~ Mitteilgn. Dtsch. Bodenkundl. Gesellschaft Bd. 2, S.1- S. 257, 1965

MITTElLUNGEN

der

DEUTSCHEN BODENKUNDLICHEN

GESELLSCHAFT

11 FRAGEN des GEBIETS-und BODENWASSERHAUSHALTS 11

Vorträge zur Tagung der Kommission VI der DBG in KIEL

( 5. und 6. März 1964)

Bd. 2

1965

Druck und·Schreibsatz: Andreas Funke, Offsetdruck, 34 Göttingen, Paulinerstraße 13 Einga~g, Gotmarstraße

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Zur Einführung

Zu der Arbeitstagung der Abteilw1g VI der Deutschen Bodenkundlichen Ge-sellschaft, der Bodentechnologie, kam am 5. und 6. März 1964 ein Kreis von interessierten Fachleuten in Kiel im Haus Weltclub zusammen, um über Fragen des Gebiets- und Bodenwasserhaushalts zu diskutieren. Es trat damit ein Kreis von Bodenkundlern, Landwirten, Kulturtechnikern und Wasserwirt-schaftlern zusammen, der sich im März 1962 auf Einladung der Landesan-stalt für Bodennutzungsschutz im wesentlichen schon einmal in Bochum ge-troffen hatte. (Berichte aus der Landesanstalt für Bodennutzungsschutz des Landes Nordrhein-W estfalen, Heft 3, Bochum 1962) Damals wurde auch schon die Anregw1g für das Treffen in Kiel gegeben.

Die Referate und Diskussionen, deren Veröffentlichung dankenswerter Weise die Deutsche Bodenkundliehe Gesellschaft ermöglicht hat, geben ein Bild von den Bemühungen der Beteiligten, die Probleme des Wasserhaushaltes zu bearbeiten und einer Lösung zuzuführen. Sie lassen den Stand des ,Wissens auf einigen Gebieten der angewandten Bodenkunde erkennen, die nicht zu-letzt wegen ihres Zusammenhanges mit Fragen höchster wirtschaftlicher Aktualität auch das Interesse eines größeren Kreises beanspruchen.

Im i-\amen der Abteilung VI der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft danke ich allen Refcaonten und Diskussionsrednern ... daß sie uns an ihren wis .. senschaftliehen Ergebnissen und Erfahrungen mit großem Gewinn teilnehmen ließen. Ich danke auch Herrn Dr. Hebestreit von der Bayrischen Landesstelle für Gewässerkunde, daß er die Mitglieder der Abteilung VI der DBG für den März 1966 nach München einladen will,

Kiel, im Juli 1964 gez. Baumann

Vorsitzender der Abteilung VI

der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft

Inhalt

Einführung

Professor Dr. H. Baumann

A. Wasserwirtsa:lhl1fflicher Rahmenplan -Wasserhaushalt

1. Uritersuchungen über die statischen und dynamischen Verhälthiss'e des Bodenwasserhaushaltes für den was-

Seite

serwirtschaftliehen Rahmenplan (Kurzfassung) 1 Dr. Ch. Langner

2. ·Untersuchungen über den Gebietswasserhaushalt eines kleinen Einzugsgebietes in der alten Moräne Schleswig -Holsteins 11 Dr. U. Sehende! , Diskussionsbeiträge zu den Referaten 1-2 21 Diskussionsleitung: Prof. Dr. Baden

B. Wasserverbrauch - Bodenwasserhaushalt - BodenfeuchtemeSsung

3. Der Wasserverbrauch von Pflanzen in Abhängig-keit von Bodenart, Saugspannung und Gefäßtiefe in Unterdrucklysimetern Dr. W. Czeratzki

4. Bodenfeuchtegang und Durchwurzelw1g verschie-dener Bodentypen Prof. Dr. Kmoch

5. Die Bodenfeuchtemessung w1ter Berücksichtigw1g der neuesten Ergebnisse mit Neutronensonden Dipl. Phys. B. Hoffmann Diskussionsbeiträge zu den Referaten 3-5 Diskussionsleitung: Prof. Dr. Baden

25

35

47

57

C. Bewässerw1g - Versalzung

6. Wasserhaushaltsprobleme in ariden Gebieten, darge-stellt an einem Bewässerungsprojekt in Nord-Peru Priv. Doz. Dr. G. Schaffer

7. Bodenkw1dliche Aussagen zur Zweckmäßigkeit der Wiesenbewässerung im Gebiet der Mittelaller Dr. G. Golisch

8. Die Leistung der Dräns für Entsalzung w1d Oxydation in neu bedei:l::hten ·Kögen in Nordfrieslai1d Dr. habilE. Wahlenberg Diskussionsbeiträge zu den Referaten 6 - 8 Diskussionsleitung: Prof. Dr. Baden

D. Grundwasser

II

a) Grundwasserschwankung

9. Verhaltm oberflächennahen Grundwassers Prof. Dr. I-1. Baumann

10. Über den Grundwasserschwankungsbereich in verschie-denen semiterrestrischen Böden Reg.Dir. B. Wohlrah

1L · Die Schwankungen des oberflächennahen Grw1dwassers· bei Marschböden Dr. H. Voigt Diskussionsbeiträge· zu den Referaten 9 - 11 . Diskussionsleitung: Prof. Dr. Kmoch

b) Grundwasserströmung - Grundwasserabsenkung

12. Die Grundwasserbewegung und das Darcy' sehe Gesetz Dipl. -Landw. M. Schroeder

13. Zur Beziehung zwischen Grundwassergefälle und Durch-lässigkeit Bmstr. Ing. Eggelsmann

63

67

73

79

85

95

103

109

113

1.21

'14. Verlauf der Grundwasserströmw1g in entwässerten Mooren Bmstr. lüg·. R. Eggelsmann

15. Der zei:tliche Verlauf von Grundwasserabsenkw1g . unter Berücksichtigung des Grundwasserhaushaltes Dipl. Ing. H. Mühlbauer Diskussionsbeiträge zu den Referaten 12 - 15 Diskussionsleitung: Prof. Dr. Kmoch

E. Hohlraumvolumen -Durchlässigkeit

16. Zur Methodik der Kf-Messung -ein Methodenver-gleich Dr. H. Kw1tze

18. Eine Methode zur serienmäßigen Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit Dr. H. Hanus

19. Bestimmung der Wasserdurchlässigkeit nach der Bohrlochmethode und an ungestörten Bodenproben in bayerischen-Moorvorkommen Dr. M. Schuch Diskussionsbeiträge zu den Referaten 16 - 19 Diskussionsleitw1g: Prof. Dr. H. Baumann

F. Dränung - Melioration

20. Die Bodenform als Grundlage für die Planung' von Meliorationsmaßnahmen Dr. H. Wichtmann

21. Erfahrungen über die Aussagemöglichkeit von Ba-denkarten zu Entwässerungsfragen Dr. H. Colin

129

141

147

149

159

169

179

181

189

III

IV

22. Entwässerung oder Wasserregelw1g in Moor- und

Enmoorböden?. Prof. Dr. Baden

23. Hydropedologische Analyse der Melionitionswir-kung Reg.Rat Dr. H. Hebestreit

24. Maulwurfdränung in der Marsch Dr. R. Kowald

· 25. Eine Methode zur Untersuchw1g des Bodengefüges · meliorationsbedürftiger Standorte Dr. H. Borchert Diskussionsbeiträge zu den Referaten 22 - 25 Diskussionsleitung: Prof. Dr. Weber

. G. Pflanzensoziologie - Bodenwasserhaushalt

26. Ackerunkrautgemeinschaften als Zeiger für den Wasserhaushalt des Ackerbodens Doz. Dr. F. Wacker Diskussionsbeiträge zu dem Referat 26 Diskussionsleitung: Prof. Dr. Weber

H. Deichbruch - Überflutung

27. Deichbruch, Überflutung und Versatzung des Ülves-büller Kooges durch die Sturmflut vom 16. Februar 1962 Dr. habilE. Wahlenberg Diskussionsbeiträge zu dem Referat 27 ·Diskussionsleitung: Prof.. Dr. Weber

28. Vorschläge für die Erhebung von Entwässerungsan-lagen bei der Bodenkartierung Eine Enquete der Entwässerungsanlageil Prof. Dr. H. Baumann

195

209

219

225

231

235

245

2::1-7

255

257

Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft Bd. 2 S. 1 -9, 1964

UNTm.SUCHUNGEN ÜBER DIE STATISCHEN UND DYNAMISCHEN VERHÄLTNISSE

D!S BODENWASS!RHAUSHALTES ALS HILFSMITTEL FÜR DEN WASSERWIRT-

SCHAFTLICHEN RAHMENPLAN

1. Einleitung

(Kur zf assung) Ch. Langner

Über die Notwendigkeit einer Beteiligung der Landwirtschaft an der Aufste1 -Jung von wasserwirtschaftliehen Rahmenplänen ist bereits verschiedentlich be-richtet worden (3, 8,10). Die Landwirtschaft ist mit dem von ihr genutzten Bodenraum nicht nur ein wichtiges Glied im Wasserkreislauf, sondern auch ein Verbraucher, dessen Wa.sserbedarf vor allem in kritischen Versorgungslagen während der Vegetationszeit sichergestellt sein muß.

Um die Ansprüche der Landwirtschaft im Rahmenpla.n konkretisieren zu können, bedarf es auch für sie Untersuchungen hinsichtlich des Wasserdargebotes, des Wasserbedarfs und der Wasserbedarfsdeckung. ES handelt sich dabei in erster Lin~e um Untersuchungen über die natürlichen Standorteigenschaften, und zwar vorwiegend über die Böden und ihre statischen und dynamischen Wasserverhält-nisse. Welche Aussagemöglichkeiten diese Untersuchungen als Grundlage für die Bearbeitung des landwirtschaftlich -wa.sserwirtschaftlichen Rahmenplanes liefern, soll im folgenden an einigen Beispielen gezeigt werden.

2. D i e s t a t i s c h e n Was s er v e r h ä I t n i s s e

Voraussetzung zur Beurteilung der statischen Wasserverhältnisse ist zunächst die Kenntnis der flächenmäßigen Verbreitung der im jeweiligen Untersuchungs-gebiet auftretenden Bodenformen. Wegen der gebotenen Kürze der für die Auf-stellung eines wasserwirtschaftliehen Rahmenpla.nes zur Verfügung stehenden Zeit wird man zwar im allgemeinen auf eine hydropedologische Spezialkartie-rung mit exakten Angaben über Bodenart und -aufbau sowie über Bodentyp und den daraus abzuleitenden Standorteigenschaften verzichten müssen. Zur besse-ren Kenntnis des Bodenwasserhausha.ltes können aber zumindest an einigen charakteristischen Standorten der im Planungsraum verbreitetsten Böden bo den-

1

PORENRAUM- UND KORNGRÖSSENVERTEILUNG EINER PARABRAUNERDE. AUS LÖSSLEHM

Parabraunerde aus Lößlehm (im Untergr~nd. beginnende Pseudovergleyung)

pH laktatl6slic:h Horizont

(KCI) (CA-~) P205 K2 0 Org.Stoffe mg •J. mg•J. .,.

Ap 7,1 33 55 2,0

A3r A3.2 7,1 24 43

BA3 6,8

B 6,6 6,85

S(B) 6.~ 6,80

Gesamt Cl N m: •t. Ca C0 3 10,9 107

Abb.

dunkelbrauner feinsand1ger Lehm, krümeliges !3tofüge

dunkelgelbbrauner feinsandiger .Lehm:· polyedr.- brOckl. Gefüge ·

dunket9etbbrauner feinsandiger Lehm, . brock l.- polYedr. GefLge

mittelbrauner temsahd1ger Lehm, fe1ne Fe- und Mn- Konkret10nen, S~bpotyedergefüge

brauner Lehm, vere1nzett Fe. Mn -·Anflüge, brOckl.-polyedr. Gefüge, feine Tonhäutchen, sehr schwach durchwurzelt

m1ttelbrauner schwach feinsandiger Lehm, schwache undeutt•che Rostflec:kung, polyedr.-brockl. Gefüge, e1nzetne Tonüberzüge

gelbbrauner schwach feinsandiger Lehm

gelbbrauner Lehm. teils ros~fleckig, durchsetzt m1t K1esen und Gerollen

mitthHeo

foino1

c:Jsenwo1 } Po«n D

. dränend grobe J leicht ·

!11181 Bodon

physikalische Messungen durchgeführt werden. Solche Untersuchungen lassen,

aufgrund der engen Zusammenhänge zwischen Wasserhaushalt einerseits sowie Porosität und Korngröße andererseits, Rückschlüsse auf die Durchlüftung, Was-serspeicherung und Wa.sserbewegung im Boden zu.

Abbildung 1 zeigt als Beispiel eine Parabraunerde mittlerer bis geringer Basen-sättigung aus Lößlehm. Bezeichnend für die Korngrößenverteilung x) dieses Bo-dens ist der hohe Anteil an Feinfeinsa.nd (0, 06 - 0, 02 mm), der als typische Lößfraktion gilt ( 4).

