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Saugspannung - Wassergehalt - Beziehung

Die Wasserhaltefähigkeit eines Bodens steht in direkter Beziehung zur Porengrößenverteilung. Neben der Körnung und dem Humusgehalt wird diese vor allem durch die Gefügebildung beeinflusst. Die verschiedenen Porengrößen lassen sich grob in drei funktionale Gruppen unterteilen; ihre Funktionen bezüglich des Wasser- und Lufthaushaltes sind in Tab. 4 dargestellt. Mit abnehmendem Porendurchmesser wird das Wasser fester in diesen Poren gebunden. Je kleiner der Porendurchmesser, um so höher ist die Saugspannung (in cm Wassersäule "WS"), mit der das Wasser, entsprechend den Bedingungen in einer feinen Kapillare, festgehalten wird. Der pF-Wert (=log cm WS) beschreibt die Wasserbindung im Boden in anschaulicher Form (vgl. Tab. 4). Für einen spezifischen Boden steht somit jedem pF-Wert eine bestimmte Wassermenge gegenüber, die der Boden entgegen dieser Saugspannung zu halten in der Lage ist. Zur Bestimmung dieser Saugspannung-Wassergehalt-Beziehung (pF-Kurve) werden Über- oder Unterdrucke (gemessen in cm Wassersäule, Atmosphären (at) oder bar), angelegt, die zur Entwässerung der verschiedenen Porengrößen der vorher wassergesättigten Bodenprobe erforderlich sind (DIN 19683 Bl. 5). Die bei jeder Druckstufe abgegebene Wassermenge gibt das Porenwasservolumen eines definierten Porengrößenbereiches an. Nur solange Differenzen zwischen dem angelegten Über- oder Unterdruck und den in den Bodenporen vorherrschenden Saugspannungen besteht, wird Wasser von den Bodenporen abgegeben. Auf diese Weise ist es möglich, die Wassermengenanteile verschiedener Größen von Bodenporen und damit ihre prozentualen Anteile im Boden d. h. also die quantitative Porengrößenverteilung von Böden zu ermitteln.

Tab. 4: Einteilung und Funktionen der Porengrößen ( nach BECKER et al., 1984 )

Poren Äquivalentdurch-messer (mm) Wasserspannung (bar) pF-Wert Zustand des Bodenwassers Durchlüftung Pflanzenverfügbarkeit
grob > 50 < 0,06 < 1,8 Bewegung von Sicker- und Haftwasser leicht leicht
mittel 50 - 0,2 0,06 - 15 1,8 - 4,2 Wasser-speicherung ( pflanzennutzbare Kapazität ) schwer mittel- schwer
fein < 0,2 > 15 > 4,2 Bereich des toten, für die Pflanzen nicht verfügbaren Wassers keine keine

Die Feldkapazität (FK) entspricht dem Wasservolumen der auf pF 1,8 (=60 cm Wassersäule) entwässerten bzw. bei entsprechender Feuchte entnommenen Bodenproben (SCHLICHTING und BLUME, 1966 ). Entsprechend der Einteilung der Porengrößen bezeichnet man den Porenbereich von 0,2 mm bis 50 mm als die nutzbare Feldkapazität (nFK) eines Bodens, da das enthaltene Porenwasser pflanzenverfügbar ist. Das Wasser der Poren < 0,2 mm ist nicht mehr pflanzenverfügbar und wird deshalb als "Totwasser" bezeichnet. Der sog. permanente Welkepunkt (PWP) liegt dementsprechend bei pF 4,2.

Für verschiedene Bodenarten messbare Feldkapazitäten, nutzbare Feldkapazitäten und Totwasseranteile bei einer mittleren Trockenrohdichte (AG Boden, 1994)

Bodenartenhauptgruppe Luftkapazität (%) Feldkapazität (%) nutzbare Feldkapazität (%) Totwasser (%)
Ton 2,5 - 5,0 36,0 - 42,0 9,0 - 15,0 21,0 - 31,0
Lehm 3,5 - 10,0 29,0 - 36,5 12,0 - 21,5 8,5 - 23,5
Schluff 4,5 - 7,0 33,5 - 36,5 16.0 - 26,0 8,0 - 19,5
Sand 8,0 - 21,5 15,5 - 31,0 11,0 - 24,5 4,5 - 8,5

Wie Untersuchungen an einjährigen landwirtschaftlichen Nutzpflanzen ergeben haben, kann man im Mittel davon ausgehen, dass bei Bodenwassergehalten im Wurzelraum, die unter 50 % der nFK liegen, mit Ertragseinbußen gerechnet werden muss. Da die Ertragsminderungen um so größer sind, je länger diese Grenze unterschritten wird, kann die Häufigkeit, mit der 50 % der nFK im langjährigen Mittel unterschritten wird, z.B. als theoretische Grundlage für die Beurteilung der Beregnungsbedürftigkeit eines Bodens dienen (BOHNE und STÜDEMANN 1973). In den Poren > 50mm wird kein Wasser mehr gegen die Schwerkraft festgehalten, so dass sie verantwortlich für die Ableitung von Überschusswasser und für eine gute Durchlüftung sind. Der Parameter Luftkapazität gibt den Luftgehalt von Bodenproben bei Feldkapazität an. Bodenverdichtungen wirken sich vor allem auf diesen Porenbereich aus und haben negative Folgen für das Pflanzenwachstum und das Bodenleben. Jedoch ist zu beachten, dass auch bei niedrigem Grobporenanteil eine gute Durchlüftung gewährleistet sein kann, wenn die vorhandenen Poren eine sehr gute Kontinuität aufweisen. Dies ist z. B. auf dauerhaft konservierend bearbeiteten Böden oft zu beobachten (NITZSCHE und SCHMIDT, 2002).

Der für eine ausreichende Luftkapazität im Boden erforderliche Grobporenanteil.

Tab. 6: Einstufung der Luftkapazität (AG Boden, 1994)
Grobporenanteil > 50 mm (Vol. %) Bezeichnung
< 2 sehr gering
2 - 4 gering
4 - 12 mittel
12 - 20 hoch
> 20 sehr hoch