Landnutzungsabhängige Dynamik hydraulischer und mechanischer Bodenstrukturfunktionen in Nassreisböden:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Kiel
Inst. für Pflanzenernährung und Bodenkunde, Univ. Kiel
2008
|
| Schriftenreihe: | Schriftenreihe / Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde, Universität Kiel
76 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XVII, 168 S. graph. Darst. |
Internformat
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| adam_text | Titel: Landnutzungsabhängige Dynamik hydraulischer und mechanischer Bodenstrukturfunktionen in Nassreisbö
Autor: Janßen, Imke
Jahr: 2008
I
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ......................................................................................................IV
Tabellenverzeichnis................................................................................................................IX
Abkürzungsverzeichnis.........................................................................................................XI
Zusammenfassung.................................................................................................................XIV
Summary....................................................................................................................................XVI
I.Einleitung.........................................................................................................................1
2. Einführung in die Thematik..................................................................................,3
2.1 Nassreisanbausystem und Auswirkungen auf
bodenphysikalische Funktionen..........................................................................,3
3. Material und Methoden............................................................................................15
3.1 Untersuchungsgebiet........................................................................................15
3.2.Grundanalytik der Profile,.................................................................................15
3.2.1 Messungen an gestörten Proben...................................................................16
3.2.2 Messungen an ungestörten Bodenproben...................................................17
3.2.2.1 Wasserspannungskurve und Lagerungsdichte...........................17
3.2.2.2 Wasserspannungs- / Wasserleitfähigkeitsbeziehung.................17
3.3 Analytik an den ungestört entnommenen Stechzylinderproben........19
3.3.1 Vorbelastung.......................................................................................................19
3.3.2 Scherparameter: Kohäsion und Winkel der inneren Reibung..................19
3.3.3 Zyklischer Belastungsversuch.........................................................................19
3.3.4 Bestimmung der Schrumpfung und Quellung..............................................21
3.3.4.1 Messung der vertikalen Schrumpfung_________________.21
3.3.4.2 Trocknungs- und Quellungsversuche......._____........................,24
3.4 Messungen an Aggregaten.___.....__.„„.,__________..._______,26
3.4.1 Bestimmung der Benetzungshemmung / Sorptivität.__________.........26
3.4.2 Bestimmung des Kontaktwinkels...................................................................27
3.4.3 Bestimmung der Zugfestigkeit.........................................................................28
3.4.4 Bestimmung der Wasserspannungskurve und Lagerungsdichte............28
3.4.5 Messung der Schrumpfung der Aggregate..................................................28
3.5 Statistische Auswertungen.............................................................................29
4. Ergebnisse Diskussion.......................................................................................30
4.1 Allgemeine Charakterisierung der 4 Bodenprofile..................................30
4.1.1 Lagerungsdichte vom Gesamtboden und der Aggregate.........................34
4.1.2 Porengrößenverteilung des Gesamtbodens................................................35
4.1.3 Porengrößenverteilung der Aggregate..........................................................37
4.1.4 Diskussion der Lagerungsdichte und Porengrößenverteilung.................40
4.2. Kontaktwinkel und Benetzungshemmung,................................................43
4.2.1 Diskussion der Ergebnisse...............................................................................48
4.3 Ergebnisse der bodenmechanischen Untersuchungen
(Zugfestigkeit der Aggregate, Vorbelastung, Scherwiderstand und
zyklischer Belastungsversuch).............................................................................53
4.3.1 Diskussion der bodenmechanischen Untersuchungen
(Zugfestigkeit der Aggregate, Scherwiderstand, Vorbelastung und
zyklischer Belastungsversuch)..................................................................................69
4.3.1.1 Auswirkungen der Bodenbearbeitung auf die Strukturstabilität...........69
4.3.1.2 Einfluss der Wasserspannung auf die Bodenstabilität von
Nassreisböden...............................................................................................................71
4.3.1.3 Setzungsverhalten während der zyklischen Belastung........................74
4.3.1.4 Veränderung von Porenvolumen und Porenziffer während der
zyklischen Belastung...................................................................................................76
4.3.1.5 Veränderung des Rebounds während der zyklischen Belastung........78
4.4 Einfluss der Landnutzung und Bodenstruktur auf das
Schrumpfungsverhalten_____________............____________________.79
III
4.4.1 Diskussion: Einfluss der Landnutzung und Bodenstruktur auf das
Schrumpfungsverhalten.............................................................................................,91
4.5 Auswirkungen wiederholter Trocknungs- und Quellungszyklen
auf die Bodenstruktur und Porengrößenverteilung.......................................96
4.5.1 Diskussion: Auswirkungen wiederholter Trocknungs- und
Quellungszyklen auf die Bodenstruktur und Porengrößenverteilung...............104
4.6 Hydraulische Leitfähigkeit;...............................................................................108
4.6.1 Gesättigte Wasserleitfähigkeit.........................................................................108
4.6.2 Ungesättigte Wasserleitfähigkeit....................................................................111
4.6.3 Diskussion der gesättigten und ungesättigten Wasserleitfähigkeit........115
5. Zusammenfassende Diskussion......................................................................119
6. Schlussfolgerung........................................................................................................126
7. Literaturverzeichnis...................................................................................................127
Anhang....................................................................................................................................144
A1. Lagerungsdichte und Porengrößenverteilung............................................................144
A2. Bodenmechanische Untersuchungen,..........................................................................145
A3. Schrumpfung und Queilung............................................................................................153
A4. Hydraulische Leitfähigkeit...............................................................................................168
Danksagung
Lebenslauf
IV
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Anbauflächen [%] verschiedener Anbausysteme bezogen auf die gesamte Reisanbaufläche in
China von 1995-2000 (Quelle: FAO, online 2005)............................................................4
Abb. 2: Darstellung der Feldbewirtschaftung innerhalb eines Jahres, grau unterlegte Flächen
symbolisieren die bewässerten und weiß unterlegte Flächen die drainierten Zeitperioden.
Abb. 3: Schematische Darstellung einer typischen Schrumpfungskurve. (Braudeau, 1999)..........,12
Abb. 4: Geografische Lage des Untersuchungsgebiets (symbolisiert durch den Stern) in der Provinz
Jiangxi, China..................................................................................................................15
Abb. 5: Schematische Darstellung des zyklischen Belastungsversuches am Beispiel der Auflast 50
kPa.................................................................................................................................20
Abb. 6: Schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Rebounds (r).....................................,21
Abb. 7: Schematische Darstellung der Höhendifferenzmessung mittels eines Tiefenmessschiebers.
....22
Abb. 8: Schematicher Vergleich der Wasserretentionskurve mit der Schrumpfungskurve (Peng
Hom, 2005).....................................................................................................................23
Abb. 9: Schematische Darstellung der Probenentnahme und Bestimmung der Lage (bzw. die
horizontale und vertikale Richtung) der Aggregate im Bodenverband...............................27
Abb. 10: Mittelwerte der Trockenrohlagerungsdichte [g/cms] des Gesamtbodens (n = 5) und der
Aggregate für alle Horizonte (n = 8), Balken zeigen die Standardabweichung. Die kleinen
Buchstaben stellen die signifikanten Unterschiede zwischen allen Horizonten mit einem
Signifikanzniveau von a =0,05 dar, für den Gesamtboden (nicht kursiv) und für die Aggregate
(kursive Buchstaben).......................................................................................................34
Abb. 11a und b: Porengrößenverteilung des Gesamtbodens (n = 5), Balken zeigen die
Standardabweichung, Abb. 11 a für Q(O) und Q(Y) und Abb. 11 b für RS(O) und RS(Y), (LK =
Luftkapazität; nFK = nutzbare Feldkapazität/ pF 1,8- 4.2; PWP = Permanenter Welkepunkt).
