Laemmel, Thomas und Maier, Martin und Paulus, Sinikka und Schack-Kirchner, Helmer und Lang, Friederik
(2015)
Ein neues Probenahmesystem für Bodengasproben bei gleichzeitiger in-situ Bestimmung des scheinbaren Gasdiffusionskoeffizienten im Boden.
In: Jahrestagung der DBG 2015: Unsere Böden - unser Leben, 05.-10.09.2015, München.
Kurzfassung
Die Bodenbelüftung ist eine zentrale Einflussgröße für wichtige physikochemische Bodeneigenschaften (Sauerstoffverfügbarkeit, Redoxpotential, pH) und damit auch für die biologische Aktivität im Boden. Oft wird angenommen, dass der Gasaustausch zwischen Boden und Atmosphäre durch reine Diffusion erfolgt und durch das Fick´sche Gesetz beschrieben werden kann. Der scheinbare Gasdiffusionskoeffizient des Bodens (Ds) beschreibt als Proportionalitätsfaktor die Relation zwischen diffusivem Gasfluss und Gaskonzentrationsgradienten in der porösen Struktur des Bodens. Damit beschreibt er, wie „gut“ ein Gas „passiv“ durch die Bodenstruktur transportiert wird (= diffundiert).
Eine häufig verwendete Methode zur Bestimmung des Ds basiert auf Laboruntersuchungen von ungestörten Bodenproben. Allerdings ist diese Methode destruktiv, weshalb nachfolgende oder andauernde Messungen nicht möglich sind. Zudem kann die Labormethode nur Informationen mit räumlich begrenzter Auflösung geben. Daraus ergeben sich erhebliche Unsicherheiten über die wahre Belüftungssituation im Profil.
Wir haben ein Gasprobenahmesystem entwickelt, das sich einfach und schnell installieren lässt und mit dem sich ein inertes Tracer-Gas kontinuierlich in den Boden injizieren lässt. Aus der resultierenden Gaskonzentrationsverteilung entlang des Entnahmesystems lässt sich das Ds Profil mittels inverser Modellierung ableiten. Das System wurde im Labor mit homogenen Sanden und während einer Feldkampagne getestet. Als Referenz wurden Proben im Labor gemessen. Die Ergebnisse von beiden Methoden stimmen gut überein. In Kombination mit Konzentrationsprofilen natürlich vorkommender Gase lässt sich hieraus das vertikale Profil der Gasumsatzes berechnen.
Das neue System kann schnell installiert werden und kann über längere Zeit zum Monitoring des Ds und der Bodengaskonzentrationen am Ort verbleiben; somit kann man die Veränderung von Ds-Profils auch nach Regen oder bei Wind zeitlich und räumlich quantifizieren.
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