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

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Bio-Team
pH-Wert als abiotischer Faktor – Anpassung der Pflanzen (Basiswissen)
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Grundlagen zum Thema pH-Wert als abiotischer Faktor – Anpassung der Pflanzen (Basiswissen)

Inhalt

Der pH-Wert als abiotischer Umweltfaktor – Biologie

Ist dir schon einmal aufgefallen, dass im Moor nur ganz bestimmte Pflanzen wachsen? Das liegt unter anderem daran, dass Moore einen sauren pH-Wert aufweisen. Einige Pflanzenarten wachsen besser auf sauren Böden und andere gedeihen gut auf alkalischen Böden. Aber wie passen sich Pflanzen an den pH-Wert an? Genau das wollen wir in diesem Lerntext herausfinden.

Was sind abiotische Faktoren? – Definition

Abiotische Faktoren sind Faktoren, die von Lebewesen nicht beeinflussbar sind, aber einen Einfluss auf die Lebewesen ausüben. Es handelt sich um unbelebte Umweltfaktoren. Pflanzen werden zum Beispiel beeinflusst durch:

Aber wie kann der pH-Wert Pflanzen beeinflussen? Das schauen wir uns in den nächsten Abschnitten genauer an.

Was ist der pH-Wert? – Definition

Der pH-Wert ist per Definition der negativ dekadische Logarithmus der Konzentration der Hydroniumionen $\ce{H3O+}$. Anstelle von $\ce{H3O+}$ wird meist mit $\ce{H+}$ abgekürzt. Bei einer hohen Konzentration an Wasserstoffprotonen – also $\ce{H+}$-Ionen – ist eine Lösung sauer. Bei einer hohen Konzentration an Hydroniumionen – also $\ce{OH-}$-Ionen – ist eine Lösung basisch. Der pH-Wert beschreibt also den Säuregrad einer Lösung. Die erhaltene Zahl gibt an, wie sauer oder basisch (alkalisch) eine Lösung ist.

Mit einem pH-Indikator-Streifen kann der pH-Wert einer Lösung ganz ohne Berechnung ermittelt werden. Dieser chemische Indikator zeigt nämlich eine Farbreaktion, anhand der man bestimmen kann, ob eine Lösung sauer, basisch oder neutral ist.

pH-Wert Lösung Ionen Farbe pH-Indikator-Streifen
1 bis 7 sauer viele $\ce{H+}$-Ionen gelblich-rot
7 neutral kaum Ionen gelblich-grün
7 bis 14 basisch viele $\ce{OH-}$-Ionen grünlich-blau

Das Prinzip ist ganz einfach: Liegt der pH-Wert unter sieben, dann ist die Lösung sauer und der pH-Streifen zeigt eine gelblich-rote Färbung. Ein pH-Wert über sieben bedeutet wiederum, dass die Lösung basisch ist. Der Streifen wird grünlich-blau. Bei einem Wert von genau sieben liegt eine neutrale Lösung vor und die Farbe des pH-Streifens wird gelblich-grün. Aber wie bestimmt man den pH-Wert eines Bodens?

Messung des pH-Werts im Boden

Hast du schon einmal den Begriff Bodenazidität gehört? Das bedeutet, dass auch der Boden einen pH-Wert bzw. einen Säuregrad besitzt. Die Bodenazidität entsteht durch bestimmte Protonen und Ionen im Boden. Die Säure- oder Basenwirkung einer Bodenlösung wird auch als abiotischer Faktor der Bodenreaktion bezeichnet.

Um den pH-Wert eines Bodens zu bestimmen, löst man zunächst eine kleine Menge des Bodens in destilliertem Wasser und schüttelt das Ganze gut durch. Anschließend taucht man einen pH-Indikator-Streifen in die Lösung. Bei dem Indikator-Streifen handelt es sich meist um Universal-pH-Papier, das bedeutet, dass die Färbung nicht davon abhängt, welchen pH-Indikator-Streifen man verwendet. Dabei bedeutet eine grünlich-blaue Verfärbung, dass die Lösung bzw. der Boden basisch ist, und eine gelbe bis rote Verfärbung, dass es sich um einen sauren Boden handelt. Ist der Boden neutral, so würde sich der pH-Indikator-Streifen gelblich-grün färben.

Welche Bedeutung hat der pH-Wert in der Natur?

Pflanzen benötigen zum Wachsen verschiedene Nährstoffe und Mineralsalze aus dem Boden, die in Form von Ionen (geladene Teilchen) vorliegen. Bestimmte Ionen verändern sich in Abhängigkeit von dem pH-Wert des Bodens und können dann nicht mehr so gut oder gar nicht mehr von der Pflanze aus dem Boden aufgenommen werden.