.......................................................................................................................................35
Abb. 12a und b: Mittelwerte der Porengrößenverteilung der Aggregate (n - 8), Abb. 12a für Q(O) und
Q(Y), Abb. 12b für RS(O) und RS(Y), (LK = Luftkapazität, Balken zeigen die
Standardabweichung, (LK = Luftkapazität; nFK = nutzbare Feldkapazität / pF 1,8- 4.2; PWP =
Permanenter Welkepunkt)............................................................._................................38
Abb. 13: Auswirkungen des freien Quellens von Aggregaten des gepuddelten Horizonts RS(O)1 auf
die Porengrößenverteilung, nicht gefüllte Symbole + durchgezogene Linie: ohne
Einberechnung des Quellungspotentials, gefüllte Symbole + gestrichelte Symbole: unter
Berücksichtigung des Quellungs- und Schrumpfungspotentials (Q/S), schraffierte Fläche /
Dreieck = Q/S-Potential...................................................................................................42
Abb. 14a und b: Tiefenverteilung der Kontaktwinkel (n = 3 Wiederholungen je Messung) in den
untersuchten Reisböden, Abb. 14a: Q(O) - alter toniger Reisboden und Q(Y) = junger toniger
Reisboden; Abb. 14b: RS(O) - alter sandiger Reisboden und RS(Y) - Junger sandiger
Reisboden. Die kleinen Buchstaben stellen die signifikanten Unterschiede zwischen allen
Horizonten mit einem Signifikanzniveau von a «0,05 dar.„.„„.„.„„..„„„„.„....„....„,™„43
Abb. 15a-d: Darstellung der horizontalen und vertikalen Benetzungshemmung (R) und die
dazugehörige Sorptivität des Wassers (Sw) und des Ethanols (SE) von Aggregaten (n=20).
Abb. 15a zeigt die horizontale (=Fließrichtung) und Abb. 15b die vertikale
Benetzungshemmung (R) bei -300 hPa; Abb. 15c zeigt die horizontale und Abb. 15d die
vertikale Benetzungshemmung bei 40 °C. (Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger
toniger Reisboden; 1 = gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle 3 = unterhalb der Pflugsohle).
Klassifikation von R: R s 1: benetzbar; 1 R 1,95: teilbenetzbar; R 1,95: nicht benetzbar.
Die kleinen Buchstaben stellen die signifikanten Unterschiede mit einem Signifikanzniveau
von a =0,05 zwischen allen Horizonten dar.....................................................................45
Abb. 16a-d: Darstellung der horizontalen und vertikalen Benetzungshemmung (R) und die
dazugehörige Sorptivität des Wassers (Sw) und des Ethanols (SE) von Aggregaten (n=20).
Abb. 16a zeigt die horizontale (=Fließrichtung) und Abb. 16b die vertikale
Benetzungshemmung (R) bei -300 hPa; Abb. 16c zeigt die horizontale und Abb. 16d die
vertikale Benetzungshemmung bei 40 C. (RS(O) = alter sandiger Reisboden; RS(Y) = junger
sandiger Reisboden; 1 = gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle 3 = unterhalb der Pflugsohle).
Klassifikation von R:Rsi: benetzbar; 1 R 1,95: teilbenetzbar; R 1,95: nicht benetzbar.
Die kleinen Buchstaben stellen die signifikanten Unterschiede mit einem Signifikanzniveau
von a =0,05 zwischen allen Horizonten dar.....................................................................46
Abb. 17: Beziehung der Sorptivität [mms ~°i5] des Wassers (Sw) und des Ethanols (SE) mit der
Lagerungsdichte (db, [g/cm3]) von Aggregaten.................................................................47
Abb. 18: Schematische Darstellung des Fliessweges innerhalb des gepuddelten Horizontes und in der
Pflugsohle im gesättigten und ungesättigten Zustand.......................................................51
Abb. 19a-d: Zugfestigkeit [kPa] von Aggregaten in Abhängigkeit von der Entwässerungsstufe (n=20),
(Q(O) = alter toniger Reisboden (Abb.19a); Q(Y) = junger toniger Reisboden (Abb. 19b);
RS(O) = alter sandiger Reisboden (Abb. 19c); RS(Y) = junger sandiger Reisboden (Abb. 19d);
1 definiert den gepuddelten Horizont; 2 die Pflugsohle und 3 den Horizont unterhalb der
Pflugsohle; pF 4,8 entspricht 40 C...................................................................................53
Abb.20a und b: Beziehung der Zugfestigkeit (40°C) aus dem gepuddelten Horizont und der Pflugsohle
Abb. 20a: mit dem Ton- (gefüllte Rauten) bzw. Sandgehalt (Quadrate) und Abb. 20b: mit der
srungsdichte von Aggregaten....................................................................................55
Abb. 21a und b: Vorbelastungswerte der ungestörten und homogenisierten Proben bei einer
Entwässerungsstufe von -30 hPa (n=5). Abb. 21a: Profil Q(O) und Q(Y); Abb. 21b: Profil
RS(O) und RS(Y). Die kleinen Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede mit einem
Signifikanzniveau von a=0,05........................................................................................56
Abb. 22: Winkel der inneren Reibung der auf -30 hPa entwässerten Proben (n=2).......................,57
Abb. 23: Kohäsion der auf -30 hPa entwässerten Proben (n=2)...................................................58
Abb. 24: Setzungs- und Wasserspannungsverhalten (nicht gefüllte Symbole) während 300
Belastungs- und Entlastungszyklen für Q(O)1 unter einer Auflast von 50 kPa und
Entwässerungsstufe auf -30 hPa, obere durchgezogene Linie = Setzung während
Belastungszyklus, untere durchgezogene Linie = Setzung während Entlastungszyklus.,.,59
Abb. 25: Vertikale Setzung (mm) unter einer Auflast von 50 kPa und Entwässerungsstufe -30 hPa von
ungestörten und homogenisierten Proben aus dem gepuddelten Horizont Q(O)1.______.60
Abb. 26: Beziehung der Setzung (unter 50 kPa Auflast und -30 bzw. -300 hPa) und Vorbelastung (bei
-30 und -300 hPa). Die Werte der Setzung unter 50 kPa Auflast und -30 hPa Entwässerung im
ungestörten Zustand wurden mit den Werten der Vorbelastung der gleichen
Entwässerungsstufe und im ungestörten Zustand korreliert bzw. entsprechend wurde die
Setzung und Vorbelastung für die jeweils -300hPa entwässerten Proben bzw. für die
VI
homogenisierten Proben beider Entwässerungsstufen miteinander korreliert und
zusammenfassend dargestellt.........................................................................................62
Abb. 27a und b: Vergleich des Porenvolumens vor dem zyklischen Belastungsversuch (PV initial) und
nach dem 300. Zyklus für ungestörte (PV 300. Zyklus) und homogenisierte Proben (PV 300.
