Der Einfluss von Befahrung alter Rückegassen mit einem schweren Rückezug auf mechanische, strukturelle und funktionelle Eigenschaften eines mit Fichten bestockten Lössbodens in Abhängigkeit von der Fahrwerkkonfiguration

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Der Einfluss von Befahrung alter Rückegassen mit einem schweren Rückezug auf mechanische, strukturelle und funktionelle Eigenschaften eines mit

Fichten bestockten Lössbodens in Abhängigkeit von der

Fahrwerkkonfiguration

Dissertation von

Malte Esra Horvat

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Agrarwissenschaften der Universität Kassel als Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktor der Naturwissenschaften (Dr. rer. nat.) angenommen.

Promotionsort: Witzenhausen Tag der Disputation: 16.02.2023

Erstgutachter: Prof. Dr. Stephan Peth Zweitgutachter: Prof. Dr. Dirk Jaeger

Prüfungskomitee bei der Disputation:

1. Prüfer: Prof. Dr. Stephan Peth 2. Prüfer: Prof. Dr. Dirk Jaeger

3. Prüferin: Prof. Dr. Maria Renate Finckh

4. Prüfer: Prof. Dr. Oliver Hensel

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II

Widmung

Meinen Eltern G. und L. und Großeltern R. H. und F., meinen Geschwistern R., V.

und D., meinen Freunden D., B., A. und M. und meiner Liebsten L.

„Was ist das Schwerste von allem?

Goethe antwortete darauf in den Xenien:

„Was dir das Leichteste dünket: Mit den Augen zu sehen, was vor den Augen dir liegt.“

Beim Blick nach unten sagte er in seinen Wanderjahren:

„An und im Boden findet man für die höchsten irdischen Bedürfnisse das Material, eine Welt des Stoffes, den höchsten Fähigkeiten des Menschen zur Bearbeitung übergeben [...]“

Er kannte Montaigne.

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III

Vorwort

Die in dieser Dissertation gezeigten Daten wurden im Rahmen des Verbundprojektes

„Bodenschonender Maschineneinsatz im Wald“ („BoMaWa“) vom Verfasser in Zusam- menarbeit mit den Projektkolleginnen und -kollegen erhoben. Am Projekt beteiligt wa- ren das Fachgebiet Bodenkunde der Fakultät für Ökologische Agrarwissenschaften der Universität Kassel (Leitung: Prof. Dr. Stephan Peth), die Abteilung Arbeitswissen- schaft und Verfahrenstechnologie der Fakultät für Forstwissenschaften und Waldöko- logie der Georg-August-Universität Göttingen (Leitung: Prof. Dr. Dirk Jaeger) und die Firma FELASTO PUR GmbH & Co. KG aus Beverstedt (Geschäftsführung: Dr.-Ing.

Achim Weidmann). Das Verbundprojekt wurde von der Fachagentur für nach- wachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gefördert (Förderkennzeichen des vom Autor bear- beiteten Teilvorhabens „BodMech“: 22007915). Als Versuchsfläche wurde ein ebener Fichtenbestand auf Löss mit dauerhaft angelegtem Feinerschließungssystem im Forstrevier Ebergötzen der Niedersächsischen Landesforsten nahe der Ortschaft Holzerode ausgewählt. Die Befahrungsversuche und Probenahmekampagnen wurden in Zusammenarbeit des Fachgebiets Bodenkunde und der Abteilung Arbeits- wissenschaft und Verfahrenstechnologie in Absprache mit dem zuständigen Forstamt Reinhausen und dem Revierförster Reinhard Zietlow von 2016 bis 2017 durchgeführt.

Die Befahrungen mit dem Versuchsrückezug Rottne Solid F14 und die Spurtiefenmessungen wurden vom Projektkollegen Bastian Hinte (Abteilung Arbeits- wissenschaft und Verfahrenstechnologie der Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie der Georg-August-Universität Göttingen) vorgenommen. Die getesteten Leichtbau-Bogiebänder aus dem polyurethan-basierten Kunststoff FELASTEC^® wurden vom Projektpartner FELASTO PUR GmbH & Co. KG entwickelt und zur Verfügung gestellt. Für die bodenphysikalischen Messungen wurden die Labore und Messinstru- mente des Fachgebiets Bodenkunde der Fakultät für Ökologische Agrarwissen- schaften der Universität Kassel genutzt (Laborleitung und Etikettenaufsicht: Margit Rode). Die Messungen der in situ hydraulischen Leitfähigkeit und der spezifischen Dichte wurden Meisam Nazari und die Messungen der bodenmechanischen Parame- ter wurden Björn Krüger anvertraut. Die weiteren bodenphysikalischen in situ und ex situ Messungen wurden vom Autor persönlich durchgeführt. Alle verwendeten Daten wurden vom Autor persönlich aufbereitet, analysiert und visualisiert. Die in dieser Dis- sertation gezeigten Ergebnisse wurden teilweise bereits im Abschlussbericht des FNR- Verbundvorhabens BoMaWa veröffentlicht.

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IV

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis ... IX Tabellenverzeichnis ... XVII Abkürzungen und Symbole ... XX

