig ung (S umme von C a, Mg , K + Na in % )
von K A K eff
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
4,00
4,25
4,50
4,75
5,00
5,25
5,50
pH-Wert (in C a-C hlorid )
5,75
6,00
6,25
6,50
Effektive KAK in Abhängigkeit von der
Bodenschwere bei mittleren Humusgehalt
(2,5 – 3,5%) von oö. Ackerflächen
28
26
24
anzustrebebender pH-Bereich
durch Verbesserungsund/oder Erhaltungskalkung
22
KAK-eff (cmolc/kg)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
Ton < 15%
0
4,50
4,75
5,00
5,25
Ton 15 - 25%
5,50
5,75
pH-Wert
6,00
Ton > 25%
6,25
6,50
6,75
Im Bereich der
anzustrebenden pHWerte werden auf
leichten Böden mind.
70%, auf mittleren
Böden mind. 85% und
auf schweren Böden
mindestens etwa 9095% der potentiellen
KAK (Best. in einer auf
pH über 7 gepufferten
Ba-Chlorid-Lösung)
erreicht
Effektive KAK in Abhängigkeit vom
Humusgehalt bei mittelschweren Böden
(15-25% Ton) von oö. Ackerflächen
30
28
26
24
anzustrebebender pH-Bereich
durch Verbesserungs- und/oder
Erhaltungskalkung
KAK-eff (cmolc/kg)
22
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
4,50
Humus < 2,0%
4,75
5,00
5,25
Humus 3-4%
5,50
5,75
pH-Wert
6,00
Humus > 5,0%
6,25
6,50
6,75
Im Bereich des
anzustrebenden pHWertes werden auf
humusarmen Böden
mind. 80%, auf Böden
mit höheren und sehr
hohen Humuswerten
mind. 75% der
potentiellen KAK
(Best. in einer auf pH
über 7 gepufferten BaChlorid-Lösung)
erreicht
ALVA-Ringversuche 2000-2016: 15-20
Labors; 51 Böden (3 pro Jahr): CaAnteil an KAKeff und pH-Wert
100
95
Ca-Anteil an KAKeff in %
90
85
80
75
70
65
60
55
50
45
40
4,5
4,75
5
5,25
5,5
5,75
6
6,25
pH-Wert
6,5
6,75
7
7,25
7,5
7,75
Datensätze von 39 BioNet-Ackerstandorten:
Ca-Anteil an KAKeff in % und pH-Wert
100
Ca-Anteil an KAKeff in %
95
90
85
80
75
70
65
60
4,5
4,75
5
5,25
5,5
5,75
6
6,25
pH-Wert
6,5
6,75
7
7,25
7,5
7,75
ALVA-Ringversuche 2000-2016: 15-20
Labors; 51 Böden (3 pro Jahr): MgGehaltsstufen für mittelschwere Böden
400
375
mg Mg/kg in CaCl2 (Methode
Schachtschabel)
350
325
300
275
y = 73,608x
R2 = 0,938
250
225
200
175
150
125
100
75
50
25
0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0
cmol Mg/kg - KAKeff
Datensätze von 39 BioNet-Ackerstandorten:
Mg-Gehaltsstufen für mittelschwere Böden
mg Mg/kg in CaCl2 (Meth. Schachtschabel)
375
350
325
300
275
250
y = 72,834x
R2 = 0,9248
225
200
175
150
125
100
75
50
25
0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0
cmol Mg/kg - KAKeff
mg K/kg - CAL
ALVA-Ringversuche 2000-2016: 15-20
Labors; 51 Böden (3 pro Jahr): K-CALGehaltsstufen für mittelschwere Böden
440
420
400
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
y = 323,55x
R2 = 0,9828
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
cmol K/kg - KAKeff
1,0
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
mg K-CAL/kg
Datensätze von 39 BioNet - Ackerstandorten:
K- CAL-Gehaltsstufen für mittelschwere Böden
420
400
380
360
340
320
300
280
260
240
220
200
180
160
140
120
100
80
60
40
20
0
y = 319,25x
R2 = 0,9917
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
cmol K/kg -KAKeff
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
Vergleich: Austauschbare Mengen an
Magnesium und Kalium mit Mg-CaCl2
und K-CAL
• Mit KAKeff wird die 1,62-fache Menge an Mg erfasst im
Vergleich zur Methode mit CaCl2 (Schachtschabel):
cmol Mg/kg*12,16*10 = mg Mg/kg
• Mit KAKeff wird die 1,22-fache Menge an Kalium erfasst
im Vergleich zur Methode mit CAL:
cmol K/kg*39,10*10 = mg K/kg
• Mg in CaCl2 erfasst die in der Bodenlösung enthaltenen
und Teile des austauschbaren Mg
• Anteil des austauschbaren Mg von 5 – 25%, um 15%
optimal für die Versorgung der Pflanzen (Lehrbuch
Bodenkunde)
Mg-Anteil an KAKeff in %
ALVA-Ringversuche 2000-2016: 15-20
Labors; 51 Böden (3 pro Jahr): Anteil
von Mg an KAKeff und Mg-Gehalt
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
y = 7,6486Ln(x) - 26,74
R2 = 0,5847
0
20
40
60
80
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
mg Mg/kg (CaCl2-Schachtschabel)
Anteil Mg an KAKeff in %
Datensätze von 39 BioNet-Ackerstandorten:
Mg-Anteil an KAKeff und Mg-Gehalte
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
y = 6,9199Ln(x) - 23,846
R2 = 0,5233
0
20
40
60
80
100 120
140
160
180
200 220
240
260
280
mg Mg/kg (CaCl2-Schachtschabel)
300 320
340
360
380
400
ALVA-Ringversuche 2000-2016: 15-20
Labors; 51 Böden (3 pro Jahr): Anteil
von K an KAKeff und K-CAL-Gehalt
12
y = 0,0179x + 0,0638
R2 = 0,6207
11
10
Kalium-Anteil an KAKeff in %
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
mg K/kg (CAL)
Datensätze von 39 BioNet-Ackerstandorten:
K-Anteil an KAKeff und K-CAL-Gehalte
12
y = 0,0096x + 1,087
R2 = 0,3132
11
Anteil K an KAKeff in %
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400
mg K/kg (CAL)
Zusammenfassung:
1. Die Methode ist vielseitig einsetzbar und erkennt sowohl
extreme Versauerungen als auch Versalzung, sie ist universell
verwendbar, daher wird sie auch ausführlich in allen Lehrbüchern
beschrieben
2. Die KAK wird wesentlich vom pH-Wert und vom
Ausgangssubstrat mitbestimmt.
3. Unter den österr. Standortbedingungen können die Beiträge von
pH, Humus und Ton für die KAK gut abgeschätzt werden.
4. Sowohl die variable als auch die permanente Ladung von Humus
und Ton sind unter österr. Verhältnissen gut vergleichbar.
5. Innerhalb der österr. Ackerböden kommen große Spannen der
austauschbaren Kationen vor.
6. Wesentlich ist die optimale pH-Bereich je nach Bodenschwere
7.Extreme Abweichungen sind durch moderate Ergänzungen
auszugleichen
8.Vergleiche mit den anderen chem. Parametern zeigen hohe
Übereinstimmungen
G.Dersch
PK-Marchfeldp
30

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