Zyklusjiomogenisiert) bei einer Auflast von 50 kPa und Entwässerungsstufe von -30 hPa
(Abb. 27a) und -300 hPa (Abb. 27b) (n=5). Die kleinen Buchstaben beziehen sich auf
signifikante Unterschiede (a=0,05) zwischen den Horizonten für die jeweilige
Versuchsvariante.............................................................................................................63
Abb. 28a und b: Vergleich des Rebounds von ungestörten (U) und homogenisierten (H) Proben bei
einer Auflast von 50 kPa und Entwässerung von -30 hPa (n=5). Abb. 28a: Rebound nach dem
1. Zyklus, Abb. 28b: Rebound nach dem 300. Zyklus. Die kleinen Buchstaben beziehen sich
auf signifikante Unterschiede (a=0,05) zwischen den Horizonten für die ungestörten und
homogenisierten Proben..................................................................................................65
Abb. 29a-d: Veränderung der Porenziffer und der Wasserspannung für die einzelnen
Stechzylinderproben der Profile Q(O) und Q(Y) während des zyklischen Belastungsversuches
für den gepuddelten Horizont bei einer Auflast von 50 kPa und -30 hPa Entwässerung. Abb.
29a und b für die ungestörten Proben (U) und Abb. 29c und d für die homogenisierten Proben
(H)...................................................................................................................................67
Abb. 30: Vergleich der Porenziffer vor dem zyklischen Belastungsversuch (PZ initial) und nach dem
300. Zyklus für jeweils ungestörte (PZ 300. Zyklus) und homogenisierte Proben (PZ 300.
Zyklus_homogenisiert) bei einer Auflast von 50 kPa und Entwässerungsstufe von -30 hPa
(n=5). Die kleinen Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede zwischen den
Horizonten mit einem Signifikanzniveau von a =0,05......................................................68
Abb. 31a und b: Schrumpfungskurven des Gesamtbodens (n = 5), Abb. 31a zeigt die Kurven des
gepuddelten Horizontes von Q(O)1 und Q(Y)1 und Abb. 31b diejenigen der Pflugsohle von
Q(O)2 und Q(Y)2, Punkte = gemessene Werte, Linie = angepasste Kurve.......................79
Abb.32a und b: Schrumpfungskurven der Aggregate (n = 8), Abb. 32a zeigt die Kurven des
gepuddelten Horizontes Q(O)1 und Q(Y)1 und Abb. 32b diejenigen der Pflugsohle Q(O)2 und
Q(Y)2, Punkte = gemessene Werte, Linie = angepasste Kurve.......................................J*
Abb. 33: Koeffizient der linearen Ausdehnung (COLE) des Gesamtbodens (n = 5) und der Aggregate
(n = 8) für das Profil Q(O) und Q(Y), nicht kursive Buchstaben kennzeichnen signifikante
Unterschiede zwischen den Horizonten für den Gesamtboden, kursive Buchstaben für die
Aggregate mit einem Signifikanzniveau von a=0,05. COLE Klassifikation: gering: 0.03;
moderat: 0.03-0.06; hoch: 0.06; Q(O) - alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger
Reisboden; 1 - gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle......................................................ß°
Abb. 34: Beziehung zwischen der maximalen Schrumpfung (=PZ!eMlgl - PZmi.c) [cm3/cm3] und
dem Ton- (gefüllte Rauten) und Sandgehalt (Kreise) [%]..................................................81
Abb.35a und b: Beziehung der maximalen Schrumpfung {=PZgtmlsl - PZm.c) und dem Winkel
der inneren Reibung (Abb. 35a) und der Kohäsion (Abb. 35b) zusammengefasst für den
gepuddelten Horizont und die Pflugsohle.........................................................................82
Abb. 36a und b: Beziehung der maximalen Schrumpfung (- PZ gaMg, - PZ 1O5.C) und dem
Mittelporenanteil (%) (Abb. 36a) und dem Gesamtporenvolumen (GPV %) des Gesamtbodens
(Abb. 36b).____________________________________________________________.82
Abb. 37: Beziehung der maximalen Schrumpfung («PZtalUt, - PZm.c) mit der Lagerungsdichte
des Gesamtbodens._____________________________.........___________________.83
VII
Abb. 38a und b: Beziehung der maximalen Schrumpfung (PZd = PZJMWJ( -PZm.c) und dem
Scherwiderstandparameter Kohäsion (c, [kPa]) und dem Winkel der inneren Reibung
(W.d.i.R., phi (1) Abb. 38a: alter Reisboden (Q(O) 1 =gepuddelter Horizont und Q(O)2 =
Pflugsohle) Abb. 38b: junger Reisboden (Q(Y) 1 =gepuddelter Horizont und Q(Y)2 =
Pflugsohle)......................................................................................................................83
Abb. 39a und b: Beziehung der maximalen Schrumpfung von Aggregaten (= PZ slMigl - PZ 1O5.C )
und der Zugfestigkeit der Aggregate (Abb. 39a) und der Lagerungsdichte der Aggregate (Abb.
39b),...............................................................................................................................84
Abb. 40a und b: Beziehung der prozentualen Abnahme der Porenziffer (PZ) in der
Strukturschrumpfungsphase und der weiten Grobporen [%] (Abb. 40a) und der Zugfestigkeit
[kPa] von Aggregaten (Abb. 40b).....................................................................................86
Abb. 41a und b: Zusammenhang zwischen dem engen Grob- (nicht gefüllte Dreiecke), Mittel- (gefüllte
Rauten) und Feinporenanteil (nicht gefüllte Kreise) und der prozentualen Porenzifferabnahme
der Normalschrumpfung (Abb. 41a) und Restschrumpfung (Abb. 41b).............................87
Abb. 42a und b: Zusammenhang zwischen dem Mittel- (gefüllte Rauten) und Feinporenanteil (Kreise)
und der prozentualen Porenzifferabnahme innerhalb der Restschrumpfungsphase, für die
Profile Q(O) und Q(Y) (Abb. 42a) und für die Profile RS(O) und RS(Y) (Abb. 42b).____.88
Abb. 43: Schrumpfungskurven der Aggregate (n = 8) des gepuddelten Horizontes Q(O)1 und Q(Y)1;
Punkte = gemessene Werte, gestrichelte Linie = angepasste Kurve und durchgezogene Linie
- visuell eingezeichneter Kurvenverlauf...........................................................................88
Abb. 44a-d: Vergleich der Schrumpfungskurven des Gesamtbodens (n = 5) und der Aggregate (n = 8)
für die Profile Q(O)1 (Abb. 44a) und Q(Y)1 (Abb. 44b) und Q(O)2 (Abb. 44c) und Q(Y)2 (Abb.
44d),...............................................................................................................................90
Abb. 45: Veränderung der Porenziffer (PZ, linke Grafiken) und Feuchteziffer (FZ, rechte Grafiken) der
Zyklen 0 -4 (n = 3). Q(O)1 = gepuddelter Horizont, Q(O)2 = Pflugsohle, Q(O)3 = 30 cm.
.......................................................................................................................................97
Abb. 46: Veränderung der Porenziffer (PZ, (linke Grafiken) und Feuchteziffer (FZ, rechte Grafiken) der
Zyklen 0 -4 (n - 3). Q(Y)1 - gepuddelter Horizont, Q(Y)2 = Pflugsohle, Q(Y)3 = 30 cm.