Strukturmessungen xx) ergaben optimale Porositätsverhältnisse. Allerdings ist deutlich zu erkennen, daß der im Ober- und Unterboden recht beachtliche An-teil a.n groben (pF 0 - pF 2, 5) und mittleren Poren (pF 2, 5 - pF 4, 2) mit zu-nehmender Bodentiefe zugunsten des feinen Porenraumes (pF > 4, 2) abnimmt.

Bei ungefähr gleichbleibender Feldkapazität (pF> 2, 5) im gesamten Profil ver-ringert sich der maximal pflanzennutzbare Anteil des Bodenwassers, der dem mittleren Porenraum entspricht, zum tieferen Unterboden hin. Dennoch liegt die nutzbare Wasserkapazität der Para.braunerde, berechnet für eine Boden-tiefe von 1, 30m, mit rd. 240 mm noch recht hoch. Bei einigermaßen ausrei-chenden und günstig verteilten Niederschlägen dürfte daher auf diesen Böden die für das Wachstum der Kulturen erforderliche Wassermenge jederzeit zur Ver-fügung stehen.

Wesentlich ungünstigere Verhältnisse zeigt Abbildung 2. Es handelt sich hierbei , um einen Plaggenesch über Gley-Podsol, der bodenartlieh überwiegend aus Sand besteht. Aufgrund des großen Anteils an groben Poren ist dieser Boden außerordentlich durchlässig. Seine Entstehung verdankt er einer jahrhunderte-

x) Pipenmethode nach KOEHN (9)

xx) Gesamtporenvolumen na.ch v. NITZSCH (9) Porengrößenverteilung mittels pF-Messungen na.ch RICHARD und PEERLKAMP ( 7)

3

PORENRAUM-UND KORNGRÖSSENVERTEILUNG EINES PLAGGENESCH ÜBER GLEY-POOSOL

Por"enraumver tei Iu ng

0 20 40 60 80 100',\ 100Vot•;.

Plaggenesch über Gley-Podsol

Horizont Zeichenerk18rung:

und Tiefe Org. Stoffe CIN ; T - .. ,.} (cm} '/. myal/ 100g mval/ 100g ',\ Ap 17 4,1 16 3,7 8,0 45 3 ~ m1ttler

22 4 0 15 47 7,8 60,5. Clschwe Poren

32 3,1 16 4,1 10,6 40,6 D }ranon"} grobe leJcht

Ap 52 1,3 13 0,3 6,8 4,4

72 1,0 11. 0,3 5,1 6,5 ~Boden B 92 0,4 3,9 10,3 BGo 114 0,6 3,3 18,2

Abb. 2

langen Zufuhr von Plaggenkompost. Die Mächtigkeit der Humushorizonte beträgt etwa 75 cm. Analog des von oben nach unten abnehmenden Geha.ltes an organi-scher Substanz verringert sich auch der Bereich an mittleren Poren, der im übri-gen einen relativ geringen Anteil des Hohlraumvolumens einnimmt. Desha.lb ver-mag dieser Plagge'nesch, bei Zugrundelegung eines ca. 1, 00 m mächtigen Wurzel-raumes, maximal auch nur 100 mm an pflanzenverfügbarem Wa.sser zu speichern. Die Wasserversorgung der Kulturen allein aus den Niederschlägen ist auf einem solchen Boden natürlich außerordentlich unsicher. ·

3. Die dynamischen Wasserverhältnisse

Die Kenntnis der statischen Wa.sserverhältnisse aufgrund von Textur- und Struktur-untersuchungen ist zur Beurteilung des Wasserhausha.ltes eines Bodens nur dann von primärer Bedeutung, wenn es sich um terrestrische Standorte ·handelt. Bei semi-terrestrischen Böden wird hingegen die Bedeutung des Grundwassers im Hinblick auf die Wasserversorgung der Pflanzenbestände dominieren, verausgesetzt, daß der Kapillarsaum in den Wurzelbereich der Kulturpflanzen hineinreicht. Der Fra-ge hinsichtlich der Mitwirkung des Grundwa.ssers a.Is Quelle der Wasserbedarfsdek-kung landwirtschaftlicher Kulturen sollte desha.Ib durch Auswertung aller für den Planungsraum zur Verfügung stehender Grundwa.sserbeobachtungsergebnisse nach-gegangen werden, Vor a.llem müßte geklärt werden, auf welchen Flächen das Grundwasser auch bei länger anhaltenden Trockenperioden noch als Reserve für die Wa.sserversorgung der Kulturen in Funktion treten kann (6,10).

Ebenso wie über die Grundwasserverhältnisse ist auch eine Aussage über die Boden-feuchte, d.h. über den je nach Witterung mehr oder minder stark schwankenden Wassergeha.lt des Bodens, bekanntlich erst nach ununterbrochenen, über mehrere Jahre sich erstreckenden Beobachtungen und Messungen möglich. Den sichersten Überblick vermitteln exakte, während der Vegetationsperiode laufend vorgenom-mene Wassergehaltsmessungen, möglichst unter verschiedenen Kulturen, weil der Wasserbedarf der einzelnen Kulturpflanzen sich vorwiegend nach dem Entwick-lungsstand der Pflanzen richtet und deshalb sowohl zeitlich als auch mengenm ä-ßig sehr verschieden sein kann.

Im allgemeinen wird solches Unterlagenmaterial zum Zeitpunkt der Aufstellung eines wasserwirtschaftliehen Rahmenplanes nicht zur Verfügung stehen. Der jah-reszeitliche Bodenfeuchteverlauf sollte dann für die im Planungsraum verbreitet-sten Böden wenigstens rechnerisch ermittelt werden. Dazu bietet sich besonders die von HAUDE (2) entwickelte klimatische Wasserbilanz an. Ziel der klimatischen

5

290

iso

270,

260

250

240

230

220

~ 210

-= 200 '0

~ 190

5 180 :,170

160

150

140

130

120

BODENFEUCHTEVERLAUF UNTER ZUCKERRÜBEN 19!9 Bodentiefe: 0-60cm

klimatische Wasserbilanz (V•rdunstung: tr.tax. Smm I Tag)

grilvimetrische Messung

F!,!.~!P~Zj_t!_t _ _ ----------- --~- ___ :---- ______ --------------

l10~~----~J-un~;-------+------~Ju~1~;-------r----~A-u~gu-s~t------+-----~S~o~pt~o-m~b-or----~

Abb. 3

.

Wasserbilanz ist es, die dynamischen Wasserverhältnisse eines bestimmten Bodens

während einzelner ·Witterungsmäßig verschiedener Wachstumsjahre rückblickend zu charakterisieren. KORTE(5) und CZERATZKI (1) haben dieses Verfahren vor allem als Hilfsmittel zur Steuerung der Feldberegnung mit bestem Erfolg praktiziert. Sie stellten eine gute Übereinstimmung zwischen dem berechneten Verdunstungswert und dem aus Bodenfeuchternessungen gewonnenen Wasserverbrauch der Pflanzenbe-stände fest. Unsere eigenen Vergleiche bestätigen dieses Urteil insofern, als der errechnete Bodenfeuchtegang dem gemessenen nahe kommt, zumindest aber einen

gleichen Trend erkennen läßt (Abb. 3 .und 4).

Es ers

280

270

260

250

240

.230.

220

210

200 Kapazität

"190 E

1! IBO . ~

170

BODENfEUCHTEVERLAUf UNTER ZUCKERRÜ~EN 19~ Bodentiefe: 0-60cm

klimatiSChe Wass.rbitanz (Verdunstung: Max. 5mm I Tag)

gr~vimetris~he Me-ssung

.A. ........

'"\ ' . '

~·~•.eu~k.l. ___ :_ ____ · __ ~-.--------------------~b--------~ 160

ISO

140

130

120

110'

100 Juni Juli August Septem~r

Abb. 4

00

2. Ha.ude, W.: Zur Möglichkeit nachträglicher Bestimmung der Wasser-beanspruchung durch die Luft und ihrer Nachprüfung an-hand von Topfversuchen und Abflußmessungen; Berichte d.Dt. Wetterd. 6/1952, Nr. 38

3. Keil, A.: Gewässerkunde und wasserwirtschaftliche Rahmenplanung. In: Das grüne Buch von Nordrhein-Westfalen -Hera.usg. Min.f.Ernährung. Landw. und Forsten~ Düsseldorf 1962

4. Kerpen, W.: Die Böden des Versuchsgutes Regen; Kartierung, Eigen-schaften und Standortswert; Sehr. -R. Forschung und Bera-tung, Reihe B., H. 5, Hiltrup 1960

5. Korte, W .: Klimatische Wasserbilanz, ein Hilfsmittel zur Steuerung der Feldberegnung; 'Landbauforschung, H. 4, 8. Jg. 1958

6. Langner, Chr. und Untersuchungen der statischen und dynamischen Wasser-Krämer, F.K.: Verhältnisse zur Beurteilung des Standortes; Forschung und

Beratung, Reihe B, Heft 10 (1964)

7. Schachtschabel. P. Die Messung der Bodenstruktur durch Bestimmung der pF-und Hange, K.: Kurve und der Strukturstabilität; 12. Sonderheft zur Ztschr.

"Landwirtschaftliche Forschung" 1959

8. Schröder, G.: Die wasserwirtschaftliche Rahmenplanung und ihre wirt-schaftliche Bedeutung; Kob'enz 1955

9. Thun, Herrmann Methodenbuch Bd. I; Die Untersuchung von Böden, Radeheul und Knickmann, K: und Berlin, 1955

10. Wohlrab, B. und Zum landwirtschaftlichen Teil des wasserwirtschaftliehen Langner, Chr.: Rahmenplanes; Ztschr .f. Kulturtechnik und Flurbereini-

gung. 5. Jg .. H. 2 (1964)

9

Mitteilungen der Deutschen.!lodenkundÜchen Gesellschaft Bd. 2 S.' 11- 20,1964

UNTERSUCHUNGEN ÜBER DEN GEBIETSWASSERHAUS-

HALT EINES KLEINEN EINZUGSGEBIETES IN DER AL-

TEN MORÄNE SCHLESWIG-HOLSTElNS

U. Sehendei

1. Bemerkungen zur Wasserbilanzermittlung

Über die mengenmäßige Verteilung der Niederschläge auf die Hauptkom-

ponent.en der allgemeinen Wasserhaushaltsgleichung (N = A +V), Abfluß und Verdunstung, bestehen in der Gewässerkunde seit langem konkrete

Vorstellungen.

K e 11 er (3) hat in seinem Handbuch: "Gewässer und Wasserhaushalt des

Festlandes;• die instrUI1lentell leicht zu bestimmenden Wasserhaushalts-größen, Niederschlag und Abfluß, für die großen Stromgebiete der Welt zusammengestellt.

Darüberf).inaus liegen für zahlreiche mittlere und kleinere Einzugsgebiete,

insbesondere für solche Räume, in denen Eingriffe in den Wasserhaushalt

vorgenommen worden sind, Unterlagen über Größe und Verhältnis der ein-

zelnen Wasserhaushaltskomponenten zueinander vor. Die Verdunstung er-

gibt sich in der allgemeinen Wa~.serhaushaltsformel jeweils aus der Diffe-renz zwischen Niederschlag und Abfluß. Die Wasser~orratsänderung. (R-B), wird bei langjährigen Beobachtungsreihen 0 und kann demzufolge vernach-

lässigt werden.

Für kürzere Zeitabschnitte (einzelne Jahre, Halbjahre und Monate) muß

jedoch das Vorratsglied berücksichtigt werden, und·wir kommen damit zu

einem Kernpioblem wasserwirtschaftlicher Bemühungen, nämlich zur

Aufschlüsse1ung des Differenzbetrages aus N - A auf die Glieder V und

R-B der Wasserhaushaltsgleichung: N = A +V+ (R-ß)

11

Die Realisierung der Aufstellung von Wasserbilanzen für kürzere Zeiträume, die

für viele Zwecke, insbesonde~e .im Hinblick auf die Aufstellung detaillierter wasserwirtschaftlicher Rahmenpläne von Nutzen sein könnte, bereitet aber 'z.Zt. noch erhebliche Schwierigkeiten, die hauptsächlich damit zusammenhängen, daß in Einzugsgebieten re~ht inhomogene Verhältnisse hinsichtlich·Bodenart und Bewuchs herrschen, die eine repräsentative Erfassung der Vorratsänderungen im und über dem· Grundwas~er e~schweren.

Die Errechnung der Verdunstung für kürzere Zeiträume würde jedoch keine Schwie-rigkeiten bereiten, wenn es gelänge, das Wasservorratsglied einwandfrei zu er-mitteln. Auf eine AufschlüsseJung des Vorratsgliedes (R-B) konzentrieren sich ge-genwärtig unsere Bemühungen. ·

Die Verdunstung ergibt sich, wenn man die erweiterte Wasserhaushaltsgleichung nach V auflöst, aus:

V'= N - A + 6. Bf -t- .0 GW - V , wobei D·

V = Verdunstung N = Niederschlag A = Abfluß

A Bf = Bodenfeuchteänderung A GW= Grundwasserstandsänderung

·V = D

·Vertikale Durchsickerung

Die Ermittlung von V setzt umfangreiche und schwierige Bestimmungen der an-deren Größen der erweiterten Wasserhaushaltsgleichung voraus,und es ist deswe-gen auch versucht worden,· das. Problem auf andere Weise zu lösen:

1. Man ermittelt die Verdunsturig in Lysimetern und übertägt die Lysimeter-verdunstungswerte auf ·Einzungsgebiete bzw. a,uch auf größere geographi-sch~ Räume, indem man die jährliche Verdunstungssumme aufgrund eines Verteilungsschlüssels, der sich aus den Monatswerten wägbarer Lysimeter ergibt, prozentual a!-Jf die einzelnen Monate verteilt.

