Ein Projekt der TU Kaiserslautern für Schülerinnen und Schüler

in Kooperation mit der

Forschungsanstalt für Waldökologie und Forstwirtschaft Trippstadt

Lehrerworkshop zum Projekt„Dem Boden auf den Grund gehen“

Eine Vernetzung zwischen den Fächern Geographie - Biologie - Chemie

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Wie wollen wir „Dem Boden auf den Grund gehen“?

Agenda des Lehrerworkshops

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1. Begrüßung und Vorstellung des Ablaufs (3 min)

2. Inhaltliche Projektvorstellung und Lehrplanbezüge (15 min)

3. Brainstorming-Runde mit Sammlung der schulischen Potenziale (25 min)

4. Zeit für allgemeine Fragen an die Projektinitiatoren und

Diskussion bezüglich Inhalten und Umsetzungsmöglichkeiten (ca. 60 min)

Projekt-Hintergründe

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1. Boden als endliche Ressource, Bodenfunktionen

2. Waldboden - Problematiken der Nutzung (regenerative Energien)

3. Waldboden - aktuelles „Lösungskonzept“: Ascherückführung

4. Waldboden - aktuelle Forschung

5. Projektansätze

Projekt-Skizze: „Disziplinen“

5Unzureichend integrativ, da keine Effektmessung und Fragestellung!

Projekt-Skizze: Bodenfunktion

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Substrat / StoffreservoirNährstoffe, d.h. chem. Parameter

Biosphäre / BiotopBodenfauna & -flora

Standflächephysikalische Eigenschaften

Funktionsbetrachtung & Effektmessungen integrativer!

Projekt-Skizze: Substrat

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1. Fragestellung:

Welchen Effekt hat Ascherückführung auf seine Funktion als Substrat!

2. Analysen, z.B.:

- Wachstumsmessungen, Dosierungseffekte

- Bodenchemie, Bodeninhaltstoffe, Ascheanalysen, Auswaschung

- Biozönosenerfassung

- Bodenphysik

Projekt-Skizze: Biotop

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1. Fragestellung:

Welchen Effekt hat Ascherückführung auf seine Funktion als Biotop!

2. Analysen, z.B.:

- Biozönosenerfassung, Wachstumsmessungen

- Bodenphysik

- Bodenchemie, Bodeninhaltstoffe (abiotische Faktoren)

Projekt-Skizze: Standfläche

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1. Fragestellung:

Welchen Effekt hat Ascherückführung auf seine Funktion als Biotop!

2. Analysen, z.B.:

- Bodenphysik

- Bodenchemie, Geologie

- Biozönosenerfassung („biologische Verwitterung“)

T (5.1) Topographie und Orientierung

• Boden verorten (Kennzeichnung der Lokalität mit Karte, Planzeiger, GPS)

T (6.1) Sich versorgen: Rohstoffe und Energiequellen in Europa

• Bestimmung der Bodenart (Feldanalyse mit der Fingerprobe).

• Nutzung als Rohstoff (z.B. Sand)

Erdkunde Klasse 5 & 6Physische Geographie

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T (7.2) Naturbedingungen in ihrer Bedeutung für den Menschen

• Dünenwanderung

• Humushorizonte entdecken und bestimmen

• Gravimetrische Bestimmung des Wassergehaltes von Böden (Laborwaage, Trockenschrank)

• Geländeklimatische Unterschiede der Böden auf Sonn- und Schattenhängen

• Verwitterungsarten (aus Gestein wird Boden)

• Einfluss der Bodenfarbe auf die Bodentemperatur

Erdkunde Sek IPhysische Geographie

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T (8.2) Eingriffe in den Naturhaushalt

• Erosionsmessungen (nackter Boden – bewachsener Boden)

• Durchwurzelungsgrad in verschiedenen Bodenhorizonten

T (10.1) Strukturwandel im Wirtschaftsraum Deutschland

• Ackerland, Grünland, Wald (Bestimmung des Kalkgehaltes mit 10% Salzsäure; untersch. Fruchtbarkeit)

Erdkunde Sek IPhysische Geographie

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TT (I) Landschaftsökologie

• Messung des pH-Wertes in verschiedenen Bodenhorizonten (Hellige-pH-Meter, digitales pH-Meter)

• Filtereigenschaften unterschiedlicher Bodenarten (Sand, Schluff, Ton)

• Wasserdurchlässigkeit (Porosität) verschiedener Bodenarten (Sand, Lehm, Ton)

TT (V) die Tragfähigkeit der Erde

• Bodenversiegelung/Bodenverbrauch/Bodenzerstörung (Vergleich von alten mit aktuellen Karten)

Erdkunde Sek IIPhysische Geographie

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TF (1) Von den Sinnen zum Messen

• Messgrößen, Messskala Maßzahl, Maßeinheit (z.B. wiegen von nassen und trockenen Böden, Gewicht fallenden Laubes, Messung der Lichtstärke mit Papprohr und variierender Anzahl von Papierbögen)

• Sinneswahrnehmungen, keine absolute Wahrnehmung und Bestimmung möglich

• Waldboden „Riechen“,

• Geschmackssinn testen: unterschiedl. „Kohlensäuregehalt“ bzw. Temperatur von Süßgetränken – Wahrnehmung der Süße variiert, Wer möchte Waldboden schmecken? � Messungen sinnvoller!