Einleitung ... 25

Zielsetzung und Hypothesen ... 29

Stand der Forschung ... 33

3.1. Während der Befahrung auf den Boden wirkende Kräfte und resultierende Bodenverformung ... 33

3.2. Zusammenhänge zwischen der Befahrung von Waldboden mit schweren Forstfahrzeugen und den Bodeneigenschaften ... 35

3.2.3.1. Textur und Aggregierung ...38

3.2.3.2. Bodenverdichtung und Porengrößenverteilung ...39

3.2.3.3. Scherung, Porenkontinuität und Spurbildung ...41

3.2.4.1. Vorbelastung und Kompressionsbeiwert ...44

3.2.4.2. Scherfestigkeit ...46

3.2.4.3. Atterberg’sche Konsistenzgrenzen ...48

3.2.4.4. Eindringwiderstand ...50

3.2.5.1. Wasserleitfähigkeit ...51

3.2.5.2. Bodenbelüftung ...54

3.3. Externe Einflussgrößen der Befahrungswirkung ... 56

3.4. Auswirkung von Bodenschäden auf Bodenmikrofauna und Baumwachstum .. ... 61

3.5. Maßnahmen der Verminderung von Bodenschäden im Forst ... 64

Material und Methoden ... 67

4.1. Versuchsstandort... 67

4.2. Versuchsdesign und Probenahme ... 70

4.3. Bodenkundliche Grundkenngrößen ... 78

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V

4.4. Lagerungsdichte und Porengrößenverteilung ... 78

4.5. Vorbelastung und Kompressionsbeiwert ... 84

4.6. Setzung und Porenwasserdruck bei zyklischer Belastung ... 88

4.7. Scherfestigkeit, Kohäsion und Winkel der inneren Reibung ... 92

4.8. Atterberg'sche Konsistenzgrenzen ... 95

4.9. Luftleitfähigkeitsparameter ... 96

4.10. Gesättigte Wasserleitfähigkeit ... 103

4.11. In situ Eindringwiderstand ... 106

4.12. In situ Scherfestigkeit ... 107

4.13. In situ Sauerstoffdiffusionsrate ... 109

4.14. In situ nahegesättigte Wasserleitfähigkeit ... 112

4.15. Graphikproduktion, Berechnungen und Statistik ... 115

Ergebnisse ... 118

5.2. Lagerungsdichte und Spurbildung ... 120

5.3. Porengrößenverteilung ... 124

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VI

5.13. In situ gesättigte Wasserleitfähigkeit ... 181

Diskussion ... 183

6.2. Lagerungsdichte und Spurtiefe ... 185

6.3. Porengrößenverteilung ... 188

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VII

6.13. In situ nahegesättigte Wasserleitfähigkeit ... 223

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VIII

Synthese und Schlussfolgerungen ... 225

7.1. Einleitung ... 225

7.2. Rückschlüsse auf die Wirkung der historischen Befahrungen ... 225

7.3. Befahrungswirkung von Reifen und Bogiebändern mit zunehmender Befahrungshäufigkeit ... 229

7.4. Simulierte Hangneigung ... 237

7.5. Zusammenhänge zwischen den bodenphysikalischen Parametern ... 238

7.6. Quantifizierung des Stabilitätseffekts der natürlichen Gefügebildung ... 246

7.7. Zielgröße für den Bodenschutz bei der Holzernte ... 248

7.8. Grundbruch als Indikator für die Zielgröße technische Befahrbarkeit ... 249

Ausblick ... 251

8.1. Bodenschutz durch gesetzliche Regulation der maximalen Spurbildung bei Befahrung von Rückegassen ... 251

8.2. Versuchskonzept zur Feststellung von Spurtiefengrenzwerten und zur Erstellung von Bodenbefahrbarkeitskarten ... 252

8.3. In situ Druck-Scherapparat zur Simulation der Spurbildung ... 254

8.4. Bodenschutz durch Entwicklung autonomer Forstfahrzeuge für die Holzernte ... 256

Zusammenfassung ... 259

Summary ... 263

Literaturverzeichnis ... 266

Bildnachweise ... 296

Danksagung ... 297

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IX

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Sammelgassen mit Pfützenbildung nach Niederschlagsereignis im Versuchsareal bei Holzerode (Photos von Malte Horvat, 2016). ...27 Abbildung 2: Technische Illustration des Versuchsrückezugs Rottne Solid F14 mit Maßangaben in mm und inch (in) (Bildnachweis 1). ...29 Abbildung 3: NOKIAN^® Reifen (links, Bildnachweis 2) und Reifen mit MAGNUM^TM Bogiebändern (mitte, Bildnachweis 3) und FELASTEC^® Bogiebändern (rechts, Bildnachweis 4). ...30 Abbildung 4: Lage der Versuchsfläche im südlichen Niedersachsen (links, roter Punkt) und

Übersicht über kartierte und für die Befahrungsversuche verwendete Rückegassen auf der Versuchsfläche im Ludolfshain bei Holzerode (rechts). ...67 Abbildung 5: Leitprofil des Versuchsstandortes Holzerode - Parabraunerde aus Löss. ...69 Abbildung 6: Links: Transport von zwei wassergefüllten IBC Containern mit dem

Versuchsrückezug zum Zweck der Bewässerung. Rechts: Bewässerung eines Rückegassenabschnittes mit einem Schwenksprenkler. ...74 Abbildung 7: Schematisches Versuchsdesign. Lage der Befahrungsversuche mit NOKIAN^® Reifen und FELASTEC^® und MAGNUM^TM Bogiebändern auf den 0,7 m breiten Fahrspuren (grau) der 4 m breiten, alten Rückegassen 1-6 und Lage der Probenahmegruben im unbefahrenen Waldboden (grün) und in den Rückegassen (orange vor und hellbraun nach dem jeweiligen Befahrungsversuch). Der blau hinterlegte Bereich kennzeichnet die jeweils 5 m breiten und 14 m langen Bewässerungsflächen. ...75 Abbildung 8: A) Sandbad im Bau mit Auslassventilen (rote Hähne) für eine Entwässerung auf -10 und -30 hPa. An Auslässen sind durchlöcherte und mit Gaze umspannte Aluminiumrohre befestigt. Das graue Kunststoffrohr hinten links im Sandbad dient dem Befüllen mit Wasser. B) mit Sand befülltes einsatzfertiges Sandbad mit dicht schließendem Deckel. Der Deckel ist mit Schaumstoff ausgekleidet, der während der Entwässerung von Bodenzylindern stets feucht gehalten wird. Auf der Sandschicht befindet sich eine Kunststoffgaze mit 50 µm Maschenweite. C) Gelbe Kunststoffwannen mit dicht schließenden Deckeln und Keramikplatten im Inneren für eine Entwässerung bei -60, -150, -300 und -500 hPa. Die Keramikplatten sind jeweils über einen Schlauch an das Verteilersystem einer Unterdruckpumpe angeschlossen.

Der Unterdruck ist über zwei hintereinandergeschaltete Manometer regelbar.

Konzeption bzw. Bau der Entwässerungssysteme: Malte Horvat, Markus Hammer- Weis, Margit Rode, Björn Krüger, Daniel Uteau und Stephan Peth. ...82 Abbildung 9: Multistep-Ödometerapparat (Eijkelkamp Soil & Water, Niederlande, Giesbeek) mit Bodenprobe in Stechzylinder (4) zur Bestimmung des Setzungsverhaltens unter Auflast. ...86 Abbildung 10: Abgemehlte Kontaktfläche eines Hinterrades des Rottne Solid F14 8WD

Rückezugs auf einer alten Rückegasse. Die gelbe Umrandung zeigt die mit ImageJ (Version 1.51h; Schneider et al., 2012) vorgenommene automatisierte Erkennung des Flächenumrisses. Im Fenster rechts ist der Flächeninhalt (Area) in m² angezeigt, der anhand einer Kalibrierung der Pixelbreite mit der Skala des metrischen Gliedermaßstabes (Bildoberseite) berechnet wurde. ...90

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X Abbildung 11: Beispieldiagramm von zwei simulierten Befahrungen im Ödometer, die aus jeweils vier einzelnen Belastungsevents bestehen. Die rote Linie zeigt den Verlauf der programmierten Lastensequenz und die schwarze Linie die tatsächlich aufgebrachte Last. ...91 Abbildung 12: Scherfestigkeitsmessgerät (Eijkelkamp Soil & Water, Niederlande, Giesbeek)

vor dem Einbau einer Bodenprobe. ...93 Abbildung 13: Links: Casagrande Apparat (Eijkelkamp Soil & Water, Niederlande, Giesbeek);

rechts: Furchenzieher ...95 Abbildung 14: Eigenkonstruktion eines Labor-Luftpermeameters für die Messung sehr niedriger Luftdurchflussraten stark verdichteter Böden. Konzeption Malte Horvat und Stephan Peth; Bau in Kollaboration mit Markus Hammer-Weis (Fachgebiet Bodenkunde Universität Kassel) und Detlef Brill (Mechanikwerkstatt HPS Universität Kassel). ...98 Abbildung 15: Horvativ aus Edelstahl zum Be- und Entspannen von Stechzylindern mit Gaze.