.......................................................................................................................................98
Abb. 47a-d: Porengrößenänderung, die im Anschluss an die Trocken - und Nasszyklen analysiert
wurde (n 3), Abb. 47a und b Profil Q(O) und Abb. 47c und d Profil Q(Y). Kreuze =
Gesamtporenvolumen; nicht gefüllte Kreis = weite Grobporenanteil ( -60 hPa); schwarze
Quadrate = enge Grobporen + Mittelporenanteil (=Mittelporenanteil: -60 - -15000 hPa);
schwarze Dreiecke = Feinporenanteil ( -15000hPa). Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) =
junger toniger Reisboden; 1 = gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle. Die kleinen Buchstaben
kennzeichnen signifikante Unterschiede (a=0.05) zwischen den Zyklen für die
entsprechende Porengröße.............................................................................................100
Abb. 48: COLE-Index für die Profile Q(O) und Q(Y) (n = 3). COLE-Index wurde in einzelne
Porenklassen unterteilt: Grobporen ( -60hPa), Mittelporen (beinhaltet enge Grobporen und
Mittelporen: -60- -15000 hPa) und Feinporen ( -15000 hPa). COLE Klassifikation: gering:
0.03; moderat: 0.03-0.06; hoch: 0.06; Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger
Reisboden; 1 - gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle.......................................................101
Abb. 49: Beziehung des COLE-Index von Zyklus 0-4 mit dem entsprechenden Gesamtporenvolumen
(GPV) von Zyklus 0-4 für die gepuddelten Horizonte der Profile Q(O) und Q(Y)._______102
Abb. 50: Schrumpfungskurvenverlauf der fünf Zyklen (Z1 = Zyklus 1 etc.) für das Profil Q(O) und Q(Y),
jeweils als kleine Grafik ist die maximale Schrumpfung bzw. die Porenzifferdifferenz (=
VIII
amgssattigi - PZ,05-c) dargestellt (n = 3), Q(0) = alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger
Reisboden; 1 = gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle.......................................................103
Abb. 51a und b: Gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf) für Q(O) und Q(Y) (Abb. 51a) RS(O) und RS(Y)
(Abb. 51b) (n = 14), kleine Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede zwischen den
Horizonten mit einem Signifikanzniveau von a =0,05......................................................109
Abb. 52: Beziehung zwischen gesättigter Wasserleitfähigkeit log kf und dem Gesamtporenvolumen
(GPV), den engen ( -60 hPa) und weiten Grobporen (-60 - -300 hPa), Mittelporen (-300 - -
15000 hPa) und Feinporen ( -15000 hPa)......................................................................110
Abb. 53a und b: Vergleich der ungesättigten Wasserleitfähigkeit des gepuddelten Horizontes (nicht
gefüllte Kreise = gemessene Wasserleitfunktion) und der Pflugsohle (Kreuze = gemessene
Wasserleitfunktion) des Profils Q(O) (Abb. 53a) und Q(Y) (Abb. 53b) (n=3), durchgezogene
Linie = angepasste Wasserleitfunktion.............................................................................112
Abb. 54a und b: Vergleich der ungesättigten Wasserieitfähigkeit des gepuddelten Horizontes (nicht
gefüllte Kreise = gemessene Wasserleitfunktion) und der Pflugsohle (Kreuze = gemessene
Wasserleitfunktion) des Profils RS(O) (Abb. 54a) und RS(Y) (Abb.54b) (n=3), durchgezogene
Linie = angepasste Wasserleitfunktion.............................................................................113
Abb. 55: Beziehung zwischen ungesättigter Wasserleitfähigkeit (ku) und den engen (eGp: - 60hPa)
und weiten Grobporen (wGp: -60 - -300 hPa), Mittelporen (-300 - -15000 hPa) und Feinporen
( -15000 hPa)................................................................................................................11«
Abb. 56: Schematische Darstellung des Gefüges einer jungen Pflugsohle und einer alten Pflugsohle
und den Effekt auf die Kontinuität (Dörner (2005) stellte eine ähnliche Darstellung für einen
aufgelockerten und verdichteten Boden dar)....................................................................117
IX
Tabellenverzeichnis
Tab. 1 Liste der zehn größten Reisproduzenten im Jahr 2005 (Quelle: FAO, online, Aug. 2006)..3
Tab.2: Übersicht der fünf Messreihen (Aufs. = aufgesättigt bzw. quellen; Ent = entwässert).........24
Tab3a: Beschreibung der Bodenprofile.......................................................................................30
Tab 3b: Beschreibung der Bodenprofile.......................................................................................32
Tab. 4: van Genuchten Parameter der angepassten Wasserretentionskurven des Gesamtbodens.
.......................................................................................................................................37
Tab. 5: van Genuchten Parameter aus der angepassten Wasserretentionskurven der Aggregate.
.......................................................................................................................................39
Tab. 6: Berechneter Quotient aus Sorptivität Ethanol vertikal / Sorptivität Ethanol horizontal (SEv / SEh),
Sorptivität Wasser vertikal / Sorptivität Wasser horizontal (Sw, / Swh) und
Benetzungshemmung R (Rv.itikai / Rtaizorwi), Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger
toniger Reisboden; RS(O) - alter sandiger Reisboden; RS(Y) = junger sandiger Reisboden; 1
= gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle; 3 = unterhalb der Pflugsohle...............................48
Tab 7: Signifikanz der Unterschiede der Zugfestigkeit innerhalb einer Entwässerungsstufe (kleine
Buchstaben) und zwischen den vier Entwässerungsstufen innerhalb eines Profils (große
Buchstaben) mit einem Signifikanzniveau a =0,05. (Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) =
junger toniger Reisboden; RS(O) = alter sandiger Reisboden; RS(Y) = junger sandiger
Reisboden; 1 definiert den gepuddelten Horizont; 2 die Pflugsohle und 3 den Horizont
unterhalb der Pflugsohle).................................................................................................54
Tab 8: Setzung [mm] nach dem 300. Entlastungszyklus bei einer Auflast von 50 und 100 kPa bei -30
und -300 hPa von ungestörten Proben des gepuddelten Horizontes (n=5); MW =
arithmetischer Mittelwert, Q(O) » alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger Reisboden;
RS(O) = alter sandiger Reisboden; RS(Y) = junger sandiger Reisboden; die kleinen
Buchstaben beschreiben die signifikanten Unterschiede für die jeweilige Entwässerungsstufe
(Entw.) und Auflast (a =0,05)..........................................................................................61
Tab 9: Setzung [mm] nach dem 300. Entlastungszyklus bei einer Auflast von 50 und 100 kPa bei -30
und -300 hPa von homogenisierten Proben (n=5); MW = arithmetischer Mittelwert, Q(O) =
alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger Reisboden; RS(O) = alter sandiger Reisboden;
RS(Y) = junger sandiger Reisboden; die kleinen Buchstaben beschreiben die signifikanten
Unterschiede für die jeweilige Entwässerungsstufe (Entw.) und Auflast (a =0,05)...........62
Tab.10: Porenziffer (PZ [cm3/cm3]) für die Schrumpfungsphasen und der prozentuale Anteil an der
Porenzifferabnahme für Q(O) und Q(Y) (n = 5). PZ g., = Porenziffer im gesättigten Zustand;
PZ E.sir. = Porenziffer am Ende der Strukturschrumpfung; PZLP = Porenziffer am
Lufteintrittspunkt (Punkt zwischen Normalschrumpfung und Restschrumpfung); PZ mv =
Porenziffer bei 105°C; PZ ,,* = prozentuale Porenzifferabnahme im
Strukturschrumpfungsbereich; PZ nom.% = prozentuale Porenzifferabnahme im
Normalschrumpfungsbereich; PZm.% = prozentuale Porenzifferabnahme im
Restschrumpfungsbereich......................................................................................____.85
Tab. 11: Feuchteziffer (tf [cm3/cm3]) für die Schrumpfungsphasen und der prozentuale Anteil an der
Feuchtezifferabnahme für Q(O) und Q(Y) (n = 5). tf g,s. = Feuchteziffer im gesättigten
Zustand; iSESir. - Feuchteziffer am Ende der Strukturschrumpfung; i5LP = Feuchteziffer am
Lufteintrittspunkt (Punkt zwischen Normalschrumpfung und Restschrumpfung); ti^-c =
Feuchteziffer bei 105°C; «5sir% = prozentuale Feuchtezifferabnahme im
Strukturschrumpfungsbereich; i Nonn.% = prozentuale Feuchtezifferabnahme im
Normalschrumpfungsbereich; i9r8SI.% = prozentuale Feuchtezifferabnahme im
Restschrumpfungsbereich...............................................................................................86
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Titel: Landnutzungsabhängige Dynamik hydraulischer und mechanischer Bodenstrukturfunktionen in Nassreisbö
Autor: Janßen, Imke
Jahr: 2008
I
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis .IV
Tabellenverzeichnis.IX
Abkürzungsverzeichnis.XI
Zusammenfassung.XIV
Summary.XVI
I.Einleitung.1
2. Einführung in die Thematik.,3
2.1 Nassreisanbausystem und Auswirkungen auf
bodenphysikalische Funktionen.,3
3. Material und Methoden.15
3.1 Untersuchungsgebiet.15
3.2.Grundanalytik der Profile,.15
3.2.1 Messungen an gestörten Proben.16
3.2.2 Messungen an ungestörten Bodenproben.17
3.2.2.1 Wasserspannungskurve und Lagerungsdichte.17
3.2.2.2 Wasserspannungs- / Wasserleitfähigkeitsbeziehung.17
3.3 Analytik an den ungestört entnommenen Stechzylinderproben.19
3.3.1 Vorbelastung.19
3.3.2 Scherparameter: Kohäsion und Winkel der inneren Reibung.19
3.3.3 Zyklischer Belastungsversuch.19
3.3.4 Bestimmung der Schrumpfung und Quellung.21
3.3.4.1 Messung der vertikalen Schrumpfung_.21
3.3.4.2 Trocknungs- und Quellungsversuche._.,24
3.4 Messungen an Aggregaten._._.„„.,_._,26
3.4.1 Bestimmung der Benetzungshemmung / Sorptivität._.26
3.4.2 Bestimmung des Kontaktwinkels.27
3.4.3 Bestimmung der Zugfestigkeit.28
3.4.4 Bestimmung der Wasserspannungskurve und Lagerungsdichte.28
3.4.5 Messung der Schrumpfung der Aggregate.28
3.5 Statistische Auswertungen.29
4. Ergebnisse Diskussion.30
4.1 Allgemeine Charakterisierung der 4 Bodenprofile.30
4.1.1 Lagerungsdichte vom Gesamtboden und der Aggregate.34
4.1.2 Porengrößenverteilung des Gesamtbodens.35
4.1.3 Porengrößenverteilung der Aggregate.37
4.1.4 Diskussion der Lagerungsdichte und Porengrößenverteilung.40
4.2. Kontaktwinkel und Benetzungshemmung,.43
4.2.1 Diskussion der Ergebnisse.48
4.3 Ergebnisse der bodenmechanischen Untersuchungen
(Zugfestigkeit der Aggregate, Vorbelastung, Scherwiderstand und
zyklischer Belastungsversuch).53
4.3.1 Diskussion der bodenmechanischen Untersuchungen
(Zugfestigkeit der Aggregate, Scherwiderstand, Vorbelastung und
zyklischer Belastungsversuch).69
4.3.1.1 Auswirkungen der Bodenbearbeitung auf die Strukturstabilität.69
4.3.1.2 Einfluss der Wasserspannung auf die Bodenstabilität von
Nassreisböden.71
4.3.1.3 Setzungsverhalten während der zyklischen Belastung.74
4.3.1.4 Veränderung von Porenvolumen und Porenziffer während der
zyklischen Belastung.76
4.3.1.5 Veränderung des Rebounds während der zyklischen Belastung.78
4.4 Einfluss der Landnutzung und Bodenstruktur auf das
Schrumpfungsverhalten_._.79
III
4.4.1 Diskussion: Einfluss der Landnutzung und Bodenstruktur auf das
Schrumpfungsverhalten.,91
4.5 Auswirkungen wiederholter Trocknungs- und Quellungszyklen
auf die Bodenstruktur und Porengrößenverteilung.96
4.5.1 Diskussion: Auswirkungen wiederholter Trocknungs- und
Quellungszyklen auf die Bodenstruktur und Porengrößenverteilung.104
4.6 Hydraulische Leitfähigkeit;.108
4.6.1 Gesättigte Wasserleitfähigkeit.108
4.6.2 Ungesättigte Wasserleitfähigkeit.111
4.6.3 Diskussion der gesättigten und ungesättigten Wasserleitfähigkeit.115
5. Zusammenfassende Diskussion.119
6. Schlussfolgerung.126
7. Literaturverzeichnis.127
Anhang.144
A1. Lagerungsdichte und Porengrößenverteilung.144
A2. Bodenmechanische Untersuchungen,.145
A3. Schrumpfung und Queilung.153
A4. Hydraulische Leitfähigkeit.168
Danksagung
Lebenslauf
IV
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Anbauflächen [%] verschiedener Anbausysteme bezogen auf die gesamte Reisanbaufläche in
China von 1995-2000 (Quelle: FAO, online 2005).4
Abb. 2: Darstellung der Feldbewirtschaftung innerhalb eines Jahres, grau unterlegte Flächen
symbolisieren die bewässerten und weiß unterlegte Flächen die drainierten Zeitperioden.
Abb. 3: Schematische Darstellung einer typischen Schrumpfungskurve. (Braudeau, 1999).,12
Abb. 4: Geografische Lage des Untersuchungsgebiets (symbolisiert durch den Stern) in der Provinz
Jiangxi, China.15
Abb. 5: Schematische Darstellung des zyklischen Belastungsversuches am Beispiel der Auflast 50
kPa.20
Abb. 6: Schematische Darstellung zur Verdeutlichung des Rebounds (r).,21
Abb. 7: Schematische Darstellung der Höhendifferenzmessung mittels eines Tiefenmessschiebers.
.22
Abb. 8: Schematicher Vergleich der Wasserretentionskurve mit der Schrumpfungskurve (Peng
Hom, 2005).23
Abb. 9: Schematische Darstellung der Probenentnahme und Bestimmung der Lage (bzw. die
horizontale und vertikale Richtung) der Aggregate im Bodenverband.27
Abb. 10: Mittelwerte der Trockenrohlagerungsdichte [g/cms] des Gesamtbodens (n = 5) und der
Aggregate für alle Horizonte (n = 8), Balken zeigen die Standardabweichung. Die kleinen
Buchstaben stellen die signifikanten Unterschiede zwischen allen Horizonten mit einem
Signifikanzniveau von a =0,05 dar, für den Gesamtboden (nicht kursiv) und für die Aggregate
(kursive Buchstaben).34
Abb. 11a und b: Porengrößenverteilung des Gesamtbodens (n = 5), Balken zeigen die
Standardabweichung, Abb. 11 a für Q(O) und Q(Y) und Abb. 11 b für RS(O) und RS(Y), (LK =
Luftkapazität; nFK = nutzbare Feldkapazität/ pF 1,8- 4.2; PWP = Permanenter Welkepunkt).
