14
Ökochemie (Fach) / Bodenverformung (Lektion)
Anzeige
- Erläutern Sie die Begriffe „Verdichtung“, „Verformung“, „Scherung“ und „viskoses Fließen“ im Zusammenhang mit mechanischen Bodenbelastungen - Verdichtung: Verringerung des Porenvolumens (Zusammenpressen), Erhöhung der Dichte- Verformung: Zusammenpressen, Verdichtung, Verschiebung oder Umlagerung des Bodens- Scherung: Kräfte, die die Partikel gegeneinander verschieben (Scherungen haben größeren Einfluss auf die Luftleitfähigkeit als Verdichtungen) → Verschiebung von Partikeln, Unterbrechung kontinuierlicher Poren- Viskoses Fließen: (Herauspressen von Bodenmaterial, Umlagerung) In diesem Fall wird der Boden wie eine Flüssigkeit verdrängt (Weg des geringsten Widerstandes, wird an den Seiten hinaus gepresst und formt Wülste), die Maschine sinkt ein, bis sie auf dem Chassis aufsitzt oder die Reifen auf tragfähigen Schichten stehen. Dieser Prozess ist i.d.R. mit hoher Wassersättigung verbunden, die einerseits den Boden weitgehend inkompressibel macht, andererseits die Viskosität stark vermindert.
- Zeigen Sie anhand eines einfachen Kugelmodells wieso ein ein breiterer Reifen bei gleichem Kontaktflächendruck eine größere Tiefenwirkung der Verdichtung bewirkt. (Folie 4)Ein extrem vereinfachtes Bodenspannungsmodell beruht auf einer 2-dimensionalen Kugelpackung im Dreiecksverband. (siehe Hillel, Environmental Soil Physics) Dabei ruht eine Kugel immer auf zwei darunterliegenden Kugeln, d.h. die Last einer Kugel wird zu je der Hälfte auf die Stutzkugeln übertragen. Man vernachlässigt zunächst das Eigengewicht der Kugeln („Normalspannung“). Eine Auflast fuhrt nun zu einer typischen lateralen und vertikalen Spannungsverteilung.Wichtigste Beobachtung an dem Beispiel auf der Folie ist, dass die Abnahme der Vertikalspannung mit der Tiefe sehr stark von der Breite der Auflast abhängt: Die gleiche Kraft fuhrt bei einer größeren Wirkungsbreite (d.h. gleicher Druck aber größere Gesamtkraft) zu einer erheblich größeren Tiefenwirkung. Es ist daher nicht möglich, eine Erhöhung der Radlasten „bodeneutral“ durch eine Verbreiterung der Aufstandsfläche (gleichbleibender oder gar verringerter Kontaktflachendruck) zu kompensieren.Grenzen des Modells sind:● unendliche Tiefenwirkung (hier musste eine laterale Reibungeingeführt werden)● stark vereinfachte Geometrie
- Was ist eine Pflugsohle? Welche zwei Faktoren verursachen den großen vertikalen Sprung in der Trockenraumdichte? Pflugsohle: In der Landwirtschaft ist das der obere Teil des unaufgelockerten Bodens unterhalb des Pfluges.Faktoren: Auflast und Gewichtsverteilung z:B. Breite des Reifens.