Das auf eine Grundplatte geschweißte Stahlrohr weist an der Öffnung eine Fase auf, die invers zur Fase der Stechzylinder gleicher Durchmesser gerichtet ist. Konzeption und Zeichnung: Malte Horvat; Bau: Metallbau Schmutzler, Witzenhausen, Deutschland; Photo: Margit Rode 2022, mit freundlicher Genehmigung. ...99 Abbildung 16: Haubeninfiltrometer (Eijkelkamp Soil & Water, Niederlande, Giesbeek) zur

Messung der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit von Bodenproben in Stechzylindern. Links davon eine wassergefüllte Wanne mit Bodenproben (7) auf Filterpapier. Als Unterlage dient ein grobes Kunststoffnetz. Hinten rechts in der Wanne ist die stählerne Probenhaube (6) auf einer Bodenprobe installiert. ... 104 Abbildung 17: Penetrologger (Eijkelkamp Soil & Water, Niederlande, Giesbeek) zur in situ

Messung des Eindringwiderstandes des Waldbodens (Bildnachweis 5). ... 107 Abbildung 18: Scherflügel der Firma Geonor (USA, Augusta) mit angeschraubter mittlerer

Flügelsonde (4 cm Länge und 2 cm Durchmesser) zur in situ Messung des maximalen Scherwiderstands des Waldbodens (Ableseskala in kPa). ... 108 Abbildung 19: ODR Meter (Oxygen Diffusion Meter, Eijkelkamp Soil & Water, Niederlande,

Giesbeek) zur Messung der Sauerstoffdiffusionsrate. ... 111 Abbildung 20: Nachbau des „compact constant head permeameters“ von Eijkelkamp,

Giesbeek, Niederlande (Christian Wolff, Mechanikwerkstatt Universität Kassel). .. 113 Abbildung 21: Boxplots der Lagerungsdichte (ρB) in g cm^-3von ungestörten Bodenproben mit

236 cm³ Volumen (A und C) und mit 102 cm³ Volumen (B und D) jeweils aus TS1 und TS2 des unbefahrenen Waldbodens und der alten Rückegassen (RG1-6) vor und nach Befahrung mit NOKIAN^® Reifen und MAGNUM™ und FELASTEC^® Bogiebändern (n = 14-21). Die gestrichelten Linien stellen die Klassifikationsgrenzen der Lagerungsdichte nach AG Boden (2005) dar: <1,2 g cm^-3= sehr gering, 1,2-<1,4 g cm^-3 = gering, 1,4-<1,6 g cm^-3 = mittel, 1,6-<1,8 g cm^-3 = hoch,

≥1,8 g cm^-3 = sehr hoch. Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB = unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B = 1 Befahrung (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). ... 121 Abbildung 22: Fahrspuren nach 4 und 8 Befahrungen mit NOKIAN^® Reifen (Photos Malte

Horvat, 2016) ... 123

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XI Abbildung 23: Spurbildung bzw. Einspurung in cm nach 1, 4, 8 Befahrungen und 4 Befahrungen mit simulierter Hangneigung (4 BS) mit NOKIAN^® Reifen (schwarz) und MAGNUM™ (blau) und FELASTEC^® (gelb) Bogiebändern. Einspurungswerte sind Differenzwerte aus Spurtiefen jeweils vor und nach Befahrung. Spurtiefen sind arithmetische Mittelwerte von 3D-Laserscans aus jeweils 200 000 Datenpunkten je 12 m² großem Messfeld (Methodik siehe Hinte et al., 2019). Die Lasercans erfolgten bei jeder Befahrungsvariante parallel zu den bodenphysikalischen Messungen auf denselben Rückegassenabschnitten, mit je einem Messfeld pro Befahrungsvariante (n=1). Daten von Bastian Hinte von der Abteilung Arbeitswissenschaft und Verfahrenstechnologie, Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie der Georg-August-Universität Göttingen zur Verfügung gestellt. ... 124 Abbildung 24: Boxplots des prozentualen Anteils des Gesamtporenvolumens am

Gesamtbodenvolumen in Vol.-% von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenen Waldboden und aus den alten Rückegassen (RG1-6) vor und nach Befahrung mit NOKIAN^® Reifen und MAGNUM™ und FELASTEC^® Bogiebändern (n

= 14-21). Boxplot A zeigt Werte von Bodenproben aus 6-10 cm (TS1) und Boxplot B Werte aus 30-34 cm (TS2) Bodentiefe. Die gestrichelten Linien stellen die Klassifikationsgrenzen des Gesamtporenvolumens nach AG Boden (2005) dar: <30 Vol.-% = sehr gering, 30-<38 Vol.-% = gering, 38-<46 Vol.-% = mittel, 46-<54 Vol.-%

= hoch, ≥54 Vol.-% = sehr hoch. Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB

= unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B = 1 Befahrung (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). ... 125 Abbildung 25: Boxplots des volumetrischen Anteils der Porengrößenfraktion „nutzbare

Feldkapazität“ (nFK; Äquivalentporendurchmesser ca. 0,2-50 µm) am Gesamtbodenvolumen in Vol.-% von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenen Waldboden und aus den alten Rückegassen (RG1-6) vor und nach Befahrung mit NOKIAN^® Reifen und MAGNUM™ und FELASTEC^® Bogiebändern (n = 14-21). Boxplot A zeigt Werte von Bodenproben aus 6-10 cm (TS1) und Boxplot B Werte aus 30-34 cm (TS2) Bodentiefe. Die gestrichelten Linien stellen die Klassifikationsgrenzen der nFK nach AG Boden (2005) dar: 6-<14 Vol.-% = gering,14-

<22 Vol.-% = mittel, 22-<30 Vol.-% = hoch, ≥30 Vol.-% = sehr hoch. Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB = unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B = 1 Befahrung (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). ... 127 Abbildung 26: Boxplots des volumetrischen Anteils der Porengrößenfraktion „weite

Grobporen“ (wGP) bzw. Luftkapazität (Äquivalentporendurchmesser ca. >50 µm) am Gesamtbodenvolumen in Vol.-% von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenen Waldboden und aus den alten Rückegassen (RG1-6) vor und nach Befahrung mit NOKIAN^® Reifen und MAGNUM™ und FELASTEC^® Bogiebändern (n = 14-21). Boxplot A zeigt Werte von Bodenproben aus 6-10 cm (TS1) und Boxplot B Werte aus 30-34 cm (TS2) Bodentiefe. Die gestrichelten Linien stellen die Klassifikationsgrenzen der wGP nach AG Boden (2005) dar: <2 = sehr gering, 2-<5 Vol.-% = gering, 5-<13 Vol.-% = mittel, 13-<26 Vol.-% = hoch,