2. Man errechnet die Verdunstung mit Hilfe meteralogischer Daten, wofür zahlreiche Verfahren zur Verfügung stehen.

12

· .. ., .

3. Schließllch bedienen sich einige ·Bearbeiter der statistischen Methode.

Dabei werden einzelne oder mehrere_ Glieder der Wasse rhaushaltsglei-

chung untereinander bzw. ebenfalls zu meteorologischen. Daten, wie Tem-

peratur und Niederschlag, in Beziehung gesetzt.·Eggelsmann (1) hat

z.B. versucht, Beziehungen zwischen dem Grundwasserstand und dem Bo-

denwasservorrat über dem Grundwasser herzustellen.

Vorau:;setzung für staÜstische Berechnungen sind aber längere Beobachtungs-

reihen, 1die auf möglichst ~ingehenden Bestimmungen der einzelnen Wasser-

ha ush alt!sgrößen in den ~eobachtungsräumen beruhen .und in denen die Beson-

derheitE: n des Standortes hinsichtlich Bodenart u'nd Bewuchs enthalten sind.

2. Kennzeichnung des Einzugsgebietes

I ' .

Es Hehe[1 die hydrologischen Datenzweier Wasserwirtschaftsjahre (1961/62 und 1962/63).aus dem Einzugsgebiet des oberen Teiles des Tosehenbaches

im Beobachtungsgebiet Hennstedt, Kreis Norderdithmarschen zur VerfUgung. ·,

Es handelt sich um einen grundwassernahen Standort im Gebiet der alten

Moräne. Bodenart: Humoser Sand bis lehmiger Sand mit zunehmendem Ton-

anteil ün Untergrund und kleinen Flifchen von Nie dennoor. Das Acker-: Grünlan1d-Verhä1tnis beträgt etwa 50·: 50. Höhe über NN: + 5· bis + 15 m. -Durchschnittlicher Jahresniederschlag: 818.mm. Größe des Einzugsgebietes:

2 6,93km,.

2.1 Zur Ermittlung der einzelnen_Wasserhaushaltsgrößen

im Be oba eh tu ngsgebiet.

Die Niederschläge, N, werden an einer amtlichen Regenmeßstelle im

nördlichen Teil des Einzugsgebietes gemessen.

Die Abflußmengen, A, werden im urlteren Teil des das Gebiet ent-

wässernden Wass~rlaufes registriert. Es wurde eine Bezugskurve zwi-

schen Pegelstand und abgeflossener Wassermenge in mm/Tag aufge-

stellt. Die Wassergeschwindigkeit wurde mit eihem Ort-Laborflügel

gemessen und 'der -Abfluß aus Q = F . V, (durchflossener Querschnitt mal Geschwindigkeit), berechnet.

13

.Abb. 1 W.sserbilanz im Einzugsgebiet des TOsehenbaches für die Wasserwirt-Schaftsjahre 1961162 und 1962/63

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14

rel. feuchtes Jahr

1961162 N = S89,2mm A = 425,5 " V= 35~ .. :~ "

1961/62

rel. trockenes Jahr

1962/63 . N = 704,5 mm· . A ·= 212,4 "

V = 475,7 "

0 Niveau

\ \

. 1~62/63 \

\ \

1'112 1 2 3 4 5 6 7 8 9101112 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

~lAbfluss]Nieder= . schlag N-A

\ \ =vertikale 'Durchsickerung

',

Bei der Erfassung des Bodenfeuchteä~derungsglie,des, A Bf, kam es im wesent-lichen darauf an, Repräsentativwerte zur Kennzeichnung· der monatlichen Schwankungen des Feuchtegehaltes über dem Grundwasser für das ganze Gebiet: zu erhalten. Als Probeentnahrnestandorte wurden zwei Flächen im Zentralteil des Einzugsgebietes ausgewählt, die riach Bod-enart und Bewuchs etwa den Ver~ hältnissen des Gebietes entsprechen. Eine Fläche trägt Getreide, die andere wird als Weide genutzt. Die Probeentnahmen erfolgen jeweils am letzten Tag des Monats bis zu 80 cm Tiefe in 4-:-fa_cher Wiederholung. Die gewichtsprozen-tischenWerte werden mit Hilfe des Trockenraumgewichtes auf mm umgerech-net.

Die Beoba.chtung der Grundwasserstandsänderungen, A GW, wurden 10 Brun-nen im Gebiet gesetzt.

Für die mona.tlichen Bilanzertnittlungen werden die durchschnittlichen Grund-wasserstände aller 10 Brunnen zugrunde gelegt. Bei der nach V aufgelösten er~ · weiterten Wasserhaushaltsgleichung geht ein Anstieg des Grundwassers mit ne-gativem, ein Abfall dagegen mit positivem Vorzeichen in die Gleichung ein. Im ersten Fall übersteigt die aus den Niederschlägen zugesickerte Wassermenge den horizontalen -Abfluß und die v~rtikale Durchsickerung, im zweiten Fall übersteigen die horizontalen und vertikalen Abflüsse die Zusickerung von oben.

Die Umrechnung der Grundwasserstandänderung~n in mm erfolgte über das spannungsfreie Porenvolumen, das zu 12 Vol. o/o ermittelt wurde.

Der Bestimmung des spannungsfreien Porenvolumens unter den natürli-chen Geländeverhältnissen stehen erhebliche Schwierigkeiten entgegeh;-Wir versuchen gegenwärtig, diese Größe mit Hilfe verschiedener Metho-den zu ermitteln. Der mitg~teilte Wert von 12 Vol. o/o bedarf der weHeren Bestätigung.

Es bleibt noch die vertikale Durchsickerung, V D , zu berücksichtigen. Wir ver-stehen darunter diejenige Menge, di:e durch die Sohle des Grundwasserleiters hindurchsickert -_--~-und die bei den bei Niedrigwasser im Wasserlauf vorgenom-men Abflußmessungen nicht im Wasserlauf nachweisbar ist.

Die bei Niedrigwasserführung im Wasserlauf gemessene Abflußmenge bezeich-net man als minimale Abfluß- bzw. Grundwasserspende. Die durchschnittliche

15

minimale Grundwasserspende für t~ockenzeiten in Deutschland beträgt nach Wundt (8)im Durchschnittetwa·l-2ltr./s/km2. Eggels-

.. . 2 m a n:n ( 2) ermittelte in Flachlandhochmooren im Mittel 1.2 ltr./s/km . Wir können diesen Abflußspendenwert für den schwach lehmigen Sand

. bis sandigen Lehm unseres Hennsteqter Beobachtungsgebietes in der al-

. ten Moräne mit 1, 3 ltr./s/km 2 = 0,.11 mmiTag bestätigen.

Es kommt während Ni·edrigwasserperioden zur Ausbildung der bekannten Trockenwetterabflußlinien des Grundwassers bzw. der sögenannten Grund-

wasser·auslauflinie, wie Nate.rmann (5) sie bezeichnet.

Jedoch ist es unseres Erachtens nicht gerechtfertigt, 'Trocket'lwetterabfluß

bzw. Grundwasserauslauf ausschließlich mit dem Niedrigwasserabfluß in

den Wasserläufen gleichzusetzen .. wie es in der Gewässerkunde mitunter

geschi~ht. -Der Trockenwetterabfluß des· Grundwassers setzt sich zusarn-men sowohl aus dem horizontalen Abfluß (hA) zum Wasserlauf hin und

als zweiter Komponente aus der vertikalenDurchsickerung (Vo), derje-

lügen Wassermenge also, die-während Niedrigwasserperioden nicht im

Wasserlauf riachweisbar ist; und von der ·Wir annehmen müssen, daß sie iri nur schwer kontrolliei:bare Räume verschwindet ..

Es ist also GW tr (Trockenwetterabflti~Aes Grundwassers) = h A + v 0 . bzw. vD= GWtr - h11 . Im Hennstedter Beobachtungsgebiet.ermittelteiYWir

für die vertikale Durchsickerung im Durchschnitt mehrerer Trockenwet-

terabflußperioden einen- Betrag von 20,8 mm/Monat, allerdings vorbe~altlich des noch der Bestä~igung bedürfende~· Wertes von ~2 Voi.o/o für das

. ' . spannurigsfreie Porenvolumen .. Ob diese. Sickerung durch die Grundwasser-sohle hindurch tatsächlich im gesamten Einzugsgebiet stattfindet, oder

ob etwa Teile des Grundwassers in die tiefer gelegenen stellenweis.e von Niedermoor eingenommenen Flächen str.ömen, sich dort zunächst auftür-

. ' . men, um dann in darunter anstehenden Sanden in tiefere Stockwerke zu

versickem·und demzufolge im Wasserlauf nicht nachweisbar sind; vermö-

geri wü z. Zt. noch nicht mit Sicherheit zu sagen .

. 3. Ergebni~ der 2-jährige~ BiLinzermittlungen

Die nach Monatswerten für die Wasserwirtschaftsjahre 1961/_62 und 1962/63

aufgegliederte Bilanz ist in Abb. 1 dargestellt. Das durchschnittliche Niveau

16

von Niederschlag. Abfluß, Bodenfeuchte und Grundwasserstand ist in dem relativ feuchten Jahr 1961/62 höher, die aus diesen Größen erre.ch-nete Verdunstung also dementsprechend niedriger als in dem relativ trockenen Jahr 1962/63.

Es ist nicht gelungen, eine Bilanzierung nach der nach V aufgelösten Wasserhaushaltsgleichung in den Wintermonaten durchzuführen, in de-nen es zu einem steilen Anstieg der Grundwasserstände gekommen ist. Die Ursache ist wahrscheinlich darin zu sehen, daß bei rascher Auffül-lung der entleerten Räume nicht sämtliche Luft aus den Poren entweichen könnte. Es kommt möglicherweise zur Bildung von Luftblas~n oder auch größerer "Luftsäcke", die wie ein Staukörper wirken und erhöhte Grund-wasserstände vortäuschen. Oberflächennahe Grundwaservorkommen besit-zen offenbar nicht nur auf schwer durchlässigen Böden, sondern auch auf durchlässigeren Böden einen gewissen Stauw;;ssercharakter, der eine Bi-lanzierung erheblich erschwert. In den Fällen, in denen aus den genann-ten Gründen eine Bilanzierung nicht möglich war, haben wir die über das Sättigungsdefizit errechnete Monatsverdunstung eingesetzt.:.

Für das Wasserwirtschaftsjahr 1961/62 errechnet sich aus den Montaswer-ten der Verdunstung eine Jahresgebietsverdunstung von 358 mm, 1962/63 eine solche von 476 mm. Die Verdunstung im Winterhalbjahr liegt in beiden Jahren etwa bei 20 o/o der Jahresverdunstung. 1961/62 verdunste-ten40 o/o der Niederschläge, 1962/63 dagegen 67 o/o, im Mittel beider. Jahre also 54 o/o. Die Verteilung der Jahresverdunstung auf die einzelnen Monate entspricht dem erwarteten Verlauf, mit Spitzenbeträgen in den wasserzehrenden Sommermonaten, (110 mm im Juni 1962, 117 mm im Juli 1963). Das sind im Durchschnitt der Hocjlsommerperiode etwa 3-4 mm je Tag.

4. Diskussion der Ergebnisse

Der Versuch, das eingangs herausgestellte Problem, nämlich die Ver-teilung des Differenzb~trages aus; N-A auf V und (R-B), zu iösen, ist ":orläufig nur zum Teil gelungen. Eine Aufstellung von Wasserbilanzen für kürzere Zeiträume erscheint aber grundsätzlich realisierbar, wenn es methodisch gelingt, den Anteil derjenigen Porenräume zu ermitteln, die

17

unter den natürlichen Geländeverhältnissen tatsächlich entleert bzw. a.ufge-füllt werden, je nachdem, ob das Grundw.asser ab sinkt oder ansteigt.

Vor all~m vermuten wir, daß wir das für die Wasserbewegung effektive spannungsfreie Porenvolumen. infolge von Lufteinschlüssen geringer anset-zen müsse,n, als es den im L~bor ermittelten Werten entspricht.

Insofern besitzen die in Abb. 1 dargestellten monatlichen Verdunstungswerte, zu deren Erredmung das Grundwasserstandsänderungsglied mit herangezogen werden muß, nur w..orläufigen Ch~rakter.

Die geb.räuchlichen Labormethpden liefern zwar unter den statisc.hen ·r..abor-bedingungeri gute Ergebnisse, für die Dynamik der Grundwasserbewegung im Gelände besitzen, sie aber offenbar nur mit Einsc!uänkung repräsentativen . Charakter. Es ist auch schwierig, repräsentative Proben aus dem gesamten Grundwasserschwankungsbereich für die ~aboruntersuchunge n zu erhalten.