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Lehrplan NaWi

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TF (2) Vom ganz Kleinen und ganz Großen

• „mit der chemischen Lupe“ Bestandteile des Bodens anschauen

• Mineralien, Kristallstrukturen

• Belebter Boden

• Lichtzugewandte und lichtabgewandte Organismen: Berleseapparat

• Mikroskopieren, z.B. Heuaufguss

TF (4) Pflanzen - Tiere -Lebensräume

• Bestimmung, Kriterien, Anpassung (z.B. Bodenfalle, Herbar)

• Nahrungsbeziehungen

• Blattzersetzung verschiedener Blätter zuordnen

• Lebensräume/Ökosysteme können vom Menschen beeinflusst werden (z.B.

Düngung; Kresse-Experiment mit Asche)

Lehrplan NaWi

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TF (5) Sonne - Wetter - Jahreszeiten

• Aggregatzustände und Teilchenmodell

• Wuchsabhängigkeit von Licht/Sonne/Temperatur (z.B. Messungen/Foto-

bzw. Videodokumentationen von Wuchshöhe, Blattfläche, ggf. auch

Gewichtszunahme der Pflanze

TF (7) Stoffe im Alltag

• Der Boden als Stoff (Bestandteile); Trennung von Stoffen (Boden als Filter)

• Nachweis von Stoffen, Steckbriefe von Stoffen

Lehrplan NaWi

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Biologie Sek I

TF (1) Vielfalt

• Bestandsaufnahme einer (Wald-)Fläche zeichnen• Standortbedingungen ermitteln, z.B. Temperatur, Lichtverhältnisse,

Bodentyp, Bodenfeuchte, Bodenqualität, Säuregehalt, etc. Hinweis Geographie und Chemie

• Bsp. mit dem Waldboden assoziierte Vielfalt erkennen:- Abhängigkeit von Umweltbedingungen und menschl. Einfluss- Vegetation (natürliche V. und reale V.)- Laub- und Nadelbäume, Mono-/Mischkulturen - Blütenpflanzen, Farne, Flechten, Pilze - Symbiose/Parasitismus/Halbparasitismus (z.B. Misteln)- Tiere des Bodens

⇒ Alle Elemente sind am Ökosystem Wald und Waldbodenbeteiligt.

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Biologie Sek I

TF (4) Pflanzen

• Aufgaben der Sprossachse, Wasserleitung (z.B. Fleißiges Lieschen: Versuche mit gefärbtem Wasser), Stabilität (z.B. Baumringe interpretieren � Bodenfeuchte)

• Aufgaben der Rinde (z.B. Ringelungsversuch)

• Struktur- und Leistungsvergleich von grünen Pflanzenteilen (z.B. Mikroskopie von Laubblatt und Baumnadel; Flächenberechnung von Laubblättern)

• Bestimmung der Höhe der Waldbäume (z.B. Ermittlung durch Stock in Armlänge: gleichseitig-rechtwinkliges Dreieck durch Abstand zum Baum bilden)

• Baumschäden interpretieren (Schädlinge, Sturm, etc.)

• Ideale Wachstumsbedingungen ermitteln (z.B. Düngeversuch)

• Aussage über Bodenzusammensetzung anhand von Zeigerpflanzen treffen – Vergleich mit Daten aus chemischer Analyse

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Biologie Sek I

TF (5) Ökosysteme im Wandel

Bsp. Wald/Waldboden• Waldzusammensetzung Statistik: z.B. verändertes

Vorkommen von Bäumen in Deutschland anhand von Klimadaten, Bodenfeuchte, Säuregehalt, Mineralien, etc.

• Hinweis Geographie und Chemie

• Nahrungsnetze erstellen (z.B. Spurenanalyse, Laubblattzersetzung dokumentieren) und in die Kategorien Produzenten, Konsumenten, Destruenten einteilen

• Betrachtung: Auswirkungen von Holzeinschlag, gezielte Aufforstung und Jagd auf den Wald, seine Bewohner und den Boden

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Biologie Sek IILT (3) Umwelt & Innenwelt lebender Systeme

• Ökosystemerkundung, Messung und Interpretation von Umweltfaktoren (z.B. Licht, Wärme, Wasser, Mineralien, Nährstoffe, Luftqualität, etc.)