- Erklären Sie das Prinzip des „onland ploughing“. Welchen bodenökologischen Vorteil hat diese Technik? Warum ist die Technik bisher wenig verbreitet? „onland ploughing“ → der Traktor fährt nicht in der Fahrtrinne (Schiene) sondern immer nur auf unbearbeitetem Boden.Vorteile: Spannung auf dem Unterboden wird verringert und verdichtete Bereiche werden wieder aufgelockert.Wenig verbreitet: benötigt spezielle Pflugkonstruktion, das Pflügen erfordert mehr Konzentration (ohne Fahrtrinne) und es gibt keinen Anreiz, das zu tun
- Erklären Sie den Unterschied zwischen Porenziffer und Porosität. Warum ist es sinnvoller, Porenveränderungen durch Bodenverdichtung anhand der Porenziffer oder anhand des Porenvolumens mit Massenbezug zu quantifizieren als anhand der Porosität? - Porenziffer: Verhältnis des Hohlraumvolumens zum Feststoffvolumen eines porösen Stoffes. Wertebereich liegt zwischen Null (massiver Feststoff ohne Poren, Porosität hier ebenfalls Null) und Unendlich (kein Feststoff vorhanden, Material besteht nur aus Poren, hier beträgt die Porosität Eins; theoretische Betrachtung, praktisch nicht sinnvoll).- Porosität: dimensionslose Messgröße; stellt das Verhältnis von Hohlraumvolumen zu Gesamtvolumen eines Stoffes oder Stoffgemisches dar. Dient als klassifizierendes Maß für die tatsächlich vorliegenden Hohlräume.Unterschied: unterstrichen - Es ist sinnvoller, die Porenveränderungen durch Bodenverdichtung anhand der Porenziffer oder des Porenvolumens zu quantifizieren, weil sich ebendiese bei der Verdichtung verändert. (Die Festsubstanz eines Bodens ist praktisch inkompressibel – wenn sich die Dichte verändert, geht das immer auf das Porenvolumen.)
- Erläutern Sie, wie sich bei einer Verdichtung die Porengrößenverteilung im Boden ändert. Die Zahl der Makroporen nimmt um mehr als 50% abDie Zahl der mittelgroßen Poren nimmt kaum abDie Zahl der kleinsten Poren fast gar nicht→ es gibt am Ende viel weniger Makroporen! Schlecht für Drainage!
- Erklären Sie anhand einer kleinen Skizze, wie ein gedachter Bodenpartikel in einigen cm Bodentiefe während der Überfahrt mit einem stark belasteten Rad im Boden verschoben wird. Nach unten und nach hinten, dann im Bogen → diese kringelige Schleifenform nach unten. Weit auseinander und rundgezogene kleine 'l's in Schreibschrift.
- Erläutern Sie 3 negative Auswirkungen von Bodenverdichtungen/-verformungen auf den Standort → schlechtere Drainage, da Makroporen durch Scherung meist gegeneinander verschoben wurden→ schlechtere Durchlüftung des Bodens, da sich Luft und Wasser dieselben Poren teilen → schlechtere Bedingungen für Bodenlebewesen→ allgemein geringeres Porenvolumen, erhöhte Bodendichte → schlechtere Durchwurzelbarkeit
- Warum sind Bodenschäden durch Verformung bei trockenem Wetter und bei Frost gering, aber stark bei hoher Bodenfeuchte? Feuchter Boden ist eher verformbar, besonders, weil die Scherwirkungen nachlassen. Dadurch verschieben sich die Poren eher gegeneinander, und neben der gesamten Bodenstruktur geht auch die Wasserleitfähigkeit beziehungsweise die Drainage-eigenschaft verloren.Trockener oder gefrorener Boden ist starrer, und somit stabiler.