Um die tatsächlichen Verhältnisse im Gelände zu erfassen, werden wir bei unseren weiteren Ermittlungen so vorgehen müssen,. daß wir aufgrund mehr-jähriger Beobachtungsreihen das spannurrgsfreie Porenvalurnen aus dem Tan-

. gensdes Neigungswikels derjenigen Geraden bestimmen, die die Beziehung zwischen Niederschlag und Grundwasserstand während der vorwinterliehen und winterlicheil Auffüllung der Grundwas~erstände kennzeichnet, Bedin-gungen also, die dem Feldkapazitätszustand etwa entsprechen. Dieses Ver-fahren ist bei Wasserbilanzstudien in Ungarn (4, 7) und in den USA (6) benutztworden.

Wir werdei1·aber auch versuch:en, die Entleerung der Porenräume:·im Gelän-de durch laufende ·Wassergeha'ltsbestimmungen bei fallenden" Grundwasser-ständen zu ermitteln, indem wir die Differenzen zwischen den ~euch~igkeitsgehaltei~ im Grundw.asser und in denjenigen Schichten bestl.rrünen, die'

·zuvor vom Grundwässer entleert worden' sind.

ParaHel dazu werden wir die den Feldkapazitätszustand kennzeichnendeil 'sa~gspam1ungswerte für die Grundwasserschwankungshorizonte·ermitt~ln mit dem Ziel, den Anteil derjenigen Porenräume zu bestimmen, in denen das Wasser langsam bzw. schnell dränend versickert ..

18

Es sei noch erwähnt, daß monatliche Bilanzermittlungen in den Wintermona-ten besonders dann schwierig sind, wenn Schneema.ssen auf der Oberfläche liegen bleiben und möglicherweise erst Wochen oder· Monate später zum Abfluß gelangen.

Dieses Problem der Phasenverschiebung von Niederschlag zu Abfluß und Verdunstung besteht ohnehin grundsätzlich, indem beispielsweise: gegen Monatsende gefallene Niederschläge teilweise erst im darauffolgenden Mo-nat verdunsten bzw. abfließen. Wir müssen diese:· .11" atsache wahrsehe inlich durch sinnvolle gleitende Mittelbildung berücksichtigen.

Literaturverzeichnis

1. Eggelsmann, R.: Zur Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Boden-

2. Eggelsmann, R.:

3. Keller, R.:

4. Kovacs, Gy.:

5. Natermann, E.:

. feuchte und oberflächennahem Grundwasser. Die Wa.sserwirtschaft, 47, H. 11, 1957.

Über den unterirdischen Abfluß a.us Mooren. Die Wasserwirtscha.ft, 50, H. 6, 1960.

Gewässer und Wasserhaushalt des Festlandes .. Haude und Spenersche Verlagsbuchhand!ung, Berlin,1961.

Grounwa.ter Household. Annual.Bull. of Intern. Comm. on Irrigation and Drainage, 65-75, 1959.

Der Wasserhaushalt des oberen Emsgebietes na.ch dem Au-Linienverfahren. Min.f.Ern.Landw .u.For-sten, Nordrhein-Westfa.len, 1958.

6. Rasmussen, W.C. Hydrologie Budget of the Bea.verdam Creek Basin and Maryla.nd. Maryland Dept. of Geology, Mines and Gordon E. Andreasen: Water resou~ces, Geol. Survey Water-Supply

Paper 1472, 1959.

19

7. Uebel, K.:

8. Wundt; W .:

. 20

Water-balance of the sand-plateal\ between the rivers Dänube ·and Tisc~ .. Publ.No.45 oi: the Int. A::;s. of ·. Scientif.Hydrology, Vol.III, 1958,

G~wässerkunde, Springer Verla.g, Berlin-Göttingeri-Hitmburg, 1953 .

D i s k u s s i o n s b e i t r ä g e z u d e n R e f e r a. t e n 1 - 2

Diskussionsleitung: Prof. Dr. Baden

Dr. Wohlrab:

Ich darf ergänzend zum Vortrag von Herrn Dr. Langner bemerken, daß der Plaggenesch an sich schon ein günstiger Standort auch hinsichtlich der nutz-baren Wasserkapazität ist. Wir haben dort wesentlich höhere Werte -der nutz-baren Wasserkapazität als. in reinen Sanden ohne Plaggenauflage. Ein-Ver-· gleich zwischen der Parabraunerde aus Löß und der Podsolbra.unerde ohne Plaggeaufla.ge würde noch wesentlich größere Unterschiede zeigen. Hinsicht-: lieh des Auenbodens möchte ich hinzufügen, daß dieser semiterrestrische Boden mit der flachen Auelehmauflage von nur kna.pp 30 cm über Schotter in die Untersuchung einbezogen wurde, weil er vom Grundwasser zumindestens während der Vegetationszeit kaum befeuchtet wird.

Prof. Dr. Baumann:

Ich möchte anregen, daß diejenigen, die sich mit der \k1ima.tischen Wasser-bilanz beschäftigen, auch die von uns in der Zeitschrift "Wasser und Nah-rung" Heft 2,1963 empfohlene Methode der Berechnung der Monalsverdunstung über T x 5, (Tagesmitteltemperatur x 5), benutzen, da. die Errechnung des Sättigungsdefizites doch immerhin einige Schwierigkeiten bereitet und vor allem etwas zeitraubend ist. Wir erhalten dilbei etwa dieselben Werte wie bei Ben~tzung des Sättigungsdefizits. Gerade für die wasserwirtschaftliche Rahmenplanung ist ja ein solches Bild über den Ablauf der klimatischen Was-serbila.nz .sehr instruktiv. In dem Gesetz ist, obwohl es Wasserhaushaltsgesetz heißt, nur von der Planung des schöpfbar flüssigen Wassers die Rede. Der Wa.s-serbedarf der Landwirtscha.ft interessiert nur insofern als Bew ässerungswa.sser, a.lso schöpfbares Wasser, gefordert wird. Von einer Deckung de-s Wasserbedarfs der Landwirtschaft, also des Verdunstungswasserbedarfes, ha.be ich bisher nichts

gefunden. Was Herrn Dr. La.ngner schilderte, ist wohl ein potentieller wasser-bedarf, der sich aus dem Wasserhaushalt verschiedener Böden ergibt. Nun ist aber die Bewässerung in erster Linie eine be trie bswirtscha.ftliche Maßnahme . Das grundsätzliche Planungsverfahren bei der Aufstellung wa.sserwirtscha.ftli-cher Rahmenpläne ist ja das, da.ß man von dem bisherigen Verbra.uch ausgeht. Jeglicher Bra.uchwa.sserbeda.rf der Industrie, der Städte usw; wird aufgrund der Entwicklung des:bisherigen Verbra.uches ermittelt. Deswegen kommen wir um eine vernünftige Statistik der Entwicklung der Bewässerung nicht her-

21

um, wenn wir den Wasserbedarf der Landwirtschaft. ermitteln wolle11. Von der betüebswirtschaftlichen Seite her mlissen Gesichtspunkte angeführt wer-den, wie sich die Bewässerung in einem Gebiet entwickeln wird: Da.s ist das Konkrete, was in·; der wasserwirtschaftliehen Rahmenplanung gebraucht wird.

Dr. Schaffer:

Ich möchte einige Bedenken äußern. In den vorangegangenen Ausführungen wurden immer Jahresreihen bzw. 2 Jahresreihen gebracht. Es hat sich doch gezeigt und besonders der Wasserwirtschaftler iegt es darauf an, daß minde-, stens 20-. bis 30-jährige Reihen vorligen müssen. Haude hat das in seinem letzten Beitrag in der "Wasserwirtschaft" besonders für die ariden Gebiete (Israel und die 'umliegenden Staaten) herausgestellt, Man soll sich sehr hüten·, Irgendwelche weitreichenden Schlüsse aus einer 2:-jährigen Beobachtungs-reihe zu ziehen.

Prof. Dr. Baumann:

Herr Dr. Langner ha.t 11 Jahre zugrunde gelegt. Es gehtdoch darum, die Mi-nima und Ma.xima herauszufin_den. Demgegenüber ist der langjährige Durch-schnitt, gerade wenn man vom Bewässerungswasserbedarf spricht, doch rela.-tiv uninteressant, ~6ndern es ist ~ichtiger zu wissen, welcher Maximalbedarf auftritt. In der Wasserwirtschaft geht es immer um Hoch- und Niedrigwasser, zu deren Ermittlung eine langjährige Beobachtungsreihe a.llerdings unerläß-lich ist.

Ing. Eggelsmann:

Ich möchte eine Bemerkung zu dem Refera.t von Herrn Dr. Sehendei machen. Sie hatten erwähnt, daß ein Teil des unterirdischen Grundwasserabflusses möglicherweise in da.s Niedermoor hineinfließet. Es wäre zu überlegen und man sollte vielleicht dieser Frage na.chgehen, ob das a.us den umliegenden. Gebieten in das Nieder-moor eingetretene Grundwa.sser',nicht u, U. verdunstet

und damit dem Abfluß verloren geht. Es wäre durchaus denkbar, daß auf dem Niedermoorgrünland mehr verdunstet als in den ·anderen Teilgebieten des Einzugsgebietes. · ·

'22

Dann möchte ich noch eine Frage a,n Herrn Dr. Hebestreit richten. Sie hauen erwähnt, daß Sie der Frage des Einflusses des Wasserhaushaltes in Alluvionen durch Lysimetermessungen nachgehen :Wollen. Aber mir ist nicht ganz klar. wie Sie dabei die. AEflußverhältnisse erfassen wollen. Er-fassen Sie nur den oberirdischen Abfluß in den Lysimeter oder fütiren Sie auch AbflußmeS!lungen im Wasserlauf durch2

Dr. Sehende!:

Auf die von Herrn Eggelsmann angeschnittene Fra.ge, ob das in den Nieder-moorteilflächen sich akkumulierende Wasser möglicherweise zu einem An-stieg der' Verdunstungswerte führt,' können wohl nur an Ort und Stelle durch-geführte ,Lysimetermt;!ssungeil Auskunft geben. Ich möchte noch erwähnen, worauf'1ch in meinem Referat nicht eingegangen bin, daß wir in dem Ein-zugsgebiet 2 Grundwasserlysimeter eingebaut haben, und daß wir die Grund-wasserstände in diesen beiden Lysimetern jeweils nach dem Stand des Grund-wassersill einem Beobachtungsrohr mit hohem Grundwasserstand ausrichten. Bisher lieferten diese Lysimeterwerte keinen Anhalt dafür, daß dort, wo das Grundwasser höher steht -wie a,uf dem Niedermoor -nennenswert hö-here Verdunstungsverluste a.uftteten.

Dipl.lng. Mühlbauer:

Ich ha.be noch eine Fra.ge an Herrn Dr.Schendel. Er ha.t eine Grundwasser-abflußspende in der Größenordnung von 1 - 2 1/s/km2 genannt (Zwischen-bemerkung Dr. Sehendei: 1,3 1/s/km2). Meines Wissens liegen die von Sehröder, Wundt und Natermann ermittelten Werte z.B. an der Kinzig zwi"'" sehen 5 und 6 l/s/km

2 für mittlere Grundwasserspenden, die aus den Trok-

kenwetterabflüssen ermittelt worden sind. Man muß da auch nach der Größe des Einzugsgebietes unterscheiden. Es ist durchaus möglich, daßcein kleines Einzugsgebiet unter Ihren Verhältnissen eine so geringe Grundwa.sserabfluß-spende ha.t, ·während die o.a. Ermittlungen aus dem Trockenwetterabfluß für wesentlich größere Gebiete von etwa. 200 - 300 km2 gema.cht worden sind.

23

Dr. Schendel:

.Bei den von Wundt angegebenen Zahlen handelt es sich um die durchschnitt-'liche Grundwasserspende für Trockenzeiten iri De utschlan dl

Dipl.Jng. Mühlbauer:

. 'Wundt ·gibt für Norddeutschland Mindestgrundwasserabflußspendenwerte at~ Diese liegen in den Urstromtälern und in den Diluvien bei etwa 2 1/s/km .

24

Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft Bd.2 S. 25- 33, 1964

DfR WASSERVfRBRAUCH VON PFLANZEN IN ABHÄNGIGKEIT VON BODENART,

SAUGSPANNUNG UND GEFÄSSTI.EFE IN UNTfRDRUCKLYSIMETERN

W. Czeratzki

Beim Kolloquim über Fragen des Bodenwasserhausha.Ites in Bochum 1962 konnte über einige Ergebniise berichtet werden, di~ mit Unterdrucklysimetern über die Verdun-stung aus unbewachsenem Boden in Abhängigkeit von Bodenart, Saugspannung und· Gefäßtiefe erha.lten worden sind. Im folgenden soll über Ergebnisse berichtet werden, die in der Zwischenzeit mit bewachseneQ Lysimetern erzielt worden sind. Sie sollen die Bedeutung verschiedener Faktoren, wie Bodenart, Wasserbindung und Tiefe des

, Wurzelraumes, auf den Wasserverbrauch der Pflanzen sowie dessen Beziehungen zur atmosphärischen Verdunstung zeigen.

