BODENKUNDE

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FAQ - häufig gestellte Fragen

Saugkerzen und Saugplatten haben gegenüber der Extraktion von Bohrkernen oder anderen Bodenproben einen entscheidenden Vorteil: die beliebig oft wiederholbare Beobachtung von Konzentrationsveränderungen am immer demselben Ort. Die zufällige Einflussnahme kleinräumiger Konzentrationsunterschiede im Bodenprofil auf die Ergebnisse verschiedener Entnahmezeitpunkt ist dabei – anders als bei der Bodenentnahme und nachfolgender Extraktion – ausgeschlossen.
Wir bieten Saugkerzen und Saugplatten aus denselben Materialien an, die Probenentnahme ist mit beiden Gerätetypen gleich oder sehr ähnlich. Die Frage, welche Geometrie besser für die geplante Anwendung ist (Kerze oder Platte), hängt von verschiedenen anderen Faktoren ab und muss in jedem Einzelfall betrachtet werden.

Saugplatten sollten nach unserer Ansicht seitlich in einen Stollen unterhalb eines ungestörten Bodenbereichs eingebaut werden. Hierzu ist meist ein Bodenprofil oder ein Schurf notwendig, womit ein entsprechender Flächenverbrauch einhergeht. Der Einsatz von Saugplatten ist daher eingeschränkt möglich, wenn die Fläche klein ist, die Entnahmetiefe groß oder das Substrat durch hohen Skelettgehalt oder Rieselfähigkeit problematisch für einen Einbau. In allen diesen Fällen können Saugkerzen einfacher installiert werden und verursachen weniger Störungen der benachbarten Bodenbereiche. Wichtigster Nachteil von Saugkerzen ist, dass sie einen nicht definierten Bodenbereich extrahieren. Die Größe des konzentrisch um den Filterkörper beprobten Bereichs hängt – außer von der Bodenfeuchte und der hydraulischen Leitfähigkeit – ab von der Beprobungsdauer und dem angelegten Unterdruck bzw. der Druckdifferenz zwischen Vakuumanlage und Wasserspannung des Bodens. Die in der Lösung gemessene Konzentration kann nicht auf einfache Weise in eine Sickerfracht umgerechnet werden.

Das ist unter bestimmten Voraussetzungen (!) bei Saugplatten prinzipiell anders. Dafür ist der Installationsaufwand für Saugplatten meist deutlich größer als der für die Einbringung von Saugkerzen. Saugplatten haben aber bezüglich der Berechnung von zum Beispiel Nitrat-Auswaschungsmengen (NO3-Fracht) zwei wesentliche Vorteile gegenüber Saugkerzen: 1. Sie haben eine größere Oberfläche und 2. Die ermittelten NO3-Konzentrationen und Sickerwassermengen können auf eine Fläche bezogen werden (Weihermüller 2020).

Zu 1: Je größer die beprobte Fläche ist, desto repräsentativer ist das Ergebnis, da Unterschiede in der Fließgeschwindigkeit bzw. unterschiedliche NO3-Befrachtung der Poren im Mittel besser abgebildet werden.
Zu 2: Der Flächenbezug (und definierte Wirkungsbereich) der Saugplatten ist eine Grundvoraussetzung dafür, dass eine Kalkulation von Nitratfrachten aus gemessenen Sickerwassermengen und -konzentrationen überhaupt zulässig ist.

Quellen:
Weihermüller, Lutz: In-situ soil water sampling. In: Field Measurement Methods in Soil Science, Wessel-Bothe, S./ Weihermüller, L. (Hrsg.). Stuttgart: Borntraeger 2020, S. 99-132.

Im Routine-Laborbetrieb mit pH-Einstabmessketten ist es üblich, diese pH-Elektroden täglich erneut mithilfe von Pufferlösungen zu prüfen und ggf. nachzukalibrieren. Eine solche tägliche Rekalibrierung von im Boden eingebauten pH-Elektroden ist weder mit vertretbarem Aufwand durchführbar noch sinnvoll. Dies gilt sowohl für Gelände- also auch für Laborversuche in Gefäßen oder Bodensäulen.
Eine Kalibration ist immer mit der Deinstallation der pH-Elektrode und dem anschließenden Wiedereinbau verbunden. Der Wiedereinbau geht nicht ohne Störungen an der Kontaktfläche Elektrode/Substrat vor sich, sodass eine häufig wiederholte Kalibration mit der Zeit das Messergebnis verschlechtern muss. Dies gilt auch dann, wenn man über einen längeren Zeitraum (z.B. Monate) misst und dann über diesen Zeitraum mit einer tatsächlichen, durch Elektrodendrift bedingte Verschiebung der Kalibrations-Werte rechnen muss.

