D. Charakterisierung der Versuchsflächen und der Versuchsjahre
IV. Diskussion und Folgerungen
a) Methodische Erfahrungen
Im Laufe der nter uchungen wurden methodi ehe Erfahrungen gesammelt, welche für die künftigen tudien dieser Art wertvoll sein können.
Beim Tensiometer erwies sich die orgfältige Entlüftung vor der Inbetriebnahme a1 ehr wichtig. Zu Beginn der Unter uchungen verloren wir viel Zeit und Mühe mit dem Ersetzen von Kapillaren, in welchen sich ständig Luftblasen bildeten. Es wäre be er gewesen, die konduktometri chen Meßelemente innerhalb der Ten iometer-Meßstellen zu vergraben, talt zwei Meter davon entiernt. Man hätte damit eine bessere Entsprechung mit den Ten iometerable ungen erreicht. Es wäre sehr wünschenswert, wenn man die Saugspannung mit einem einzigen In trumententyp direkt und über den ganzen Bereich von ättigung bi zum permanenten Welkepunkt messen könnte. Man arbeitet bereits ver chiedenenorts an der Entwicklung solcher Tensiometer.
Für den ersuch «Buchberg» wäre eine engere Tiefenstaffelung der Tensiometer vorteilhaft gewesen. tatt der gewählten Meßtiefen in 10, 50, 100 und 160 cm er cheint nachträglich eine erteilung in 10, 50, 90, 130 und 160 cm Tiefe besser.
Hingegen hätte man vielleicht auf der Kahlfläche und im Bestand je eine Meßstelle auslassen können. Auf die e Wei e erhielte man nicht nur eine genauere Information über die jeweilige Saugspannung verleilung im Bodenprofil, sondern man könnte die Tiefen ickerung in einem Bodenab chnilt berechnen, der mit größerer Sicherheit außerhalb des Wurzelraumes läge.
Bei rasch wechselnden aug pannungen nach intensiven Regengüs en konnten mit dem zwei- bis dreitägigen Ahle erhythmu der Gang der Bodenfeuchtigkeit oft nicht mit allen wün chbaren Einzelheiten erfaßt werden. Besonders im « Winzlerboden»
entgingen intere sante Phasen der Wa erinfiltration und Perkolation zwischen den relativ langen Ableseintervallen. Aus diesem Grunde könnten in künftigen Unter•
suchungen registrierende Ten iometer wertvolle Dienste lei ten. Zur Zeit unserer Feld-versuche waren solche noch nicht verfügbar. Das Interesse und die Anwendungsmög•
lichkeiten für solche Meßeinrichtungen ist jedoch groß.
Die Erfahrung zeigte, daß sich die Ten iometer zur genauen Messung der Druck-höhe im gesättigten Boden nicht gut eignen. Will man daher die hydraulischen Gra-dienten genau kennen, so müssen in Böden, wo Wasserspiegel zu erwarten sind, Piezo-meter eingebaut werden.
Eine bessere Kontrolle der ET-Berechnung wäre möglich gewesen, wenn auf den Versuchsflächen Evaporimetermes ungen durchgeführt worden wären.
Vom arbeitstechnischen Gesichtspunkt betrachtet, gewinnt man bei solchen Boden-untersuchungen sehr viel, wenn man in einem skelettfreien Versuchsboden arbeiten kann. Obwohl der «Buchberg»-Boden nur wenig kelett enthielt, bereiteten die Steine immer noch viel Mühe und verursachten besonders beim Einbau der Instrumente in tieferen Horizonten beträchtliche chwierigkeiten. Auch die Probenahmen wurden stark erschwert.
Eine weitere große Erleichterung gewährt die Datenauswertung mit Rechenauto-maten, die in solchen Versuchen in Zukunft unbedingt angestrebt werden sollte.