I. UNTERSUCHUNGSMETHODE

Die Unterdrucklysimeter bestehen aus runden Gefäßen von 50 .cm Durchmesser, die an ihrem unteren Ende anstelle eines Sickerkastens eine entsprechend konstruierte keramische Platte enthalten, so daß sowohl Versickerung als auch kapillarer Aufstieg im Lysimeter unter definierten Saugipannungsverhältnissen gemessen werden konnen. Während die Lysimeterdurchmesser aus Gründen der Herstellung von Saugböden auf die oben genannten Größe beschränkt worden sind, wurden die Gefäßtiefen von 25-cm bis 200 cm und die angelegten Saugspannungen von 25 cm Wassersäule (Ws) bis 600 cm Ws variiert. Die Saugspannungen wurden bis 150 cm Ws durch das G.ewicht der zwischen Saugboden und Meßgefäß hängenden Wassersäule, größere Saugspannungen durch zusätzliches Vakuum in den Meßgefäßen erzeugt. (Abb. 1)

Die Untersuchungen an Unterdrucklysimetern weisen einige Besonderheiten auf. auf die zum besseren Verständnis der Ergebnisse hingewiesen sei. Da inden verwendeten Lysimetern keine Bodenfeuchtemessungen durchgeführt werden,· sind Bil anzierungen des Wasserhaushaltes nur zwischen Gleichgewichtszuständ~n möglich. Diese ·können durch natürliche Niederschläge oder durch künstliche Bewässerung eingestellt werden. Bei den bisherigen Versuchen wurden für die Bilanzierungen efn natUrlicher Gleich-gewichtszustand im Frühjahr und ein künstlich erzeugter Gleichgewichtszu.stand na.ch

Die Untersuchungen wurden mit Unterstützung der DFG durchgeführt, wofür an

dieser Stelle herzlich gedankt sei.

25'

Entleeren bzw~ Nachfüllft1

. "7~;;;~ ,/~~. - ':'==r=-====:;, « · Anschluß. für

r; llrr' Vakuumgefäß

------- -~!!- --------

Abb. 1 ~chem'atischer Aufbau eines Unterdrucklysimeters

der Ernte verwendet. Beide Zeitpunkte wurden so gewählt, daß der Entwick-limgszustand der Pflanzen die Bedingungen der potentiellen Evapotranspiration . erfilllte. Aus diesem ßrilnde mußte die Ernte länger Zeit von der Reife der betreffenden FrUchte vorgenommen werden. Ertragsfeststellungen wurd~n zwar durchgefilhrt, doch sind diese in Anbetracht des geringen Flächeninhaltes der Lysimeter nicht als zuverlässig anzusehen. Alle Lysimetergefäße befanden sich zur Ausschaltung von Randeffekten in einer größeren geschlossenen Pa.rzelle der angebauten Versuchsfiucht;

Parallel zil den Lysimeter.messungen wurde die potentielle Evapotra.nspiration nach Haude berechnet und die atmosphärische Verdunstung mit einer kerami-.schen Scheiben gemessen. Diese keramische Scheibe a.rbeitet ·wie ein Verdun-stungsmesser nach Belani und besteht im wesentlichen· aus einer 'Keramik (7 mm stark, 200 cm2 Flächeninhalt, Material Diapor M 8 G der Sfhumacherschen Fabrik, Bietighei!ll). die a.uf einer Seite· mit Polyesterharz abgedichtet ist. Sie steht Uber ein Röhrchen in hydrostatischer Verbindung mit einem Meß- sowie einem Entlilftungsgefäß und nängt zum Schutz vor Sonneneinstrahlung und Ver-schmutzung mit de~ _Yerdunstungsfläche nach unten unter ·einem seitlich offenen Pultdach (Abb. 2). Das Auffilllen erfolgt mit destilliertem Wasser mittels einer Heber-Vorrichtung nach Mitscherlich.

26

SehemaUseber Aufbau de5 Verdynst111g~ messers mit keramischer Scheibe

' ' ' ~mm

' I ' I '----------

11. ERGEBNISSE

Pultdach

··~/M

Abb. 2

s = keramische Scheibe A = Anschi ußrohr E = Entlüftungsgefäß M = Meßzylinder St = Standrohr F = Einfüllöffnung mit Glas-

stopfen

F.r = Druckausgleich

Für die Berechnu~g der Lysimeterergebnisse stehen folgende Meßwerte zur Verfü-gung:

1. Bilanz am Saugboden in mm (B)

Sie ergibt sich durch Summieren der Tageswerte und kann positiv oder ne-gativ sein, je nachdem, ob der Zulauf oder der Verbrauch überwiegt. Sie läßt sich als Summenkurve darstellen.

2. Direktaufnahme in mm (D)

Hierunter wird der Wasserverbrauch durch die kapillare Nachlieferung un-mittelbar aus dem Saugboden verstanden. Ihre Gesamtgröße ergibt sich durch Addition der negativen Ta.gesbilanzen.

27

3. A.bsättigung in mm (A)

Sie ist .die Wassermenge, die am Schluß· einer Meßpe'riode z.ur Einstellung des Gleichge)"ichtszustandes im Lysimeter benötigt wird. ·

Aus der Bilanz a.rri Saugboden und der zur 'Absättigung benötigten Wassermenge ergibt sich als Rechengröße der in den Lysimetergefäßen festgestellte Wa.sserver-

. brauch (LV), aus dem durch Addition der na.türlichen Niedersenläge (RR) der ge-samte Wasserverbrauch der Pflanz~n (GV) während der Meßperiode errechnet wird: . . ~

LV = A-B GV = LV+ RR

In Tab. 1 sind die Er.gebnisse 1963 beim Sandboden für die Versuchsfrucht,Winter-raps zusammengestellt .

. WasserhauShalt Wller W. ~Raps in Unterdrudclvsimet~m

Sandboden Yolkenrode 1.4.-27.6.1963 N~'l35,2mm

Geflß Bilanz.,;, Dnlll· Absiltllgung VeriJriUch Gesaml-

T..,.. /cm s.ug-. aulnahme ln a.LySirnetem VerbraUch cm Wo ·mm mm mm mm mm

200/25 + 24,9 0,9 91,5 66,6 201,8} 200/300 + 24.7 0,9 94,1 69,4 204.6

100/25 - 39,4 45,2 64,3 103,7 238,9 100/300 - 6,1 17,8 69,4 75,5 210,7

50/25 - 92,5 105,2 72,9 165,4 300.6 50/100 ~ 62,0 71,4 53,9 115,9 251,1

50/300 - 37.i 41.0 44.3 81,4 216,6

25/25 - 128,9. 184,5 24,5 153,4 288,6

25/100 - 63,4 67,8 6,9 70,3' 205,5

25/300 - 56,8· 58,4 0 56,8 192.0

25/600 - 57,3 61,7 27.3 84,6 219,8

Relation

100

117 104

148 124 107

142 101 94

108

Tabelle 1 Abb. 4

I

I

Aus den Zahlen ist ersichtlich, daß mit Ausnahme 4er Gefäßgruppe 200 cm Tie- · fe die Bilanzen am Saugboden negativ sind. Die Bilanzdefizite steigen mitklei- ·. nerer Gefäßtiefe an, nehmen jedoch mit größer werdender Saugspannung ab, so daß Gefäßtiefe und .. Saugspannung einen deutlichen Einfluß auf die Bilanz aufwei-sen. Ähnliche Einflüsse von Gefäßtiefe und Saugspannung sind auch.bei der Direkt-

28.,.

aufnahme festzustellen. Bei 200 crri Tiefe sind die Direktaufnahmen unbedeu-tend und zeigen auch keinen Sauspannungseffekt. Bei kT.eineren Gefäßtiefen ver-· suchen die Pflanzen, den Nachteil eines kleineren Wurzelraumes bei ihrer Was-serversorgung durch eine vergrößerte Direktaufnahme aus den Saugböden aus zu-gleichen. Die Größe des Gesamtverbrauches bestätigt, da.ß bei 2 m Gefäßtiefe kein Einfluß der Saugspannung auf den Wasserverbra.uch festzustell.en ist, .während er bei den anderen Gefäßgruppen besonders stark im Bereich zwischen 25 und 100 cm Ws auftritt. Bei der Beurteilung dieses Saugspannungseffektes muß jedoch berücksichtigt werden, da.ß 25 cm Ws Saugspannung noch unterhalb des Wertes für die Feldkapazität dieses Bodens liegt, die bei etwa 100 cm Ws erreicht wird. Bei Ausschaltung der 25 -cm -Werte aus der Betrachtung liegen die UnterschiedE' im Wasserverbrauch für die 3 Monate lange Meßperiode in einem verhältnismä-ßig engen Bereich.

Die Ergebnisse auf Lehmboden (Tab. 2) bestätigen zwar in einigen Punkten die Messungen auf Sandboden, weichen jedoch andererseits in wesentlichen Punk-ten davon ab.

Wasserhaushalt unter W. -Ra~s in UnterdrucklYsimetern Lehmboden Bodensteen 1.4.- 27.§.1963

Niederschlag 135,2 mm

Gellß Bilanz am Dire-kt- AbsäHigung Y&rbrauch Gesamt· Ttef•.;cm Saugboden aufnahrT.e in a.Lysimetem Ve-rbrauch

cm Ws mm mm mm mm mm

200/25 + 2,8 15,5 216.5 213,7 348,91 200/300 + 18,5 7,6 229.7 211.2 346,4 J

100/25 - 106,5 115,0 94.8 201,3 336,5 100/300 - 5.2 21.1 124.0 129.2 264,4 50/25 -182.9 226,3 50.9 233,9 369,0

50/100 -112,9 144.3 48,6 161.5 296.7 50/300 - 69,0 68,6 40,7 109,7 244,9

25/25 - 125,1 170,9 22,1 147,2 282,4 25/100 - 86,6 102,3 27,3 113,9 249,1 25/300 - 64,6 68,5 30,9 95.5 230,7

Tabelle 2

Relation

100

97 76

106 !

85 70

81

I

72 66

Abb. 5

Übereinstimmung besteht hinsichtlich des Einflusses von Gefäßtiefe und Saug-

spannung auf die Bilanz am Saugboden und die Direktausnehme, doch macht

29

sich der Einfluß der Sa1,1gspannung auch bei 200 cm Gefäßtiefe bemerkba.r, Die-

. ser Einfluß wirkt sich jedoch nicht im .Gesamtverbrauch aus, da bei den beiden Lysimetern die Absättigungsmengen um einen gleichen Betrag mit entgege nge-setztem Vorzeichen verschieden sind. Der wesentlichste Unterschied zwischen beiden Bodenartenliegt beim Gesamtverbrauch, der bei allen Lysimetern im Lehmboden wesentlich höher ist als beim Sandboden. Besonders auffaltend is~. daß beim Sandboden die 200 cm tiefen Gefäße den niedrigsten Wasserverbrauch aufweisen, beim Lehmboden dagegen den höchsten. Abnehmende Gefäßtiefe und zunehmende Saugspannung führen,' wie beim Sandboden, zu einer Verringerung des Wasserverbrauchs, die zwischen 25 cm und 100 cm Ws Saugspannung beson-· ders deutlich ist.

Daß die Einflüsse von Gefäßtiefe und Saugspannung auf den Wasserverbrauch un-abhängig von Jahreswitterung und Versuchsfrucht sind, zeigt die Zusammenstel-· lung der Ergebnisse 1962 und 1963 in Tab. 3.

Wasserverbrauch auf 2 Bodenarten in Unterdruck-ly_simetem19_6_2_und 1963 --

15.4.-30.6.1962 W.·Gerste 14.-27.6.1963 w.-Raps

Gefäß Lehm Sand Rei.Sand Lehm Sand Rei.Sand

cm cmWs . mm mm = 100 mm mm •100 200/25 380,3! 194.4! 197 348.9) 201,8} 171 200/300 377.7 190.3 346.4 204,6

100/25 350,8 - - 336,5 238.9. 141 100/300 304.5 187.9 162 264.4 210.7 125

. 50/25 365.1 267.5 136 369,0 300,6 123

50/150 282,1 201,3 140 277.6 246,2 115 50/300 278,8 201,7 138 244,9 216,6 113

25/25 282,4 288,6 '98 25/100 249,1 205,5 121

25/300 230,7 192,0 120

Tabelle 3 · Abb. 6

Ein Vergleich der Werte zeigt, daß die Verbrauchszahlen in beiden Jahren die-selbe Rangordnung haben und das Verhältnis im Gesamtverbrauch zwischen Sand-. und Lehmboden die gleiche Tendenz hat, wobei 1962 der Unterschied zwischen den beiden Boden.arten größer ist als 1963.

30

Um die Beziehungen zwischen klimatischen Verdunstungswerten un~ dem Wasse~verbrauch in Unterdrucklysimetern zu untersuchen, wurden die Verbrauchszahlen

mit den Verdunstungswerten nach Haude und den Werten der keramischen Scheibe verglichen. Die Ergebnisse des Vergleichs mit den Haudewerten sind als Relatio-nen (Haudewert = 100) in Abb. 3 dargestellt. Beim Lehmboden ist bei a.llen Lysi-metern der Wasserverbrauch höher als der Verdunstungswert nach Haude. Beson-ders groß ist der Unterschied bei den 200-cm -Gefäßen und bei den niedrigen Saug-spannungen der flachen Gefäße.

