4. Ergebnisse und Diskussion 1 Bodenphysikalische Kenngrößen
4.1.2 Ungestörte Bodenmonolithe Sandboden, Standort Bruchköbel
Auf dem sandigen Standort führte die Pflugbearbeitung zu geringen Differenzierungen der Porenraumgliederung über die Tiefe (Abb. 4-2 a). Der natürliche Setzungsprozess nach der Bodenbearbeitung hatte eine Abnahme des Gesamtporenvolumens (GPV) mit der Tiefe um rund 12 Vol.% zur Folge, die hauptsächlich auf die Abnahme der Poren > 120 µm zurückzuführen ist. Gleichzeitig nahm der Anteil der engen Poren < 3 µm um rund 4 Vol.% zu. Der Anteil der weiten Grobporen > 120 µm dominierte insbesondere die oberen Bodenzentimeter, wo er rund 50 % des GPV stellte.
Der Verzicht auf die wendende und mischende Bodenbearbeitung resultierte in einer deutlich differenzierteren Porenraumgliederung und einer Reduktion des GPV um durchschnittlich 9 Vol.% (Abb. 4-2 b). Einhergehend mit dem reduzierten GPV der Direktsaatvariante ergibt sich mit 1,68 g*cm-³ eine höhere mittlere Lagerungsdichte als für die Pflugvariante (1,46 g*cm-³). Während der lockere Boden unter Pflugbearbeitung von weiten Poren geprägt wurde, lag der Schwerpunkt im dichten Direktsaatboden auf dem Anteil der Poren < 3 µm, die im Mittel gut 50 % des GPV ausmachten. Der Anteil der sehr weiten Poren > 120 µm lag hingegen bei lediglich 20
% des GPV.
Der Boden unter Grünland zeigt über die Tiefe eine zum Direktsaatboden vergleichbare Porenraumgliederung (Abb. 4-2 c). Diese Beobachtung macht deutlich, dass die langjährige Bodenruhe unter Direktsaat zu einer nahezu natürlichen Bodenstruktur geführt hat. Der dichte Wurzelfilz bedingte in den oberen Zentimetern der Grünlandvariante aber ein stark erhöhtes Gesamtporenvolumen. Bemerkenswert ist der über die Tiefe nahezu konstante Anteil der Poren zwischen 3 und 30 µm, der mit durchschnittlich 11,5 Vol.% gegenüber den landbaulich genutzten Böden deutlich erhöht ist.
Insgesamt kann anhand der Porenraumgliederungen der unterschiedlichen Varianten gezeigt werden, dass die Bodennutzung und –bearbeitung erheblichen Einfluss auf die Bodenstruktur hat. Für den kolloidalen Transport ist dabei die Betrachtung weiter Poren wichtig, deren Anteil in der Direktsaatvariante am geringsten war.
Abb. 4-2: Porengrößenverteilung in Abhängigkeit von der Tiefe für die ungestörten Bodenmonolithe der sandigen Braunerde, Standort Bruchköbel. (a) Pflugvariante, (b) Direktsaatvariante, (c) Grünlandvariante
(a)
(b)
(c)
0 10 20 30 40 50 60
-2 -5 -10 -15 -20 -30 -40
Tiefe [cm]
Vol. %
FP <0,2 µm EMP 0,2-3 µm WMP 3-10 µm EGP 10-30 µm MGP 30-50 µm WGP 50-120 µm SWGP >120 µm
0 10 20 30 40 50 60
-2 -5 -10 -15 -20 -30 -40
Tiefe [cm]
Vol. %
FP <0,2 µm EMP 0,2-3 µm WMP 3-10 µm EGP 10-30 µm MGP 30-50 µm WGP 50-120 µm SWGP >120 µm
0 10 20 30 40 50 60
-2 -5 -10 -15 -20 -30 -40
Tiefe [cm]
Vol. %
FP <0,2 µm EMP 0,2-3 µm WMP 3-10 µm EGP 10-30 µm MGP 30-50 µm WGP 50-120 µm SWGP >120 µm
Unterboden der sandigen Braunerde
Die Porengrößenverteilung für die Säulen aus dem Unterboden zeigt insbesondere für die ungestörte Variante ein geringes GPV mit durchschnittlich nur 30,4 Vol.%
gegenüber 37,3 Vol.% in der gestörten Variante (Abb. 4-3). Das geringere GPV des ungestörten Unterbodens wird hauptsächlich bedingt durch den geringeren Anteil an Poren > 120 µm, der Porenbereich zwischen 30 – 120 µm trägt in geringerem Maße dazu bei. Während im natürlich gelagerten Unterboden die Porenverteilung über die Tiefe nahezu konstant war, wurde in der gestörten Variante eine Abnahme der weiten Grobporen und eine leichte Zunahme der engen Poren < 3 µm beobachtet, die auf die Verdichtung durch die Auflast und das Rütteln beim Einfüllen des Materials zurückzuführen ist. Die vertikale Behandlung mit dem Proctorstempel hatte dagegen in den oberen Bodenzentimetern des Sandes keine Verdichtung verursacht.
