pH-Wert als abiotischer Faktor – Anpassung der Pflanzen (Basiswissen)

pH-Wert als abiotischer Faktor – Anpassung der Pflanzen (Basiswissen) Übung

• Definiere den Begriff pH-Wert.

  Tipps

  Im Magen finden wir einen pH-Wert von rund 1,5. Dies liegt an der Magensäure (Salzsäure).

  Der pH-Wert unseres Blutes beträgt rund 7,4. Es ist neutral.

  Lösung

  Der pH-Wert gibt an, ob eine Lösung sauer oder alkalisch bzw. basisch ist. Dieser Wert ist abhängig von der Konzentration der Wasserstoffionen („potentia hydrogenii“, also pH). Das Zeichen für Wasserstoffionen sieht so aus: $H^+$.

  Der Wert 1 bedeutet stark sauer, der Wert 14 bedeutet stark alkalisch. Der pH-Wert ist für den Ablauf vieler chemischer und biochemischer Prozesse entscheidend.

  Die bunte Skala oben ist wichtig für den Universalindikator. Mit diesem kann man den pH-Wert messen. Verfärbt er sich z.B. dunkelrot, ist der pH-Wert der Lösung sehr sauer.

  Im Folgenden einige Beispiele:
  (die Werte können sich unterscheiden und sind zum Teil abhängig vom Buch, in das man schaut)

  • 1: Magensaft ($HCl$)
  • 3: Zitronensaft
  • 4: Cola
  • 6: Speichel
  • 7: Blut
  • 8: Darmsaft
  • 10: Seifenlösung
  • 14: Natronlauge ($NaOH$)

• Erläutere, wie der pH-Wert des Bodens durch Zeigerpflanzen bestimmt werden kann.

  Tipps

  Würde man mit einem Indikator den pH-Wert des Bodens einer Kartoffel messen, dann würde sich das Indikatorpapier orange-rötlich färben.

  Würde man mit einem Indikator den pH-Wert des Bodens einer Kohlpflanze messen, dann würde sich das Indikatorpapier bläulich färben.

  Lösung

  Zeigerpflanzen sind Pflanzen, die auf die Azidität (Säuregrad) des Bodens schließen lassen. Kennt man sich in der heimischen Pflanzenwelt etwas aus, erkannt man anhand einiger typischen Pflanzenarten, welchen pH-Wert der Boden hat. So kann man die Bodenazidität auch ohne Indikatorpapier bestimmen.

  Hier findest du noch einige Zeigerpflanzen für verschiedene pH-Wert-Bereiche:

  • Saurer Boden: Kartoffeln, Heidelbeeren, Rhododendron, Heidekraut, Sauerampfer, Sauerklee u.a.
  • Neutraler Boden: Gurke, Tomate u.a.
  • Basischer Boden: Kohl, Ackersenf, Wiesenstorchschnabel, Wiesensalbei u.a.

• Ermittle Ursachen, die zu einer Bodenversauerung führen.

  Tipps

  Hier siehst du ein Pferd, das einen Pflug zieht. Heutzutage werden Pflüge in der Regel von Traktoren gezogen. Durch Pflüge wird vor allem der Boden gelockert.

  Pflanzen und Tiere atmen. Dabei wird Kohlenstoffdioxid ($CO_2$) frei. Es entsteht Kohlensäure ($H_2CO_3$), die den Boden natürlicherweise versauert.

  Lösung

  Dass Böden versauern, ist ein natürlicher Vorgang. Dennoch kann dieser Prozess vielfach, vor allem durch den Menschen, verstärkt werden.

  Natürliche Faktoren, die früher oder später zur Bodenversauerung führen, sind z.B.:

  • saures Ausgangsgestein, wie Granit;
  • die Zersetzung von totem, organischem Material (TOM) durch Bodenorganismen;
  • Atmung der Pflanzenwurzeln und der Bodenorganismen
  • Auswaschung.

  Der Mensch trägt ebenfalls zur Bodenversauerung bei (anthropogene Ursachen), z.B. durch:

  • sauer wirkende Dünger;
  • sauren Regen infolge von Luftverschmutzung (Abgase);
  • Luftmangel im Boden, weil der Pflug nicht tief genug den Boden auflockert.

  Vor allem Kalk wirkt der Bodenversauerung entgegen. Deshalb bringt man zusätzlichen Kalk auf Äcker oder in Gärten aus, um den Ursachen der Versauerung entgegenzuwirken.

  Die Folge von Bodenversauerung ist in der Regel ein geringeres Pflanzenwachstum. Ab einem pH-Wert unter 3 wachsen Pflanzen gar nicht mehr.
  Je niedriger der pH-Wert ist, umso mehr Schwermetalle sind im Boden gelöst. Wasser, das durch den versauerten Boden sickert, führt zur Versauerung umgebender Gewässer (z.B. saure Seen). Außerdem nimmt die Fotosyntheserate ab. Es wird also weniger Sauerstoff frei und weniger Kohlenstoffdioxid in Pflanzen fixiert.

