Hydrologie. Группа авторов
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Название: Hydrologie
Автор: Группа авторов
Издательство: Bookwire
Жанр: Математика
Серия: utb basics
isbn: 9783846345139
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Abb. 5-4 verdeutlicht, wie sich der effektive Wurzelraum konzeptionell anhand von Wassergehaltsmessungen am Ende einer trockenen Vegetationsperiode bestimmen lässt. Es sind abhängig von der Bodentiefe links der permanente Welkepunkt (PWP) und rechts die Feldkapazität (FK) eingetragen sowie der tatsächliche Wassergehalt am Ende einer trockenen Vegetationsperiode, dargestellt durch die gestrichelte Linie.
Abb. 5-4 | Bestimmung des effektiven Wurzelraums am Ende der Vegetationsperiode eines Trockenjahres durch Wassergehaltsmessungen unter Berücksichtigung der bodenphysikalischen Kennwerte «Feldkapazität» und «permanenter Welkepunkt» (nach Renger und Strebel 1982).
Der Verlauf der aktuellen Bodenfeuchte zeigt, dass im Oberboden der Wassergehalt beim permanenten Welkepunkt (PWP) liegt. Dies liegt u.a. daran, dass Bodenwasser bei starker Erwärmung des Oberbodens auch als Wasserdampf den Boden verlassen kann, also nicht allein durch Wurzelentzug. Ab einer Tiefe von 3,5 dm steigt dann die Bodenfeuchte infolge abnehmender Durchwurzelung kontinuierlich bis zu einer Tiefe von 12 dm an (= tiefster Punkt der Wasseraufnahme durch Wurzeln) und nähert sich langsam dem Wassergehalt bei Feldkapazität. Die horizontale Linie gibt nun die Tiefenlage der effektiven Durchwurzelungstiefe wieder. Unterhalb dieser Linie entspricht die gepunktete Fläche dem bereits aus dem Boden aufgenommenen Wasser. Diese Menge entspricht genau der gestrichelten Fläche des noch verbliebenen Bodenwassers oberhalb der Grenzlinie. Diese einfache geometrische Analyse ermöglicht es, für jeden Boden die für die Pflanzen pro Quadratmeter zur Verfügung stehende Wassermenge, also die nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum, nach Gl. 5.10 zu berechnen:
In Tab. 5-3 sind Angaben zum effektiven Wurzelraum für unterschiedliche Böden und Kulturpflanzen zusammengestellt, in Tab. 5-4 für Forststandorte
Der effektive Wurzelraum ist die entscheidende Bezugstiefe zur Beschreibung der Wasserspeicherung im Boden.
Eine erste ökologische Bewertung der nFKWe, ob an einem Standort eher trockene oder eher feuchte Bedingungen zu erwarten sind, kann anhand der Tab. 5-5 erfolgen. Bei regionalen Betrachtungen und Bewertungen muss zusätzlich nach Klimaregion und Grundwassereinfluss unterschieden werden. Dies erfolgt nach dem Konzept der ökologischen Feuchtestufe und ist ausführlich in der Bodenkundlichen Kartieranleitung beschrieben (AG Boden 2005). Das Konzept der ökologischen Feuchtestufe ermöglicht es, einzuschätzen, welche natürlich vorkommenden Pflanzengesellschaften zu erwarten sind.
Tab. 5-3 | Effektiver Wurzelraum We [dm] während der Hauptwachstumsphase in Abhängigkeit von der Bodenart und Nutzungsform bei mittlerer Lagerungsdichte (Renger und Wessolek 1996).
| Bodenart | Acker | Garten | Weide, Wiese | Rasen |
| Mittelsand | 6 | 4 | 5 | 3 |
| Feinsand | 7 | 5 | 5-6 | 3-4 |
| Lehm | 9 | 6 | 7 | 4-5 |
| Schluff | 11 | 7 | 8-9 | 5-6 |
Tab. 5-4 | Effektiver Wurzelraum We [dm] von Forstbeständen für mittlere Gesamtbestandsbedingungen (Renger und Wessolek 1996).
| Boden (Baumarten) | Aufforstung (0–15 Jahre) | Mittlere Bestände (15–45 Jahre) | Altbestände (> 45 Jahre) |
| Böden aus Lockergestein, Tiefwurzler (Kiefer, Buche, Eiche) | 3–10 | 10–20 | 20–25 |
| Boden über Festgestein, Flachwurzler (Birke, Fichte) | 3–7* | 7–12* | > 12* |
* maximal bis zur Tiefe des anstehenden Festgesteins
Tab. 5-5 | Bewertung und Bodenfeuchte der nutzbaren Feldkapazität im effektiven Wurzelraum (nFKWe) und Zuordnung der ökologischen Bodenfeuchte (Renger und Wessolek 1996).
| nFKWe[mm] | Bewertung | Ökologische Bodenfeuchte |
| < 60 | sehr gering | sehr trocken |
| 60-140 | gering | trocken |
| 140-220 | mittel | frisch |
| 220-300 | hoch | mäßig feucht |
| > 300 | sehr hoch | feucht |
5.2 | Potenzialkonzept, Wasserspannung und Wassergehaltsmessungen
Das Bodenwasser unterliegt im Porenraum folgenden drei Kräften:
▶der Erdanziehung bzw. der Gravitation,
▶Adsorptions- und Kapillarkräften an den Bodenteilchen und
▶der hygroskopischen Anziehungskraft durch im Boden befindliche Salze.
Gravitationspotenzial (Ψz): Das Gravitationspotenzial richtet sich nach der Lage im Raum. Jeder Bodentiefe kann ein Gravitationspotenzial aus der Ortshöhe h in Zentimetern zugeordnet werden. Als Bezugsniveau wird entweder die Bodenoberfläche oder die Grundwasseroberfläche verwendet. Definiert man die Grundwasseroberfläche als Bezugspunkt, so ist dort das Gravitationspotenzial (Ψz) gleich null und steigt nach oben hin an. Wird dagegen die Bodenoberfläche als Bezugsniveau mit Ψz = 0 gewählt, so nimmt das Gravitationspotenzial mit der Tiefe ab.
Matrixpotenzial (Ψm): Das Matrixpotenzial beschreibt, mit welcher Wasserspannung das Bodenwasser durch Kapillarkräfte im Porenraum gebunden wird. Je weniger Wasser im Boden ist, desto stärker halten es die Adsorptions- und Kapillarkräfte in den Feinporen fest und desto schwerer ist es, diesen Poren Wasser zu entziehen. Das Matrixpotenzial wirkt der Gravitation entgegen und hat daher stets ein negatives Vorzeichen. Mit abnehmendem Wassergehalt sinkt das Matrixpotenzial, d.h., der Wert des Matrixpotenzials wird kleiner. Im deutschsprachigen Raum wird auch der Begriff «Wasserspannung» verwendet, darunter versteht man den Betrag des Matrixpotenzials in cm Wassersäule [cmWS] oder als Druck in hPa.
Osmotisches Potenzial (Ψo): Das osmotische Potenzial ist nur für salzhaltige Böden relevant, da Salze Wasser anziehen und binden. Unter mitteleuropäischen Bedingungen kann das osmotische Potenzial zumeist vernachlässigt werden, da Salze durch Sickerwasser ausgewaschen werden.
Gesamtpotenzial (ΨH): Das Gesamtpotenzial ergibt sich aus der Summe der einzelnen Potenziale.
Für mitteleuropäische Verhältnisse kann daher das Gesamtpotenzial ΨH beschrieben werden durch:
Box 5.2
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