Ein sinnvolles Intervall zur Rekalibration unserer pH-Elektroden kann allerdings aus den bisherigen Versuchen und Erfahrungen mit unseren Elektroden lediglich abgeschätzt werden. Laborversuche von Thiele-Bruhn et al. (2015) haben gezeigt, dass die Messwerte der pH-Elektroden selbst nach mehrmonatigem Dauereinsatz bis auf wenige mV bzw. bis auf wenige hundertstel pH-Einheiten stabil geblieben waren. Erfahrungen über einen längeren Zeitraum als bei Thiele-Bruhn et al. (2015) liegen bislang aus drei Praxisanwendungen vor, die jeweils einen Zeitraum zwischen 14 und 37 Monaten umfassen (Stand Juni 2017).

Die über diese Zeiträume dauerhaft installierten und in mehrmonatigen Abständen auf ihre Kalibrierwerte getesteten ecoTech-pH-Elektroden zeigten in Pufferlösungen für pH 4, 7 und 10 jeweils Abweichungen von max. 0,2 bis 0,3 pH-Einheiten. Dabei war in allen Fällen eine fallende Tendenz der angezeigten pH-Werte zu verzeichnen. Um einen Kompromiss zwischen unangebrachter Störung des Versuchsaufbaus durch Deinstallation und Wiedereinbau auf der einen Seite und bestmöglichen Kalibrationswerten auf der anderen Seite zu finden, empfehlen wir zur Zeit (Stand Juni 2017) eine Rekalibration in viertel- bis halbjährlichen Abständen. Hierbei dürften sich nach unserer bisherigen Erfahrung Abweichungen im Bereich von ca. 0,1 pH-Einheiten ergeben. Deutlich größere Abweichungen weisen entweder auf eine anstehende Wartung des Referenzsystems oder auf einen technischen Fehler hin, der in der Referenzelektrode, der pH-Elektrode oder im Mess-System lokalisiert sein kann.

Quellen:
Thiele‐Bruhn, Sören, Stefan Wessel‐Bothe, and Marc‐Oliver Aust. ""Time‐resolved in‐situ pH measurement in differently treated, saturated and unsaturated soils."" Journal of Plant Nutrition and Soil Science 178.3 (2015): 425-432.

Nach unserem Kenntnisstand gibt es keine zeitliche Begrenzung. Wir stellen unsere Redoxelektroden in enger Kooperation mit Prof. Dr. Tim Mansfeldt, Universität Köln seit 2004 her. In dieser Zeit ist uns kein Fall bekannt geworden, in dem der Dauereinsatz dieser Elektroden ein Problem ergeben hat. In einem Projekt von Professor Mansfeldt selbst sind seit März 2010 achtzehn dieser Elektroden im Dauereinsatz, einige davon fast ganzjährig im Grundwasserbereich mit zeitweiser Überstauung von > 150 cm Wassersäule. Alle Sensoren funktionieren bis heute (Stand 09-2020) einwandfrei.

Unsere Erfahrung von > 25 Jahren mit Bodenfeuchtesensoren sagt uns bisher, dass fast alle preiswerten Sensoren für die Bodenfeuchte gravierende Nachteile haben. Diese liegen entweder in einer mangelnden Genauigkeit oder in einer vergleichsweise kurzen Lebensdauer. Im schlechtesten Fall kommt beides zusammen. Wir haben unser Sortiment an Sensoren für Wassergehalt und Wasserspannung bewusst sehr klein gehalten, da wir neben einer durch uns selbst überprüften hohen Genauigkeit und langer Lebensdauer mehr Wert auf Kontinuität und Sachverstand setzen als auf sprunghafte Reaktionen auf Bewegungen im Markt. Gleichwohl befinden wir uns mit der stetigen Verbesserung unserer selbst hergestellten Sensoren in einigem stetigen Entwicklungsprozess.

Nach Angaben des Geologischen Dienstes NRW in Krefeld genügen zur Entwässerung von Stechzylindern mit 100 ccm Inhalt bei Proben mittlerer Körnung und Druckstufen bis 300 hPa in der Regel 3-4 Arbeitstage. Die Gleichgewichtseinstellung verzögert sich mit

a) größerem Probenvolumen,
b) erhöhtem Tonanteil und
c) höheren Druckwerten

und kann dann bis zu mehreren Wochen dauern. Im Institut für Bodenkunde der Christian-Albrechts-Universität Kiel werden folgende Entwässerungsfristen eingehalten:

160 hPa    1-2 Wochen
150 hPa    2-3 Wochen
300 hPa    3-4 Wochen
500 hPa    2-4 Wochen

Die gesamte Entwässerungsdauer beträgt zwischen 10 und 13 Wochen.

Falls Sie weitere Fragen zu diesen Angaben haben, stellen wir gern den Kontakt zu den jeweiligen Ansprechpartnern her.

Kontakt

+49 (0)228 / 85 044 7700
ecoTech@ecoTech.de

Wir beraten Sie gerne!