~gleich zwischen Wasserverbrauch in Unferdrucklysimetern und Verdunst.·Wert nadl Haude- Völkenrode 1.4. 63- 27. 6. 63

.Gefäß T~•/Ws

2001~&;' 100/25 100/300

50/25 50/150 50/300

25/25 25/100 25/300

200/~ 100/25 100/300

50/25 50/150 50/300

25/25 25/100 25/300 25/600

V erd Wert= 223 mm Winterraps

Relation 50 100

Zum Vortrag Czcratzki

150

Lehmbodel}

-

Sandboden

Beim Sandboden entspricht im wesentlichen der Wasserverbrauch den Haudewerten. Eine Ausnahme bildet die Saugspannung 25 cm Ws, bei der Unterschiede zum Hau-dewert in der Höhe wie beim Lehmboden auftreten.

31

Um die Beziehungen zwischen de'n Verbrauchswerten in den Lysimetern, deh

Haudewerten und den Verdunstungswerten der keramischen Scheibe festzusteHen, wurden die Fa.ktoren zwischen diesen Werten errechnet. Wie a.us der folgenden Zusammenstellung ersichtlich, ha:t die Keramik sowohl im Vergleich zum Hau-dewert als auch zum Sandboden·einen höheren Verdunstungswert aufzuweisen ..

Faktoren für Unterdrucklysimeter 200 cm, Haudewert, keramische Scheibe

Faktoren 1962 1963 -

Haude 0.68 0.82

Keramik

Lys. Sand 0.76 0.75

Keramik

Lys. Lehm 1.50 L27

Keramik

I.:ys. Sand 1.12 . 0.91

Haude

Lys. Lehm 2.21 1.56

Ha.ude

Dabei stimmen die Faktoren aus Lysimeter/Sand und Keramik in beiden Jahren wesentlich besser übere~n, als die Faktoren für Haudewert und Keramik. Beim Lehmboden ergeben sich auf Grund des höheren Gesamtverbrauchs bei .allen Ver-. gleichen -Faktoren, die größer als 1 sind. Sie deuten 9arauf hin, daß zwischen den physika.lischen Verdunstungswerten und dem pflanzlichen Verbrauch beim Lehm-boden andere Beziehungen vorhanden sind als beim Sandboden. Weitere Untersu,... chungen ·sollen klären, ob diese Unterschiede von grundsätzlicher Natur sind und welche Zusammenhänge hierbei bes.tehen.

ZUSAMMENFASSUNG

1. Gefäßtiefe und Saugspannung üben einen deutlichen Einfluß auf die Höhe des Wasserverbrauchs in Unterdrucklysimetern aus. Dieser -tritt bei 25 cm Ws be-sonders· in Erscheinung und ist beim'L~hmboden stärker als beim Sand.

32

20 Der Verdunstung~wert na.ch HAUDE,stimmt mit dem Wa.sserverbrauch auf Sandboden gut übereino Dagegen ergeben sich beim Lehmboden größere Un-terschiede 0

30 Ähnliche Beziehungen bestehen auch zu den Verdunstungswerten einer kera.-mischen Scheibe 0 Sie stimmen nach Multiplikationen mit dem Faktor Oo 75 mit dem Wasserverbrauch im Sandboden überein. Beim Lehmboden ist dieser Faktor). 1 und auch nicht so konstant wie beim Sandboden.

33

Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft Bd. 2 S. 35- 45, 1964

BODENFEUCHTEGANG UND DURCHWURZELUNG VERSCHIE-

DENER BODENTYPEN

H. G. Kmoch

Das Unbehagen, das der Pflanzenbauer bisweilen bei der Anwendung chemischer oder mechanischer Methoden der' Bodenuntersuchung empfindet, hat immer wie-der zu Versuchen geführt, das Verhalten der Pflanze selbst als Maßstab für den Wert eines Pflanzenstandortes heranzuziehen. Pflanzensozio1ogische Feldmetho-den können als Beispiel hierfür ebenso genannt werden wie die Keimpflanzenmetho-de nach Neubauer-oder das Mitscherlieh -Verfahren. Ein im Prinzip ähnl.icher Gedanke lag unseren Versuchen zugrunde, mit Hilfe einer standa.rdisierten Bohr-methode (3) den Wurzelverlauf bestimmterTestpflanzen, mt'ist Wintergetreide, als Maßstab für Aufbau und Eigenschaften verschiedener Bodenprofile zu benutzen.

Die ersten Versuche hierfür im Jahre 1959 wa.ren recht ermutigend. Wurzelunter-suchungen an Winterweizen auf 2 verschiedenen Standorten ließen nicht nur die Abgrenzungen verschiedener Bodenhorizonte erkennen, sondern wiesen a.uch gute Übereinstimmung mit bodenphysikalischen Meßwerten auf. Aber das Jahr 1959 war als extremes Trockenjahr für ein derartiges Vorhaben besonders günstig In den darauffolgenden feuchteren Jahren verwischten sich manche zunächst so offen-kundigen Eigenarten der Durchwurzelung und Unterschiede zwischen verschiede-nen Bodentypen, so daß es erforderlich erschien, die Wechselbeziehungen zwi-schen Wasser und Wurzeln über einen längeren Zeitraum hinweg zu verfolgen. Untersucht wurden 8 Bodentypen in der weiteren Umgebung B~nns, d.h. unter weit-gehend vergleichbaren Klima.- und Witterungsverhältnissen.

Um eine gewisse Vorauswertung des umfangreichen Zahlenmaterials vornehmen zu können, wählten wir in Ergänzung der bekannten Bodenfeuchte - Zeit - Dia-gramme eine graphische Methode, die sowoh1 den Feuchtegang als auch die Wurzel-entwicklung in Abhängigkeit vom Bodenprofil erkennen läßt. Ein Beispiel, das Methode und benutzte Symbole erläutern soll, läßt zugleich die tiefe und wir-kungsvolle Durchwurzelung unter Getreide erkennen, die trotz eingehender Un-tersuchungen (z.B. Gli?meroth, 1) in hydrologischen Arbeiten oft unterschätzt wird (Abb. 1).

35

Nh,R, 1962

I 40-200 mg II

[I]] 3 16-22 ·- 7 > 40 111 ::.200-7000mg bßi >1000-SOOOmg II ·~ 4 2_2-28 llJUI ~5000mg II Abb. 1 ~'!. ~'.P l ~! _f!!! _J1~

Ort: Bodentyp:1 Frucht: Jahr: .

Neuh...,....;.ich, Reg.Bez.Köln Braunerde mit mtißigem Basengehalt Winterroggen 1962

Es handelt sich hierbei um die Darstellung von einer basenreichen Braunerde aus. Löß. Der Verlauf der Feuchtekurven erscheint stark vereinfacht. Dennoch erge-

. ben sich hier wie auf den übrigen vorwiegend mittelschweren bis schweren Bö-den recht eindeutige Tendenzen: Bis Ende Juni des relativ niederschlagsarmen Jahres 1962 eine graduelle Austrocknung des Bodens, die im Juli zum Stillstand kommt und in tieferen Schichten durch eine gewisse Auffüllung der Wasservor-räte abgelöst wird. Zusammenhänge mit dem Bodenprofil sind hier aber kaum erkennbar.

In den Schichten gleicher Bodenfeuchte (zunehmende Feuchte ist dargestellt durch dichter werdende Schraffuren), sind zu 3 Zeitpunkten, vor dem Schossen, um die Blüte herum und bei der Reife, die Wurzelsymbole, hier für Roggen, hin-eingezeichnet, wobei das äußerste Ende jeweils dem größten festgestellten Tief-gang entspricht. Die Zahl der senkrechten Linien entspricht der Massenausbildung der Wurzeln. Dabei erscheint der hier gewählte Maßstab in einer geometrischen Progression vielleicht zunächst etwas kühn: Eine zweite Linie entspricht dem Fünffachen, eine dritte Linie dem Fünfundzwanzigfachen usw. des Gewichts an Wurzeln, das durch eine einzelne Linie dargestellt ist. Hierdurch versuchten wir, der von van Lieshaut (5), Hanus (2) u.a. festgestellten großen Bedeutung einzel-ner tiefreichender Wurzeln gerecht zu werden, ohne die nach oben sehr stark zu-nehmenden, zu einem großen Teil nicht mehr sorbierenden Wurzelmengen dar-stellen zu müssen, Die in diesem Diagramm auftretende, durch die Klassenein-teilung mitbedingte Koinzidenz von Wurzelende und Feuchtegrenze stellt eher eine Ausnahme als die Regel dar; typisch ist dagegen für diesen Boden, der zu den fruchtbarsten der Kötner Bucht gehört, die sehr gleichmäßige, in einer be-stimmten Tiefe bei etwa 1, 50 m ziemlich abrupt endende Durchwurzelung.

Bevor man aber verschiedene Böden miteinander vergleichen kann, müssen die schon eingangs genannten Jahresunterschiede der Bodendurchfeuchtung berücksich-tigt werden, die ihrerseits von den Niederschlägen der Untersuchungsperiode 1960 - 1963 sowie des vorangegangenen Trockenjahres 1959 abhängen (Tab.1)

Dem sehr trockenen Jahr 1959 und dem weniger extremen, aber im ganzen doch unterdurchschnittlich mit Niederschlägen versorgten Jahr 1963 stehen 2 feuchte Jahre - 1960 und 1961 -gegenüber, während der Niederschlagsverlauf 1962 nur wenig vom langjährigen Mittel abweicht. Nur 2 Besonderheiten seien noch her-vorgehoben: Das Jahr 1960, das auf das trockene Jahr 1959 folgte, war in den

, ersten Monaten ebenfalls trocken, bis im Mai mit hohen Niederschlägen eine Änderung einsetzte, die nach einem trockenen Juni zu verregneter Ernte und zu

37

Tabelle 1

Ni e d er s c h 1 ä g e a u f d e m V e r s u c h s f e 1 d B o n n -Po p p e 1 s d o r f 1 9 5 9 - 1 9 6 3. m m

-------------------------------------------------------------------------------------/

19 59 - 1960 1961 1962 1963 L. M.x

Mx Kx M K M K M K M K M K

Januar 51 51 36 36 57 57 15 15 20 20 40 40 .-

Februar 2 -53 26 62 29 86 61 76 20 40 34 74 März 43 96 26 88 24 110 43 119 38 78 37 111 April 35 131 51 139 67 177 34 153 30 108 43 154 Mai -27 158 91 230 67 244 58 211 55 163 53 207 Juni 11 169 30 260 158 4.02 .10 221 60 223 65 272 Juli 4 173 -76 336. 67 469 62 283 68 291 73 345•

August 58 231 136 472 45 514 70 353 99 390 65 410 September 2 233 68 540 47 561 77 430 41 -431 48 458 Oktober 51 284 74 614 44 605 ·19 449 48 479 50 508 November 39 323 49_ 663 49 654 31 480 57 536 44 552 Dezember . 46 369 77 740 58 712 79 559 6 542 46 . 598

X) M = Monatssumme -. CO

M

K = Kumulierte Werte L.M. = Langjähriges Mittel

einem sehr hohen Jahresniederschlag führte. In dem anderennassen Jahr, 1961, das vo11" Anbeginn an überhöhte Regenmengen gebracht haue, fie-len die a.usschlaggebenden Niederschläge dagegen im Juni, also zu einem früheren und für die weitere Entwicklung des Getreides wichtigeren Zeit-punkt.

Diese verschiedene Niederschlagszufuhr spiegelt sich recht deutlich in den Bodenfeuchte - Wurzel - Diagrammen wider.{Abb. 2).

1960 ist der Wasservorrat des Bodens ungeachtet der vorangegangenen Trockenperiode wieder gut aufgefüllt, sinkt abertrotzder hohen Mainieder-schläge, die offenba.r ganz für die Schoßperiode verbraucht werden, konti-nuierlich ab. Die Wurzeln folgen dieser Abnahme und so wird ein gleich-mäßiges tiefreichendes Wurzelsystem ausgebildet, das zur Reife hin in hö-heren Schichten zu-, in tieferen Schichten dagegen etwas abnimmt.

Ganz anders ist der Wurzel- und Feuchtegang 1961. Der sehr hohe W·asser-geha.lt des Bodens bleibt -übrigens in gewisser Anlehnung an die Horizont-grenzen -das ganze Jahr nahezu gleich, die Wurzeln erreichen zwar auch große Tiefen, aber weniger gleichmäßig, sondern nur mit vereinzelten Strängen, und sie nehmen bis zur Ernte an Mässe zu; das ist eine Tendenz, die wir bei früheren Vergleichen mehrfach auf ungünstigen Standorten fest~· gestellt haben (3).,

Im folgenden Jahre 1962 sind offenbar i~ Unterboden so große Wasservorrä-te verblieben, daß sie nur allmählich abnehmen. Gleichzeitig dringen die Wurzeln über den Bohrbereich hinaus nach unten vor. In dem trockenen Jahr 1963 dagegen nehmen die Wasservorräte rasch ab. Das Wurzelsystem, das nach spät beginnendem Frühjahr im Mai geringere Tiefe und Dichte auf-weist als in anderen Jahren im März/April, bleibt auch im weiteren Verlauf zurück, wobei bemerkenswerterweise a.uch die höheren Schichten feuchter bleiben als in dem Rekordemtejahr 1962, für das eine gleichmäßige Ab-nahme der Bodenwasservorräte, gleichmäßig bis zur Blüte nachwachsende Wurzelmassen und danach eine gewisse Abnahme der Wurzeln nach Tiefe

und Die hte typisch w a.r.