Die Verfügbarkeit der Ionen ist also abhängig vom pH-Wert des Bodens. In neutralen Böden ist eine gute Bereitstellung und Versorgung mit Ionen gewährleistet. Auch in sauren Böden befinden sich viele Ionen, doch es gibt einen Haken: Es kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich in sauren Böden auch Schwermetallionen, wie zum Beispiel Blei, Cadmium oder Kupfer, befinden. Diese können die Pflanzen bereits in geringen Mengen schädigen.

Zu den neutralen Böden gehören zum Beispiel trockene Wiesenböden. Saure Böden findet man in Hochmooren, Sumpfwiesen oder auch in Nadel- bzw. Mischwäldern und alkalische Böden sind beispielsweise besonders kalkhaltige Böden.

Welche Pflanzen wachsen auf saurem Boden? Und welche Pflanzen wachsen auf alkalischem Boden?

Wie du mittlerweile erfahren hast, bestimmt der pH-Wert, welche Pflanzen in einem bestimmten Boden wachsen. Demnach wollen wir jetzt der Frage nachgehen, welche Pflanzen in sauren und welche Pflanzen auf alkalischen Böden wachsen. So wachsen z B. Kulturfrüchte besonders gut auf neutralen oder schwach sauren Böden. Kartoffeln und Heidelbeeren wachsen dagegen lieber auf stark sauren Böden.

Arbeitsblatt abiotischer Faktor pH-Wert einfach erklärt

In der folgenden Tabelle findest du noch einmal eine Übersicht mit Beispielen für Pflanzenarten, die auf Böden mit einem sauren, neutralen oder alkalischen Boden wachsen:

pH-Wert Pflanzen
sauer (< 7) Kartoffeln, Heidelbeeren, Tomaten, Rhododendron, Heidekraut, Wildkräuter wie z. B. Sauerampfer und Sauerklee
neutral (= 7) Äpfel, Birnen, Erdbeeren, Brombeeren, Himbeeren
alkalisch/basisch (> 7) Kohl, Senf, Mohn, Distel, Wildkräuter wie z. B. Ackersenf, Wiesenstorchschnabel und Wiesensalbei

Anhand des Vorkommens bestimmter Pflanzen an einer bestimmten Stelle kann man oft schon darauf schließen, ob der Boden sauer, alkalisch oder neutral ist. Da sich mithilfe dieser Pflanzen auf die Azidität des Bodens schließen lässt, bezeichnet man sie als Zeigerpflanzen.

Der pH-Wert als abiotischer Faktor – Zusammenfassung

Fassen wir nun noch einmal die wichtigsten Punkte zusammen:

  • Der pH-Wert ist ein abiotischer Faktor, der angibt, wie sauer eine Lösung ist. Er lässt sich mithilfe von pH-Indikator-Streifen bestimmen.
  • Auch Böden haben einen pH-Wert.
  • Der pH-Wert eines Bodens hat einen großen Einfluss auf das Wachstum der Pflanzen, da dieser die Versorgung mit Nährstoffen und Mineralsalzen beeinflusst.
  • Nicht nur Licht, Temperatur und Wasserverfügbarkeit beeinflussen das Vorkommen und Wachstum von Pflanzen, sondern auch der pH-Wert!

Auch zum Thema pH-Wert als abiotischer Faktor – Anpassung der Pflanzen in der Biologie haben wir einige interaktive Übungen und Arbeitsblätter erstellt, mit denen du dein Wissen testen kannst. Viel Spaß!

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

Hallo! Hast du dich schon einmal gewundert, warum im Moor nur ganz bestimmte Pflanzen wachsen und andere gar nicht? Das ist neben dem Wassergehalt auf den pH-Wert des Bodens in einem Moor zurückzuführen. Der dort herrschende pH-Wert ist nämlich stark sauer.

In diesem Video möchte ich dir zunächst erklären, was der pH-Wert genau ist, wie man ihn messen kann und wie der pH-Wert des Bodens das Wachstum von Pflanzen beeinflusst. Ich möchte dir aber auch zeigen, welche Pflanzenarten welchen Boden-pH-Wert bevorzugen. Dabei wirst du sehen, dass nicht nur Licht, Temperatur und Wasserverfügbarkeit das Vorkommen und Wachstum von Pflanzen beeinflussen.

Der pH-Wert

Bevor wir uns mit dem pH-Wert eines Bodens befassen, wollen wir uns zunächst anschauen, was der pH-Wert überhaupt ist. Der pH-Wert sagt etwas darüber aus, ob eine Lösung sauer oder alkalisch bzw. basisch ist. Eine saure Lösung bedeutet einen pH-Wert, der kleiner als 7 ist. Ein pH-Wert über 7 heißt, dass eine Lösung alkalisch oder basisch ist und ein pH-Wert von genau 7 bedeutet eine neutrale Lösung.