• Dynamik von Ökosystemen: trophische Struktur, Energieflüsse, Stoffkreisläufe (z.B. Versuche zum Abbau organischer Materie, Durchmischung der Bodenschichten durch Organismen, Aschedüngung, Hinweis Chemie)

• Mensch und Biosphäre: CO2-Erzeugung, Wirtschaftswachstum: Ökonomische Betrachtung

• Umweltschutz vor Ort: Ver-/Entsorgung, Terrestrische Forstwirtschaftliche Kulturen (z.B. Kartierung, Recherche, Experteninterview)

• Landwirtschaftliche Kulturen (z.B. Übertragbarkeit von Aschedüngung von Wald auf Landwirtschaft experimentell prüfen)

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Biologie Sek II

LT (6) Entstehung und Veränderung lebender Systeme

• Zukunft des Menschen, Bevölkerungsentwicklung, Umwelt, Ressourcenbedarf• z.B. Fläche ermitteln, die zur Ernährung der Menschen notwendig ist

• Labor/Freilandversuche:- Schädigung des Bodens durch menschlichen Einfluss- Ansätze für den Erhalt bzw. die Verbesserung der Bodenqualität entwickeln (z.B. Erosionsschutz, Erntetechniken), Schutz der Inhaltsstoffe (chem. Düngung versus Gründüngung), - Renaturierung verseuchter Böden (Neutralisation/Filterwirkungen/bakterieller Abbau der Stoffe)

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Chemie Sek I

TF (1) Chemikers Vorstellungen von Stoffen

• Stoffe bestehen aus Teilchen (TF 3 Molekül, Ion (TF2) (Hinweis Biologie)• Bodenbestandteile: z.B. Mineralien näher betrachten

TF (3) Heizen und Antreiben• Umwelt und Verantwortung; Brennstoffe aus der Natur (Hinweis

Biologie)

TF (6) Säuren und Laugen• Experimentelle Bestimmen des pH Wertes von sauren und alkalischen

Lösungen; Indikatoren• Umwelt und Verantwortung (Hinweis Biologie)

TF (9) Den Stoffen auf der Spur• Umwelt und Verantwortung (Hinweis Biologie)• Bestimmung von Mineralien

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TF (10) Gefährliche Stoffe• Grenzwert/Konzentration/ Düngung/Überdüngung

TF (11) Stoffe im Fokus von Umwelt und Klima• Geschichte der Energieversorgung der Menschen• Technologie und Industrie (Emissionshandel; Senken von CO2)• Klimadebatte• Treibhausgase

Chemie Sek I

Grundkurs: Chemie

Bodenbestandteile: Qualitative und Quantitative Bestimmungen

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Grundkurs: Chemie

pH Wert Erfasung-an verschiedenen Bodenschichten --- Wurzelumgebung -Oberflächenwasser etc. (Hinweis -Biologie & Geographie)

z.B. bei Eisenmangel keine ausreichende Chlorophyllbildung (Hinweis Biologie)

Bodeninhaltsstoffe: Grundlage für Wachstum

Saurer RegenBodenkalkungTreibhauseffektKalkkreislauf (Hinweis Biologie & Geographie)

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Bodenbestandteile: Qualitative und quantitative Bestimmungenvon Mineralien (Ionen); Schwermetalle

Ton/Humus/Ionenaustauscher

Filterwirkung von Böden

Leistungskurs: Chemie

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pH- Wert Bestimmung z.B.:-verschiedenen Bodenschichten-Wurzelumgebung -Oberflächenwasser etc.

Thema: saurer RegenKalkung des BodensBoden pHPuffersystemeTreibhauseffektKalkkreislauf

Leistungskurs: Chemie

Komplexierungsreaktionen z.B. bei Eisenmangel keine ausreichende Chlorophyllbildung (Magnesium-Komplex)

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• Versauerung• Versalzung• Ionenaustauschkapazität• Nachweisgrenzen von Inhalts-

stoffen in OberflächenwasserBewertung analytischer Methoden

Leistungskurs: Chemie

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Wie geht es weiter –dem Boden auf den Grund?

Wir bitten um Rückmeldung bezüglich

o Ihrer Ideen und Bedarfe für die experimentelle, interdisziplinäre Herangehensweise zur Erkundung des Themenbereiches Boden

o der Beteiligung Ihrer Schule/Fachbereiche/Lehrkräfteo der beteiligten Klassenstufen und -stärkeno der Anzahl Jugend forscht/Facharbeiten

Bitte bis Mittwoch, 04.02.2015 per E-Mail an:

Dipl.-Biol. Kirstin Gerberkgerber@rhrk.uni-kl.de

Tel.: 0631 205 2109