≥26 Vol.-% = sehr hoch. Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB = unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B

= 1 Befahrung (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). ... 129

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XII Abbildung 27: Boxplots des volumetrischen Anteils der Porengrößenfraktion „enge Grobporen“

(eGP; Äquivalentporendurchmesser ca. 10-50 µm) am Gesamtbodenvolumen in Vol.-% von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenen Waldboden und aus den alten Rückegassen (RG1-6) vor und nach Befahrung mit NOKIAN^® Reifen und MAGNUM™ und FELASTEC^® Bogiebändern (n = 14-21). Boxplot A zeigt Werte von Bodenproben aus 6-10 cm (TS1) und Boxplot B Werte aus 30-34 cm (TS2) Bodentiefe. Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB = unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B = 1 Überfahrt (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). ... 130 Abbildung 28: Boxplots des volumetrischen Anteils der Porengrößenfraktion „Mittelporen“ (MP

Äquivalentporendurchmesser ca. 0,2-10 µm) am Gesamtbodenvolumen in Vol.-%

von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenen Waldboden und aus den alten Rückegassen (RG1-6) vor und nach Befahrung mit NOKIAN^® Reifen und MAGNUM™

und FELASTEC^® Bogiebändern (n = 14-21). Boxplot A zeigt Werte von Bodenproben aus 6-10 cm (TS1) und Boxplot B Werte aus 30-34 cm (TS2) Bodentiefe.

Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB = unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B = 1 Überfahrt (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). ... 132 Abbildung 29: Boxplots des volumetrischen Anteils der Porengrößenfraktion „Feinporen“ (FP;

Äquivalentporendurchmesser ca. <0,2 µm) am Gesamtbodenvolumen in Vol.-% von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenen Waldboden und aus den alten Rückegassen (RG1-6) vor und nach Befahrung mit NOKIAN^® Reifen und MAGNUM™

und FELASTEC^® Bogiebändern (n = 14-21). Boxplot A zeigt Werte von Bodenproben aus 6-10 cm (TS1) und Boxplot B Werte aus 30-34 cm (TS2) Bodentiefe.

Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB = unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B = 1 Überfahrt (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). ... 133 Abbildung 30: Boxplots der Vorbelastungen (PV) in kPa von ungestörten Bodenproben aus

dem unbefahrenen Waldboden (UB) sowie aus den Rückegassen (VB1-6) vor und nach Befahrung mit den Fahrwerkkonfigurationen NOKIAN^®Reifen, MAGNUM™

Bogiebänder und FELASTEC^® Bogiebänder in 6-10 cm (TS1; A) und 30-34 cm (TS2;

B) Tiefe. Multistep-Drucksetzungsversuche erfolgten wie die Befahrungsversuche bei -60 hPa Soll-Vorentwässerung. Gestrichelte horizontale Linien zeigen Grenzen der Vorbelastungsklassen nach Lebert (2010): <80 kPa = sehr gering, 80-120 kPa = gering, 120-160 kPa = mittel, 160-200 kPa = hoch, >200 = sehr hoch.

Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB = unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B = 1 Befahrung (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). n = 15-24. ... 135 Abbildung 31: Erhöhung der medianen Vorbelastung in TS1 (A) und TS2 (B) als Differenz der

Vorbelastungen nach 1, 4 und 8 Befahrungen mit NOKIAN^®Reifen und MAGNUM^TM und FELASTEC^® Bogiebändern zu den Vorbelastungen der jeweiligen alten Rückegassen vor Befahrung. ... 136 Abbildung 32: Boxplots der Kompressionsbeiwerte (CC) in log(kPa)^-1 von ungestörten

Bodenproben aus dem unbefahrenen Waldboden (UB), sowie aus den Rückegassen (RG1-6) vor und nach Befahrung mit den Fahrwerkkonfigurationen NOKIAN^®Reifen,

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XIII MAGNUM™ Bogiebänder und FELASTEC^® Bogiebänder in 6-9 cm (TS1; A) und 30- 33 cm (TS2; B) Tiefe. Multistep-Drucksetzungsversuche erfolgten wie die Befahrungsversuche bei -60 hPa Soll-Vorentwässerung. Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB = unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B = 1 Befahrung (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). n = 15-24. ... 137 Abbildung 33: Streudiagramme mit linearen Regressionsgeraden der Vorbelastungen (Pv; A)

in kPa und Kompressionsbeiwerte (CC; B) in log(kPa)^-1 von vorverdichteten homogenisierten Bodenproben aus dem Al-Horizont (zusammengesetzt aus Mischproben verschiedener Probenahmegruben im Versuchsgebiet) als Funktion ihrer künstlich auf 1,3, 1,4 und 1,5 g cm^-3eingestellten Lagerungsdichte (ρB). Jeweils gemessen bei -60 hPa (Vierecke) und -300 hPa (Rauten) Soll-Vorentwässerung. Der Asterisk * zeigt an, dass das der jeweiligen Regressionsgerade zugrundeliegende lineare Modell und die Regressionskoeffizienten bei einem Signifikanzniveau von α=0,05 statistisch signifikant sind (statistische Testergebnisse siehe Tabelle 8); n = 12. ... 138 Abbildung 34: Boxplots der Vorbelastungswerte (PV in kPa, gemessen bei -60 hPa Soll- Vorentwässerung) des künstlich vorverdichteten homogenisierten Bodens, des unbefahrenen Waldbodens und der alten Rückegassen vor Befahrung in Abhängigkeit von der Lagerungsdichte (ρB) in g cm^-3. Der Boden der unterschiedlichen Versuchsvarianten stammt jeweils aus 6-10 cm Tiefe (TS1).

Abkürzungen: Homog.=aus den Probenahmegruben im Versuchsgebiet gepoolter homogenisierter Waldboden mit künstlicher Vorverdichtung auf 1,3, 1,4 und 1,5 g cm^-3, UB = unbefahrener Waldboden, VB1-6 = Boden aus den alten Rückegassen 1-6 vor den Befahrungsversuchen. n = 4 (homogenisierte Bodenproben einzelner Lagerungsdichten), n = 24 (UB), n = 15-24 (VB1-6). Asterisken (*) und unterschiedliche Buchstaben zeigen gemäß heteroskedastizitäts-robustem Welch-t- Test eine statistisch signifikante Differenz für p<0,05 bei einem Signifikanzniveau von α = 0,05 an (zugrundeliegende Statistik siehe Kapitel 4.15). ... 142 Abbildung 35: Streudiagramme der A) Vorbelastungen (PV) in kPa gegen die

Lagerungsdichten (ρB) in g cm^-3, B) Kompressionsbeiwerte (CC) in log(kPa)^-1 gegen die Lagerungsdichten (ρB) in g cm^-3 und C) Kompressionsbeiwerte (CC) in log(kPa)^-1 gegen die Vorbelastungen (PV) in kPa, jeweils mit angepassten linearen Regressionsgeraden und Bestimmtheitsmaßen (R²). Die einzelnen Wertepaare stammen jeweils von Messungen an derselben Bodenprobe aus 6-9 cm Tiefe (TS1) des vorverdichteten homogenisierten Bodens (blaue Quadrate und Regressionsgeraden), des ungestört entnommenen unbefahrenen Waldbodens (grünen Rhomben und Regressionsgeraden) und der alten Rückegassen vor und nach den Befahrungsversuchen (schwarze Punkten und graue Regressionsgeraden).

