Temperaturabhängigkeit von Tensiometermessungen

Tensiometermessungen zur Anzeige der Bodenwasserspannung im Feld zeigen in der Regel einen starken tageszeitlichen Gang, der mit Pflanzenwasserentzug und Temperaturschwankungen zusammenhängt. Um den Pflanzenwasserentzug zu verstehen, ist es nötig, die gesamte Wasserdynamik in der Wurzelzone mit Hilfe numerischer Modelle richtig abzubilden.

Wasserpotentiale in Böden steigen mit zunehmender Temperatur, und verursachen so Wasserbewegungen von wärmeren zu kälteren Bodenzonen. Die Quantifizierung dieser Effekte ist schwierig, da mit zunehmender Temperatur nicht nur das Matrixpotential ansteigt, sondern sich auch die Gleichgewichtsverteilung zwischen Wasser und Matrixpotential (Retentionskurve) und die hydraulische Leitfähigkeit verändern. Bisherige Untersuchungen ergaben, dass die T-Abhängigkeiten von Retentionskurven und Leitfähigkeitskurven in der Regel stärker sind, als durch Änderungen der Oberflächenspannung und der Viskosität zu erwarten wäre. Eine saubere Quantifizierung der Effekte fehlt jedoch bis heute. Die Quantifizierung wird erschwert, weil in typischen Messverfahren für Wasserspannungen und Wassergehalte in Böden unter variablen Temperaturen sehr viele Faktoren gleichzeitig eine Rolle spielen und ineinandergreifen. Hierzu zählen neben der temperaturinduzierten Wasserbewegung die T-Abhängigkeit der Messgeräte sowie die tageszeitlich variierende Wurzelwasseraufnahme.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen die die genannten Effekte im Labor experimentell quantifiziert werden. Zunächst sollen die reinen Temperaturabhängigkeiten von Sensoren im Verbund mit den Tensiometern quantifiziert werden. Darauf aufbauend können die Temperaturabhängigkeiten von Retentionskurven unterschiedlicher Böden quantifiziert werden.

Folgende Arbeiten sind vorgesehen:

1. Literatur-Review von bisherigen Arbeiten zur Temperaturabhängigkeit von hydraulischen Eigenschaften (sehr gute Vorarbeiten liegen vor).
2. Messungen von T-Gängen und -Anzeigen für eine Staffel von Standardtensiometern (UMS T8) bei konstanten Potentialen in der reinen Wasserphase. Variiert werden Potentiale (0, -100 cm, -200 cm), Temperaturamplituden (klein, gross) und Geschwindigkeit der T-Änderung (Stundengang, Tagesgang, Wochengang).
3. Messungen von T-Gängen und –Anzeigen der T8-Tensiometer in drei unterschiedlichen Böden bei fünf unterschiedlichen Wassersättigungen. Untersucht werden sollen die Signaländerungen für Sand, schluffigen Sand und Lehm bei ca. -5, -30, -60, -100, -300 cm WS.

Unser Kalibrierstand stellt eine Neuentwicklung dar. Das Thema ist technisch spannend und herausfordernd. Die Bachelor- oder Masterarbeit wendet sich an Personen mit Freude an Messtechnik und Modellierung. Die Arbeit wird wissenschaftlich betreut durch W. Durner und S. Iden. Alle Geräte und die Auswertungssoftware sind vorhanden.

Kontakt: Prof. W. Durner