Dynamische Partikelverlagerungs-Experimente am Beispiel von Lössböden

(Mikro-)Aggregate gelten als die grundlegenden Struktureinheiten des Bodens. Sie sind in einer dreidimensionalen hierarchischen Struktur angeordnet, die zusammen mit dem Porenraum innerhalb und zwischen den Aggregaten die biogeochemischen Grenzflächen des 3-Phasen-Systems Boden bilden. Dabei bestehen (Mikro-)Aggregate aus kleineren (in-)organischen Baueinheiten, die durch zementierende (anorganische) oder klebende (organische) Bindemittel zusammengehalten werden. Durch plötzliche oder extreme Veränderungen der Milieubedingungen (z. B. pH-Wert und elektrische Leitfähigkeit) oder durch mechanische Einwirkungen (z.B. Bioturbation oder Pflügen) können (Mikro-)Aggregate und deren Bausteine freigesetzt und anschließend transportiert werden. Inwieweit die dabei in kurzen Abständen auftretenden dynamischen Wechselwirkungen von Aggregatstabilisierung, -auflösung und -transport Teil der pedogenen Tonverlagerungsprozesse sind, die insbesondere in Lössböden zur Ausbildung diagnostischer Bodenhorizonte führen, ist noch nicht abschließend geklärt.

Um zu untersuchen, wie anfällig Lössböden verschiedener pedogenetischer Stadien für die Freisetzung von (Mikro-)Aggregaten sind, wurden ungesättigte Säulenexperimente durchgeführt. Dazu wurden ungestörte Bodenmonolithen (h:13cm; ⌀:9cm) aus dem Ap-Horizont einer Parabraunerde und Pararendzina untersucht. Um Stressereignisse zu simulieren, wurden die Säulen mit künstlichem Regenwasser beregnet, unterbrochen von zwei Drainage-Ereignissen (Austrocknung, hydraulischer Stress), zwei Flussunterbrechungen (Staunässe, hydraulischer Stress) und zwei Tracer-Durchbrüchen (osmotischer Stress). Der Effluent wurde auf physikochemische Parameter sowie auf den Gehalt an Partikeln und mobilem organischen Material untersucht. Um die strukturellen Veränderungen des Bodens zu untersuchen, wurden die Säulen vor und nach dem Experiment mittels X-ray µ-CT gescannt. Nach jedem Stressereignis konnte ein Anstieg der Partikelkonzentration gemessen werden, der während des Rückbruchs der hoch ionaren Tracer-Lösung am stärksten ausgeprägt war. Dabei war die Partikelkonzentration im Export der Parabraunerde um bis zu zwei Größenordnungen höher als die der Pararendzina. Im Gegensatz dazu zeigte die Pararendzina eine abnehmende hydraulische Leitfähigkeit über die Dauer des Experiments, was sich auf den zunehmenden Verschluss des schlechter ausgebildeten Makroporensystems zurückführen lies. Damit tragen unsere Untersuchungen dazu bei, die Bedeutung von Aggregatstabilität und -freisetzung als auch die Verlagerung von (Mikro-)Aggregaten während der Pedogenese besser einzuordnen.