Die angewandte Methodik hat sich im allgemeinen bewährt, sie bedarf jedoch noch mancher Vervollkommnung owohl in bezug auf die Instrumente wie auch auf die Anordnung der Meßan1age.
b) Besprechung der Ergebnisse
Der Verlauf der augspannungen zeigte in den beiden Ver uchsjahren 1965 und 1966 eine ausgesprochene jahreszeitliche Periodizität. Außerdem bewirkten die großen chwankungen, welchen die Klimaelemente unterworfen sind, von Jahr zu Jahr beträchtli he nterschiede im Was erbau halt. Daraus erhellt die Bedeutung des · Fak-tor Zeit bei Standort beurteilunaen. Bei Momentaufnahmen zur Bodenbeurteilung wird die mögliche Streubreite de Wa erhau halte oft unter chätzt, und man läßt ich durch den augenblicklichen Zu tand de Bodens leicht zu Fehlbeurteilungen ver-leiten. Ökologi eh wichtige orgänge wie Wa er tau, Austrocknung be tim.roter Horizonte und An ammlung der Winterfeuchtigkeit können je nach Witterung sehr ver chieden au fallen und die Wach turn bedingungen wesentlich verändern.
Der Boden «Buchberg» teilt einen häufigen Waldbodentyp de schweizerischen Millellandes dar: eine· taub- und tonreiche Braunerde auf Grundmoräne der Würm-Eiszeit, schwach sauer, aber mit teilwei e noch erreichbarem Karbonat in 90 bis 120 cm Tiefe, zur erdichtung neigend. Flach wurzelnde Baumarten würden hier die Verdichtung fördern und die ökologi ehe Griindigkeit reduzieren. Die Untersuchungen zeigen, daß in die em Boden die verwertbare Wa sermenge durch den gelegentlichen Was errück tau vergrößert wird, indem ein Teil de ogenannten Gravitationswa · er (w0) den Pflanzen ebenfalls zur erfügung teht. Die Vitalität der Buchen läßt darauf chließen, daß ihnen dieser tandort zu agt. Um o erstaunlicher i t es, daß dort normalerweise während eine Teil de Winter , und in nas en Jahren sogar wäh-rend mindesten zwei Monaten der egetation periode, ein Was erspiegel bis in den Wurzelraum hinein an tehen kann. E gehört offenbar zur ökologischen Amplitude
der Buche, daß ie ol he Bodenvernäs ungen guL zu über tehen vermag, obwohl es heißt, ie ertJ:ao-e «nas e Füße» ni ht. Auch der kapillare Was eraufstieg in den Wur-zelraum kann eine ermelu:uno- des erfügbaren Wa sers bewirken. Die Berechnun-,.,.en für die er uch fläche «Buchberg» im Jahre 1966 zeigen jedoch, daß es sich um recht kleine Meno-en handell: in der ganzen Meßperiode wurde die kapillar aufge tie-gene Wa ermenge in 160 cm Tiefe (negali e Tiefen ickerung) mit 19 mm berechnet Im « Winzlei-boden» war es wahr cheinlich noch bedeutend weniger, weil dort die Leitfähigkeit des ungesättigten Bodens unlerhalb 90 cm Tiefe prakti eh null ist.
Durch die Geo-enüberstellung vero-Jeichbarer Böden mit und ohne Waldvegetation trat der Einfluß de· Walde auf den Was erhaushalt deutlich hervor. Diese auf kleinen Flächen festgestellten Wirkungen wnmieren sich in den Einzug gebieten und prägen die Abflußverhältni se. Während der egetationsruhe war der Unterschied im Wa.
serhau halt zwi eben Be tand und Kahlflächen am gering ten. Dies i t auf die redu-zierte Tran piration und Interzeption - minde ten im Laubholzbe tand der Versuchs-fläche «Buchberg» - zurückzufühi-en. Wähi-end der egetationszeit tellten wir jedoch große Unter chiede im Was erhau halt fe t. Im «Buchberg» tand 1965 auf der Kahl-fläche bis in den Monat Augu t ein Was erspiegel weniger als 160 cm tief unter der Bodenoberfläche, während der Boden im Be tand bereits ab Mitte Juni bis in 160 cm Tiefe nicht melu· gesättigt war. Aber auch nach dem Ver chwinden des Wasserspiegel
erreichte die augspannung auf der Kahlfläche nie so hohe Werte wie im Bestand. Als Beispiel ei der 15. Oktober 1965 angeführt. In der Reihenfolge 10, 50, 100, 160 cm Tiefe beh·ug die augspannung damal auf der Kahlfläche 72, 46, 94 und 90 WS cm, im Be tand waren e 132, 86, 205 und 189 WS cm. Im gleichen Sinne unterschieden sich die beiden Flächen auch 1966. och extremer als im «Buchberg» waren die Saugspannungsunterschiede zwi chen Kahlfläche und Be land im sandigen Braunerde-boden « Winzlerboden». Die größte auf der Kahlfläche gemessene Saug pannung betrug 142 WS cm (am 17. Juni 1966). Zur gleichen Zeit herr chten im Bestand Saug pannungen zwischen 198 WS cm und 12 at.
