Abschlussbericht der Fachbereiche Bodenkunde, Landtechnik ... - BLE

Abschlussbericht der Fachbereiche Bodenkunde, Landtechnik
und Geophysik für das BMELV Forschungsprojekt
„Anwendbarkeit geophysikalischer, bodenphysikalischer
und landtechnischer Methoden zur Bestimmung von
flächenhaften Bodenverdichtungen auf landwirtschaftlich
genutzten Flächen“
Forschungsvorhaben: (AZ 514-33.18 / 03HS003 / 1)
Laufzeit: 10.10.2005 – 09.10.2008
Berichtszeitraum: 10.10.2005 – 09.10.2008
Name und Anschrift der Forschungseinrichtung sowie der ausführenden Stelle
• Prof. Dr. Rainer Horn: CAU Kiel, Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde,
Olshausenstr. 40, 24118 Kiel, Tel: 0431-880.3190, Fax: 0431-8802940, email:
rhorn@soils.uni-kiel.de
• Prof. Dr. Wolfgang Rabbel: CAU Kiel, Institut für Geowissenschaften, Abt.: Geophysik,
Otto Hahn-Platz 1, 24118 Kiel, Tel.: 0431-8803916, Fax: 0431 8804432, email:
wrabbel@geophysik.uni-kiel.de
• Prof. Dr. Ludwig Volk, Fachhochschule Südwestfalen, Hochschule für Technik und
Wirtschaft, Fachbereich Agrarwirtschaft Soest, Lübecker Ring 2, 59494 Soest,
Tel Nr.:02921378227, 01705814587; email: ludwigvolk@t-online.de
I

Inhalt
ABBILDUNGSVERZEICHNIS:.............................................................................................VI
TABELLENVERZEICHNIS..................................................................................................XII
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ..........................................................................................XIII
1 ZIELE UND AUFGABENSTELLUNG DES VORHABENS .......................................... 15
1.1 Planung und Ablauf des Vorhabens 16
1.2 Wissenschaftlicher und technischer Stand 21
1.2.1 Stand der Forschung ............................................................................................................21
2 MATERIAL UND METHODEN..................................................................................... 29
2.1 Versuchsstandorte 29
2.2 Methoden des Fachbereich Landtechnik 31
2.2.1 Versuchsdesign und Versuchsdurchführung ........................................................................31
2.2.2 Das Messsystem MOVIS........................................................................................................33
2.2.3 Das Messsystem TASIS zur Erfassung horizontaler Eindringwiderstände............................34
2.2.4 Erfassung von Achslasten, Spurtiefen, Bodenwassergehalten und Kontaktflächen............35
2.2.5 Datenverarbeitung und statistische Auswertung ..................................................................37
2.3 Methoden des Fachbereich Bodenkunde 38
2.3.1 Probenahme, Profilansprache und Laboranalytik.................................................................38
2.3.2 Feldversuche.........................................................................................................................39
2.4 Methoden des Fachbereich Geophysik 43
2.4.1 Elektromagnetisches Induktionsverfahren (EMI)..................................................................43
2.4.2 Georadar (GPR)....................................................................................................................45
2.4.3 Gammaspektrometrie ...........................................................................................................46
2.4.4 Seismik..................................................................................................................................47
2.4.5 Versuchsanordnungen..........................................................................................................49
3 WICHTIGE ERGEBNISSE UND ANDERE WESENTLICHE EREIGNISSE DES
BERICHTSZEITRAUMES ........................................................................................... 50
3.1 Darstellung der Ergebnisse des Fachbereich Landtechnik 50
3.1.1 Äußere Bedingungen der Versuchsdurchführung ................................................................50
3.1.2 Kontaktflächen und Kontaktflächendrücke ...........................................................................51
3.1.3 Vertikaler Eindringwiderstand ...............................................................................................53
3.1.4 Horizontaler Eindringwiderstand...........................................................................................57
3.1.5 Ruhedruckbeiwert .................................................................................................................63
III