Die leichte Zunahme des Grobporenanteils > 50 µm im Unterboden ist vermutlich mit der Zunahme des Skelettanteils zu erklären, die im Feld beobachtet werden konnte.
Gegenüber den ungestörten Bodenmonolithen aus dem Oberboden der sandigen Braunerde zeigt der Unterboden ein deutlich reduziertes Porenvolumen. Insbesondere der Anteil der engsten Feinporen < 0,2 µm war erniedrigt. Mit zunehmender Tiefe und dem Übergang vom bearbeiteten Oberboden zum gewachsenen Unterboden ist demnach eine Veränderung der Bodenstruktur zu beobachten, die zu unterschiedlichen Voraussetzungen für den kolloidalen Transport führt.
Abb. 4-3: Porengrößenverteilung in Abhängigkeit von der Tiefe für die Unterbodenvarianten der sandigen Braunerde, Standort Bruchköbel. (a) gestörte Variante, (b) ungestörte Variante
(a)
(b)
0 10 20 30 40 50 60
-2 -5 -10 -15 -20 -30 -40
Tiefe [cm]
Vol. %
FP <0,2 µm EMP 0,2-3 µm WMP 3-10 µm EGP 10-30 µm MGP 30-50 µm WGP 50-120 µm SWGP >120 µm
0 10 20 30 40 50 60
-2 -5 -10 -15 -20 -30 -40
Tiefe [cm]
Vol. %
FP <0,2 µm EMP 0,2-3 µm WMP 3-10 µm EGP 10-30 µm MGP 30-50 µm WGP 50-120 µm SWGP >120 µm
Lössboden, Standort Hassenhausen
Der Unterschied zwischen den verwendeten Böden lässt sich wie bereits bei den gestörten Säulen (vgl. Kap. 4.1.1) gleichermaßen an den ungestörten Bodenmonolithen darstellen. Der Lössboden verfügte generell über ein höheres Gesamtporenvolumen als der Sandboden mit einem durchschnittlich doppelt so hohen Anteil feiner Poren < 3 µm.
In der Pflugvariante war eine Abnahme des Gesamtporenvolumens über die Tiefe um 6,5 Vol.% zu beobachten, die nahezu ausschließlich auf die Verringerung des Anteils weiter Poren > 120 µm zurückzuführen ist (Abb. 4-4 a). Dahingegen zeigte der Porenbereich zwischen 3 – 30 µm nahezu keine Veränderung über die Tiefe und bildete mit ca. 8 Vol.% (ca. 18 % des GPV) eine Möglichkeit zur Verlagerung von Kolloiden.
Bei der Direktsaatvariante war das GPV gegenüber der Pflugvariante deutlich reduziert. Dies ergibt sich nahezu ausschließlich aus der Reduktion des Anteils der Poren zwischen 3 – 50 µm, während sich der Anteil feiner Poren < 3 µm mit durchschnittlich ca. 28 Vol.% durch das Unterlassen der Bodenbearbeitung nicht verändert hat (Abb. 4-4 b). Die oberen Bodenzentimeter des Direktsaatbodens zeigten in allen Porenbereichen ein leicht erhöhtes Porenvolumen, welches auf die sehr flache Einarbeitung von Mulchresten zurückzuführen ist. Dieser Bearbeitungsschritt war vor der Einsaat notwendig geworden.
Der Porenraum der Grünlandvariante war dominiert von den engen Poren < 3 µm, die durchschnittlich 30 Vol.% einnahmen (Abb. 4-4 c). Das mit der Tiefe abnehmende GPV wies sehr geringe Anteile im Porenbereich zwischen 30 – 120 µm und über die Tiefe etwa konstante Werte für die Poren zwischen 3 – 30 µm auf. Die Abnahme des GPV über die Tiefe ist vorwiegend auf die Abnahme feiner Poren (0,2 – 3 µm) und sehr weiter Poren > 120 µm beschränkt. Die oberen Bodenzentimeter zeigten auch beim Lössboden aufgrund der Durchwurzelung stark erhöhte Porenvolumina.