Vorbelastungen und Kompressionsbeiwerte wurden jeweils bei -60 hPa Soll- Vorentwässerung im Ödometer bestimmt. Der Asterisk (*) zeigt an, dass das zugrundeliegende statistische Modell und die Koeffizienten bei einem Signifikanzniveau von α=0,05 statistisch signifikant sind (statistische Testergebnisse siehe Tabelle 9). n=12 für homogenisierten Boden; n=23 für unbefahrenen Waldboden; n=381 für Boden aus den Rückegassen. ... 144 Abbildung 36: Arithmetische Mittelwerte und Konfidenzintervalle der negativen Dehnung in %

(links) und der maximalen Porenwasserdrücke ψmax in hPa mit Auflasten auf der Sekundärachse in kPa (rechts) von künstlich rückverdichtetem homogenisiertem

(15)

XIV Waldboden, ungestörtem unbefahrenem Waldboden (UB) und Boden aus den alten Rückegassen VB1 und VB2 jeweils aus TS1 (6-9 cm Tiefe) in Abhängigkeit von der Anzahl von Belastungszyklen im Ödometer. Die Belastungsversuche fanden bei Soll- Vorentwässerungen von -30 hPa (A und B), -60 hPa (C und D) und -300 hPa (E und F) statt. n=4 (homogenisiert), n=8 (UB, VB1 und VB2). ... 148 Abbildung 37: Verlauf des Porenwasserdrucks während der ersten von acht simulierten

Befahrungen im Ödometer am Beispiel des unbefahrenen Mineralbodens. Die Peaks des Porenwasserdrucks korrespondieren mit den Belastungssimulationen der 4 Reifenüberrollvorgänge während einer Befahrung. Initiale Porenwasser- drücke -30, -60 und -300 hPa. n=8. ... 151 Abbildung 38: Verlauf des Porenwasserdrucks während 8 simulierter Befahrungen im Ödometer erfasst mit Mikrotensiometern am Beispiel einer Einzelmessung an einer Bodenprobe aus TS1 des unbefahrenen Waldbodens, initialer Porenwasserdruck -30 hPa. ... 151 Abbildung 39: Arithmetisch gemittelte maximale Scherwiderstände τmax [kPa] bei 150 kPa Auflast (σn) mit Standardabweichungen des unbefahrenen Waldbodens (UB) und der Rückegassen (RG1-6) vor den Befahrungsversuchen (VB1-6) und nach den Befahrungsversuchen (1 B = 1 Befahrung, 4 BS = 4 Befahrungen mit simulierter Hangneigung, 4 B = 4 Befahrungen und 8 B = 8 Befahrungen) jeweils in 6-9 cm (TS1, A) und 30-33 cm (TS2, B) Bodentiefe. n=2-3 (Stichproben sind die Werte einzelner Probenahmegruben). ... 157 Abbildung 40: Streudiagramme von Wertepaaren von A) Reibungswinkeln φ [°] und

Corg-Gehalten [Gew.-%], B) Kohäsionen C [kPa] und Corg-Gehalten [Gew.-%], C) Reibungswinkeln φ [°] und Tongehalten [Gew.-%] und D) Kohäsionen C [kPa] und Tongehalten [Gew.-%] jeweils mit linearer Regressionsgeraden und Bestimmtheitsmaß R². Die einzelnen Wertepaare aller untersuchten Versuchsvarianten stammen jeweils aus TS1 bzw. TS2 derselben Probenahmegrube.

Reibungswinkel φ [°] und Kohäsionen C [kPa] wurden im direkten Scherapparat an ungestörten Bodenproben bei -60 hPa Soll-Vorentwässerung bestimmt. n=72. .... 158 Abbildung 41: Streudiagramme von Wertepaaren von A) Plastizitätsindizes IP [Vol.-%] und

Tongehalten [Gew.-%] und B) Fließgrenzen WL [Vol.-%] und Tongehalten [Gew.-%]

jeweils mit linearer Regressionsgeraden und Bestimmtheitsmaß (R²). Wertepaare stammen aus beiden Tiefenstufen der in Tabelle 12 aufgeführten Probenahmegruben; n=12. Der Asterisk (*) zeigt an, dass das der linearen Regressionsanalyse zugrundeliegende statistische Modell und die Koeffizienten bei einem Signifikanzniveau von α=0,05 signifikant sind (statistische Testergebnisse siehe Tabelle 13). ... 160 Abbildung 42: Streudiagramme von Wertepaaren von A) Reibungswinkeln φ [°] und

Plastizitätsindizes IP [Vol.-%], B) Reibungswinkeln φ [°] und Fließgrenzen WL [Vol.-%], C) Vorbelastungen PV [kPa] und Fließgrenzen WL [Vol.-%], D) maximalen Scherfestigkeiten τmax [kPa] bei 400 kPa Auflast σn und Fließgrenzen WL [Vol.-%]

jeweils mit linearer Regressionsgeraden und Bestimmtheitsmaß (R²). Wertepaare stammen aus beiden Tiefenstufen der in Tabelle 12 aufgeführten Probenahmegruben; n=11-12. Der Asterisk (*) zeigt an, dass das der linearen Regressionsanalyse zugrundeliegende statistische Modell und die Koeffizienten bei einem Signifikanzniveau von α=0,05 signifikant sind (statistische Testergebnisse siehe Tabelle 13). ... 161

(16)

XV Abbildung 43: Streudiagramme von Wertepaaren von A) Fließgrenzen WL [Vol.-%] und Corg-Gehalten [Gew.-%] und B) Plastizitätsindizes IP [Vol.-%] und Corg-Gehalten [Gew.-%] jeweils mit linearer Regressionsgeraden und Bestimmtheitsmaß (R²).

