Übung Bodenphysik

1. Übung Bodenphysik Stefan Julich

2. Inhalt der Übung • Bodentextur • Kornfraktionen • Bestimmung der Bodentextur • Bodeneigenschaften und Bodenart • Bodenstruktur • Qualitative Merkmale • Quantitative Merkmale • Bodeneigenschaften und Bodenstruktur • Berechnungen

3. Zusammensetzung des Bodens • Mineralische Bestandteile • Organische Bestandteile • Bodenlösung (Wasser plus Stoffe) • Bodenluft

4. Organische und mineralische Bestandteile • … formen die Bodenmatrix (A) = feste Partikel formen die Poren, die mit Luft (B) und Wasser gefüllt sind (C) B A C

5. Korngrößen Kornfraktion (Feinerde) Sand: < 2000 – 63 m Schluff: < 63 - 2 m Ton: < 2 m • Partikel > 2000 m (2mm) = Grobboden Source: Hillel 1998

6. Einfluss der Kornfraktion auf

7. Bodentextur/ -körnung/ -art • Anteil der Kornfraktionen Sand, Schluff und Ton in einem Boden • … kennzeichnet den Boden hinsichtlich seiner mineralischen Zusammensetzung • berücksichtigt wird nur der Feinboden (<2mm)

8. Ermittlung Bodenart • Feldansprache • Fingerprobe

9. Ermittlung Bodenart • Feldansprache • Fingerprobe • Partikelgrößenanalyse (im Labor) • Siebung (für Sandfraktion) • Sedimentation (für Schluff- und Tonfraktion)

10. Körnungssummenkurven von Feinböden aus Sand (Ss), Löss (Ut), Geschiebelehm (Ls) und tonreichem Schlick (Tu) (aus: Scheffer/Schachtschabel 2002)

11. Körnungsdreieck U= Schluff T=Ton S=Sand L=Lehm u = schluffig t = tonig s = sandig l = lehmig 2 = schwach 3 = mittel 4 = stark Ls4 = stark sandiger Lehm St2= schwach toniger Sand (nach KA5)

12. Körnungsdreieck 1. 37.3 M.- % Ton 60.4 M.- % Schluff (2.3 M.- % Sand) Tu3 = mittel schluffiger Ton

13. Übung 1 Aufgabe 1: geg:21.3 M.- % Ton ges: Bodenart ? 16.4 M.- % Schluff (52.3 M.- % Sand) Aufgabe 2: geg: 14.5 M.- % Ton ges:Bodenart ? 76.5 M.- % Schluff (9 M.- % Sand) Aufgabe 3: geg:Bodenart Lu ges: mittlere Korngrößenverteilung Aufgabe 4: geg: Bodenart Sl3 ges: mittlere Korngrößenverteilung

14. Aufgabe 1: geg:21.3 M.- % Ton 16.4 M.- % Schluff (52.3 M.- % Sand) Lsg.: Ls4 – stark sandiger Lehm

15. Aufgabe 2: geg:14.5 M.- % Ton 76.5 M.- % Schluff (9 M.- % Sand) Lsg.: Ut3 – mittel toniger Schluff

16. Aufgabe 3: geg:Bodenart Lu Vorgehen: - Grenzen der Bodenart festlegen  17-30 M.-% Ton, 50-65 M.-% Schluff - Mittelwerte bilden Lsg.: 23.5 M.-% Ton 57.5 M.-% Schluff (19 M.-% Sand)

17. Aufgabe 4: geg: Bodenart Sl3  8-12 M.-% Ton, 10-40 M.-% Schluff Lsg.: 10 M.-% Ton 25 M.-% Schluff (60 M.-% Sand)

18. Bodenstruktur/ -gefüge • beschreibt die räumliche Anordnung der Bodenpartikel • Qualitativ: Gefügeform

19. Bodenstruktur/ -gefüge • beschreibt die räumliche Anordnung der Bodenpartikel • Qualitativ: Gefügeform • Quantitativ: durch Strukturparameter • z.B. Trockenrohdichte, Porosität, hydraulische Leitfähigkeit