.35
Abb. 12a und b: Mittelwerte der Porengrößenverteilung der Aggregate (n - 8), Abb. 12a für Q(O) und
Q(Y), Abb. 12b für RS(O) und RS(Y), (LK = Luftkapazität, Balken zeigen die
Standardabweichung, (LK = Luftkapazität; nFK = nutzbare Feldkapazität / pF 1,8- 4.2; PWP =
Permanenter Welkepunkt)._.38
Abb. 13: Auswirkungen des freien Quellens von Aggregaten des gepuddelten Horizonts RS(O)1 auf
die Porengrößenverteilung, nicht gefüllte Symbole + durchgezogene Linie: ohne
Einberechnung des Quellungspotentials, gefüllte Symbole + gestrichelte Symbole: unter
Berücksichtigung des Quellungs- und Schrumpfungspotentials (Q/S), schraffierte Fläche /
Dreieck = Q/S-Potential.42
Abb. 14a und b: Tiefenverteilung der Kontaktwinkel (n = 3 Wiederholungen je Messung) in den
untersuchten Reisböden, Abb. 14a: Q(O) - alter toniger Reisboden und Q(Y) = junger toniger
Reisboden; Abb. 14b: RS(O) - alter sandiger Reisboden und RS(Y) - Junger sandiger
Reisboden. Die kleinen Buchstaben stellen die signifikanten Unterschiede zwischen allen
Horizonten mit einem Signifikanzniveau von a «0,05 dar.„.„„.„.„„.„„„„.„.„.„,™„43
Abb. 15a-d: Darstellung der horizontalen und vertikalen Benetzungshemmung (R) und die
dazugehörige Sorptivität des Wassers (Sw) und des Ethanols (SE) von Aggregaten (n=20).
Abb. 15a zeigt die horizontale (=Fließrichtung) und Abb. 15b die vertikale
Benetzungshemmung (R) bei -300 hPa; Abb. 15c zeigt die horizontale und Abb. 15d die
vertikale Benetzungshemmung bei 40 °C. (Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger
toniger Reisboden; 1 = gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle 3 = unterhalb der Pflugsohle).
Klassifikation von R: R s 1: benetzbar; 1 R 1,95: teilbenetzbar; R 1,95: nicht benetzbar.
Die kleinen Buchstaben stellen die signifikanten Unterschiede mit einem Signifikanzniveau
von a =0,05 zwischen allen Horizonten dar.45
Abb. 16a-d: Darstellung der horizontalen und vertikalen Benetzungshemmung (R) und die
dazugehörige Sorptivität des Wassers (Sw) und des Ethanols (SE) von Aggregaten (n=20).
Abb. 16a zeigt die horizontale (=Fließrichtung) und Abb. 16b die vertikale
Benetzungshemmung (R) bei -300 hPa; Abb. 16c zeigt die horizontale und Abb. 16d die
vertikale Benetzungshemmung bei 40 "C. (RS(O) = alter sandiger Reisboden; RS(Y) = junger
sandiger Reisboden; 1 = gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle 3 = unterhalb der Pflugsohle).
Klassifikation von R:Rsi: benetzbar; 1 R 1,95: teilbenetzbar; R 1,95: nicht benetzbar.
Die kleinen Buchstaben stellen die signifikanten Unterschiede mit einem Signifikanzniveau
von a =0,05 zwischen allen Horizonten dar.46
Abb. 17: Beziehung der Sorptivität [mms ~°i5] des Wassers (Sw) und des Ethanols (SE) mit der
Lagerungsdichte (db, [g/cm3]) von Aggregaten.47
Abb. 18: Schematische Darstellung des Fliessweges innerhalb des gepuddelten Horizontes und in der
Pflugsohle im gesättigten und ungesättigten Zustand.51
Abb. 19a-d: Zugfestigkeit [kPa] von Aggregaten in Abhängigkeit von der Entwässerungsstufe (n=20),
(Q(O) = alter toniger Reisboden (Abb.19a); Q(Y) = junger toniger Reisboden (Abb. 19b);
RS(O) = alter sandiger Reisboden (Abb. 19c); RS(Y) = junger sandiger Reisboden (Abb. 19d);
1 definiert den gepuddelten Horizont; 2 die Pflugsohle und 3 den Horizont unterhalb der
Pflugsohle; pF 4,8 entspricht 40 "C.53
Abb.20a und b: Beziehung der Zugfestigkeit (40°C) aus dem gepuddelten Horizont und der Pflugsohle
Abb. 20a: mit dem Ton- (gefüllte Rauten) bzw. Sandgehalt (Quadrate) und Abb. 20b: mit der
srungsdichte von Aggregaten.55
Abb. 21a und b: Vorbelastungswerte der ungestörten und homogenisierten Proben bei einer
Entwässerungsstufe von -30 hPa (n=5). Abb. 21a: Profil Q(O) und Q(Y); Abb. 21b: Profil
RS(O) und RS(Y). Die kleinen Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede mit einem
Signifikanzniveau von a=0,05.56
Abb. 22: Winkel der inneren Reibung der auf -30 hPa entwässerten Proben (n=2).,57
Abb. 23: Kohäsion der auf -30 hPa entwässerten Proben (n=2).58
Abb. 24: Setzungs- und Wasserspannungsverhalten (nicht gefüllte Symbole) während 300
Belastungs- und Entlastungszyklen für Q(O)1 unter einer Auflast von 50 kPa und
Entwässerungsstufe auf -30 hPa, obere durchgezogene Linie = Setzung während
Belastungszyklus, untere durchgezogene Linie = Setzung während Entlastungszyklus.,.,59
Abb. 25: Vertikale Setzung (mm) unter einer Auflast von 50 kPa und Entwässerungsstufe -30 hPa von
ungestörten und homogenisierten Proben aus dem gepuddelten Horizont Q(O)1._.60
Abb. 26: Beziehung der Setzung (unter 50 kPa Auflast und -30 bzw. -300 hPa) und Vorbelastung (bei
-30 und -300 hPa). Die Werte der Setzung unter 50 kPa Auflast und -30 hPa Entwässerung im
ungestörten Zustand wurden mit den Werten der Vorbelastung der gleichen
Entwässerungsstufe und im ungestörten Zustand korreliert bzw. entsprechend wurde die
Setzung und Vorbelastung für die jeweils -300hPa entwässerten Proben bzw. für die
VI
homogenisierten Proben beider Entwässerungsstufen miteinander korreliert und
zusammenfassend dargestellt.62
Abb. 27a und b: Vergleich des Porenvolumens vor dem zyklischen Belastungsversuch (PV initial) und
nach dem 300. Zyklus für ungestörte (PV 300. Zyklus) und homogenisierte Proben (PV 300.
Zyklusjiomogenisiert) bei einer Auflast von 50 kPa und Entwässerungsstufe von -30 hPa
(Abb. 27a) und -300 hPa (Abb. 27b) (n=5). Die kleinen Buchstaben beziehen sich auf
signifikante Unterschiede (a=0,05) zwischen den Horizonten für die jeweilige
Versuchsvariante.63
Abb. 28a und b: Vergleich des Rebounds von ungestörten (U) und homogenisierten (H) Proben bei
einer Auflast von 50 kPa und Entwässerung von -30 hPa (n=5). Abb. 28a: Rebound nach dem
1. Zyklus, Abb. 28b: Rebound nach dem 300. Zyklus. Die kleinen Buchstaben beziehen sich
auf signifikante Unterschiede (a=0,05) zwischen den Horizonten für die ungestörten und
homogenisierten Proben.65
Abb. 29a-d: Veränderung der Porenziffer und der Wasserspannung für die einzelnen
Stechzylinderproben der Profile Q(O) und Q(Y) während des zyklischen Belastungsversuches
für den gepuddelten Horizont bei einer Auflast von 50 kPa und -30 hPa Entwässerung. Abb.