• Zeige auf, welche Auswirkungen ein zu saurer Boden auf Pflanzen hat.

  Tipps

  Dieses Schild zeigt dir, welche Wirkung ein stark saurer Boden auf Pflanzen haben kann.

  Schwermetallionen schaden dem menschlichen Körper. Sie können zu verschiedenen Krankheiten und auch zum Tod führen.

  Lösung

  Ist ein Boden sehr sauer, sind in ihm besonders viele Schwermetallionen gelöst. Diese Ionen gelangen mit dem Wasser in die Pflanze. Dort stören die Schwermetallionen an verschiedenen Stellen den Stoffwechsel der Pflanze. Sie wirken alle in unterschiedlichem Maße toxisch (giftig) auf die Pflanze. Mögliche Folgen sind ein gestörtes Wachstum und damit auch eine gestörte Fortpflanzung oder sogar der Tod der Pflanze.

  Somit verringern Schwermetallionen den Ertrag bei Kulturpflanzen, haben aber keine direkte Auswirkung auf den Geschmack der Früchte oder Pflanze.

  Je nach Schwermetall sind die Folgen auf die Pflanze unterschiedlich stark. So kann es durchaus passieren, dass eine Pflanze dem Einfluss von Schwermetallionen ausgesetzt ist, aber der Stoffwechsel davon keinen großen Schaden nimmt. So kann sich dieses Schwermetall in der Pflanze anreichern. Ernährt sich nun ein Mensch regelmäßig von diesen belasteten Pflanzen, können die Schwermetalle auch bei ihm negative Folgen haben. Außerdem gibt es auch Schwermetalle, die für den Menschen toxisch sind, für Pflanzen aber nicht.

• Gib an, wie die Bodenazidität bestimmt werden kann.

  Tipps

  Das Indikatorpapier wird in das Becherglas gegeben, nachdem das Boden-Wasser-Gemisch ausreichend vermischt wurde.

  Wenn eine Farbreaktion auf dem Indikatorpapier beobachtet werden kann, kann man die Farbe mit der pH-Wert-Skala vergleichen. Färbt sich das Papier z.B. rötlich, ist der pH-Wert im sauren Bereich, also zwischen 1 und 4-5.

  Lösung

  Rechts siehst du die Durchführung dieses Versuches noch einmal grafisch dargestellt. Würdest du diesen Versuch in einem Protokoll darstellen wollen, wäre der erste Schritt eine gute Skizze für den Versuchsaufbau.

  Nachdem man die Bodenprobe und das destillierte Wasser in das Becherglas gegeben (1) und ausreichend geschüttelt hat (2), wird das Indikatorpapier dazugegeben (3). Es findet eine Farbreaktion statt, der Indikator verfärbt sich also (in unserem Beispiel orange). Die Verfärbung kann anhand der pH-Wert-Skala verglichen werden (4). Die Färbung orange lässt darauf schließen, dass der pH-Wert der Bodenprobe zwischen 4 und 5 (orange) liegt.

• Vergleiche abiotische und biotische Faktoren.

  Tipps

  Abiotische (Umwelt)Faktoren sind Einflüsse der unbelebten Umwelt. Ein Beispiel dafür sind Strahlungsverhältnisse.

  Einflüsse, die auf Lebewesen zurückzuführen sind, werden als biotische Umweltfaktoren bezeichnet. Wie die Symbiose zwischen Bienen und Blumen.

  Altruismus (von ital. altrui = ein anderer) bezeichnet ein uneigennütziges Verhalten eines Individuums zum Wohle anderer.

  Vor allem bei staatenbildenden Insekten ist altruistisches Verhalten gut zu beobachten. In einem Bienenstaat zum Beispiel ziehen Arbeiterinnen ihre Schwestern groß – auf Kosten ihres eigenen Fortpflanzungserfolges.

  Lösung

  Auf Tiere und Pflanzen wirken viele verschiedene Einflüsse ein. Sie werden danach unterschieden, ob die Einflüsse von der belebten oder unbelebten Umwelt kommen.

  Abiotische Faktoren sind Einflüsse der unbelebten Umwelt. Darunter fallen also alle Einflüsse, die nicht von anderen Lebewesen stammen, also z.B. das Klima, das Relief des Lebensraumes (also die Oberflächengestalt wie Hangneigung), der Sauerstoffgehalt in der Luft oder der pH-Wert im Boden.

  Biotische Faktoren sind dagegen Einflüsse anderer Lebewesen. Dazu zählen nützliche Lebewesen oder Lebewesen, die Konkurrenten sind – da geht es meist um die Nahrung, den Lebensraum oder die Wahl des Geschlechtspartners. Auch der Mensch ist ein biotischer Umweltfaktor, der viele Tiere und Pflanzen meist negativ beeinflusst, indem er Grünflächen asphaltiert, Flüsse begradigt und viele Schadstoffe in die Luft abgibt.