Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau

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Die Pflanze
Äußerer Aufbau der Pflanze
Die Hauptaufgaben der Wurzeln umfassen die Wasser- und Nährstoffaufnahme
aus dem Boden und deren Weiterleitung in die oberirdischen Pflanzenteile sowie
die Verankerung der Pflanze am Aufwuchsort. Man unterscheidet Hauptwurzel,
Nebenwurzel und Seitenwurzel.
Pflanzen bilden sowohl ober- wie unterirdische Stängel. Die oberirdischen
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Stängel
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heben
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Blätter und
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Blüten d
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Licht
h entgegen. M
Man unterscheidet
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Halm,
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krautige Stängel und holzige Stängel. In getrennten Röhrensystemen der
Stängelorgane vollzieht sich der Wassertransport in der Pflanze und die Ableitung
der bei der Assimilation gebildeten Stoffe.
Die grünen Teile der Pflanzen stellen die Fabrikationsstätten für die Baustoffe des
Pflanzenkörpers dar. An den oberirdischen Stängel bilden sich die Blätter. Die
Blattfläche bezeichnet man als Blattspreite,
p
, die von Blattadern und ihren
Verzweigungen durchzogen wird.
Die Pflanzen bilden zu ihrer Fortpflanzung an den oberirdischen Organen Blüten,
aus denen sich Früchte mit Samen entwickeln.
Bei Nutzpflanzen entwickelt sich nach der Befruchtung des Fruchtknotens durch
den Blütenstaub die Frucht. Man kennt Trockenfrüchte und saftige Früchte.
Der im Fruchtknoten gebildete Samen enthält in der Samenschale
eingeschlossen den Keimling und den Nähr- und Mehlkörper.
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Innerer Aufbau der Pflanze
Der Körper der höheren Organismen setzt sich aus einer großen Anzahl von
Zellen zusammen. Form und Inhalt der Zelle wechseln im Wachstumsverlauf und
sind auch in den einzelnen Teilen der pflanzlichen Organe verschieden.
Die junge Zelle ist mit dem so genannten Protoplasma gefüllt. Im Zuge des
weiteren Wachstums tritt neben das Protoplasma der Zellsaft. Protoplasma und
Zellsaft enthalten außer Wasser vor allem Eiweißstoffe, Zucker, Salze, Säuren,
oftmals auch Öle Gerbstoffe
Gerbstoffe, Farbstoffe und Gifte (Alkaloide)
(Alkaloide). Die Zellen in der
Nähe der Blattoberfläche enthalten auch einen organischen grünen Farbstoff, das
Blattgrün.
Der Körper höherer Pflanzen setzt sich aus einer unermesslichen Anzahl von
Zellen zusammen. Gewöhnlich sind viele gleich gebaute Zellen in Zellverbänden
(= Gewebe) zusammengeschlossen. Man unterscheidet dabei Hautgewebe,
Grundgewebe und Leitungsgewebe.
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LWB.18/2
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Wachstumsfaktoren der Pflanze
Alle Wachstumsfaktoren der Pflanze müssen in ausreichender Menge zur
Verfügung gestellt werden. Nach dem "Liebig'schen Gesetz vom Minimum"
richtet sich der Pflanzenertrag nach dem Wachstumsfaktor, der am spärlichsten
vorhanden ist.
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Das Licht
Unter Einfluss der Energie des Sonnenlichtes vollzieht sich in der Pflanze der als
Assimilation bezeichnete Vorgang, bei dem sich aus der Kohlensäure der Luft
und dem Wasser organische Stoffe, Kohlenhydrate, aufgebaut werden. Der
weitaus größte Teil der Sonnenenergie wird bei der Blattverdunstung gebraucht.
Durch Wasserabgabe bildet sich Stärke. Diese Stärke wird nach Bedarf in
löslichen Zucker verwandelt und die Zuckerlösung wandert von einer Zelle zur
anderen Der Zucker wird dann in Vorratskammern der Pflanze
anderen.
Pflanze, zz.B.
B in den
Knollen der Kartoffeln, in Stärke zurückverwandelt. Diese ist nicht
wanderungsfähig. Da die Wanderung des Zuckers zu den Stellen seines
Verbrauchers auch nachts stattfindet, so wächst die Pflanze nachts trotz
fehlender Assimilation.
Die Wärme
Die Wärme entsteht hauptsächlich
p
durch die Sonne,, aber auch durch
Bakterientätigkeit und Regenwasser.