20. Trockenrohdichte dB ... Masse des ofentrockenen Boden dividiert durch das Bodenvolumen

21. Wurzelbilder von ungehindert wachsenden Baumwurzeln (Polomski & Kuhn 2001)

22. Wurzelbilder 136 Tage alter Buchenkeimlinge in Lösslehm TRD: 1,03 1,12 1,34 1,46 g/cm³ (Hildebrand 1983)

23. Durchwurzelung und Staunässe Intensive Durchwurzelung Sehr dicht gelagert, redoximorphe Merkmale, keine Wurzeln

24. Beinwüchsigkeit von Rüben bei Bodenverdichtung

25. Porosität Porosität (P) = Verhältnis von Porenanteil (Vp) zum Gesamtvolumen des Bodens (VT) Va = Volumen der Luft (Vair) [Vol-%] Vl = Volumen des Wassers (Vliquid) [Vol-%] Vs = Volumen der Feststoffe (Vsolid) [Vol-%]

26. Porosität Berechnung der Porosität aus Trockenrohdichte und Partikeldichte: dB = Trockenrohdichte [g/cm3] dF = Partikeldichte [g/cm3]

27. Übung2 Eine Bodenprobe enthält folgende Phasenanteile: • Mineralische Bestandteile 39 Vol-% • organische Bestandteile 4 Vol.-% • Bodenwasser 24 Vol.-% • Bodenluft 33 Vol.-% • Gesucht: Porosität • Wieviel Wasser (Vol.-%) wird benötigt, um die Probe aufzusättigen?

28. Übung 2 -Lösung Geg.: Ges.: a) P b) Va+l (Vol %)  a) b) Aufsättigung = Boden ist vollständig mit Wasser gefüllt. Daher müssen 33 Vol% der mit Luft gefüllten Poren mit Wasser gefüllt werden. Aufsättigung C B A A A-feste Partikel B-luftgefüllte Poren C-wassergefüllte Poren A-feste Partikel C-wassergefüllte Poren C

29. Übung 3 Um 250 cm3 eines ofentrockenen Boden aufzusättigen werden 140 g Wasser benötigt. Gesucht: Porosität des Bodens Hilfestellung: • Dichte von Wasser 1g/cm³ • Ofentrockener Boden Vl = 0 V-%.

30. Übung 3 -Lösung Gegeben: VT=250 cm³ mH2O=140g (Wasser für Aufsättigung des trockenen Bodens!) Gesucht: P Ofentrockener Boden Vl= 0 V-%.

31. Übung 4 Ein ungestörter Bodenzylinder (500 cm3) hat eine Masse von 775g . Nach einer 24h-Trocknung bei 105°C, wiegt die Probe nur noch 675 g. Annahme: dF = 2.65 g/cm3 und Dichte von Wasser 1g/cm3 Achtung: Massenverlust nach Trocknung 100g • Gesucht: Trockenrohdichte [g/ cm3] • Volumenanteile Va , Vl und Vs [Vol.-%]

32. Übung 4 - Lösung Gegeben: VT=500 cm³ mtrocken=675 g mfrisch=775 g dF=2.65g/cm³ Gesucht: a) dB[g/cm³]; b) Va, Vl, Vs in Vol.-% a)

33. Übung 4 - Lösung b) Umrechnung cm³ in Vol.-%

34. Übung 5 Der Ah- und Bv-Horizont eines Fichtenstandortes enthält folgende Kohlenstoff- und Stickstoffgehalte: • Gesucht sind die Gesamt-C- und N-Vorräte des Standortes in kg/m2 und t/ha! • Wie hoch wäre der Vorrat, wenn der Bv-Horizont 50 Volumenprozent Steine enthalten würde?

35. Übung 5 - Lösung a) Beachten: Umrechnung Einheiten:

36. Übung 5 - Lösung