29a und b für die ungestörten Proben (U) und Abb. 29c und d für die homogenisierten Proben
(H).67
Abb. 30: Vergleich der Porenziffer vor dem zyklischen Belastungsversuch (PZ initial) und nach dem
300. Zyklus für jeweils ungestörte (PZ 300. Zyklus) und homogenisierte Proben (PZ 300.
Zyklus_homogenisiert) bei einer Auflast von 50 kPa und Entwässerungsstufe von -30 hPa
(n=5). Die kleinen Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede zwischen den
Horizonten mit einem Signifikanzniveau von a =0,05.68
Abb. 31a und b: Schrumpfungskurven des Gesamtbodens (n = 5), Abb. 31a zeigt die Kurven des
gepuddelten Horizontes von Q(O)1 und Q(Y)1 und Abb. 31b diejenigen der Pflugsohle von
Q(O)2 und Q(Y)2, Punkte = gemessene Werte, Linie = angepasste Kurve.79
Abb.32a und b: Schrumpfungskurven der Aggregate (n = 8), Abb. 32a zeigt die Kurven des
gepuddelten Horizontes Q(O)1 und Q(Y)1 und Abb. 32b diejenigen der Pflugsohle Q(O)2 und
Q(Y)2, Punkte = gemessene Werte, Linie = angepasste Kurve.J*
Abb. 33: Koeffizient der linearen Ausdehnung (COLE) des Gesamtbodens (n = 5) und der Aggregate
(n = 8) für das Profil Q(O) und Q(Y), nicht kursive Buchstaben kennzeichnen signifikante
Unterschiede zwischen den Horizonten für den Gesamtboden, kursive Buchstaben für die
Aggregate mit einem Signifikanzniveau von a=0,05. COLE Klassifikation: gering: 0.03;
moderat: 0.03-0.06; hoch: 0.06; Q(O) - alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger
Reisboden; 1 - gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle.ß°
Abb. 34: Beziehung zwischen der maximalen Schrumpfung (=PZ!eMlgl - PZmi.c) [cm3/cm3] und
dem Ton- (gefüllte Rauten) und Sandgehalt (Kreise) [%].81
Abb.35a und b: Beziehung der maximalen Schrumpfung {=PZgtmlsl - PZm.c) und dem Winkel
der inneren Reibung (Abb. 35a) und der Kohäsion (Abb. 35b) zusammengefasst für den
gepuddelten Horizont und die Pflugsohle.82
Abb. 36a und b: Beziehung der maximalen Schrumpfung (- PZ gaMg, - PZ 1O5.C) und dem
Mittelporenanteil (%) (Abb. 36a) und dem Gesamtporenvolumen (GPV %) des Gesamtbodens
(Abb. 36b)._.82
Abb. 37: Beziehung der maximalen Schrumpfung («PZtalUt, - PZm.c) mit der Lagerungsdichte
des Gesamtbodens._._.83
VII
Abb. 38a und b: Beziehung der maximalen Schrumpfung (PZd = PZJMWJ( -PZm.c) und dem
Scherwiderstandparameter Kohäsion (c, [kPa]) und dem Winkel der inneren Reibung
(W.d.i.R., phi (1) Abb. 38a: alter Reisboden (Q(O) 1 =gepuddelter Horizont und Q(O)2 =
Pflugsohle) Abb. 38b: junger Reisboden (Q(Y) 1 =gepuddelter Horizont und Q(Y)2 =
Pflugsohle).83
Abb. 39a und b: Beziehung der maximalen Schrumpfung von Aggregaten (= PZ slMigl - PZ 1O5.C )
und der Zugfestigkeit der Aggregate (Abb. 39a) und der Lagerungsdichte der Aggregate (Abb.
39b),.84
Abb. 40a und b: Beziehung der prozentualen Abnahme der Porenziffer (PZ) in der
Strukturschrumpfungsphase und der weiten Grobporen [%] (Abb. 40a) und der Zugfestigkeit
[kPa] von Aggregaten (Abb. 40b).86
Abb. 41a und b: Zusammenhang zwischen dem engen Grob- (nicht gefüllte Dreiecke), Mittel- (gefüllte
Rauten) und Feinporenanteil (nicht gefüllte Kreise) und der prozentualen Porenzifferabnahme
der Normalschrumpfung (Abb. 41a) und Restschrumpfung (Abb. 41b).87
Abb. 42a und b: Zusammenhang zwischen dem Mittel- (gefüllte Rauten) und Feinporenanteil (Kreise)
und der prozentualen Porenzifferabnahme innerhalb der Restschrumpfungsphase, für die
Profile Q(O) und Q(Y) (Abb. 42a) und für die Profile RS(O) und RS(Y) (Abb. 42b)._.88
Abb. 43: Schrumpfungskurven der Aggregate (n = 8) des gepuddelten Horizontes Q(O)1 und Q(Y)1;
Punkte = gemessene Werte, gestrichelte Linie = angepasste Kurve und durchgezogene Linie
- visuell eingezeichneter Kurvenverlauf.88
Abb. 44a-d: Vergleich der Schrumpfungskurven des Gesamtbodens (n = 5) und der Aggregate (n = 8)
für die Profile Q(O)1 (Abb. 44a) und Q(Y)1 (Abb. 44b) und Q(O)2 (Abb. 44c) und Q(Y)2 (Abb.
44d),.90
Abb. 45: Veränderung der Porenziffer (PZ, linke Grafiken) und Feuchteziffer (FZ, rechte Grafiken) der
Zyklen 0 -4 (n = 3). Q(O)1 = gepuddelter Horizont, Q(O)2 = Pflugsohle, Q(O)3 = 30 cm.
.97
Abb. 46: Veränderung der Porenziffer (PZ, (linke Grafiken) und Feuchteziffer (FZ, rechte Grafiken) der
Zyklen 0 -4 (n - 3). Q(Y)1 - gepuddelter Horizont, Q(Y)2 = Pflugsohle, Q(Y)3 = 30 cm.
