Harald Kainz Tu Graz, Landschaftswasserbau

Transcript

Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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 Sä Stängel lh heben b Blä Blätter und d Blü Blüten d dem Li Licht h entgegen. M Man unterscheidet h id H Halm, l 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. Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/1 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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. Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/2 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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. Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/3 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/4 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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. Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/5 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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 Das K D Kohlendioxid hl di id d der L Luft f wird i d von d den Pfl Pflanzen di direkt k aufgenommen f und d di dient 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. Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/6 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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 l wieder i d ein i T Teilil als l "S "Streuinterzeptionsevaporation" i i i " iin di die A Atmosphäre, hä d der 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. Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/7 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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 Uf fil Uferfiltrat. T Tritt i ein i oberirdisches b i di h G Gewässer ä üb über di die Uf Ufer, gelangt l es auff di die Bodenoberfläche und vergrößert damit das unterirdische Wasservorkommen. Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/8 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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). D B Der Bodenflora d fl - das d sind i dB Bakterien, kt i Strahlenpilze, St hl il Pilze, Pil sowie i Bl Blaualgen l und d 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 i h S Substanz b t wird i d Sti Stickstoff k t ff iin F Form von A Ammonium i und d Stickoxiden freigesetzt. Ebenso wird organisch gebundener Phosphor durch die Umsetzung der Bodenfauna pflanzenverfügbar. Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/9 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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 ein. S e Sie eg graben abe b bis s in 1 m Tiefe e e reichende e c e de Röhren ö e u und d verbessern e besse da damitt d die e 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). Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/10 Harald Kainz TU Graz, Landschaftswasserbau 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. Pflanzen, Landschaftshaushalt LWB.18/11