Bei deutlichen Differenzen zwischen den beiden Böden, lassen sich grundsätzlich ähnliche Unterschiede zwischen den Nutzungs- bzw. Bearbeitungsvarianten feststellen. Auch beim Lössboden zeigte die Direktsaatvariante das geringste GPV und die geringsten Anteile weiter Poren. Vergleichbar zum Sandboden wiesen die Pflugvariante und der Boden unter Grünland hohe Porenanteile zwischen 3 – 30 µm auf.
Abb. 4-4: Porengrößenverteilung in Abhängigkeit von der Tiefe für die ungestörten Bodenmonolithe der Löss-Parabraunerde, Standort Hassenhausen. (a) Pflugvariante, (b) Direktsaatvariante, (c) Grünlandvariante
(a)
(b)
(c)
0 10 20 30 40 50 60
-2 -5 -10 -15 -20 -30 -40
Tiefe [cm]
Vol.%
FP <0,2 µm EMP 0,2-3 µm WMP 3-10 µm EGP 10-30 µm MGP 30-50 µm WGP 50-120 µm SWGP >120 µm
0 10 20 30 40 50 60
-2 -5 -10 -15 -20 -30 -40
Tiefe [cm]
Vol. %
FP <0,2 µm EMP 0,2-3 µm WMP 3-10 µm EGP 10-30 µm MGP 30-50 µm WGP 50-120 µm SWGP >120 µm
0 10 20 30 40 50 60
-2 -5 -10 -15 -20 -30 -40
Tiefe [cm]
Vol.%
FP <0,2 µm EMP 0,2-3 µm WMP 3-10 µm EGP 10-30 µm MGP 30-50 µm WGP 50-120
Insgesamt lässt sich festhalten, dass sich die eingesetzten Böden in ihrer Struktur deutlich unterscheiden. Der Unterschied ist dabei, wie an den gestörten Varianten in Kapitel 4.1.1 dargestellt, vorwiegend auf die unterschiedliche Korngrößenzusammensetzung zurückzuführen. Der vom Schluff dominierte Lössboden verfügt über ein großes Gesamtporenvolumen mit hohem Anteil feiner Poren < 3 µm. Durch den hohen Feinkornanteil konnte sich in der Parabraunerde ein stabiles, feinporiges Gefüge bilden, bei dem sowohl Intra- als auch Interaggregatporen zum Wasserhaushalt beitragen. Der Sandboden dagegen zeichnet sich, bedingt durch die geringe Bindigkeit, durch eine schwache Struktur aus. Der Vergleich zwischen der ungestörten Pflugvariante (Abb. 4-2 b) und der gestörten 10 mm-Variante (Abb. 4-1 c), der nur geringe Differenzen aufzeigt, verdeutlicht diese Beobachtung.
Die Anteile der im Hinblick auf den kolloidalen Transport wichtigen Poren zwischen 3 – 50 µm zeigen geringe Differenzen zwischen den Böden. Hingegen hat die Bodennutzung bzw. –bearbeitung erheblichen Einfluss auf ihren Anteil am GPV sowie auf die gesamte Bodenstruktur.
Der Verzicht auf die Bodenbearbeitung führt auf beiden Standorten zu geringeren Porenvolumina. Die Reduktion des GPV kann dabei jeweils auf die Reduktion des Anteils weiter Poren zurückgeführt werden. Beim Sandboden geht dies mit einer Umverteilung der Poren zugunsten des Feinporenanteils einher, der in der Literatur als Folge der Bodenruhe beschrieben wird (VAZQUEZ ET AL., 1991; BEISECKER, 1994;
HARRACH & RICHTER, 1994; AZOOZ ET AL., 1996; FREDE & DABBERT, 1999).
Die Grünlandvarianten weisen auf beiden Böden ähnliche Porenvolumina wie die Direktsaatböden auf. Der dichte Wurzelfilz führt aber zu stark erhöhten Porenvolumina in den oberen Bodenzentimetern. Gegenüber den ackerbaulich genutzten Böden zeigen die Grünlandvarianten höhere Anteile im Porenbereich zwischen 3 – 30 µm.
4.2 Kenngrößen des Wasserflusses