.98
Abb. 47a-d: Porengrößenänderung, die im Anschluss an die Trocken - und Nasszyklen analysiert
wurde (n 3), Abb. 47a und b Profil Q(O) und Abb. 47c und d Profil Q(Y). Kreuze =
Gesamtporenvolumen; nicht gefüllte Kreis = weite Grobporenanteil ( -60 hPa); schwarze
Quadrate = enge Grobporen + Mittelporenanteil (=Mittelporenanteil: -60 - -15000 hPa);
schwarze Dreiecke = Feinporenanteil ( -15000hPa). Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) =
junger toniger Reisboden; 1 = gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle. Die kleinen Buchstaben
kennzeichnen signifikante Unterschiede (a=0.05) zwischen den Zyklen für die
entsprechende Porengröße.100
Abb. 48: COLE-Index für die Profile Q(O) und Q(Y) (n = 3). COLE-Index wurde in einzelne
Porenklassen unterteilt: Grobporen ( -60hPa), Mittelporen (beinhaltet enge Grobporen und
Mittelporen: -60- -15000 hPa) und Feinporen ( -15000 hPa). COLE Klassifikation: gering:
0.03; moderat: 0.03-0.06; hoch: 0.06; Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger
Reisboden; 1 - gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle.101
Abb. 49: Beziehung des COLE-Index von Zyklus 0-4 mit dem entsprechenden Gesamtporenvolumen
(GPV) von Zyklus 0-4 für die gepuddelten Horizonte der Profile Q(O) und Q(Y)._102
Abb. 50: Schrumpfungskurvenverlauf der fünf Zyklen (Z1 = Zyklus 1 etc.) für das Profil Q(O) und Q(Y),
jeweils als kleine Grafik ist die maximale Schrumpfung bzw. die Porenzifferdifferenz (=
VIII
amgssattigi - PZ,05-c) dargestellt (n = 3), Q(0) = alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger
Reisboden; 1 = gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle.103
Abb. 51a und b: Gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf) für Q(O) und Q(Y) (Abb. 51a) RS(O) und RS(Y)
(Abb. 51b) (n = 14), kleine Buchstaben kennzeichnen signifikante Unterschiede zwischen den
Horizonten mit einem Signifikanzniveau von a =0,05.109
Abb. 52: Beziehung zwischen gesättigter Wasserleitfähigkeit log kf und dem Gesamtporenvolumen
(GPV), den engen ( -60 hPa) und weiten Grobporen (-60 - -300 hPa), Mittelporen (-300 - -
15000 hPa) und Feinporen ( -15000 hPa).110
Abb. 53a und b: Vergleich der ungesättigten Wasserleitfähigkeit des gepuddelten Horizontes (nicht
gefüllte Kreise = gemessene Wasserleitfunktion) und der Pflugsohle (Kreuze = gemessene
Wasserleitfunktion) des Profils Q(O) (Abb. 53a) und Q(Y) (Abb. 53b) (n=3), durchgezogene
Linie = angepasste Wasserleitfunktion.112
Abb. 54a und b: Vergleich der ungesättigten Wasserieitfähigkeit des gepuddelten Horizontes (nicht
gefüllte Kreise = gemessene Wasserleitfunktion) und der Pflugsohle (Kreuze = gemessene
Wasserleitfunktion) des Profils RS(O) (Abb. 54a) und RS(Y) (Abb.54b) (n=3), durchgezogene
Linie = angepasste Wasserleitfunktion.113
Abb. 55: Beziehung zwischen ungesättigter Wasserleitfähigkeit (ku) und den engen (eGp: - 60hPa)
und weiten Grobporen (wGp: -60 - -300 hPa), Mittelporen (-300 - -15000 hPa) und Feinporen
( -15000 hPa).11«
Abb. 56: Schematische Darstellung des Gefüges einer jungen Pflugsohle und einer alten Pflugsohle
und den Effekt auf die Kontinuität (Dörner (2005) stellte eine ähnliche Darstellung für einen
aufgelockerten und verdichteten Boden dar).117
IX
Tabellenverzeichnis
Tab. 1 Liste der zehn größten Reisproduzenten im Jahr 2005 (Quelle: FAO, online, Aug. 2006).3
Tab.2: Übersicht der fünf Messreihen (Aufs. = aufgesättigt bzw. quellen; Ent = entwässert).24
Tab3a: Beschreibung der Bodenprofile.30
Tab 3b: Beschreibung der Bodenprofile.32
Tab. 4: van Genuchten Parameter der angepassten Wasserretentionskurven des Gesamtbodens.
.37
Tab. 5: van Genuchten Parameter aus der angepassten Wasserretentionskurven der Aggregate.
.39
Tab. 6: Berechneter Quotient aus Sorptivität Ethanol vertikal / Sorptivität Ethanol horizontal (SEv / SEh),
Sorptivität Wasser vertikal / Sorptivität Wasser horizontal (Sw, / Swh) und
Benetzungshemmung R (Rv.itikai / Rtaizorwi), Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger
toniger Reisboden; RS(O) - alter sandiger Reisboden; RS(Y) = junger sandiger Reisboden; 1
= gepuddelter Horizont; 2 = Pflugsohle; 3 = unterhalb der Pflugsohle.48
Tab 7: Signifikanz der Unterschiede der Zugfestigkeit innerhalb einer Entwässerungsstufe (kleine
Buchstaben) und zwischen den vier Entwässerungsstufen innerhalb eines Profils (große
Buchstaben) mit einem Signifikanzniveau a =0,05. (Q(O) = alter toniger Reisboden; Q(Y) =
junger toniger Reisboden; RS(O) = alter sandiger Reisboden; RS(Y) = junger sandiger
Reisboden; 1 definiert den gepuddelten Horizont; 2 die Pflugsohle und 3 den Horizont
unterhalb der Pflugsohle).54
Tab 8: Setzung [mm] nach dem 300. Entlastungszyklus bei einer Auflast von 50 und 100 kPa bei -30
und -300 hPa von ungestörten Proben des gepuddelten Horizontes (n=5); MW =
arithmetischer Mittelwert, Q(O) » alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger Reisboden;
RS(O) = alter sandiger Reisboden; RS(Y) = junger sandiger Reisboden; die kleinen
Buchstaben beschreiben die signifikanten Unterschiede für die jeweilige Entwässerungsstufe
(Entw.) und Auflast (a =0,05).61
Tab 9: Setzung [mm] nach dem 300. Entlastungszyklus bei einer Auflast von 50 und 100 kPa bei -30
und -300 hPa von homogenisierten Proben (n=5); MW = arithmetischer Mittelwert, Q(O) =
alter toniger Reisboden; Q(Y) = junger toniger Reisboden; RS(O) = alter sandiger Reisboden;
RS(Y) = junger sandiger Reisboden; die kleinen Buchstaben beschreiben die signifikanten
Unterschiede für die jeweilige Entwässerungsstufe (Entw.) und Auflast (a =0,05).62
Tab.10: Porenziffer (PZ [cm3/cm3]) für die Schrumpfungsphasen und der prozentuale Anteil an der
Porenzifferabnahme für Q(O) und Q(Y) (n = 5). PZ g., = Porenziffer im gesättigten Zustand;
PZ E.sir. = Porenziffer am Ende der Strukturschrumpfung; PZLP = Porenziffer am
Lufteintrittspunkt (Punkt zwischen Normalschrumpfung und Restschrumpfung); PZ mv =
Porenziffer bei 105°C; PZ ,,* = prozentuale Porenzifferabnahme im
Strukturschrumpfungsbereich; PZ nom.% = prozentuale Porenzifferabnahme im
Normalschrumpfungsbereich; PZm.% = prozentuale Porenzifferabnahme im
Restschrumpfungsbereich._.85
Tab. 11: Feuchteziffer (tf [cm3/cm3]) für die Schrumpfungsphasen und der prozentuale Anteil an der
Feuchtezifferabnahme für Q(O) und Q(Y) (n = 5). tf g,s. = Feuchteziffer im gesättigten
Zustand; iSESir. - Feuchteziffer am Ende der Strukturschrumpfung; i5LP = Feuchteziffer am
Lufteintrittspunkt (Punkt zwischen Normalschrumpfung und Restschrumpfung); ti^-c =
Feuchteziffer bei 105°C; «5sir% = prozentuale Feuchtezifferabnahme im
Strukturschrumpfungsbereich; i Nonn.% = prozentuale Feuchtezifferabnahme im
Normalschrumpfungsbereich; i9r8SI.% = prozentuale Feuchtezifferabnahme im
Restschrumpfungsbereich.86 |
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