Die Temperatur des Bodens unterliegt täglichen und jahreszeitlichen
Schwankungen, die bei einem unbewachsenen Boden am größten sind. Wald
wirkt stark mildernd auf die Temperaturschwankungen. Die Assimilation unserer
Nutzpflanzen beginnt etwa bei 0 °C bis 4 °C. Durch einen erhöhten Salzgehalt in
den Blättern, können auch Temperaturen unter Null Grad überlebt werden. Am
frostgefährdeten sind die Wurzeln
Wurzeln.
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Das Wasser
Das Wasser hat außer seiner Mithilfe bei der Assimilation die Aufgabe, die in ihm
gelösten Nährsalze den einzelnen Pflanzenteilen zuzuführen. Die Verdunstung
des Wassers in den Blättern hat zur Folge, dass Wasser aus den rückwärts
liegenden Zellen nach strömt. Die Verdunstung schützt die Pflanze in heißen
Sommern gegen zu starke Erwärmung.
Die Luft
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Kohlendioxid
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der Assimilation. Die Atmung ist ein Verbrennungsvorgang, der Energie für den
Ablauf des Lebens liefert. Gräser, die zu lange durch stillstehendes Wasser
überschwemmt sind, ersticken.
Für das Pflanzenwachstum ist der Luftgehalt des Bodens äußerst wichtig, z.B.
Zuckerrübe 15-20%.
Die Nährstoffe
Die Kohlenhydrate sowie die Pflanzenfette und Pflanzenöle bestehen aus
Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Phosphor und Stickstoff sind
unentbehrlich zum Aufbau der Eiweißverbindungen.
Weiters werden noch Magnesium (Eiweißstoffe, Zellsaft, Blattgrün), Kalium
(Kohlenhydrate), Eisen (bei Mangel Störungen im Blattgrün), Silizium
(Verfestigung) und auch Spurenelemente benötigt.
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Landschaftswasserhaushalt
Die Abbildung (B.WOHLRAB et.al. 1992) soll den natürlichen
Landschaftswasserhaushalt veranschaulichen. Die Rechtecke geben dabei
jeweils Speicherelemente an.
In der Abbildung ist oben das atmosphärische Wasser dargestellt, das durch
Verdunstung von der Vegetation, von der Bodenoberfläche und vom
oberirdischen Gewässer angereichert wird und als Niederschlag auf die
Vegetation und in die oberirdischen Gewässer fällt
fällt.
Auf der linken Seite ist der Weg des Niederschlagswassers durch Pflanzendecke
und Boden dargestellt: Der Niederschlag fällt auf die Vegetation, durch
Interzeption und Evaporation gelangt ein Teil wieder in die Atmosphäre. Der
durch die Vegetation durchfallende, von der Vegetation herabtropfende und an
Baumstämmen und Pflanzenstängeln abfließende Niederschlag gelangt auf die
mit einer Streuschicht bedeckte Bodenoberfläche. Von dieser Streuschicht
gelangt
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wieder
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die A
Atmosphäre,
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Rest versickert in den darunter liegenden Wurzelraum. Kann der Boden das
Wasser nicht oder nicht mehr aufnehmen (kein versickerungsfähiger Boden,
Verdichtung etc.), kommt es zum oberirdischen Abfluss in oberirdischen
Gewässern.
Aus dem Wurzelraum erfolgt die Wasserversorgung der Vegetation, das Wasser
gelangt
g
g als Transpiration
p
in die Atmosphäre.
p
Der Speicher
p
Wurzelraum versorgt
g
in Trockenzeiten auch die Bodenoberfläche mit Wasser, wobei die Wasserabgabe
an die Atmosphäre durch die Streuschicht (Mulch) gebremst wird.
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Der Schwerkraft folgend sickert Wasser aus dem Wurzelraum in den tiefer
liegenden Speicher "Grundwasserüberdeckung", von wo dann die
Grundwasseranreicherung (Grundwasserneubildung) erfolgt. Durch
Kapillarwirkung ist auch ein Wassertransport entgegen der Schwerkraft aus dem
Grundwasser in die Grundwasserüberdeckung und von dort in den Wurzelraum
möglich.
Bei entsprechenden Gelände- und Untergrundverhältnissen kann es auch zur
Ausleitung
g aus dem Wurzelraum bzw. aus der Grundwasserüberdeckung
g in
oberirdische Gewässer kommen.
Das Grundwasser strömt dem Gefälle der Grundwasseroberfläche entsprechend
in Richtung oberirdisches Gewässer. Die Exfiltration aus dem Grundwasser in die
oberirdischen Gewässer sichert während Trockenzeiten den Abfluss in den
Fließgewässern.