3.1.6 Zugkraftbedarf, Rollwiderstand, Spurtiefen.......................................................................... 65
3.1.7 Rollwiderstand und Rollwiderstandskoeffizient.................................................................... 67
3.1.8 Ergänzende bodenkundliche Untersuchungen .................................................................... 69
3.2 Darstellung der Ergebnisse des Fachbereich Bodenkunde 71
3.2.1 Versuchstandorte und Böden............................................................................................... 71
3.2.1.1 Versuchsgut Merklingsen, NRW, konservierend bewirtschafteter Schlag Reinecke.. 72
3.2.1.2 Versuchsgut Merklingsen, NRW, konventionell bewirtschafteter Schlag Ruhmlifholz 72
3.2.1.3 Versuchsgut Hohenschulen, S-H, konservierend bewirtschafteter Schlag SFB 192.. 73
3.2.1.4 Versuchsgut Lindhof, S-H, konventionell bewirtschafteter Schlag Große Hofkoppel . 74
3.2.2 Bodendruck und Deformationsmessungen.......................................................................... 74
3.2.2.1 Versuchsfaktor Ausgangsmaterial............................................................................... 75
3.2.2.2 Versuchsfaktor Bodenbearbeitung .............................................................................. 76
3.2.2.3 Versuchsfaktor Auflast................................................................................................. 77
3.2.2.4 Versuchsfaktor Reifeninnendruck................................................................................ 80
3.2.2.5 Bodendruck und Deformation bei Mehrfachbefahrung................................................ 82
3.2.3 Vorbelastungswert versus Bodendruck................................................................................ 83
3.2.4 Auswirkung der mechanischen Belastung auf ausgewählte Bodenfunktionskennwerte ..... 86
3.2.4.1 Einfluss auf den Bodenstabilitätsparameter Vorbelastung.......................................... 86
3.2.4.2 Einfluss auf den Bodenfunktionskennwert der gesättigten Wasserleitfähigkeit .......... 87
3.2.5 Wasserspannungsmessungen............................................................................................. 89
3.3 Darstellung der Ergebnisse des Fachbereich Geophysik 92
3.3.1 Elektrische Leitfähigkeit (EMI).............................................................................................. 92
3.3.1.1 Standort NRW (konventionelle Bewirtschaftung) ........................................................ 92
3.3.1.2 Standort NRW (konservierend) ................................................................................... 98
3.3.1.3 Standort Schleswig-Holstein (konservierende Bewirtschaftung)............................... 102
3.3.1.4 Standort Schleswig-Holstein (konventionelle Bewirtschaftung) ................................ 105
3.3.2 Georadar (GPR) ................................................................................................................. 109
3.3.2.1 Standort NRW............................................................................................................ 109
3.3.2.2 Standort Schleswig-Holstein...................................................................................... 112
3.3.3 Gammaspektrometrische Untersuchungen........................................................................ 113
3.3.4 Seismik............................................................................................................................... 115
3.3.4.1 Standorte NRW.......................................................................................................... 115
3.3.4.2 Standorte Schleswig-Holstein.................................................................................... 117
3.4 Nutzen und Verwertbarkeit der Ergebnisse 119
3.4.1 Verwertbarkeit der landtechnischen Ergebnisse................................................................ 119
3.4.2 Verwertbarkeit der bodenkundlichen Ergebnisse .............................................................. 120
3.4.3 Verwertbarkeit der geophysikalischen Ergebnisse ............................................................ 121
4 ZUSAMMENFASSUNG ............................................................................................. 124
4.1 Landtechnische Zusammenfassung 124
4.2 Bodenkundliche Zusammenfassung 125
4.3 Geophysikalische Zusammenfassung 129
IV

5 GEGENÜBERSTELLUNG GEPLANTER UND ERREICHTER ZIELE SOWIE
WEITERFÜHRENDE FRAGESTELLUNGEN............................................................ 131
6 LITERATURVERZEICHNIS....................................................................................... 136
7 ANHANG ................................................................................................................... 143
V