- Wenn Sie als Kriterium für einen Bodenschaden den Rückggang der Sauerstoffkonzentration heranziehen, wie beurteilen Sie die Schadwirkung a) eines schmalen Reifens b) eines Pferdehufes mit sehr hohem Bodendruck c) Breitreifens a) nur ein schmales Band ist verdichtet -> der Bereich kann von der Seite aus mit Sauerstoff noch versorgt werden, da er einen geringen Durchmesser hatb) nur punktförmige Verdichtung -> von vielen Seiten noch Zugang zu Sauerstoff, der verdichtete Bereich kann auch noch mit Sauerstoff versorgt werdenc) breites Band ist verdichtet, der Innenbereich ist komplett von dem Sauerstoffzufuhr abgeschnitten-> meiner Meinung nach ist der Pferdehuf am wenigsten schädlich, dicht gefolgt vom schmalen Reifen, der breite Reifen ist mit Abstand am schädlichsten
- Anzeige
- Erläutern Sie an einem einfachen Zahlenbeispiel, warum die Verwendung permanenter Rückegassen ein effizienter Wege für den Bodenschutz bei mechanisierter Holzernte ist. → effizienter, weil so der Boden nur dort zerstört wird, wo die Baumstämme gerückt werden – der Boden dazwischen bleibt von Schaden weitgehend verschont, anders als bei herkömmlicher (?) Holzernte, wo das Holz einfach irgendwie abgeschleppt wird, ohne Rücksicht auf den Boden→ alle 20 Meter eine 3 Meter breite Rückegasse bedeutet 15% Verdichtung. Ohne Rückgegassen wäre das wesentlich mehr!
- Beschreiben Sie die Vorgänge der Redoximorphose (Umverteilung der Eisenoxide) unter einen verdichteten Fahrspur. → In der verdichteten Fahrspur gibt es keine Makroporen mehr und der Gasaustausch zwischen Bodenluft und Atmosphäre wird behindert→ Fe- (und Mn-) Oxide werden reduziert und wandern dem Oxidationsgradienten folgend nach oben (Massenfluss oder Diffusion)→ werden an der Luft wieder oxidiert und ausgefällt Der Boden färbt sich „rostrot“ und ist schwer beschädigt
- Wie weicht die Druck- und Kräfteverteilung unter einem Rad vom Idealmodell des einfachen Kontaktflächendruckes ab a) bei einem stehenden Fahrzeug b) bei einer Forstmaschine in Bewegung. - einfacher Kontaktflachendruck: Stempelabdruck (Auflast dividiert durch Aufstandsfläche)- tatsächliche Druckverteilung ist aber auch von der Bauart abhängig (Stollen, Radialreifen, Diagonalreifen → z.B. Druck an den Flanken höher als in der Mitte der Lauffläche) und dem Bodenwiderstand (wenn der Boden nachgibt, ist die Druckverteilung viel gleichmäßiger → tatsächliche Druckverteilung ist auf weichem Untergrund anders als auf festem!)- Bei Bewegung kommen zahlreiche dynamische und horizontale Kräfte hinzu: Drehrichtung (Antrieb, Beschleunigung), seitliche Drücke (Lenkbewegung), schlagartig lokale Druckerhöhungen (z.B. Kranarbeit, Bodenunebenheiten,...)
- Zeigen Sie anhand eines einfachen Kugelmodells wieso ein ein breiterer Reifen bei gleichem Kontaktflächendruck eine größere Tiefenwirkung der Verdichtung bewirkt. (Folie 4) !!!Ein extrem vereinfachtes Bodenspannungsmodell beruht auf einer 2-dimensionalen Kugelpackung im Dreiecksverband. Dabei ruht eine Kugel immer auf zwei darunterliegenden Kugeln, d.h. die Last einer Kugel wird zu je der Hälfte auf die Stützkugeln übertragen. Man vernachlässigt zunächst das Eigengewicht der Kugeln („Normalspannung“). Eine Auflast führt nun zu einer typischen lateralen und vertikalen Spannungsverteilung.Die Abnahme der Vertikalspannung mit der Tiefe hängt sehr stark von der Breite der Auflast ab → gleiche Kraft führt bei einer größeren Wirkungsbreite zu einer erheblich größeren Tiefenwirkung!→ nicht möglich, eine Erhöhung der Radlasten „bodeneutral“ durch eine Verbreiterung der Aufstandsfläche (gleichbleibender oder gar verringerter Kontaktflachendruck) zu kompensieren.Grenzen des Modells sind:● unendliche Tiefenwirkung (hier musste eine laterale Reibung eingeführt werden)● übervereinfachte Geometrie