Allgemeine Informationen

Direkte Feldmessungen sind notwendig, um einen konkreten Standort unter Einbeziehung realer Randbedingungen und Heterogenitäten, wie die des vorliegenden Bodenmaterials oder der Vegetation, zu charakterisieren. Wichtige Kenngrößen in der Bodenkunde und Bodenhydrologie sind unter anderem die (feld-)gesättigte hydraulische Leitfähigkeit oder die Infiltrationsrate. Für die Beschreibung des Gastransportes im Boden ist die Bestimmung der pneumatischen Leitfähigkeit von Bedeutung. Diese kann unter Umständen auch zur Ableitung der hydraulischen Leitfähigkeit verwendet werden.

Mit innovativen Messtechniken ist es mittlerweile ebenso möglich chemische Parameter, wie beispielsweise den Karbonatgehalt, die elektrische Leitfähigkeit und den pH-Wert, die vorher nur in Laborversuchen bestimmbar waren, einfach vor Ort unter realen Randbedingungen zu bestimmen.

Messung der hydraulischen und pneumatischen Leitfähigkeit

Die gesättigte Wasserleitfähigkeit gibt das Wasservolumen an, das bei entsprechendem Gefälle pro Zeiteinheit durch eine bestimmte Fläche fließt. Die pneumatische Leitfähigkeit ist der äquivalente Wert für Gase. Beides sind bodenphysikalische Kenngrößen, die insbesondere über Gefüge, Porenkontinuität und Tortuosität eines Bodens Aufschluss geben. Die Leitfähigkeit des Bodens ist neben dem Potentialgradienten die entscheidende Größe bei der Ermittlung der Flussdichte (DARCY-Gesetz).

Anhand von Infiltrometer-Versuchen werden die feldgesättigte Leitfähigkeit und das maximale Infiltrationsvermögen eines Bodens abgeschätzt. In Versuchen dieser Art wird über die zeitliche Beobachtung der Wasserstandsänderung (des überstauenden Wassers im Ringinfiltrometer oder im Vorratsgefäß einer Mariottschen Flasche) das pro Zeiteinheit infiltrierende Wasservolumen ermittelt. Die anfänglich durch Kapillarkräfte dominierte Infiltrationsrate sinkt mit der Zeit asymptotisch gegen einen konstanten Wert. In dieser Phase hat die Gravitationskraft den dominierenden Einfluss auf die Infiltrationsrate. Unter Berücksichtigung des experimentellen Aufbaus (Doppel-Ring-Infiltrometer oder Einzel-Ring-Infiltrometer) kann über die Anpassung geeigneter mathematischer Modelle anhand der Datengrundlage auf die (feld-) gesättigte Leitfähigkeit geschlossen werden.

Die Messung der pneumatischen Leitfähigkeit ist vergleichsweise mit weniger Aufwand verbunden. Weiterhin ist es ohne großen Aufwand möglich die pneumatische Leitfähigkeit direkt im Feld für unterschiedliche Wassergehalte zu bestimmen. Verschiedene Forschungsarbeiten haben sich bisher mit der Ableitung der ungesättigten hydraulischen Leitfähigkeit auf Basis der pneumatischen Leitfähigkeit eines Bodens bei unterschiedlichen Wassergehalten beschäftigt.

Bestimmung des pH-Wertes und des Carbonatgehaltes

Der pH-Wert des Bodens ist der negative dekadische Logarithmus der Ozoniumionenaktivität (H3O+) in der Bodenlösung. Der pH-Wert ist einer der wichtigsten Kenngrößen für Böden, da er einen erheblichen Einfluss auf verschiedene Prozesse nimmt. Dazu gehören unter anderem Verwitterungs- und Zersetzungsprozesse im Boden, aber auch die Verfügbarkeit verschiedener chemischer Elemente und Stoffverbindungen im Boden wird durch den  pH-Wert beeinflusst. So kann bei niedrigen pH-Werten beispielsweise die Mobilität einiger Schwermetalle zunehmen und die Verfügbarkeit von Pflanzennährstoffen negativ beeinträchtigt werden.

Der Carbonatgehalt hingegen gibt Aufschluss über das Puffervermögen eines Bodens. In Böden mit einem hohen Puffervermögen wird auch bei einer hohen Protonbelastung der pH-Wert konstant gehalten. Erst wenn die Pufferkapazität erschöpft ist kommt es zu negativen Auswirkungen der Säurebelastung.

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