Abbildungsverzeichnis:
Abb. 1: Das Messsystem MOVIS mit einem Betonregistergewicht im Trägerrahmen,
montiertem GPS-System und abgesenkter Heckachse......................................34
Abb. 2: Sensoren und Datenerfassungshardware der FH-SWF: GPS-System, Daq-
Box zur Messkraftverstärkung, PCMCIA-Karte, DMS-Element,
Ultraschallsensoren und Laptop (v. l. n. r.).........................................................35
Abb. 3: links: heckseitige Anordnung zweier Ultraschallsensoren zur Erfassung
Spurtiefe, rechts: Triangulations-Lasersensor....................................................36
Abb. 4: Versuchsaufbau der Spannungsmessung mit kombinierter
Deformationsmessung.......................................................................................41
Abb. 5 Zweidimensionaler Bewegungspfad einer DTS- Messung eines
Ackerschleppers mit Differenzierung einzelner Verformungsanteile...................42
Abb. 6: : Prinzip der Elektromagnetik (nach Militzer und Weber, 1985). Ein primäres
magnetisches Wechselfeld Hp wird von der Sendespule erzeugt und induziert
Wirbelströme im leitfähigen Untergrund, welche wiederum ein sekundäres
magnetisches Wechselfeld Hs generieren. Die Empfängerspule mißt das
resultierende Feld, das ein Maß für die scheinbare elektrische Leitfähigkeit im
Untergrund ist. ...................................................................................................43
Abb. 7: Messgespann mit Georadar und EM38. Das EM38DD befindet sich wetterfest
verpackt in einem Holzkasten, 2,5m vom Georadar und 4,5m vom
Zugfahrzeug entfernt .........................................................................................44
Abb. 8: Prinzip des Georadar (nach Lück et al. (2000)). Elektromagnetische
Einzelimpulse werden ausgestrahlt und z.B. an Schichtgrenzen reflektiert
(links), die Reflexionen werden in Form von Zeitreihen registriert (mitte), die
Darstellung vieler engabständig registrierter Zeitreihen ergibt ein
Reflexionsabbild des Untergrundes (rechts) ......................................................45
Abb. 9: Das Messgespann mit 2 geschirmten Georadarantennen, befestigt auf einer
hebefähigen Holz-, Kunstoffkonstruktion, die über die Schlepperhydraulik eine
gute Ankopplung an den Boden gewährleistet. .................................................46
Abb. 10: Gammaspektrometer angebaut an der Schlepperhydraulik mit einer
Detektorhöhe von 1 m über Grund.....................................................................47
Abb. 11: Schwingverhalten verschiedener Raumwellentypen. Links: In
Ausbreitungsrichtung schwingende Kompressionswelle (P), Mitte: horizontal
schwingende Scherwelle (SH), Rechts: vertikal schwingende Scherwelle (SV)
(Kirsch und Rabbel, 1997). ................................................................................47
VI

Abb. 12: Beispiel einer Seismikmessung. Die Geophone stecken im Abstand von 20 cm
im Boden und sind über Kabel mit der Registrierapparatur verbunden. ............ 48
Abb. 13: Gravimetrische Bodenwassergehalte der Versuchsflächen zu den
Untersuchungsterminen in verschiedenen Bodentiefen ..................................... 51
Abb. 14: Vertikale Eindringwiderstände der vier Versuchsflächen gemittelt über alle
Termine in den Darstellungen Boxplot- (links) und Liniendiagramm (rechts)...... 53
Abb. 15: Zeitliche Entwicklung der Eindringwiderstände relativ zur Messung vor
Versuchsbeginn nach Versuchsfläche und Bodentiefe ...................................... 54
Abb. 16: Effekte einer Befahrung nach zuvor erfolgter wendender Bodenbearbeitung..... 56
Abb. 17: Vertikale Eindringwiderstände vor und nach der Befahrung auf den schleswig-
holsteinischen Versuchsflächen im Herbst 2006................................................ 57
Abb. 18: Horizontale Eindringwiderstände der Versuchsflächen gemittelt über den
Versuchszeitraum.............................................................................................. 58
Abb. 19: Horizontale Eindringwiderstände der Fläche NRW konv in Abhängigkeit von
Messzeitpunkt und Belastungsvariante.............................................................. 59
Abb. 20: Horizontale Eindringwiderstände der Fläche NRW kons in Abhängigkeit von
Messzeitpunkt und Belastungsvariante.............................................................. 60
Abb. 21: Horizontale Eindringwiderstände bei 160kPa und 250kPa Reifeninnendruck
auf der Fläche NRW konv in Abhängigkeit von Radlast und Bodentiefe ............ 61
Abb. 22: Horizontale Einringwiderstände bei verschiedenen Radlasten in Abhängigkeit
von Reifeninnendruck und Bodentiefe auf der Fläche NRW konv...................... 62
Abb. 23: Horizontaler Eindringwiderstand nach Standort und Messtiefenbereich in
Abhängigkeit von der Häufigkeit des erfolgten Einsatzes an gleicher Stelle....... 63
Abb. 24: Ruhedruckkoeffizienten der Versuchsflächen in unterschiedlichen
Bodenschichten in Abhängigkeit der Radlast..................................................... 64
Abb. 25: Mittlere Spurtiefen nach Versuchsstandort und Belastungsvariante................... 65
Abb. 26: Datenschrieb einer Messreihe zur Online-Erfassung der Spurtiefe per Laser-
Sensor, Bereiche der Stollen und Stollenzwischenräume sind klar
differenzierbar.................................................................................................... 66
Abb. 27: Rollwiderstände der einzelnen Belastungsvarianten in Abhängigkeit von
Standort und Bodenbearbeitungssystem (ohne Frühjahr 2006) ......................... 67
VII