Aber nicht nur der Gang der Saug pannung wa1· auf den Kahlflächen und in den Be tänden der ersuchsflächen sehr ver chieden, andern auch die aus dem Wurzel-raum heraussickernde Wassermenge, die wir Tiefen_,ickerung (v7,) nennen. Im Jahre 1965 betrug die e auf der Ver uch fläche «Buchberg» in der Periode vom 13. Augu t bis zum 10. September im Be tand in gesamt 4,7 mm, und auf der Kahlfläche 27,8 mm. In der gleichen Periode des Jahres 1966 war die Tiefen ickerung im Bestand sogar negativ, das heißt aufwärts gerichtet, nämlich - 0,7 mm. Auf der Kahlfläche wurde sie in der gleichen Periode auf+ 21,7 mm berechnet. Auf der er uchsfläche
«Winzlerboden» waren die Verhältnisse ähnlich.
Zu diesen Feststellungen ist zu bemerken, daß es sich hier nicht um eine spezi-fische Wirkung der Waldvegetation handelt. Auch landwirtschaftliche Kulturen ver•
ringern die Tiefensickerung gegenüber einer Kah!Iläche durch Interzeption und Eva-potranspiration. Die hydrologische Bedeutung einer egetation form soll aber nicht nur an der nutzbaren Wassermenge, sondern auch an der Güte die es Wasser beur·
teilt werden. Es besteht kein Zweifel darüber, daß der Wald chemisch und biologisch
reineres Wasser produziert als die landwirtschaftlich genutzten Flächen, wo mit der Düngung und Schädlingsbekämpfung dem Bodenwasser vielerlei Verunreinigungen zugeführt werden.
Der Verlauf der Tiefens.ickerung war unter den Waldbeständen durch eine aus-geprägte jahreszeitliche Periodizität gekennzeichnet. Winter und Frühlung sind Zeiten großer, Sommer und Herbst kleiner Tiefensickerung. Auf der Versuchsfläche «Buch-berg» betrug die Tiefensickerung 1965 unter dem Waldbestand im Frühling bis in den Früh ommer einige Millimeter pro Tag (Wasserspiegel vorhanden), im Laufe des ommer nahm er - mit Unterbrüchen - ab und hörte im September während unge-fähr einer Woche überhaupt auf. Im ovember begann bereits der für den Winter charakteri tische Anstieg. Die Anwesenheit eines Wasserspiegels während des größten Teils des Winters 1965/66 läßt auf hohe vr-Werte (schätzungsweise bi 6 mm/Tag) in dieser Jahreszeit schließen. Demgegenüber waren die jahrsezeitlichen Schwankun-gen auf den Kahlflächen weniger ausgeprägt. Im «Buchberg» stand die Tiefensicke-rung auf der Kahlfläche in den beiden Versuchsjahren nie still, und im «Winzler-boden» 1966 nur während einiger Tage im Monat Juni.
In un ern Untersuchungen ging e um die Erfassung des Wasserhaushaltes von Waldböden. Die Gegenüberstellung mit Flächen ohne Vegetation, aber vergleichbarem Boden ollte den Einfluß des Waldes auf den Wasserhaushalt hervortreten lassen. Wie es sich bereits bei der Besprechung der Ergebnisse gezeigt hat, müßten parallele
nter-uchungen an vergleichbaren Böden mit Waldbestand und verschiedenen landwirt-chaftlichen Kulturen durchgeführt werden, wollte man die Rolle des Waldes für den Wasserhau halt einer Gegend im richtigen Rahmen sehen. Außerdem harren noch viele andere Fragen der Abklärung, wie zum Bei piel der Einfluß der Hangneigung auf die Tiefensickerung und der Einfluß der verschiedenen Baumarten auf den Wa
-erhaushalt des Waldbodens. Die Beantwortung die er Fragen wird in Zukunft immer mehr Bedeutung gewinnen.
Die Wasserbilanzrechnung zeigt in erster Linie, daß die gemessenen Summanden der Bilanzgleichung im allgemeinen in den Rahmen des Was erhaushalte pa sen.
