Bodenphysik und Wasserhaushalt
Die Bodenphysik untersucht den physikalischen Zustand und das Verhalten des Bodens, insbesondere wie Wasser im Porennetzwerk gehalten wird und sich darin bewegt, wie das feste Gerüst strukturiert ist und wie Wärme und Luft sich darin bewegen.
Definition
Bodenphysik ist die Untersuchung der physikalischen Eigenschaften und Prozesse von Böden, insbesondere der Speicherung und des Transports von Wasser, Luft und Wärme in dem porösen Medium, das durch Bodenfeststoffe und deren Porenräume gebildet wird.
Scope
Dieser Bereich umfasst die Speicherung und den Energiezustand des Bodenwassers, die Wasserbewegung durch Infiltration und ungesättigten Fluss, die Architektur der Bodenstruktur und Porosität sowie den Transport von Wärme und Gasen. Er behandelt den Boden als dreiphasiges poröses Medium aus Feststoffen, Wasser und Luft und liefert die physikalische Grundlage für Bewässerung, Entwässerung und die Wasserversorgung von Pflanzen, hier als Boden-Wasser-Beziehungen qualifiziert, um ihn von Grundwasser und Oberflächenhydrologie abzugrenzen.
Sub-topics
Core questions
- Wie wird Wasser im Boden gehalten und wie beschreiben wir seinen Energiezustand?
- Wie infiltriert und bewegt sich Wasser durch ungesättigten Boden?
- Wie steuern Bodenstruktur und Porosität Speicherung und Fluss?
- Wie bewegen sich Wärme und Luft durch den Boden und beeinflussen Wurzeln und Mikroben?
Key concepts
- Bodenwasserpotenzial (Matrix-, Gravitations-, Osmotisches Potenzial)
- Wasserspannungskurve
- Feldkapazität und permanenter Welkepunkt
- Hydraulische Leitfähigkeit
- Infiltration und ungesättigter Fluss
- Porosität, Rohdichte und Belüftung
Key theories
- Bodenwasserpotenzial
- Der Energiezustand des Bodenwassers wird durch sein Gesamtpotenzial beschrieben, die Summe aus Gravitations-, Matrix- und osmotischen Komponenten, die bestimmt, ob und in welche Richtung sich Wasser bewegt und wie verfügbar es für Pflanzen ist.
- Richards-Gleichung für ungesättigten Fluss
- Richards kombinierte Darcys Gesetz mit der Massenerhaltung für ungesättigten Boden, was zu einer partiellen Differentialgleichung führte, in der die hydraulische Leitfähigkeit stark vom Wassergehalt abhängt, der Grundlage der quantitativen Boden-Wasser-Dynamik.
- Dreiphasiges poröses Medium
- Das Verhalten des Bodens wird durch die relativen Anteile und die Anordnung von Feststoffen, Wasser und Luft bestimmt; die Porenverteilung, die durch Textur und Struktur festgelegt wird, steuert Wasserspeicherung, Entwässerung, Belüftung und Wärmefluss.
Clinical relevance
Die Bodenphysik untermauert das Wassermanagement für Landwirtschaft und Umwelt: Sie bestimmt, wie viel Wasser ein Boden für Pflanzen speichern kann, wie schnell es infiltriert und abfließt, wie Bewässerung und Entwässerung gestaltet werden sollten und wie Verdichtung und Strukturverlust das Wurzelwachstum beeinträchtigen und den Abfluss und die Erosion erhöhen.
History
Die quantitative Bodenphysik entwickelte sich aus Buckinghams Konzept des Kapillarpotenzials vom frühen 20. Jahrhundert, Richards' Gleichung von 1931 für ungesättigten Fluss und Arbeiten zur Wasserspeicherung und Feldkapazität Mitte des Jahrhunderts. Hillels Texte synthetisierten das Feld und verknüpften die Boden-Wasser-Physik mit Pflanzenwachstum und Umweltprozessen.
Key figures
- Daniel Hillel
- Lorenzo A. Richards
- Edgar Buckingham
Related topics
Seminal works
- hillel1998
- richards1931
- brady2016
Frequently asked questions
- Warum trocknet sandiger Boden schneller aus als Tonboden?
- Sandige Böden haben große Poren, die unter der Schwerkraft schnell entwässern und wenig Wasser dagegen halten, während Tonböden viele feine Poren haben, die Wasser durch Kapillar- und Oberflächenkräfte zurückhalten, sodass Tonböden mehr pflanzenverfügbares Wasser speichern und langsamer austrocknen.
- Was bedeutet Bodenwasserpotenzial?
- Das Bodenwasserpotenzial misst den Energiezustand des Wassers im Boden relativ zu freiem Wasser; Wasser bewegt sich von höherem zu niedrigerem Potenzial, und je negativer das Potenzial, desto fester wird das Wasser gehalten und desto mehr müssen Pflanzen arbeiten, um es zu entziehen.