Wertepaare stammen aus beiden Tiefenstufen der in Tabelle 12 aufgeführten Probenahmegruben; n=12. Der Asterisk (*) zeigt an, dass das der linearen Regressionsanalyse zugrundeliegende statistische Modell und die Koeffizienten bei einem Signifikanzniveau von α=0,05 signifikant sind (statistische Testergebnisse siehe Tabelle 13). ... 162 Abbildung 44: Arithmetische Mittelwerte der Luftpermeabilitäten Ka mit Standardabweichungen

von Bodenproben aus 6-10 cm Tiefe (TS1) der unterschiedlichen Versuchsvarianten als Funktion des luftgefüllten Porenvolumens (εa) jeweils bei den Entwässerungsstufen -10, -30, -60, -150, -300 und -500 hPa. Die Kurvenverläufe wurden linear gefittet. n=14-21. ... 165 Abbildung 45: Arithmetische Mittelwerte der Luftpermeabilitäten Ka mit Standardabweichungen

von Bodenproben aus 30-34 cm Tiefe (TS2) der unterschiedlichen Versuchsvarianten als Funktion des luftgefüllten Porenvolumens (εa) jeweils bei den Entwässerungsstufen -10, -30, -60, -150, -300 und -500 hPa. Die Kurvenverläufe wurden linear gefittet. Der Wertebereich der x-Achse ist bei UB größer als bei den Rückegassen, damit die vollen Standardabweichungen dargestellt werden können.

n=14-21 ... 166 Abbildung 46: Boxplots der Luftpermeabilität Ka in µm² in 6-10 cm Tiefe (TS2) des

unbefahrenen Waldbodens (UB) und der Rückegassen (RG1-6) vor den Befahrungsversuchen (VB1-6) und nach 1, 4, 8 Befahrungen (1, 4, 8 B) sowie 4 Befahrungen mit simulierter Hangneigung (4 BS) mit NOKIAN^® Reifen und

MAGNUM™ und FELASTEC^® Bogiebändern bei den

Entwässerungsstufen -10 hPa, -30 hPa, -60 hPa, -150 hPa, -300 hPa und -500 hPa.

Der y-Achsenbereich ist so gewählt, dass die Boxen gut erkennbar sind. Daher sind nicht alle Whiskerlängen vollständig abgebildet. n=14-21. ... 167 Abbildung 47: Boxplots der Luftpermeabilität Ka in µm² in 30-34 cm Tiefe (TS2) des

unbefahrenen Waldbodens (UB) und der Rückegassen (RG1-6) vor den Befahrungsversuchen (VB1-6) und nach 1, 4, 8 Befahrungen (1, 4, 8 B) sowie 4 Befahrungen mit simulierter Hangneigung (4 BS) mit NOKIAN^® Reifen und

MAGNUM™ und FELASTEC^® Bogiebändern bei den

Entwässerungsstufen -10 hPa, -30 hPa, -60 hPa, -150 hPa, -300 hPa und -500 hPa.

Der y-Achsenbereich ist so gewählt, dass die Boxen gut erkennbar sind. Daher sind nicht alle Whiskerlängen vollständig abgebildet. n=14-21. ... 168 Abbildung 48: Boxplots der logarithmierten gesättigten Wasserleitfähigkeit (kf) in log10(cm d^-1) von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenen Waldboden (UB) sowie aus den Rückegassen (VB1-6) vor und nach Befahrung mit NOKIAN^®, MAGNUM™ und FELASTEC^® Bogiebändern in 6-10 cm Tiefe (TS1) und 30-34 cm Tiefe (TS2). Die gestrichelten Linien stellen die Klassifikationsgrenzen der kf-Werte in log10(cm d^-1) nach AG Boden (2005) dar: <0 = sehr niedrig, 0-1 = niedrig, 1-1,6 = mittel, 1,6-2 = hoch. Abkürzungen der Versuchsvarianten: UB = unbefahrener Waldboden (grün), VB1-6 = alte Rückegassen vor Befahrungsversuchen (blau), 1 B = 1 Befahrung (gelb), 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (orange), 4 B = 4 Befahrungen (hellrot), 8 B = 8 Befahrungen (dunkelrot). n = 14-21.

... 172

(17)

XVI Abbildung 49: Arithmetisch gemittelte Eindringwiderstände [MPa] und deren Standardabweichungen im unbefahrenen Waldboden (UB) und in den alten Rückegassen 1 und 2 vor den Befahrungsversuchen (VB1 und VB2) als Funktion der Bodentiefe [cm]. Messungen erfolgten bei einem in 0-6 cm Tiefe bestimmten Wassergehalt von ca. 21 Vol.-%. n = 39 (UB), 20 (VB1), 19 (VB2). ... 174 Abbildung 50: Arithmetisch gemittelte Eindringwiderstände [MPa] und deren

Standardabweichungen vor und nach Bewässerung in den Rückegassen VB1 (A) und VB2 (B), trocken 21 Vol.-%. (dunkelblau), feucht 34 Vol.-% (hellblau) als Funktion der Bodentiefe [cm]. n =16 (VB 1 trocken), 30 (VB 1 feucht), 19 (VB 2 trocken), 5 (VB 2 feucht). ... 175 Abbildung 51: Arithmetisch gemittelte Eindringwiderstände [MPa] und deren Standardabweichungen in Rückegassen RG1 (A) und RG2 (B) vor (VB1 und VB2) und nach 1, 4 und 8 Befahrungen (1-8 B) und 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (4 BS) mit NOKIAN^®Reifen jeweils als Funktion der Bodentiefe [cm].

Messungen erfolgten bei einem Wassergehalt von ca. 30-34 Vol.-%. n = 30 (VB1), 5 (VB2), 30 (1 B), 30 (4 BS), 18 (4 B) und 30 (8 B). ... 176 Abbildung 52: Arithmetische Mittelwerte der in situ Scherfestigkeiten τmax [kPa] der alten

Rückegassen vor den Befahrungsversuchen (VB1-6) bei variierenden volumetrischen Wassergehalten [Vol-%] in 6-10 cm Tiefe (A) und 30-34 cm Tiefe (B); Jeder Datenpunkt repräsentiert mit n=30 die Messungen in einer Rückegasse. ... 177 Abbildung 53: Boxplots der in situ Scherfestigkeit τmax [kPa] der alten Rückegassen (RG1-6)

nach 1, 4 und 8 Befahrungen (1-8 B) und 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung (4 BS) mit NOKIAN^® Reifen, FELASTEC^® Bogiebändern und MAGNUM™ Bogiebändern in den Tiefenstufen 6-10 cm (TS1, A) und 30-34 cm (TS2, B). Wassergehalte lagen in TS1 bei 30-35 Vol.-% und in TS2 bei 31-34 Vol.-%; n=30.

... 179 Abbildung 54: Boxplots der in situ Sauerstoffdiffusionsrate ODR [g O2 m^-2 s^-1] in den alten

Rückegassen (RG1-6) vor und nach Befahrung mit NOKIAN^® Reifen und FELASTEC^® und MAGNUM™ Bogiebändern in den Tiefenstufen 8 cm (A) und 32 cm (B). Die bei 25 µg O2 m^-2 s^-1 liegende gestrichelte Linie ist die untere Wachstumsgrenze für Pflanzenwurzeln (nach Lipiec und Hatano, 2003). VB = bewässerte Rückegassenabschnitte vor den jeweiligen Befahrungsversuchen, 1-8 B