Abb. 28: Rollwiderstand der einzelnen Radlastvarianten in Abhängigkeit des
Reifeninnendrucks.............................................................................................68
Abb. 29ab: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors
Ausgangsmaterial dargestellt als Box-Whisker-Plots für alle Messtiefen
(n=315) zusammengefasst sowie jede Einzelmesstiefe (n=105)........................75
Abb. 30ab: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors
Bodenbearbeitungssystem dargestellt als Box-Whisker-Plots für alle
Messtiefen zusammengefasst sowie jede Einzelmesstiefe (n=315 bzw.105).....76
Abb. 31ab: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors Radlast
dargestellt als Box-Whisker-Plots für alle Messtiefen zusammengefasst sowie
jede Einzelmesstiefe (n siehe Abb.)...................................................................78
Abb. 32: Vertikales Deformationsverhalten des Bodens in den Messtiefen 20cm und
40cm für den Versuchsstandort Merklingsen in Abhängigkeit der
Versuchsfaktoren Auflast und Bodenbearbeitung ..............................................79
Abb. 33: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors
Reifeninnendruck (A= niedriger Reifeninnendruck; B= hoher
Reifeninnendruck) dargestellt als Box-Whisker-Plots für alle Messtiefen
zusammengefasst (a) sowie jede Einzelmesstiefe (b) (n= 225 bzw. 75). ...........80
Abb. 34: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors
Reifeninnendruck (A= niedriger Reifeninnendruck; B= hoher
Reifeninnendruck) dargestellt als Box-Whisker-Plots für jede Einzelmesstiefe
unter Berücksichtigung der Radlastvarianten (n= siehe Abb.)............................81
Abb.35: Entwicklung der gemittelten Spannungseinträge (arith. Mittelwerte der
1.Hauptspannung) aller Auflastvarianten in drei Messtiefen (20, 40, 60cm) bei
10facher Überfahrung (n=16).............................................................................82
Abb.36: Änderung des Deformationsverhaltens aller Versuchsstandorte in der
Messtiefe 20cm bei 10facher Befahrung (Versuchsvarianten 3,3 und 7,5Mg
Radlast). ............................................................................................................83
Abb.37: Gegenüberstellung der vertikalen mechanischen Bodenstabilitätskennwerte
(Vorbelastungswert, Pv) der vier Versuchsflächen (n=6 pro Horizont, arith.
Mittel) unter Berücksichtigung der Wasserspannungen (-60; -300hPa) und der
im Freiland gemessenen Spannungseinträge (1.Hauptspannung) der
verschiedenen Radlastvarianten (n=3, arith. Mittel). ..........................................84
VIII

Abb.38: Gegenüberstellung der vertikalen mechanischen Bodenstabilitätskennwerte
(Vorbelastungswert, Pv) der vier Versuchsflächen (n=6 pro Horizont, arith.
Mittel) und der im Freiland gemessenen Spannungseinträge
(1.Hauptspannung) zwei unterschiedlicher Radlastvarianten (3,3 und 7,5Mg)
unter Berücksichtigung des Versuchsfaktors Reifeninnendruck (n=3, arith.
Mittel)................................................................................................................. 85
Abb. 39: Veränderung der Vorbelastung (pF1,8) durch einfache und mehrfache
mechanische Belastung mit 7,5Mg Radlast (n=12, arith. Mittelwert beider
Reifeninnendruckvarianten)............................................................................... 87
Abb. 40: Veränderung der gesättigten Wasserleitfähigkeit (log [mm/d]) durch einfache
und mehrfache mechanische Belastung mit 7,5Mg Radlast und 3,5 bar
Reifendruck (n=7).............................................................................................. 88
Abb. 41: Wasserspannungsverlauf (25cm Tiefe) der beiden Tensiometerstandorte im
verdichteten (6,3Mg) und unverdichteten Bereich der konservierend und
konventionell bewirtschafteten Lössstandorte in NRW....................................... 90
Abb.42: Gegenüberstellung der Wasserspannungen der verdichteten und
unverdichteten Parzellenbereiche (n=3) auf der konservierend bearbeiteten
Fläche in 25cm Messtiefe .................................................................................. 91
Abb. 43: Gegenüberstellung der Wasserspannungen der verdichteten und
unverdichteten Parzellenbereiche (n=3) auf der konventionell wendend
bearbeiteten Fläche in 25cm Messtiefe.............................................................. 91
Abb. 44: Referenzmessung EM, Lößstandort NRW (konv.) vom April 2006 . Klar
erkennbar ist eine Zonierung in Bereiche geringerer und höherer (grüne
Kreise) elektrischer Leitfähigkeit, sowie ein regelmäßiges diagonales Muster
(rote Pfeile), welches durch die Drainage im Boden verursacht wird (Luftbild:
Google Earth). ................................................................................................... 92
Abb. 45: Lage der einzelnen Belastungsvarianten am Standort NRW (konv.), hinterlegt
mit der Leitfähigkeitskarte der Referenzmessung. ............................................. 93
Abb. 46: Ergebnisse der Leitfähigkeitskartierungen am Standort NRW (konv.) vom Mai
2006 (a), Juli 2006 (b), März 2007 (c) , Juli 2007 (d), November 2007 (e) und
April 2008 (f). Farblich markiert ist der Sonderbereich Geophysik...................... 94
Abb. 47: Zur variantenspezifischen Auswertung der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung
wurden nur Werte berücksichtigt, die unmittelbar entlang der
Belastungsspuren bzw. Flächen gemessen wurden. ......................................... 95
Abb. 48: Quotienten belastet zu unbelastet für unterschiedliche Varianten und
unterschiedliche Zeiten am Standort NRW (konv.)............................................. 97
IX

