Bodentemperatur und Belüftung

Bodentemperatur und Belüftung sind die thermischen und gasförmigen Komponenten der Bodenumwelt, die die Raten biologischer und chemischer Prozesse sowie die Sauerstoffversorgung von Wurzeln und Mikroben steuern.

Definition

Bodentemperatur ist der thermische Zustand des Bodens, der sich aus dem Energieaustausch an der Oberfläche und der Wärmeleitung durch das Profil ergibt; Bodenbelüftung ist der Austausch von Sauerstoff, Kohlendioxid und anderen Gasen zwischen dem Bodenporenraum und der Atmosphäre.

Scope

Dieses Thema behandelt den Wärmehaushalt und die thermischen Eigenschaften, die das Bodentemperaturregime bestimmen, die Zusammensetzung und den Austausch der Bodenluft sowie den Zusammenhang zwischen Belüftung, Wassergehalt und dem Redoxzustand des Bodens. Es behandelt die Gas- und Wärmephasen, die neben dem Wasser das physikalische Bild des Bodens vervollständigen.

Core questions

• Was steuert das Bodentemperaturregime im Tages- und Jahresverlauf?
• Wie ist die Zusammensetzung der Bodenluft und wie tauscht sie sich mit der Atmosphäre aus?
• Wie beeinflusst der Wassergehalt die Belüftung und Sauerstoffversorgung?
• Wie beeinflussen Temperatur und Belüftung biologische und chemische Prozesse?

Key concepts

• Energiebilanz der Bodenoberfläche
• Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität
• Bodentemperaturregime
• Zusammensetzung der Bodenluft
• Gasdiffusion und luftgefüllte Porosität
• Belüftung, Staunässe und Redox

Key theories

Bodenwärmehaushalt und -leitung

Die Bodentemperatur wird durch die Oberflächenenergiebilanz und durch die Wärmeleitung in das Profil bestimmt, wobei die Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität stark vom Wassergehalt abhängen, sodass feuchte Böden langsamer erwärmen und abkühlen.

Belüftung und Gasdiffusion

Sauerstoff erreicht Wurzeln und Mikroben hauptsächlich durch Diffusion durch luftgefüllte Poren, daher hängt die Belüftung von der Porosität und dem Wassergehalt ab; wenn Poren mit Wasser gefüllt sind, bricht die Diffusion zusammen und der Boden wird anaerob, wodurch sich sein Redoxzustand verschiebt.

Mechanisms

Strahlung, Leitung, Konvektion und latenter Wärmeaustausch an der Oberfläche bestimmen den Wärmeeintrag des Bodens, der nach unten geleitet und mit zunehmender Tiefe gedämpft und verzögert wird, wodurch tägliche und saisonale Temperaturwellen entstehen. Die Bodenluft ist aufgrund der Wurzel- und Mikrobenatmung reicher an Kohlendioxid und ärmer an Sauerstoff als die Atmosphäre; Sauerstoff wird hauptsächlich durch Diffusion durch luftgefüllte Poren nachgeliefert. Wenn Wasser die Poren füllt, nimmt die Gasdiffusion stark ab, Sauerstoff wird verbraucht, und der Boden wird anaerob, wodurch sich seine Chemie und Biologie ändern.

Clinical relevance

Die Bodentemperatur steuert die Samenkeimung, das Wurzelwachstum und die Raten des Nährstoffkreislaufs, während die Belüftung bestimmt, ob Wurzeln und aerobe Mikroben ausreichend Sauerstoff erhalten; die Steuerung von Drainage, Rückstandsbedeckung und Verdichtung, um Böden ausreichend warm und belüftet zu halten, ist wichtig für die Pflanzenproduktivität und zur Begrenzung von Verlusten wie der Denitrifikation.

History

Die Untersuchung des thermischen Regimes des Bodens stützte sich auf die klassische Wärmeleitungstheorie, angewendet auf den Oberflächenenergiehaushalt des Bodens, während die Forschung zur Bodenbelüftung Gasdiffusion, Wassergehalt und Redoxchemie verknüpfte und die Rolle der Gas- und Wärmephasen in der Bodenfunktion etablierte.

Key figures

• Daniel Hillel
• Nyle C. Brady
• Ray R. Weil

Seminal works

• hillel1998
• brady2016

Frequently asked questions

Warum werden staunasse Böden sauerstoffarm?

Sauerstoff gelangt hauptsächlich durch Diffusion durch luftgefüllte Poren in den Boden, was tausendmal schneller ist als die Diffusion durch Wasser; wenn Poren mit Wasser gefüllt sind, bricht die Sauerstoffversorgung zusammen, während die Atmung weitergeht, sodass der Boden schnell anaerob wird.

Warum erwärmen sich feuchte Böden im Frühjahr langsamer?

Wasser hat eine hohe Wärmekapazität, und ein Großteil der eingehenden Energie wird für dessen Verdunstung anstatt für die Temperaturerhöhung verwendet, sodass feuchte Böden mehr Energie zum Erwärmen benötigen und im Frühjahr trockeneren Böden hinterherhinken.