Wird das Grundwasser vom oberirdischen Gewässer angereichert, entsteht
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Uferfiltrat.
T
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i oberirdisches
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Gewässer
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die Uf
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Bodenoberfläche und vergrößert damit das unterirdische Wasservorkommen.
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Bis jetzt wurde nur der Wasserhaushalt betrachtet. Im Verlauf der beschriebenen
Wege löst und transportiert das Wasser organische Substanzen.
Die Vegetation bildet mit Hilfe von Photopigmenten aus Sonnenenergie, dem
CO2 der Luft und Wasser aus dem Wurzelraum Zucker und daraus in weiterer
Folge höhermolekulare organische Substanz.
Diese organische Substanz
fällt zum Großteil als Laub und Altholz auf die Bodenoberfläche,
zum anderen Teil ist die organische Substanz Grundlage für das tierische Leben.
Die Stoffwechsel-Endprodukte der Tiere, ebenso wie die abgestorbenen Tiere
selbst gelangen ebenfalls auf die Bodenoberfläche. Der Boden, der nach oben
durch die Bodenoberfläche begrenzt wird und aus organischen und
mineralischen Anteilen besteht, ist nun hervorragend für die Be- und Verarbeitung
der organischen Substanz geeignet (Kuntze, H. et al., 1988).
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Der
Bodenflora
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Bakterien,
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Pilze,
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Blaualgen
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und
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Algen - fällt überwiegend die Aufgabe zu, die abgestorbene organische Substanz,
die pflanzlicher oder tierischer Herkunft sein kann, zu anorganischen Substanzen
abzubauen. Dabei werden durch die Bodenatmung neben CO2 für die
Pflanzenernährung wichtige Mineralstoffe freigesetzt. Mit fortschreitender
Zersetzung und CO2-Abgabe verkleinert sich das C/N-Verhältnis. Dabei wird der
Stickstoff zunächst in Mikrobeneiweiß festgelegt. Erst bei vollständigem Abbau
d organischen
der
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Substanz
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wird
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Stickstoff
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Form von A
Ammonium
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und
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Stickoxiden freigesetzt. Ebenso wird organisch gebundener Phosphor durch die
Umsetzung der Bodenfauna pflanzenverfügbar.
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Eine durch Trocken- oder Kaltzeiten bedingte, periodische Unterbrechung der
mikrobiellen Tätigkeit führt zu unvollständigem Abbau und damit zur Anreicherung
der organischen Substanz im Oberboden. Dadurch kommt es bei uns – vor allem
aber unter Steppenvegetation – zur Humusanreicherung und
Nährstoffspeicherung. Dauerhumus sind stabile, d.h. schwer abbaubare,
braunschwarze Huminstoffe, die sich mit Ton-Mineralen vermischen und TonHumus-Komplexe bilden.
Neben der Bodenflora kommt bei Abbau und Umsetzung
g auch der Bodenfauna
eine große Bedeutung zu. So sind Protozoen als Bestandteile der
Bodenmikrofauna ein Regulativ der Bodenflora und für die Stickstoffbindung und
die Intensität des Kohlenhydratstoffwechsels von Bedeutung. Etwas größere
Tiere wie Nematoden sind Detritusfresser und unterstützen damit den Abbau von
organischer Substanz. Die Regenwürmer machen den größten Teil der
Megafauna (größer 2 cm) aus und nehmen im Bodenleben einen wichtigen Platz
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Wasserführung und Durchlüftung des Bodens und sorgen für eine Umschichtung
von Erdmaterial. Im Verdauungskanal der Regenwürmer werden die
Bodenteilchen zerkleinert sowie Humusstoffe und Tonminerale zu Ton-HumusKomplexen verbunden, die im Boden Krümelstruktur und Wasserhaushalt
begünstigen. Aber auch Gliederfüßer wie Insekten und deren Larven wirken stark
an der Zersetzung der organischen Substanz und an der Humusbildung mit, z.B.
zernagen sie schwer zersetzbare organische Substanzen (Laubblätter). Und
letztlich durchmischen und lockern auch noch Insektenfresser wie der Maulwurf
und Nagetiere den Boden (Bioturbation).
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Nach dieser Be- und Verarbeitung der organischen Substanzen im Boden
gelangen pflanzenverfügbare, also nicht im Humus gespeicherte Nährstoffe in
den Wurzelraum, wo sie von der Vegetation aufgenommen werden. Nur ein
Zuviel gelangt über die Grundwasserüberdeckung in das Grundwasser.
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