Abb. 49: Referenzmessung EM, Lößstandort NRW (kons.) vom April 2006. Deutlich
erkennbar sind die stark erhöhten elektrischen Leitfähigkeiten (weiße
Farbgebung) auf dem Vorgewende und entlang der Fahrgassen. .....................98
Abb. 50: Lage der einzelnen Belastungsvarianten am Standort NRW (kons.), hinterlegt
mit der Leitfähigkeitskarte der Referenzmessung. .............................................99
Abb. 51: Ergebnisse der Leitfähigkeitskartierungen am Standort NRW (kons.) vom Mai
2006 (a), Juli 2006 (b), März 2007 (c) , Juli 2007 (d), November 2007 (e) und
April 2008 (f). Farblich markiert ist der Sonderbereich Geophysik.................... 100
Abb. 52: Quotienten belastet zu unbelastet für unterschiedliche Varianten und
unterschiedliche Zeiten am Standort NRW (kons.)........................................... 101
Abb. 53: Referenzmessung EM, Jungmoränenstandort SH (kons.) vom Oktober 2006.
Farblich markiert sind die markanten bodenbedingten und künstlichen
Leitfähigkeitsverteilungen (Luftbild: Google Earth)........................................... 102
Abb. 54: Ergebnisse der Leitfähigkeitskartierungen am Standort SH (kons.) vom
November 2006 (a), April 2007 (b), November 2007 (c) und April 2008 (d).
Farblich markiert ist der Sonderbereich Geophysik.......................................... 103
Abb. 55: Quotienten belastet zu unbelastet für unterschiedliche Varianten und
unterschiedliche Zeiten am Standort Schleswig-Holstein (kons.) ..................... 104
Abb. 56: Referenzmessung EM, Jungmoränenstandort SH (konv.) vom Oktober 2006.
Farblich markiert sind die markanten substratbedingten und künstlichen
Leitfähigkeitsverteilungen (Luftbild: Google Earth)........................................... 105
Abb. 57: Lage der einzelnen Belastungsvarianten am Standort SH (konv.), hinterlegt
mit der Leitfähigkeitskarte der Referenzmessung. ........................................... 106
Abb. 58: Kartierungen der elektrischen Leitfähigkeit am Standort SH (konv.) nach den
jeweiligen Befahrungen vom Dezember 2006 (a), April 2007 (b), Oktober 2007
(c) und April 2008 (d). Der Sonderbereich Geophysik ist farblich markiert
dargestellt........................................................................................................ 107
Abb. 59: Quotienten belastet zu unbelastet für unterschiedliche Varianten und
unterschiedliche Zeiten am Standort Schleswig-Holstein (konv.) ..................... 108
Abb. 60: GPR-Kartierungen des Oberbodens am Standort NRW (konv.): a)
Referenzmessung (2006), b) nach der ersten Befahrung (2006), c) nach der 5.
Befahrung (2008)............................................................................................. 109
X