39

R 1963 . I

Monat 7fT TV V VT !t21 VIII ·

Abb. ~ ~ ~ r_ e_s_v _e !S!! L c_ h __ d _e! _ ~~ ~ ~!]!! ';! C: h te_: _u_ f!_ d __ [?_ ~ r_ c_ h_':! ~ r_ z_e_l_u_njl~ :1!! L H_ u_f_e _ Ort: Bodentyp: Frucht: Jahr:

40

Versuchsfeld Bonn-Poppelsdorf Pcrr.abraunerde aus Ltsß Wint~rroggen

1960-1963

Ein weiteres Ergebnis der bisherigen Untersuchungen ist die verschiedenartige

Wasserausschöpfung unter Weizen und Roggen, über die schon von Seelhorst (6) aufgrundseiner umfassenden Arbeiten über die Zusammenhänge zwischen

Bodenwasser und Nutzpflanzen berichtete.

Häufig entspricht dieser stärkeren Inanspruchnahme des Wassers unter Wei-

zen auch ein besser ausgebildetes Wurzelsystem des letzteren. Gelegentlich

aber wird diese Reget auch umgekehrt. In jedem Fall wurden die Wasserre~

serven des Bodens vom Weizen stärker beansprucht als vom Roggen, wie es

in den bei der Ernte verbliebenen Restmengen an pflanzenverfügbarem Was-

ser zum Ausdruck kommt (Tab. 2).

Tabelle 2

~-u_l2l_ -~ _e_~ t:.l2 ~-r:_ ~!- ~-e_r__ ~~_i! _e __ ~l2l __ f~ ~ ~:_~:: _ .:_::: .::~_l_i_~ ~.:..:::._:;·~.:.

e!!~ 2:.~ ~2:. v_~! -~ i:!__g_b_~:~_s __ ~ _a_ ~~:. :_~ 2:. t:.:.: _'!'._ :_i_z_:_~ __ u_~~--~~_g_g_:_~_

Schicht, cm 1960 19 6 1 1962

Weizen Roggen Weizen Roggen Weizen Roggen

mm mm mm mm mm mm 0 - 30 49,3 50,7 44,5 50; 0 35,7 44,6.

30 - 60 29,1 36,0 36,4 37,4 - 6,3 - 2,7 60 - 90 7,2 19,0 19,9 33,4 - 6,6 3,3 90- 120 23,3 22,6 17,8 37,2 - 7,5 - 1,7

120 - 150 41,8 35,7 30,3 53,9 40,0 4a,5

0 - 150 150,7 164,0 148,9 211,9 55,3 91,0 -- -- ------ --- -- -

Die Unterschiede im Wasserhaushalt des Bodens und in seiner Durchwurze:..

lung werden noch größer, wenn man verschiedene Bodentypen miteinan-

der vergleicht.

Als Beispiel für einen solchen Gegensatz soll die oben (Abb. 2) erwähnte

Parabraunerde einem Pseudogley gegenübergestellt werden, dessen Eigen-

41

I

schafteq a.us früheren Untersuchungen (4) gut bekannt waren (Tab. 3). Das Ausgangs-materia1 beider Böden 'ist riach Herkunft (umlagerter Löß) und Textur -sehr ähnlich. Charakteristisch fUr den Pseudogley als den 1.\ngünstigeren Pflanzenstandort ist die di~hte Aufeinanderfolge von trockenen und feuchten bis nassen Schichten, die in den hi~r wiedergegebenen Mittelwerten allerdings nicht zum Ausdruck kommt. Die Wur-zeln reichen zwar tief und das Wurzelnetz läßt nach Zuwachs und Abnahme und nach seiner Gesamtmasse zunächst kaum Unterschiede erkennen. Auffa11erid bleibt jedoch die Ungleichmäßigkeit der Wurzelmengen zur Tiefe. hin, die stark abnehmen und in weitgehender Übereinstimmung mit den Feuchteschichten nach unten hin abgestuft sind.

. , : Ein aus Durchschnittswerten·gewonnener und damit etwas grober Vergleich läßt die. Disproportionalität zwischen Wur_zeldichte und Feuchteahnahme erkennen. Trotz ~tarken Rückgangs der Wurzeldichte werden dem Boden in größerer Tief_e noch immer relativ große Wassermengen entzogen. Dabei entsprechen jedoch der in allen Schich-· ten geringeren Wurzeldichte des Pseudogleyes gegenüber den Braun- und Parabraun-er_den auch geri!_lgere m'ittlere Feuchtea.bnahmen.

Obgleich die Zusammenhänge zwischen Jahreswitterung, Bodentyp, .Bodenfeuchte und Getreideart noch weiterer quantitativer Untermauerung bedürfen, lassen sich aus der graphischen Vorauswertung doch schon einige aufschlußreiche Tendenzen erkennen:

1. Der fü"r ertragssichere Standorte typische Feuchtegang ist offenbar durch einen mittleren Wassergeha.lt des Bodens im Frühjahr und eine gleichmäßige Abnahme dieses Geha.lts im Laufe der Vegetationszeit durch alle durchwurzelten Hori-zonte hindurch charakterisiert. Diesen Feuchtegang wollen wir als Typ A bezeich-nen. Eine weniger gleichmäßige Abnahme, die durch ·geleg~ntliche Feuchtezu-nahme unterbrochen wird oder nur in einzelnen Schichten oder Bodenhorizonten auftritt, kennzeichnet ·den Typ B, und Feuchtegänge,- bei denen der Wasserge- ' halt einzelner Schichten oder Horizonte unabhängig von den benac hba.rten Schichten zu schwanken scheint, zählen wir zu.m Typ C .. Wertet man die bisher erarbeiteten Diagramme hiernach aus, so· entfallen von den 3S a.uf er trag -

42

· .reichen und ertragsicheren Standorten ( Braunerden und Parabra.une~den hinrei- _ · ehender Basensättigung) festgestellten Jahresfeuchtegängen

28 a.uf Typ A 9 a.uf Typ B l.auf Typ C

Tabelle 3

a) 5-Blatt-Stadium bis Reife b) Blüte bis Reife Bodentyp Schicht mittlere Feuchte- mittlere mittlere Feucht·e- mittlere

Ort Bodenfeuchte abnahme \l'urzeldichte Bodenfeuchte abnahme Wurzeldichte cm Vol% mm/Tag mg/1 Vol% mm/Tag mg/1

1. rtoggen +}

Parabraunerde 0 - 30 26 0,694 780 15 -0,424 1026 Poppelsdorf 30 -100 27 1,133 158 20 0,505 216

100 -150 36 0,309 19 34 0,228 32 0 -150 '2,"f"3'b ü;"'339

Pseudogle;y 0 - 30 29 0,516 737 28 -0,201 1123 Arinabergerhof 30 -100 35 0,907 152 33 -0' 136 190

100 -150 34 0,095 1 'p 22 0,080 1 ,6 0 -150 1 '518 - '0';2'5"7

\

2. lveizen Par& braunerde 0 - 30 23 0,560 8'33 14 -0,515 1674 Poppelsdorf jO -100 28 0,935 233 20 0,889 473

100 -150 38 0,471 45 30 0,826 84 0 -150 1";9tiC T,2öö

Pseudogley 0 - 30 28 0,906 919 16 -0,395 1250 Annabergerhof 30 -100 32 1 ,070 198 19 0,068 267

100 -150 37 §,41f 0 37 -~ 1 '5 0 -150 ,39 -0,

+) Zunahme

Für die _ungünstigen Pflanzenstandorte (2 Pseudogleye und eine schwach ent•

wickelte )3raunerde geringer Basensättigung aus grobkörnigemAlhivium) ent-fallen dagegen von insgesamt 24 Jahresfeuchtegängen

0 auf Typ A 10 auf Typ B 14 auf Typ.C

2. In feuchten Jahren wird auf den günstigen Standorten der Typ A durch Typ B ersetzt, umgekehrt verschiebt sich auf.den ungünstigen Standorten in truckenen Jahren der Feuchtegang vom Typ C ebenfalls nach dem des Typs B.

(

3. Die Wurzelentw. _icklung paßt sich dem Feuchtegang recht eng. an, und zwar weni-ger nach Maßgabe des maximalen Tiefganges, als vor allem hinsichtlich der

. Massenentwicklung in der Tiefe. Besonders die etwas später entwickelten Wei-zenwurzeln reagieren deutlich auf Abweichungen· vom "idealen" Feuchtegang Typ A, gleich ob diese Abweichungen durch die Jahreswitterung oder .durch den Bodentyp beding·t sind. Alles in allem scheint eine gewisse Korrelation zwischen gleichmäßig tiefer Durchwurzelung und gleichmäßigem Feuchtegang zu beste-hen.

4. Die Erfahrung, daß trockene Witterung ·in der Kölner Bucht auf jeden Fall quali-tativ hochwertigere, meist auch.mengenmäßig hohe Erträge bringt, kann wahr-

\

·({· scheinliehdahingehend ergänzt werden, daß auch eine allmähliche Austrock-nung des Bodens, die ja häufig mit trockener Witterung verbunden ist, als er-

·r tragsgünstiger Faktor angesehen werden kann, sofern ein gewisser Mindestwasser-\ . gehalt in der Tiefe nicht untersc~ritten wird. Dieser Zusammenhang mag für Be-

· regnungseinpfehlungen ·zu Getreide von Bedeutung sem.

Literaturverzeichnis

1. Gliemeroth, G., 1952

2. Hanus, H., 1962

44

Wasserhaushalt des Bodens in Abhängigkeit von der Wurzelausbildung einiger Kulturpflanzen Z.f.A cker- u. Pflanzenbau 9_5, 21-46

Wurzelprofil und Wasserversorgung der Grasnar-be bei verschiedenen Grundwasserständen Diss. Bonn

lt

I ~

'.

-

Mitteilungen der Deutschen Bodenkundlichen Gesellschaft Bd. 2 S.47 -55, 1964

DIE BODENFEUCHTEMESSUNG UNTER BERÜCKSICHTI-

GUNG DER NEUESTEN ERGEBNISSE MIT NEUTRONEN-

SONDEN

B. Hoffmann

Die Bodenfeuchte ist eine wichtige Kenngröße in der Bodenkunde. Es stellt sich daher die Forderung, sie schnell und genau zu messen. Dabei ist vor

al~em die Feldmessung interessant.

Die bekam1testen Verfahren sind u. a.:

Gravimetrische Methode

Messung der elektrischen Leitfähigkeit

Messung der Dielektrizitätskonstanten

Messung der Wärmeleitung

Tensiometrische Messung

Neutronenstrahlung.

Alle Verfahren haben gemeinsam, daß man die Änderung einer physikali-

schen Größe in Abhängigkeit von der Bodenfeuchte mißt. Aber nur die

gravimetrische Methode ist unabhängig von weiteren Einflüssen anderer

Bodeneigenschaften. Abgesehen vom Einfluß der Bodenart gilt dies auch

für die N eutronenmethode.

Bei allen anderen Verfahren erschweren die Einflüsse anderer Größen wie

Salzgehalt, Säuregehalt, Quellung, Erwärmung u. ä. die Messung. Nur durch Eichung unter genau gleichen Bedingungen wie bei der Messung las-

sen sich diese Einflüsse eliminieren. Die Übereinstimmung zwischen Meß-

und Eichbedingungen ist nur schwer zu verwirklichen. Daher ist die Mes-

sung der Bodenfeuchte mit Größen, die noch andere Abhängigkeiten zeigen,

problematisch.

47

Als sicherste Methode wurde bisher immer die gravimetrische Methode an-gesehen. Sie hat als Feldmethode jedoch Nachteile, da die Entnahme von Bodenproben aus großen Tiefen schwierig ist. Bei wiederholten Messungen ' wird die untersuchte Fläche zerstochen und u. U. gestört. Auch ist es nicht. möglich, .mehrfach Proben an derselben Stelle zu entnehmen.

Die seit 1948 entwickelte Neutronenmethode hat gegenüber den genannten· anderen Methoden einige Vorteile. Sie soll daher eingehender behandelt werden. ·Als wichtigste Gesichtspunkte für die Betrachtung kann man an-' . . setzen:

1.. Prinzip 2. Eichung und Genauigkeit 3. Vor- und Nachteile bei der Anwendung.

1. Prinzip '

Eine Neutronenquelle (Ra-Be) sendet Neutronen hoher kinetischer~nergie; aus. ·Durch Streuung an den Kernen der umgebenden Materie verlieren _die-se Neutronen Energie, bis sie mit der Umgebung iJ,n .thermischen Gleich-gewicht stehen. Dieser Energieverlust ist, ähnlich wie bei den Impulsge-setzen der Mechanik, am größten, wenn der streuende Kern von gleicher Masse ist wie das Neutron. Angenähert

Die Meßdauer wird so gewählt, daß der statistische Fehler der Zählw1g ge-

ring bleibt.

2. Eichung

Die Eichung ist für die Messung besonders wichtig, Sie bestimmt Genauig-

keit und Anwendungsbereich. Man muß daher die Eichbedingungen genau festlegen, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten.

