Das Untersuchungsobjekt besteht primär aus dem durch das Wurzelwerk eines einzelnen Baumes beeinflußten Bodenvolumen. Wie in der Abgrenzung des Themas (Kapitel 12) erläutert wurde, sollen für dieses definierte Bodenvolumen der Wasserhaus-halt und die durch die Senkenwirkung der wasseraufnehmenden Wurzeln bewirkten Sik-kervorgänge beschrieben werden.
Der Boden, von RICHARD et al. (1980) als Lokalform «Oberforst» behandelt, gilt nach diesen Autoren als «stark saure Moder-Parabraunerde, leicht pseudovergleyt, aus Löß»
(Abbildung 9). Für weitere bodenphysikalische Kennwerte sei auf die oben erwähnte Publikation wie auch aufGERMANN (1976) verwiesen.
Gleichwohl soll hier auf die in 240 bis 260 cm liegende Kalkgrenze hingewiesen wer-den, die bei der Interpretation der Tiefensickerung eine Rolle spielen wird.
Der für die Untersuchung ausgewählte Baum ist eine etwa 85 jährige Douglasie (Pseudo-tsuga menziesii, var. viridis) mit einem Brusthöhendurchmesser (BHD) von 81 cm und
50
100
tSO
200
250 Abbildung 9
(5) Btcn 1
..
..
C
Profilskizze «Oberforst».
einer Höhe von 42,35 m im April 1975. Die oberirdische Stamm-Masse betrug zum selben Zeitpunkt 7 ,54 m3• Der im darauffolgenden Jahr erzielte Höhenzuwachs erreichte 45 cm, daraus resultierte bis zum April 1976 eine Höhe von 42,80 Metern.
Die Form und Ausdehnung des Wurzelwerks wird wohl durch unterschiedliche Bodeneigenschaften beeinflußt, die grundsätzliche Erscheinungsform bleibt jedoch immer die gleiche. Die Douglasie « •.• bildet regelmäßig ein typisches Herzwurzelwerk aus ... » (KösTLER et al. 1968, S. 136). Abbildung 10 veranschaulicht die Eigenschaften dieses Wurzelsystems.
Die Douglasie bildet meist zwei Wurzelkränze aus: einen eher flachstreichenden oberen und einen schräg abwärts gerichteten unteren. Eine Pfahlwurzel wird nicht aus-gebildet.
Die Douglasie besitzt ein äußerst intensives Feinwurzelsystem, das, zusammen mit den Hauptwurzeln, den Bodenraum unterhalb der Kronenprojektion halbkugelkörmig erschließt.
Eine für die Beurteilung der effektiven Länge der Vegetationsperiode interessante Anmerkung ist die folgende: in der oben mehrmals erwähnten Arbeit von KöSTLER wird dargelegt, daß das Wurzelwachstum der Douglasie in der Größenordnung von 20 Tagen vor dem oberirdischen Austreiben beginnt, das heißt, daß auch schon außerhalb der sogenannten Vegetationsperiode mit einer relativ intensiven Wasseraufnahme gerechnet werden müßte. In milden Wintern ist anzunehmen, daß bei ausreichender Wasserversor-gung bei den meisten Bäumen ein Wurzelwachstum stattfindet.
Nach mündlicher Mitteilung von K. Foerst (Institut für Bodenkunde und Standorts-lehre der FFA München) nimmt die Douglasie auch im Winter nach 2-3 schönen Tagen die Assimilationstätigkeit vorübergehend wieder auf, was bei tiefen Temperaturen zur Austrocknung des Baumes führen kann. Diese Aussage bezüglich Wiederaufnahme der Assimilationstätigkeit wird in BENECKE und v AN DER PLOEG (1979) bestätigt.
Mit diesen Hinweisen ist auch der Begriff der Assimilationsruhe etwas relativiert worden.
Abbildung 10 Schematische Darstellung des Wurzelwerks der Douglasie.
Nach KöSTLER et al. (1968).
42 Methodik
Die Untersuchungsmethodik wird anhand von Abbildung 11 erklärt. Der Boden soll hier grundsätzlich als offenes System behandelt werden. In einem solchen System wird der Substanz- und Energieaustausch in beliebiger Richtung unter natürlichen Verhältnis-sen und ohne künstliche Einschränkungen aufrechterhalten und somit auch die im folgen-den besonders interessierende Wasserbewegung (vgl. RICHARD, 1969).
Die methodische Auslegung des Versuchs basiert auf der Bilanzgleichung:
wobei:
N' + Z = A + TS + ET
±
~VZufuhr
=
Entnahme±
VorratsveränderungN'
=
durchtropfender Niederschlag = Bestandesniederschlag=
Freiland-ETz
A
niederschlag N - Interzeption I
= Evapotranspiration
=
Evaporation E + Transpiration T seitlicher Zufluß}. 1. h Abfl ß Z - A
=
lateraler Fluß LF=
seit 1c er u TS = Tiefensickerung~ V Wasservorratsveränderung im Wurzelraum
Die Komponenten TS, A und Z bezeichnen Flüsse durch eine horizontale bzw. verti-kale Trennfläche, die den definierten Wurzelraum vom angrenzenden Nicht-Wurzelraum trennt.