Abb. 61: GPR-Kartierungen des Unterbodens am Standort NRW (konv.): a)
Referenzmessung (2006), b) nach der ersten Befahrung bei sehr trockenen
Bedingugen (Juli 2006), c) nach der 2. Befahrung (2007) bei sehr feuchten
Bedingungen. Im Radargramm sind der Grenzhorizont Ober- und Unterboden
und die Effekte der Befahrung im Sonderbereich Geophysik (roter Kasten) gut
erkennbar (d)................................................................................................... 110
Abb. 62: Radargramm am Standort NRW (konv.) mit markiertem Sonderbereich (rot)
und Nullvariante (grün) (a). Darunter die Nullvarianten (b) bzw.
Sonderbereiche Geophysik (c) zu unterschiedlichen Zeitpunkten.................... 111
Abb. 63: GPR-Kartierungen des Oberbodens Standort SH (konv.). Der Vergleich
zwischen den Karten zeigt den starken Einfluss der Spurbildung auf die
Georadardaten. Die Bilder zeigen jeweils eine Kartierung wenige Tage nach
einer Befahrung, links ohne zwischenzeitliche Bodenbearbeitung, rechts mit
flacher Bodenbearbeitung................................................................................ 112
Abb. 64: Georadar am Standort SH (konv.). Radargramm mit Leitprofil (a), die
Kartierungen aus dem Unterboden zeigen identische Strukturen
(Sandeinlagerungen im Unterboden) zu unterschiedlichen Messzeitpunkten (b
und c) .............................................................................................................. 113
Abb. 65: Gammaspektrometrie vom Standort SH (konv.) vom April 2008. Dargestellt
sind die Totalintensität, der Thorium-, Kalium- und Urangehalt........................ 114
Abb. 66: Vergleich der Statistiken aus den Gammaspektrometer-Kartierungen aller
Standorte: a) Gesamtstrahlung, b) Kaliumgehalte, c) Thoriumgehalte, d)
Urangehalte. Hinzugefügt sind die Anteile von Ton, Schluff und Sand der
jeweiligen Leitprofile. ....................................................................................... 115
Abb. 67: Geschwindigkeits-Tiefen-Verteilung von P- und SH-Wellen an den Standorten
NRW (konv., links) und NRW (kons., rechts) für den belasteten (oben) und
unbelasteten Fall (unten) (Lay 2008) ............................................................... 116
Abb. 68: Darstellung des dichtenormierten dynamischen Schermoduls an den
Standorten in NRW (Lay, 2008)....................................................................... 117
Abb. 69: Geschwindigkeits-Tiefen-Verteilung von P- und SH-Wellen an den Standorten
in Schleswig-Holstein,konventionelle (links) und konservierende
Bewirtschaftung (rechts) für den belasteten (oben) und unbelasteten Fall
(unten) (Lay 2008) ........................................................................................... 118
XI

Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Übersicht der landtechnischen Untersuchungen................................................17
Tabelle 2: Übersicht der bodenkundlichen Untersuchungen...............................................19
Tabelle 3: Übersicht über alle durchgeführten geophysikalischen Messungen im
Projektzeitraum 2006-2008 an den Versuchsstandorten in NRW und SH. Mit
roter Farbe hinterlegt sind die Befahrungen durch die FH Soest........................20
Tabelle 4: Belastungsvarianten der Befahrung...................................................................32
Tabelle 5: Faktorstufenkombinationen für Michelin MachXBib 650/75 R38 (nur NRW
Frühjahr 2006) ...................................................................................................32
Tabelle 6: Faktorstufenkombinationen für Michelin MegaXBib 650/75 R32 (ab Herbst
2006) .................................................................................................................33
Tabelle 7: Mittlere Kontaktflächen [cm²] der Belastungsvarianten gemittelt über alle
Termine (± Standardabweichung)......................................................................51
Tabelle 8: Mittlere Kontaktflächendrücke [kPa] der Belastungsvarianten gemittelt über
alle Termine (± Standardabweichung) ...............................................................52
Tabelle 9: Rollwiderstandskoeffizienten nach Fläche, Radlast und Reifeninnendruck ........69
Tabelle 10: Ergebnisse der Stechzylinderproben der Versuchfläche NRW konv ..................70
Tabelle 11: Physikalische Eigenschaften des Leitprofils der konservierend
bewirtschafteten Fläche Reinecke .....................................................................72
Tabelle 12: Physikalische Eigenschaften des Leitprofil der konventionell bewirtschafteten
Fläche Ruhmlifsholz ..........................................................................................73
Tabelle 13: Physikalische Eigenschaften des Leitprofil der konservierend bewirtschafteten
Versuchsfläche SFB 192 ...................................................................................73
Tabelle 14: Physikalische Eigenschaften des Leitprofil konventionell bewirtschafteten
Fläche Große Hofkoppel....................................................................................74
XII

Abkürzungsverzeichnis
Abkürzung oder Symbol Bedeutung
bzw. beziehungsweise
CAU Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
DMS Dehnmessstreifen
Fa. Firma
FH-SWF Fachhochschule Südwestfalen, Agrarwirtschaft Soest
GD Grenzdifferenz
Geo Sonderbereich Geophysik
GIS Geografisches Informationssystem
GPS Global Positioning System
Hz Hertz
kPa Kilopascal (100 kPa = 1 bar)
Kr.-egge Kreiselegge
LJM Langjähriges Mittel
m Meter
Mg Megagramm (1 Mg = 1 to)
MOVIS Motion Vehicle Information System
MPa Megapascal
Nds. Niederschlag
NRW Nordrhein-Westfalen
(vormalige Bezeichnung: Horizontalmesswagen)
PCMCIA Personal Computer Memory Card International
Association
Pd Packungsdichte des Bodens
s Sekunde
Sch.-egge Scheibenegge
SH Schleswig-Holstein
SHA Sommerhafer
SPR-egge Spatenrollegge
SR Sommerroggen
XIII