= 1-8 Befahrungen, 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung. n = 12 in RG1-2 und n=21 in RG3-6. ... 180 Abbildung 55: Boxplots der in situ logarithmierten gesättigten Wasserleitfähigkeit (kf) in

log10(cm d^-1)in 2-15 cm Tiefe im unbefahrenen Waldboden (UB) und in den alten Rückegassen (RG3-6) vor und nach Befahrung mit MAGNUM™ (A) und FELASTEC^® (B) Bogiebändern. Die gestrichelten Linien stellen die Klassifikationsgrenzen für logarithmierte kf-Werte nach AG Boden (2005) dar: <0 = sehr niedrig, 0-1 = niedrig, 1-1,6 = mittel, 1,6-2 = hoch. VB3-10 = bewässerte Abschnitte der alten Rückegassen vor den jeweiligen Befahrungsversuchen, 1-8 B = 1-8 Befahrungen, 4 BS = 4 Befahrungen mit 20% simulierter Hangneigung. n=5. ... 182 Abbildung 56: Konzeptentwurf eines in situ Druck-Scher-Apparats. ... 256

(18)

XVII

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Zusammenfassung allgemeiner Daten der Versuchsfläche bei Holzerode. ...68 Tabelle 2: Bodeneigenschaften Sandgehalt (S) in Gew.-%, Schluffgehalt (U) in Gew.-%,

Tongehalt (T) in Gew.-%, Lagerungsdichte (ρB) in g cm^-3, Gesamtkohlenstoffgehalt (Ct) in mg g^-1, Gesamtstickstoffgehalt (Nt) in mg g^-1 Boden, und pH-Wert (CaCl2) des Bodenprofils ungestörter Waldboden (UB). ...69 Tabelle 3: Gewicht der Bogiebänder sowie Gewicht, Einzelradlasten und mittlere

Kontaktflächendrücke des vollbeladenen Rottne Solid F14 8WD Rückezugs jeweils mit und ohne Bogiebänder. Einzelradlasten der Räder des Vorder- und Hinterwagens wurden mittels Radlastwaage bestimmt und jeweils gemittelt. Statische und dynamische Kontaktflächen und Kontaktflächendrücke der Räder des Hinterwagens wurden aus Messungen (n=3 bei statischen Messungen und n=6 bei dynamischen Messungen) mit einer hochauflösenden Matrix-Sensorfolien (MATSCAN/3150;

TekScan Inc.) unter einer 20 cm mächtigen Sandauflage in einem Radlastprüfstand berechnet (zitiert aus Hinte et al., 2019). Daten wurden von der Abteilung Arbeitswissenschaft und Verfahrenstechnologie, Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie der Georg-August-Universität Göttingen zur Verfügung gestellt. 72 Tabelle 4: Übersicht der Orte und Versuchsvarianten, bei denen Bodenproben entnommen

und in situ Messungen durchgeführt wurden, und deren Abkürzungen. ...76 Tabelle 5: Bei der Entwässerung verwendete Unterdruckstufen in hPa und damit

korrespondierende maximale Äquivalentporendurchmesser wassergefüllter Poren (Näherungsangaben). Einteilung der Bodenporen in die Porengrößenklassen (Klassen der Äquivalentdurchmesser der Bodenporen) „weite Grobporen“ bzw.

„Luftkapazität“, „enge Grobporen“, „Mittelporen“ und „Feinporen“ bzw.

„Totwassergehalt“ sowie „Nutzbare Feldkapazität“ mit Bereichsgrenzen gemäß Blume et al. (2009). ...84 Tabelle 6: Charakteristische Merkmale des in die Stechzylinder eingefüllten homogenisierten

Bodenmaterials ...85 Tabelle 7: Arithmetische Mittelwerte und Standardabweichungen (SD) der bodenkundlichen

Grundkenngrößen des unbefahrenen Waldbodens (UB) und der alten Rückegassen (RG1-6) in 6-10 cm (TS1) und 30-34 cm (TS2) Tiefe (n=3-9; als Stichprobenwerte wurden Werte der Probenahmegruben der einzelnen Rückegassen vor und nach Befahrung und des unbefahrenen Waldbodens verwendet): Dichte der Festsubstanz (ρs) in g cm^-3, Massenanteile von Sand (S), Schluff (U), und Ton (T) in Gew.-%, Massenanteile des Gesamtkohlenstoffs (Ct) und -stickstoffs (Nt) in mg g^-1 Boden und pH. ... 119 Tabelle 8: Ergebnisse der linearen Regressionsanalysen der abhängigen (erklärten) Variablen

Vorbelastung (PV in kPa) und Kompressionsbeiwert (CC in log10(kPa)^-1) und der unabhängigen (erklärenden) Variable Lagerungsdichte (ρ in g cm^-3) von homogenisiertem Boden (hom) aus 6-10 cm Tiefe. Die Anpassungsgüte der Regression wird mit dem Bestimmtheitsmaß R²angegeben. Der Steigungskoeffizient (SK) gibt die Steigung der Regressionsgeraden an, die Konstante gibt den Schnittpunkt der Regressionsgeraden mit der y-Achse an. Gemessen bei den Soll- Vorentwässerungsstufen -60 hPa und -300 hPa. Konfidenzintervalle (KI), t-Werte, Standardfehler (SE) und Wahrscheinlichkeiten (p-Werte) der Konstanten und

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XVIII Steigungskoeffizienten (SK) wurden mit heteroskedastizitäts-robusten Testverfahren berechnet (Schätzung der Kovarianz-Matrix mit HC4m Parameterschätzer und Wild Bootstrap mit Webb 6-Punkt-Verteilung; siehe Methoden Kapitel 4.15). p signifikant für p<0,05 bei Signifikanzniveau α=0,05. n=12 ... 139 Tabelle 9: Ergebnisse der linearen Regressionsanalysen von den abhängigen (erklärten)

Variablen Vorbelastung (PV in kPa) bzw. Kompressionsbeiwert (CC in log10(kPa)^-1) und der unabhängigen (erklärenden) Variable Lagerungsdichte (ρ in g cm^-3) sowie von der erklärten Variable Kompressionsbeiwert und der erklärenden Variable Vorbelastung.

Werte der einzelnen Parameter stammen von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenen Waldboden (UB) und aus den Rückegassen (RG) vor und nach den Befahrungsversuchen jeweils aus 6-9 cm Tiefe. Vorbelastungen und Kompressionsbeiwerte wurden bei -60 hPa Soll-Vorentwässerung bestimmt. Die Anpassungsgüte der Regression wird mit dem Bestimmtheitsmaß R²angegeben. Der Steigungskoeffizient (SK) gibt die Steigung der Regressionsgeraden an, die Konstante gibt den Schnittpunkt der Regressionsgeraden mit der y-Achse an.

Konfidenzintervalle (KI), t-Werte, Standardfehler (SE) und Wahrscheinlichkeiten (p-Werte) der Konstanten und Steigungskoeffizienten (SK) wurden mit heteroskedastizitäts-robusten Testverfahren berechnet (Kovarianz-Matrix-Schätzung mit HC4m Parameterschätzer und mit Wild Bootstrap mit Webb 6-Punkt-Verteilung;

siehe Methoden Kapitel 4.15). p signifikant für p<0,05 bei Signifikanzniveau α=0,05.