Messung Boden-pH-Wert

Auch Boden hat einen pH-Wert, also einen Säuregrad. Man spricht auch von Bodenazidität. Hast du eine Idee, wie man den pH-Wert eines Bodens bestimmen kann? Dazu löst man eine kleine Menge Boden in destilliertem Wasser, schüttelt den Ansatz und kann dann einen Streifen pH-Indikator-Papier hineintauchen.

Chemikalien auf der Indikator-Papier-Oberfläche zeigen bei bestimmten pH-Werten eine Farbreaktion. Anhand der Verfärbung des Papierstreifens wird der pH-Wert des Bodens bestimmt. Eine grünlich-blaue Verfärbung heißt z.B., dass die Lösung und damit der getestete Boden schwach basisch sind. Eine gelbliche bis rötliche Verfärbung deutet auf eine saure Lösung bzw. einen sauren Boden hin. Eine gelblich-grünliche Verfärbung spricht für einen neutralen Boden.

Konsequenzen für Pflanzen

Aber wieso ist der pH-Wert des Bodens überhaupt wichtig für eine Pflanze? Pflanzen müssen für ihr Wachstum verschiedene Nährsalze aus dem Boden aufnehmen, die dort als Ionen, also geladene Teilchen, vorliegen. Bestimmte Ionen verändern sich in Abhängigkeit von dem pH-Wert des Bodens und sie können dann nicht mehr so gut oder auch gar nicht mehr von der Pflanze aus dem Boden aufgenommen werden.

Die Verfügbarkeit von Ionen für die Pflanze ist meist am besten in neutralen Böden. Sehr viele Ionen sind in sauren Böden verfügbar. Bei sehr sauren Böden besteht allerdings das Problem, dass auch Schwermetall-Ionen, die die Pflanze schädigen können, verfügbar sind und aufgenommen werden können.

Wo kommen welche Böden vor?

Du weißt jetzt, was ein hoher oder niedriger pH-Wert für die Pflanze bedeutet. Aber wo gibt es überhaupt Böden mit einem niedrigen oder hohen pH-Wert? Neutrale Böden sind z.B. trockene Wiesenböden. Saure Böden findest du in Hochmooren, Sumpfwiesen oder auch in Nadel- bzw. Mischwäldern. Alkalische Böden sind z.B. besonders kalkhaltige Böden.

Beispielpflanzen

Der pH-Wert bestimmt also, welche Pflanzen in einem bestimmten Boden besonders gut wachsen. Die meisten Kulturfrüchte bevorzugen einen neutralen oder leicht sauren Boden.

Einen stärker sauren Boden mögen z.B. Kartoffeln oder Heidelbeeren. Auch Rhododendron oder Heidekraut gedeihen am besten auf sauren Böden. Unter den Wildkräutern sind Sauerampfer und Sauerklee auf sauren Böden zu finden.

Einen alkalischen Boden unter den Kulturpflanzen bevorzugt beispielsweise Kohl. Alkalische Böden nutzen Wildkräuter wie der Ackersenf, der Wiesenstorchschnabel und auch der Wiesensalbei. Wenn du bestimmte Pflanzen gehäuft an einer Stelle findest, kannst du so herausfinden, ob der Boden sauer, alkalisch oder neutral ist. Pflanzen, die auf die die Azidität des Bodens schließen lassen, nennt man auch Zeigerpflanzen für sauren bzw. basischen Boden.

Zusammenfassung

Du hast in diesem Video gesehen, dass der pH-Wert angibt, wie sauer eine Lösung ist und dass auch Böden einen pH-Wert haben. Der pH-Wert eines Bodens ist für Pflanzen sehr wichtig, da dieser die Verfügbarkeit und Aufnahme von Nährsalzen beeinflusst, die wichtig für das Pflanzenwachstum sind.

Die meisten Pflanzen bevorzugen daher einen neutralen bis leicht sauren Boden. Kulturpflanzen wie Kartoffeln oder Erdbeeren und Wildkräuter wie der Sauerampfer bevorzugen schwach saure Böden. Im Moor ist der Boden sehr sauer und daher können dort nur ganz bestimmte Pflanzen wachsen. Ein Beispiel dafür ist das Heidekraut. Kohl und Wildkräuter wie der Ackersenf mögen eher alkalische Böden.

Du siehst also: Es beeinflussen also nicht nur Licht, Temperatur und Wasserverfügbarkeit das Vorkommen und Wachstum von Pflanzen. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

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

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video pH-Wert als abiotischer Faktor – Anpassung der Pflanzen (Basiswissen) kannst du es wiederholen und üben.
  • 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.

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