SW Sommerweizen
TASIS Tactile Soil Information System
Temp. Temperatur
Univ.-egge Universalegge
(Horizontalpenetrometer der FH-SWF)
VPN Virtual Private Network
WG Wintergerste
WH Winterhafer
WR Winterraps
WW Winterweizen
ZR Zuckerrübe
XIV

1 Ziele und Aufgabenstellung des Vorhabens
In Zusammenarbeit der Fachbereiche Bodenkunde und Geophysik der CAU Kiel sowie der
Abteilung Landtechnik an der Fachhochschule Südwestfalen sollte die Anwendbarkeit
verschiedener geophysikalischer Kartierverfahren auf Ackerflächen mit unterschiedlichen
Ausgangssubstraten unter definierten Belastungssituationen (Radlast und Reifeninnendruck)
untersucht werden. Ziel dieser kombinierten Untersuchungen war es, flächenhafte
Informationen zum Bodenaufbau, der Bodenstruktur und –art zu erhalten, um damit den
Grad der Bodenverdichtung (Ober- und Unterbodenverdichtung) auch unter dem Aspekt der
zusätzlichen gezielten Lasteintragung abzuleiten, sowie in Kombination mit der
bodenmechanischen Detailanalytik der Standorte auch die mechanische Stabilität der Böden
gegenüber Auflasten sowie deren flächenhafte Verbreitung zu quantifizieren. Für die
Untersuchung direkter Interaktionen von mechanischen Belastungen und Bodenstabilität
wurden auf den Versuchsstandorten Überfahrungsversuche durchgeführt, bei denen die
Spannungsausbreitung im Boden und die Bodendeformation (Kompressions- und
Scherbewegungen) mit Druck- und Bewegungssensoren bei unterschiedlicher
Lasteintragung gemessen wurde. Definiert verdichtete Flächen wurden vor und nach den
Belastungen geophysikalisch mit Georadar, EM38 und seismischen Messungen kartiert, mit
landtechnischen Untersuchungsmethoden der Vertikal- und Horizontalpenetrometrie sowie
der Spurtiefenmessung untersucht und für die bodenkundliche Laboranalyse beprobt. Die
Anwendbarkeit und Übereinstimmung der Messergebnisse wurde anhand eines
gemeinsamen Versuchsdesigns mit unterschiedlichen Bodenbearbeitungssystemen unter
definierten Belastungsvarianten überprüft. In dem Vorhaben wurden zwei repräsentative
Bodenausgangssubstrate deutscher Ackerböden sowie auch unterschiedliche Formen der
Bodenbearbeitung (konventionell / konservierend) im Hinblick auf die mechanische
Belastbarkeit und die Möglichkeit der Detektion der stabilitätsabhängigen Änderung der
Bodenfunktionen durch Kombination der verschiedenen Verfahren analysiert. Außerdem
wurden die Interaktionen: Landmaschine / Bodenaufbau und –stabilität, sowie
Empfindlichkeit der Meßsensorik als Grundlage für die flächenhafte Detektion der
Bodenstabilität bzw. Bodenverdichtungsgefährdung charakterisiert. Die Bedeutung der
konservierenden Bodenbearbeitung als Baustein des vorsorgenden Bodenschutzes sowie
der Einfluss der Landmaschinen, unter Berücksichtigung der Effekte unterschiedlicher
Radlasten und Reifeninnendrücke, für die räumliche Ausdehnung der Bodendeformation
konnten quantifiziert werden. Das Vorhaben sollte der beschleunigten nicht invasiven
Abschätzung der potentiellen Verdichtungsgefährdung dienen und als Instrumentarium zur
Entscheidungshilfe für die „Gute fachliche Praxis“ zur Vorsorge gegen
Bodenschadverdichtungen eingesetzt werden.
15

