Physikalische Untersuchungen

Die physikalischen Eigenschaften des Bodens spielen für zahlreiche Bodenfunktionen eine zentrale Rolle. So beeinflussen Porosität und Porenkontinuität eines Bodens die Fähigkeit, Niederschlagswasser im Boden aufzunehmen und zu speichern (Regulierungsfunktion). Der Wasser-Lufthaushalt eines Bodens beeinflusst auch direkt die Fähigkeit, Nahrungs- oder Futtermittel zu produzieren (Produktionsfunktion). Deshalb erfassen wir an unseren Standorten auch physikalische Begleitparameter und an ausgewählten Standorten den Verdichtungszustand.

Physikalische Begleitparameter

Der Zustand des Bodens zum Zeitpunkt der Probenahme (Raumgewicht und Wassergehalt) beeinflusst die entnommene Probenmenge. Ist der Boden trocken, gelangt man bei der Probenahme mit der vorgegebenen Probenahmetiefe von 20 cm in tiefere Schichten. Dies im Gegensatz dazu, wenn der Boden feucht ist und die Horizonte durch den erhöhten Wassergehalt gequollen und deshalb mächtiger sind (vgl. Abb. 1.).

physikalische_untersuchungen_1 — Abb.1: Der Einfluss der Veränderung des Wassergehaltes auf die Zusammensetzung der Proben der obersten 20 cm. Dargestellt sind Bodentiefe und Raumgewicht Feinerde pro Schicht und Probentiefe bei trockenem und nassem Boden.

Die Begleitparameter Raumgewicht Feinerde, Lagerungsdichte, Wassergehalt, Skelettgehalt bestimmen wir bei jeder Probenahme anhand der Volumenproben 0-20 cm (Bericht: Methoden zur Bestimmung physikalischer Begleitparameter an Bodenproben. 2016). Damit können wir die Vergleichbarkeit der Probenahmen zu verschiedenen Zeitpunkten abschätzen. Zur Berechnung von Stoffmengen pro Volumeneinheit (z.B. g C_org pro cm³) bzw. profilumfassend pro Flächeneinheit (z.B. kg C_org pro m²), ist neben den gemessenen Konzentrationen das Raumgewicht Feinerde pro Horizont notwendig. Fehlen diese Angaben, können sie für Bodenproben 0-20 cm aus den von der NABO hergeleiteten Pedotransferfunktionen geschätzt werden.

Verdichtung

Das Befahren und Bearbeiten kann Böden physikalisch belasten und daher deren fragile Struktur verdichten. Bodenaggregate werden zerstört, wodurch das Hohlraumsystem mit den Poren geschädigt wird. Das Volumen der Böden schwindet, was die Belüftung, das Infiltrations- und das Wasserrückhaltevermögen einschränkt. Das Resultat davon ist eine Verschlechterung des Wasser- und Lufthaushaltes und damit auch eine Verminderung der biologischen Aktivität im Boden (Umsatz organische Substanz und Nährstoffe, Durchwurzelung). Besonders gravierend sind physikalische Schäden unterhalb der Pflugsohle. Die Verdichtung des Unterbodens beeinträchtigt die Funktionalität des Ökosystems auf lange Zeit, da die Regeneration durch natürliche Prozesse und technische Massnahmen stark eingeschränkt ist.

Seit 2015 untersuchen wir an 40 NABO-Standorten im Rahmen des regulären 5-jährigen Beprobungszyklus deren Verdichtungszustand. Ziel dieser Untersuchungen ist es, mögliche Verdichtungszonen zu lokalisieren und langfristige Veränderungen der Verdichtungen (Lage und Ausmass) zu erkennen. Dazu messen wir mit einer PANDA-Sonde den Eindringwiderstand bis in eine Tiefe von 70 cm. Da der Bodenwassergehalt die Messgrösse stark beeinflusst, bestimmen wir gleichzeitig anhand von Schichtproben die physikalischen Begleitparameter Wassergehalt und Lagerungsdichte. Seit 2018 beurteilen wir zusätzlich an den 5 cm Schichtproben das Gefüge visuell (Score VESS). Damit können wir die Gefüge-Qualität profilumfassend beschreiben und ein Zusammenhang zu den übrigen Verdichtungsparametern untersuchen.

physikalische_untersuchungen_2 — Abb. 2: Messreihen Eindringwiderstand, Lagerungsdichte, Wassergehalt und visuelle Beurteilung des Bodengefüges

Um den Einfluss des Wassergehaltes bei unterschiedlichen Bodenarten auf den Eindringwiderstand abschätzen zu können, erheben wir seit 2014 bei ausgewählten Standorten Messreihen bei unterschiedlichem Wassergehalt (Abb. 2). Ziel ist es, daraus Korrekturmöglichkeiten des Eindringwiderstandes bei unterschiedlichem Wassergehalt herzuleiten.

Wasserspeichervermögen, Wasser- und Luftführung

Seit 2018 untersuchen wir an ausgewählten NABO-Standorten einmalig weitere physikalische Eigenschaften aus Zylinderproben. Von drei Horizonten (Oberboden, anthropogen verdichteter Horizont, nicht verdichteter Unterboden) bestimmen wir die Parameter Porenverteilung, Luftpermeabilität und Gasdiffusion. Damit möchten wir das Wasserspeichervermögen und die Wasser- und Luftführung der unterschiedlichen Bodentypen dokumentieren und mögliche Effekte der Bodenverdichtung auf diese Eigenschaften abschätzen.

physikalische_untersuchungen_3 — Abb. 3: Porenverteilung in drei Horizonten eines verdichteten Ackerstandortes

Damit möchten wir das Wasserspeichervermögen und die Wasser- und Luftführung der unterschiedlichen Bodentypen dokumentieren und mögliche Effekte der Bodenverdichtung auf diese Eigenschaften abschätzen.