Trotz einigen Unstimmigkeiten, insbesondere im Versuch «Buchberg» während der Perioden mit Wasserspiegeln oberhalb 160 cm Tiefe, kann man daraus chließen, daß die gewählte Betrachtung wei e de Wa erhau halte auch eine angenäherte quanti-tative Erfas ung der Bilanz ermöglicht. Obwohl die berechneten Evaporations- und Evapoh·anspiration werte nicht fehlerfrei ind, bedeuten ie doch einen gangbaren Weg zur indirekten Mes ung der an sich chwer zu bestimmenden Evapotran piration von Waldbe tänden. Eine einwandfreie Methodik zu deren direkten Bestimmung fehlt bis heute noch.
F. Zusammenfassung
Der Was erbau halt eine Boden , ird tark von der aetation beeinflußt. Da Ziel die er rbeit war die Wirkung der ald eo-etalion auf au gewählten tandorlen mög.
lieh t quantitativ zu erfas en. Das lntere e aalt vor allem der erfügbarkeit de Wa er für die Pflanzen, der Wa serbe, eaung unterhalb de Wurzelraumes und den zeitlichen Veränderungen, welche im Bodenwa erhau halt als Folge der Witterung auftreten.
Auf zwei er uch flä hen wurden jeweils die gleichen Mes ungen auf einer Kahl-fläche und in einem Waldbestand dur hgefülut. Die Meßanlagen bestanden au Regen-mes ern Ten iometern, eleklTo-konduktomeu·ischen Feu htemeßelementen, Was er-standsrohren und tammabfluß-Meßgeräten. Die phy ikali chen Kennwerte, welche in den ver chiedenen Berechnun°en al Parameter eingesetzt werden mußten, be timmten wir im Laboratorium. Hiezu 0ehörten die reelle und die cheinbare Dichte die Wa er-desorption kurven, die Durchlä igkeit koeffizienten im gesättigten und im ungesättig-ten Boden. Außerdem wurden noch einige weitere phy ikali ehe und chemi ehe Eigen-chaften der Böden, wie Kornarößen erteilung der Feinerde und die Kationenau.
tau chkapazität, bestimmt.
Die beiden er uch flächen «Buchberg» und « Winzlerboden» liegen im nordö 1·
liehen Teil des chweizeri eben Mittellande . Der Boden der Fläche «Buchher0» bei Marthalen i t eine chwach aure bi aure, taubreiche und kelettarme Braunerde auf Grundmoräne de Rheingletscher der Würm-Eiszeit. eine Durchlä sigkeit ist chwach gehemmt bi normal. Darnuf tockte ein Laubmi chwald-Be tand mit vor•
wiegend Traubeneiche und Buche im tadiurn des schwachen Baumholzes. Der Boden der Ver uch fläche « Winzlerboden» i l eine andige, übermäßig durchlä ige, aure Braunerde auf tonarmem Fluß and einer Ero ion terra e im iederterra en chotter des Rheins, be tockt mit einem lockeren Föhren-Altholzbe land. Die Feldbeobach-tungen dauerten im Ver uch «Buchberg» vom Mai bi Mitte ovember 1965 und von Mitte April bis Mitte ovember 1966. Im Winter 1965/66 wurden nur Wa er piegel•
tiefen gemessen. Im «Winzlerboden» währte die Beobachtung periode von Ende April bis Mitte ovember 1966. Beide er uchsjahre zeichneten ich durch außergewöhn-lich hohe ieder chläge au .
Die iederschläge wurden owohl auf den Kahlflächen wie auch unter den Wald-be Länden gemes en. Im 35jährigen Laubholz-Mi ·chbesland der Ver uchsfläche
«Buchberg» betrug der ieder chlag in der Periode vom 1 7. Mai bi zum 11. ovem·
her 1965 76,4
%
des ieder chlage auf der benachbarten Kahlfläche, wo 755 mm gemessen wurden.In
der gleichen Zeil gelangten im Be tand 102 mm oder ) 3,5%
des ieder chlages al tammabfluß auf den Boden. 76 mm oder 10,1
%
blieben an den oberirdischen Pflanzenteilen hängen, ohne den Boden zu erreichen (Interzeption).Im Jahre 1966 war die Interzeption prozentual etwa höher, nämlich 13,2
%
der Periode vom 14. April bis zum 31. Oktober. Auf der Ver uchsfläche « Winzlerboden»wurde in der Zeil vom 5. Mai bi zum 31. Oktober 1966 im Föhren-Altbestand eine lnterzeption von 125 mm oder 25,2
%
des Gesamtniederschlages während dieserPeriode festgestellL. Den Stammabfluß konnte man in die ·em Bestand vernachlässigen.
