Hydrologie

Das Doppelringinfiltrometer besteht aus einem größeren und einem kleineren stabilen Metallring, die ineinander einige Zentimeter in den Boden eingedrückt werden. Bei der Messung wird vorsichtig Wasser in beide Ringe eingestaut, ohne dass dabei die Bodenoberfläche verschlämmt. Der Wasserstand beider Ringe muss auf gleichem Niveau bleiben. Im Anschluss wird im inneren Ring mit einem Schwimmer oder Zollstock zu mehreren Zeitpunkten der abfallende Wasserspiegel in Millimetern gemessen. Der äußere Ring dient dabei zur Stabilisierung des Wasserstands im Innenring, damit eindimensionales Fließen sichergestellt ist (→ Abb. 5-13). Während des Versuchs stellt sich im Boden ein charakteristisches Feuchteprofilein, das durch eine Sättigungszone, Durchfeuchtungsfront und Benetzungszone gekennzeichnet ist.

Der Verlauf der Infiltrationsrateist zu Beginn des Versuchs stark abhängig vom Wassergehalt im Boden: Ist der Boden trocken, kann die Anfangsinfiltrationsrate zunächst sehr hoch sein und fällt dann auf einen konstanten Wert kontinuierlich ab. Grund dafür ist die stark herabgesetzte Wasserspannung (= Matrixpotenzial), die zu Beginn der Infiltration das zugegebene Wasser in die Poren hineinzieht; im weiteren Verlauf verliert diese Wasserspannung durch Aufsättigung des Bodens an Bedeutung, und zum Schluss ist nur die Schwerkraft die antreibende Kraft für den Wassertransport (→ Abb. 5-14).

Abb. 5-14 | Schematische Darstellung eines Infiltrationsverlaufs in einem ursprünglich trockenen und ursprünglich feuchten Boden (nach Bohne 2005).

Die Infiltrationsrate wird vom Anfangswassergehalt im Boden beeinflusst.

Hydrophobie

Hydrophobe, d.h. wasserabweisende Bödenbefinden sich in unseren Breiten häufig unter Nadelwaldbeständen mit ausgeprägten Rohhumusauflagen oder unter Grasvegetation auf sandigen Böden. Die Anhäufung von schlecht abbaubaren Humusfraktionen in Verbindung mit ausgeprägten Trockenphasen kann dazu führen, dass der Oberboden zunehmend hydrophobe Oberflächenaufweist. In den USA und Australien werden diese Effekte auch durch Waldbrände verursacht. Als Folge wird die Benetzbarkeitder Bodenteilchen stark herabgesetzt. Für die Benetzungshemmungist der Benetzungswinkel an den Bodenpartikeln die entscheidende Größe; sie bestimmt die Interaktion zwischen Wasser- und Bodenoberfläche. In hydrophoben Böden treten erhöhte Oberflächenabflüsse, präferenzielle Fließwegeund eine Verminderung der Wasserspeicherfähigkeit des Bodens auf. Die Bestimmung der Hydrophobizitäteines Bodens kann z.B. mit dem Water Drop Penetration Time (WDPT)-Testerfolgen. Mit einer Pipette werden drei Wassertropfen auf die Bodenoberfläche aufgebracht und mittels Stoppuhr die Eindringzeit der Tropfen gemessen.

Abb. 5-15 | Tröpfchenbildung auf hydrophobem Boden.

Tab. 5-8 | Kriterien zur Beurteilung von Hydrophobie (Decker und Jungerius 1990).

Die Verweilzeit der Tropfen bestimmt den Grad der Hydrophobie. Die Ausprägung der Hydrophobie wird nach. Decker und Jungerius (1990) in sieben Abstufungenvon benetzbar (< 5 s) bis extrem wasserabweisend (> 6 h) klassifiziert (→ Tab. 5-8).

Verschlämmung

Einige Böden, wie z.B. Lössböden ohne bedeckende Vegetation, neigen dazu, nach Niederschlagsereignissen an der Oberfläche zu verschlämmen. Dabei kann sich eine bis zu 1,5 cm starke Krusteausbilden. Diese Kruste versiegelt die Bodenoberfläche und kann die Wasserleitfähigkeit des Bodens um 1–2 Zehnerpotenzen vermindern. Als Folge tritt Oberflächenabflussauf, der in Hanglagen oft vermehrt zu Stoffverlusten und Erosion führt (→ Kap. 9).

Hydrophobie, Verschlämmung und Verdichtung behindern die Infiltration.

Verdichtung

Eine Verdichtung des Oberbodens, z.B. verursacht durch Befahren mit schwerem Arbeitsgerät, kann zu einer verminderten Infiltration bzw. zu Oberflächenabfluss führen. Auch oberflächennahe, geogene Verdichtungen oder Verdichtungen anthropogenen Ursprungs wie z.B. die Pflugsohlenverdichtung können die Infiltration stark vermindern. In dichten Unterbodenhorizonten oder Verdichtungen im Unterboden begrenzt die geringe Wasserleitfähigkeit des Unterbodens die Infiltration im Oberboden durch rückstauendes Wasser.

Weiterführende Literatur

Bohne, K. (2005): An Introduction into Applied Soil Hydrology. Reiskirchen.

Hillel, D. (2004): Introduction to Environmental Soil Physics. Amsterdam.

Kutílek, M. und D. R. Nielsen (1994): Soil Hydrology. Reiskirchen.

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