... 145 Tabelle 10: Arithmetische Mittelwerte der Winkel der inneren Reibung φ [°], Kohäsionen c

[kPa] und maximalen Scherwiderstände (Scherfestigkeiten) τmax [kPa] bei steigenden Auflastspannungen σn [kPa] jeweils von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenem Waldboden (UB) und aus den alten Rückegassen vor Befahrung (VB1-6) und nach 1, 4 und 8 Befahrungen (1, 4, und 8 B) und 4 Befahrungen mit simulierter Hangneigung (4 BS) mit NOKIAN^® Reifen und MAGNUM™ und FELASTEC^®Bogiebändern in 6-9 cm (TS1) Bodentiefe; n=2-3 (siehe Versuchsdesign Abbildung 7). ... 154 Tabelle 11: Arithmetische Mittelwerte der Winkel der inneren Reibung φ [°], Kohäsionen c [kPa]

und maximalen Scherwiderstände (Scherfestigkeiten) τmax [kPa] bei steigenden Auflastspannungen σn [kPa] jeweils von ungestörten Bodenproben aus dem unbefahrenem Waldboden (UB) und aus den alten Rückegassen vor Befahrung (VB1-6) und nach 1, 4 und 8 Befahrungen (1, 4, und 8 B) und 4 Befahrungen mit simulierter Hangneigung (4 BS) mit NOKIAN^® Reifen und MAGNUM™ und FELASTEC^® Bogiebändern in 30-33 cm (TS2) Bodentiefe; n=2-3 (siehe Versuchsdesign Abbildung 7). ... 156 Tabelle 12: Atterberg'sche Fließ- und Ausrollgrenzen (WL und WP in Vol.-% Wasser pro

Gesamtbodenvolumen) und Plastizitätsindizes (IP in Vol.-% Wasser pro Gesamtbodenvolumen) sowie Tongehalt T (Gew.-%) ausgewählter Probenahmegruben im unbefahrenen Waldboden (UB) und in den alten Rückegassen (RG1-6) (n=1 für WL und n=3 für WP). ... 159 Tabelle 13: Ergebnisse der linearen Regressionsanalysen von den abhängigen (erklärten)

Variablen Plastizitätsindex (IP in Vol.-%) und Fließgrenze (WL in Vol.-%) und den unabhängigen (erklärenden) Variablen Tongehalt (T in Gew.-%), Reibungswinkel (φ in °), Vorbelastung (PV in kPa), Scherfestigkeit (τmax in kPa) bei 400 kPa Auflast (σn) und Gehalt an organischem Kohlenstoff (Corg in Gew.-%). Die Anpassungsgüte der Regression wird mit dem Bestimmtheitsmaß R²angegeben. Der Steigungskoeffizient

(20)

XIX (SK) gibt die Steigung der Regressionsgeraden an, die Konstante gibt den Schnittpunkt der Regressionsgeraden mit der y-Achse an. Konfidenzintervalle (KI), t- Werte, Standardfehler (SE) und Wahrscheinlichkeiten (p-Werte) der Konstanten und Steigungskoeffizienten (SK) wurden mit heteroskedastizitäts-robusten Testverfahren berechnet (Kovarianz-Matrix-Schätzung mit HC4m Parameterschätzer und mit Wild Bootstrap mit Webb 6-Punkt-Verteilung; siehe Methoden Kapitel 4.15). p signifikant für p<0,05 bei Signifikanzniveau α=0,05. ... 163 Tabelle 14: Aus der linearen Regression der Luftpermeabilität Ka vom luftgefüllten

Porenvolumen εa abgeleitete Parameter M, Steigung der Geraden N und „blocked Porosity“ εb (luftgefülltes Porenvolumen bei Ka=0) sowie zugehörige Bestimmtheitsmaße R² für alle Versuchsvarianten und beide Tiefenstufen 6-10 cm (TS1) und 30-34 cm (TS2). ... 169

(21)

XX

Abkürzungen und Symbole

Lateinische Abkürzungen

A Fläche

AgCl Silberchlorid (chemische Formel)

Ah Mineralischer Oberbodenhorizont mit 0,6-1,2 Gew.-% akkumuliertem Humus (Horizontsymbol nach AG Boden, 2005)

Al Mineralischer Oberbodenhorizont, lessiviert, durch Tonverarmung geprägt, über tonangereichertem Bt-Horizont liegend

(Horizontsymbol nach AG Boden, 2005)

B Befahrung

BS Befahrung mit 20% simulierter Hangneigung

Bt Mineralischer Unterbodenhorizont, durch Einwaschung mit Ton angereichert (Horizontsymbol nach AG Boden, 2005)

c Kohäsion [kPa]

CaCl2 Calciumchlorid (chemische Formel) Cc Kompressionsbeiwert [log(kPa)^-1]

Corg Gehalt an organischem Kohlenstoff (engl. „organic Carbon“) [mg g^-1Boden]

Ct Gesamtkohlenstoffgehalt (engl. „total Carbon“) [mg g^-1Boden]

e Porenziffer (Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Feststoffvolumen) [%]

engl. englisch

eGP Volumenanteil der engen Grobporen vom Gesamtporenvolumen (Bodenporen mit 10-50 µm Äquivalentporendurchmessern) [Vol.-%]

F Kraft [N]

Fe Eisen (chemisches Element)

FK Feldkapazität (Volumenanteil vom Gesamtporenvolumen von Bodenporen mit < 50 µm Äquivalentporendurchmesser) [Vol.-%]

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XXI FP Feinporenvolumenanteil vom Gesamtporenvolumen

(Bodenporen <0,2 µm Äquivalentporendurchmesser) [Vol.-%]

g Erdbeschleunigungskonstante

GIS Geographisches Informationssystem GPV Gesamtporenvolumen

IBC Gittercontainer (engl. „Intermediate Bulk Container“) IP Plastizitätsindex [Vol.-%]

KCl Kaliumchlorid

kf Gesättigter Wasserleitfähigkeitskoeffizient [cm d^-1] Ka Luftpermeabilitätskoeffizient [µm²]

L Liter

LK Luftkapazität (Volumen von Bodenporen mit > 50 µm Äquivalentporen- durchmesser) [Vol.-%]

log10 Logarithmus zur Basis 10

MP Mittelporenvolumenanteil vom Gesamtporenvolumen (10 – 0,2 µm Äquivalentporendurchmesser) [Vol.-%]

Mn Mangan (chemisches Element)

MOA feinhumusarmer Typischer Moder mit Oh < 2 cm (aeromorphe Humusform nach AG Boden, 2005) n Stichprobenzahl

nFK nutzbare Feldkapazität (Volumen von Bodenporen mit 50 – 0,2 µm Äquivalentporendurchmesser) [Vol.-%]

NHN Normalhöhennull (Bezeichnung der Bezugsfläche für die Höhe über dem Meeresspiegel in Deutschland)

Nt Gesamtstickstoffgehalt (engl. „total Nitrogen“) [mg g^-1Boden]

ODR Sauerstoffdiffusionsrate (engl. „Oxygen Diffusion Rate“)