Der erlauf der Saiigspannung im Boden widerspiegelt die Einflüsse der ieder-schlagsverteilung und der Vegetation. Die Wirkung der Vegetation war beispielsweise besonders .im Frühjahr 1966 sehr deutlich: in beiden Versuchsflächen war zu beob-achten, daß die Saugspannung im Bestand tärker anstieg als auf der Kahlfläche, nachdem sie bis Ende April beidenorts ungefähr gleich gewesen war. Erst im Winter glichen sich die Unter ·chiede zwischen Be tand und Kahlfläche wieder au . Die Wir-kung der iederschlagsverteilung auf den Saugspannungsverlauf geht aus den Tafeln 1 bis 3 klar hervor. Die treuung der augspannung im gleichen Bodenhorizont war unter dem Be tand fast ausnahm los größer. Am 16. August 1965 beh-ug die Streuung sx der Saug pannung zwischen den Meßstellen des Versuchs «Buchberg» im Bestand 180 WS cm in 10 cm Bodentiefe und auf der Kahlfläche 20 WS cm. Während der gan-zen Meßperiode trocknete der Boden im Wurzelraum nie bis zum permanenten Welke-punkt aus. Die höchste Saugspannung war im «Buchberg» 774 WS cm. Sie wurde am 17. Juni 1966 in 10 c_m Tiefe im Bestand erreicht. Es war also auch bei deT größten Austrocknung immer noch verwertbares W a ser im Boden. Im Ver uchsboden « Winz-lerboden» traten höhere Saug pannungen auf als im «Buchberg». Am 17. Juni 1966 erreichte die augspannung im Bestand in 35 cm Bodentiefe 12 at. Aber auch damals war im ganzen Wurzelraum immer noch 38 mm verwertbare Wa ser vorhanden.
Mit Hilfe des Darcy-Gesetzes wurde die unterhalb des Wurzelraumes auf- und abwärts sickernde Wassermenge (Tiefensickerung) berechnet. Während aller ver-gleichbaren Perioden war diese im Be tand kleiner als auf der Kahlfläche, au genom-men im April 1966 auf der Versuchsfläche «Buchberg». Vom 13. August bis zum 10. eptember 1965 betrug die Tiefen ickerung im Bestand «Buchberg» 4,7 mm und auf der Kahlfläche 27 ,8 mm. Au h 1966 war das Verhältnis während der Vegetation · periode ähnlich. Im Bestand wurde zeitweise ogar ein Wa serauf tieg festge tellt, der auf insge amt 19 mm berechnet wurde. Im « Winzlerboden» konnte ebenfall - wenn auch nur qualitativ - nachgewie en werden, daß die Tiefen ickerun" auf der Kahl-fläche wesentlich größer war als im Be tand.
Mit den gemes enen und berechneten Gliedern de Wasserbau haltes wurde eine Bilanzrechnung durchgeführt, in welcher die Evapotranspiration und die Evaporation auf der KahlHäche al Di.fferenzglieder er chienen. Im Be tand wurden in der Regel höhere Evapotranspirationsmengen berechnet al auf der benachbarten Kahlfläche.
Vom 3. Juni bis zum l. Juli 1966 (28 Tage) betrug nach dieser Rechnung die Evapo-transpiration des Bestande 74 mm (2,6 mm/Tag) und die Evaporation auf der Kahl-fläche bloß 44 mm (1,6 mm/Tag). Au nahmen waren die Perioden vor und nach der Vegetation zeit. Auf der Kahlfläche war damal die Evaporation gleich oder höher als die Evapotran piration im Be tand. o belief sich die Evaporation vom 28. Oktober bi zum 22. ovember 1966 (25 Tage) auf der Kahlflä he «Buchberg» auf 38 mm (1,5 mm/Tag) gegenüber einer Evapotranspiration des Bestande von 24 mm (1,0 mm/Tag). Während die er Zeitperiode war die Tran piration de Bestandes prak-tisch= 0, so daß der erhaltene Wert im Be tand nur Evaporation bedeutet. Die e i t im Bestande kleiner als auf der Freifläche.