In den letzten Jahren hat eine Vielzahl von Forschern über Versuche mit Neu-

tronensonden w1d deren Eichung berichtet. Im Rahmen dieses Vortrags kann

nicht auf alle eingegangen werden. Daher sollen zwei grundsätzliche Eich-

verfahren beschrieben werden.

Die Eichung erfolgt durch Vergleich mit einer anderen Meßmethode. Dazu

eignet sich am besten die gravimetrische Methode wegen ihrer Unabhangig-

keit von weiteren Einflüssen.

Hier ist aber ein entscheidender Punkt angesprochen worden. Die Neutronen-

methode erfaßt alle Wasserstoffkerne, die gravimetrische nur einen bestimm-

ten Teil, der durch die Trocknungstemperatur gegeben ist. Bei der Boden-feuchte beträgt diese Temperatur lt. Vereinbarung 1.05° C. Damit ist eine

getren'nte Eichung für verschiedene Bodenarten unumgänglich.

In dem einen Eichverfahren werden die gemessenen Impulsraten für verschie-

dene Bodenfeuchten den gleichzeitig gravimetrisch ermittelten Werten zuge-

ordnet. Naturgemäß wird die Genauigkeit der Neutronensonde durch die Ge:-. nauigkeit der Vergleichsmethode bestimmt, und es ist müßig, zu versuchen,

den Ft:·hler der Neutronenmethode unter den der gravimetrischen zu drücken.

'\ l\

Ab Nachteil erweist sich, daß die Bodenprobe für die gravimetrische Feuchte- .-\

bestimmung nicht an derselben Stelle entnommen werden kann, an der auch I mit der Sonde gemessen wird. Man muß also mehrere Proben in der Nähe ent-nehmen und mitteln.

In einem vorgE·.gebenen Gebiet kann an mehreren Stellen die Bodenfeuchte

mit der Neutronensonde gemessen und ebenso an anderen Stelleli. gravime-

trisch bestimmt werden, um den mittleren Feuchtegehalt des Gebiets zu er-

halten. Die Mittelwerte werden einander zugeordnet.

49

Storie, Shaw und Kirkham haben bei Untersuchungen festgestellt, ·daß 7 gra-

vimetrische Messungen auf eine Neutronenmessung entfallen, wenn der Fehlet gleichbleiben soll.

Dieser Wert· wurde nicht immer von anderen Forschem bestätigt, aber allge- ·

mein kann festgestellt werden, daß die Zahl der Messungen mit de! Neutro-nensonde .wesentlich kleiner ist als die der gravimetrischen Messungen .bei gleicher Streuung.

Die Abhängigkeit der Eichung von ·der Bodenart ist nicht vermeidbar, jedoch

ist in Vielen Arbeiten immer wieder zum Ausdruck gekommen, daß die Un-terschiede für eine Reihe von Bodenarten nicht wesentlich sind. Es würde da-

her genügen, die Neutronensonde nur für. Bodengruppen zu eichen, wie es von Czeratzki auch schon vorgeschlagen ~urde. ·

Die zweite Art der Eichw1g verlangt nur die Messung von einerri oder zwei Bodenfeuchtewerten mit der Vergleichsmethode. Aus diesen läßt sich die

restliche Eichkurve berechnen; Der theoretische Zusammenhang zwischen

langsamen Neutronen und Wassergehalt ist nach Wallace und Holmes

n' = w · F • n

n' -Rate der langsamen Neutronen in eiliem Medium mit Wassergehaut w

n -Rate der lang:_amen Neutronen in Wasser F - Fw1ktion von r, dem mittleren Weg der Neutronen.

Diese-Funktion ist annähernd linear über einen großen Bereich des Feuchte-

gehaltes.

F ist aus einer Vergleichsmessung zu ermitteln, wobei die gravimetrische

Messung mit größter Sorgfalt durchgeführt werden kar;n, um höhere Genau-

igkeit zu erzielen. Die restliche Kurve ist berechenbar. Das bedeutet einen

Vorteil, da man die Genauigkeit steigern .kann. Allerdings ist die erste Art

der Eichung schneller durchführbar.

Holmes fand gute Übereinstimmung der berechneten Werte mit gravime-trisch bestimmten.

50

Dle Wahl der Eichmethode hängt von der Bodenbeschaffenheit ab .. Bei inho-

mogenen Böden ist die erste Methode anzuwenden, um den genauenVerlauf

der Eichkurve sicher zu erfassen. Bei fast homogenen Böden kann man den

theoretischen Verlauf der Kurve voraussetzen und sich mit einem oder zwei

Eichpunkten begnügen.

In jedem Fall sind Genauigkeit, Einfluß der Bodenart und Geltungsbereich

bei der Wahl der Eichmethode gegeneinander abzuwägen.

Anzeigegenauigkeit und Auflösevermögen lassen sich für Neutronensonden nicht

generell angeben, sie sind vielmehr von Bauart und Strahlenquelle abhängig.

Allgemein läßt sich jedoch feststellen:

Die Impulsrate der langsamen Neutronen muß hoch genug liegen, um Feh-ler dmch zufällige Impulse zu vermeiden. Eine hohe Impulsrate ist aber nicht

nur mit starken Quellen zu erreichen, sondern auch eine Steigerung der Em-

pfindlichkeit des Zählrohrs kann die gleiche Wirkung haben,

Charakteristisch ist die Eichkurve. Je steiler :sie ist, umso besser lassen sich zwei Feuchtigkeitsgehalte unterscheiden.

Stone, Shaw und Kirkham untersuchten 2 amerikanische Geräte und fanden, da

daß ein Gerät mit einer 2 -mc -Quelle ein größeres Auflösevermögen hatte

als ein anderes mit einer 5 -mc -Quelle.

In diesem Zusammenhang ist das empfindlichste Volumen zu erwähnen. Als

solches wird das Volumen bezeichnet, ~us dem noch langsame Neutronen

zum Zählrohr gelangen. Es wird durch die Reichweite der schnellen Neu-

tronen und damit durch den Wassergehalt bestimmt.

Je kleiner also das empfindliche Volumen ist, um so größer wird das Auflöse-

vermögen, da die Feuchtigkeitsmessungen sich auf das erfaßte Volumen

bezieht. Und hohes Auflösungsvermögen bedeutet bessere Trennungzweier

verschieden feuchter Schichten.

V. Bavel stellte fest, daß für eine geforderte Genauigkeit von 1 o/o bei einem Wassergehalt des Bodens.

51

von 10 o/o eine Quelle von 2, 5 i11c, · bei 40 o/o Wassergehalt aber nur eine v

Sowohl bei der Eichung als auch bei Messung ist darauf zu achten, daß man

im Plateaubereich des Zählrohrs arbeitet, um Einflüsse durch Spannungs-

schwankungen zu vermeiden. Außerdem sollten Festmessungen an einem

Standard in nicht zu großen Abständen in die Meßserien eingeschoben werden,

Standards werden vom Hersteller geliefert. Man kann auch einen. wasserge-

füllten Behälter benutzen.

Die Meßfehler der Neutronensahden werden iü den meisten Berichten mit et-

wa 2 o/o angegeben. Dieser Fehler ist bestimmt durch die Genauigkeit der Vergleichsmethode. Man muß analytische Fehler und "Probefehler" unter-

scheiden. Der analytische Fehler gibt die Abweichungen wiederholter Mes-

sungen an, der Probenfehler die Abweichung der Messw1gen in ein:om be-

sr:immten Gebiet vom mittleren Feuchtegehalt des Gebietes.

Bloemen fand für die Probenfehler

bei der gravimetrischen Methode etwa 11 o/o bei der Neutronenmethode etwa 6 o/o.

·Der analytische Fehler der Neutronensonde ist durch den statistischen Fehler

der Zählung gegeben und kann durch lange Meßzeiten beliebig klein gehal-

ten werden. Vergleicht man diese Ergebnisse mit denen von Stone, Shaw und

Kirkham, kann man sagen, daß die Neutronensonde verläßlicher und schneller

ist als die gravimetrische Messung bei gleichem Fehler.

3. Vor- und Nachteile

Zusammenfassend möchte ich nochmals Vor- und Nachteile gegenüberstel-

len.

Em Nachteil der Neutronensonde gegenüber der gravimetrischen Messw1g

liegt in der Tatsache, daß man eichen muß. Die gravimetrische Messung

g~bt dagegen den zu einer bestimmten Trocknungstemperatur gehörenden

Wassergehalt dir.ekt wieder.

Weiterhin ist der apparative Aufwand der Neutronenmethode sehr groß, und

man benötigt geschultes Personal.

53

Die Vorteile liegen vor allem in der guten Reproduzierbarkeit, Genauig-keit und Schnelligkeit der .Messungen. Zur Bedienung und Ausw·ertung ge-nügt eine Person.

Der Erfolg der Messung hängt von· der Sorgfalt der Eichung ab. Je genauer. die· Vergleichsmethode ist,· umso genauer ist auch die Neutronenmethode. Bei der Eichung muß gena.u überlegt werden, welche Genauigkeit ma.n for-dern .will, weiche Bodenarten erfaßt werden sollen und in w elche_m Ma.ß die Eichkurve für mehrere Bodenarten gelte'n ka.nn. Nur so können Fehler vermieden werden, die zur Unterschätzung .der Neutronenmethode führen •.

Zum Schluß sei noch dara.uf hingewiesen, da.ß der Umgang mit Neutronen-sonden ein Mindestrpa.ß a.n Schulung in kernphysikalischer Meßtechnik und Strahlenschutz erfordert. Jeder, der sich mit diesem Zweig der Kerntech-nik in der Landwirtschaft beschäftigt, sollte sich in ausreichendem Maß mit der neuen Materie vertraut machen, um' si~h. und andere nfcht zu gefäh~den.

Li t e·r al..u r ver z eich n i s

1. v. Bavel, Nielsen, Davidson: Calibration a.nd Characteristics of Two Neutron Maisture Probes.

2. Bloemen, G.W.:

3. Boekstegen, R.:

54

Soil Sei. soc. Am., Proceed. 1961,25, Nt. 5 S. 329 - 334)

Ehige evaringen bij het meten va.n vocht-gehalten met behulp va.n neutronen Mededeling 30, 1962, Wageningeu Instituut voor Cultuurtechnik es Wa.ter-huishouding.

Bodenfeuchte- und Dichteuntersuchun-gen ·mit radiokt. Strahlen. Zeitschrift für Kulturtechnik, 4. Heft 1963 (S. 337 - 360)

4. Gardner, W. u. Kirkham, D.: Determination of Soil Maisture by

5. Holmes, J. W.:

Neutron Seattering Soil Sei. 73, 1962 (S. 391 - 401).

Calibration and Field Use of the Neutron Sea.ttering Method of Measuring Soil Water Content. Autr. J. Appl. Sei. 7, 1.956 (45- 58)

6. Stone, J.F.;Shaw, R.H.;Kirkham, D.: Statistieal-Parametersand

'1. Wallaee, P.R.:

Reprodueibility of the Neutron Method of Measuring Soil Maisture · Soil Sei. Soe. Am. Proeeed 24, 1960 (435-438)

Neutron Distributions in Eleme ntary Diffusion Theorie. Nucleonies 4, Heft 2, 1949 (30 -55).

55

.'

Diskussionsbeiträge zu den Referaten 3 - 5

Diskussionsleitung: Prof. Dr. Baden

Prof. Dr. Baden:

Liegen Erfahrungen mit der Neutronensonde auf den verschiedenen Boden-a.rten, den organischen und den Mineralböden vor?

Dipl.Phys. Hoffma.nn:

Für Böden, die einen hohen Anteil an organischer Substanz haben, müssen getrennte Eichkurven ermittelt werden. Eine neue Eichung wäre dann nicht unbedingt erforderlich, wenn man den Gehalt an organischer Substa.nz ge-trennt bestimmt und ständig .in Abzug bringt, vora.usgesetzt, da.ß dieser konstant bleibt.

Dr. ßenecke:

Ein Nachteil der Methode liegt darin, daß ein zu großes Bodenvolumen er-faßt wird. Bei feingeschichteten Böden sind differenziertere Messungen nö-tig. Ich darf in diesem Zusammenhang auf die Gammastrahlenmethode hin-weisen, die differenziertere Messungen gestattet.

Dipl.-Phys. Hoffmann:

Man muß bei der Gammastrahlenmethode sehr weiche Gammastrahlen ver-wenden, weil die Reichweite der harten Gamma.stra.hlen zu groß ist. Die Methode hat jedoch den Na.chtell, daß Gegenstrahlungen sich bei der Zäh-lung wesentlich stärker auswirken a.1s bei der Neutronenzählung. Aber auch

bei der Neutronensonde ist nach neneren Versuchen eine gewisse Abschir-mung und damit Verkleinerung des empfindlichen Volumens mögliclt. Weitere Untersuchungen sind notwendig.

Dr. Sunkel:

Wie groß ist der Einfluß der Koblenstoffionen? Soweit mir bekannt ist, re-flektieren außer den Wasserstoffionen auch die Kohlen>toffionen die Neu-

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tronen. Außderdem muß ma.n durch- die Eichung auch den Wasserstoffg-ehalt der orga.nischen Substanz berücksichtigen.

Dipl. Phys. Hoffma.nn:

D_er Wassergeha.l~ a.ls soldher spielt bei der Messung