Zur Definition des Wurzelraums schien die geometrische Form eines Zylinderkörpers am vernünftigsten. Die Bestimmungsgrößen des Zylinders sind der Radius r sowie die Zylinderhöhe h.
Der Radius r wurde ermittelt, indem erstens vom Untersuchungsbaum aus in 5 Strah-len, die .zu 5 Nachbarbäumen liefen, mittels Neutronensonden-Messungen jeweils die Wassergehaltsverteilung in der x/z-Ebene während der Vegetationsperiode bestimmt wurde. Im zweiten Schritt konnte in jeder Ebene der Ort oder die Zone des jeweiligen höchsten Wassergehalts, somit des minimalsten Wasserentzugs und der geringsten Wur-zelbeeinflussung festgestellt werden.
Für die Zylinderhöhe h mußte berücksichtigt werden, daß der untere Rand zur Berech-nung der Tiefensickerung TS mit Sicherheit unterhalb der Wurzelzone liegen sollte. Das war nötig, um die Randbedingungen des Darcy-Gesetzes nicht zu verletzen.
Aufgrund der Daten aus den Neutronensonden-Messungen und den Erfahrungen von GERMANN (1976) wurde diese Tiefe auf 3 m festgelegt.
Für diesen definierten Zylinderkörper können nun die Bilanzglieder wie folgt bestimmt: werden: Der durchtropfende Niederschlag N' wird knapp über Boden mit ein-fachen Niederschlags-Totalisatoren bestimmt. Die so ermittelte Größe entspricht dem oberirdisch zugeführten Wasser. Die stark rissige Borke der Douglasie verhindert eine Versorgung der Bodenoberfläche mit Stammabflußwasser.
Die Bestimmung der lateralen Flüsse A und Z erfolgt unter Anwendung des Darcy-Gesetzes, beruhend auf repräsentativen Saugspannungsmessungen, knapp innerhalb und außerhalb des Zylindermantels. Vergleiche dazu Abbildung 11: Über die Meßstrecke zwischen den Meßpunkten Pi und Pa wird der repräsentative Fluß (A oder Z) für die Zylindermantel-Teilfläche Fn berechnet.
Auf gleiche Weise wird der vertikale Fluß, die Tiefensickerung TS, über repräsentative Saugspannungs-Meßpunkte in zwei übereinander liegenden Horizontalebenen n0 und nu, berechnet.
Zur Ermittlung des Wasservorrats im ganzen Bodenzylinder dienen sechs radial an-geordnete Tensiometerblöcke. Anhand der jeweiligen Saugspannungswerte und der ent-sprechenden Desorptionskurven kann der Wassergehalt für jeden Meßpunkt bestimmt
Douglasie
Tensiometer
N1+Z=A+TS+ET (±tN)
t1 [1
N. Messung1 1 1 1 ,.
1 ", 1 1 '
1 1 '
1 1 '
1 1 '
1 '
1 \
1 \
1 1 1 1
Offenrand
Neutr. Sonde
Abbildung 11 Darstellung der Methodik (offenes System).
werden. Durch Zuordnung eines Repräsentativvolumens zu jedem Meßpunkt wird so über das ganze Bodenvolumen der Gesamtwassergehalt errechnet.
Als Restglied der Bilanzierungsgleichung (gesuchte Größe) bleibt somit die Evapora-tion E an der Bodenoberfläche sowie die TranspiraEvapora-tion T des Baums, zusammengefaßt:
die Evapotranspiration ET.
Durch die während des Versuchs vegetationslos gehaltene Bodenoberfläche kann die Evaporationsrate als äußerst klein angenommen werden. Die Transpiration T wird somit, zusammen mit der Evaporation E, der Wasseraufnahme durch die Wurzeln gleich-gesetzt.
Die Beurteilung der pflanzenphysiologischen Bedeutung der gemess.enen Saugspan-nungen im Wurzelraum erfolgt direkt durch die Meßwerte an den 6 radial angeordneten Meßblöcken. Dies erlaubt, wie in Kapitel 212 bereits dargelegt, eine Aussage über das Ausmaß der Wasserverfügbarkeit für die Pflanzenwurzeln bzw. über die dazu aufzuwen-denden Energien.
In Abbildung 11 ist auch der Einsatz der Neutronensonde angedeutet, die zuerst zur Wassergehaltsbestimmung ohne Tensiometer eingesetzt wurde. Später dienten diese Meßwerte der Bestimmung der Beziehung Wassergehalt/Saugspannung bzw. Wasser-gehalt/Leitfähigkeit (k-Werte ).