1.1 Planung und Ablauf des Vorhabens
Im Rahmen des Vorhabens wurden verschiedene wissenschaftliche Arbeitsziele angestrebt:
1) Gegenüberstellung von Vertikal- und Horizontalpenetrometermessungen und deren
Affinität zu bodenphysikalischen Kenngrößen bzw. die Korrelation dieser Kenngrößen
mit den ermittelten Werten zur Ableitung der räumlichen Verteilung der
Ruhedruckbeiwerte für die flächenhafte Bestimmung schadhafter Bodenverdichtung.
2) Analyse der mechanischen Bodenstabilitätskenngrößen als Funktion der
Bodennutzung und -belastung und Quantifizierung der Auswirkung von
mechanischen Belastungen durch Landmaschinen auf die physikalischen
Bodenfunktionskenngrößen und mechanischen Parameter.
3) Analyse der Bedeutung unterschiedlicher Ausgangssubstrate und
Bodenbearbeitungs –systeme auf die Bodentragfähigkeit und das
Deformationsverhalten mit besonderem Augenmerk auf schädliche
Unterbodenverdichtung.
4) Analyse der Bedeutung der Reifen/Bodenkontaktfläche auf die Deformation und den
Lasteintrag sowie die Spannungsausbreitung in den Unterboden unter
Berücksichtigung verschiedener Kombinationen von Radlast und Reifeninnendruck.
5) Ermittlung der Anwendbarkeit von seismischen, elektromagnetischen und
Georadarmessungen zur flächenhaften Detektion verdichteter und
verdichtungsempfindlicher Bereiche.
6) Analyse der Sensitivität der landtechnischen und geophysikalischen Methoden
Landtechnik
hinsichtlich der Detektion der allg. Bodentragfähigkeit, des Bodenwasserhaushaltes
und der aktuellen mechanischen Stabilität, sowie die Ableitung von
regressionsanalytischen Zusammenhängen zwischen bodenphysikalischen
landtechnischen und geophysikalischen Daten für die Validierung dieser
Verfahrensansätze.
Die Einstellung eines wissenschaftlichen Mitarbeiters im Januar 2006 stellte die
Voraussetzung dafür dar, bis dahin erarbeitete Planungen sukzessive zu konkretisieren und
umzusetzen. Seitens der FH-SWF wurden zunächst die für eine zügige Aufnahme der
Messungen notwendigen Schritte der Erarbeitung eines Versuchsdesigns und der
Ausweisung geeigneter Versuchsflächen am Standort Soest unternommen. Diese, wie auch
alle anderen projektrelevanten Maßnahmen, erfolgte in enger Absprache mit den
Projektpartnern der CAU. Parallel zu der Versuchsplanung wurde an der Konzeptionierung
und dem Bau eines Horizontalmesswagens (System MOVIS) und eines
Horizontalpenetrometers (System TASIS) gearbeitet.
Bereits im April 2006 konnten die ersten Messungen auf den Untersuchungsflächen des
Versuchsgutes Merklingsen der FH-SWF durchgeführt werden. Mit den Erkenntnissen dieser
ersten Untersuchungen konnten technische Komponenten, Versuchsdesign und
16

Versuchsdurchführung weiter optimiert werden. Ab dem Herbst 2006 bis einschließlich
Frühjahr 2008 fanden die Untersuchungen auf allen Versuchsstandorten statt.
Entsprechend den Vorgaben wurden Projektverlauf und Ergebnisse in den
Zwischenberichten dokumentiert und der projektbegleitenden Arbeitsgruppe auf Treffen in
Soest und Kiel präsentiert. Projektintern erfolgte die Kommunikation neben den üblichen
Kommunikationswegen über die Einrichtung eines Projektfileservers im Intranet der CAU, auf
den über VPN-Verbindung aus Soest zugegriffen werden konnte, und über regelmäßige
Treffen der Arbeitsgruppen.
Tabelle 1: Übersicht der landtechnischen Untersuchungen
Termin 2007 2008
Standort Soest Kiel Soest Kiel
Boden
bearbeit.
Rollwider
stand
Kons. Pflug Kons. Pflug Kons. Pflug Kons. Pflug
x x x x x x x x
Vertikal pen. x x x x x x x x
Horiz.-
Penetr.
x x x x x x x x
Spur tiefen x x x x x x x x
Boden
wasser
x x x x x x x x
Radlasten x x x x x x x x
Kontakt
fläche
Bodenkunde
x x x x x x x x
Die Planung des Vorhabens umfasste sechs gemeinsame Messkampagnen der beteiligten
Fachbereiche auf den Versuchsgütern Hohenschulen und Lindhof der Christian-Albrechts-
Universität zu Kiel und dem Versuchsgut Merklingsen der FH Südwestfalen die im Verlauf
des Projektzeitraumes realisiert werden konnten. Auf den ausgewählten Versuchsflächen
wurden vom Fachbereich bodenkundliche Standortaufnahmen, Beprobungen der
Ursprungszustände sowie der Fahrspuren der Versuchsvarianten und Überfahrungsversuche
mit kombinierten Bodendruck- und Bodendeformationsmessungen durchgeführt. Die
Verdichtungsversuche wurden über Versuchsparzellen mit randomisiertem Blockdesign in
die Versuchflächen eingefahren. Die Überfahrungsversuche fanden in ausgewiesenen
Sonderbefahrungsbereichen der Bodenkunde statt. Das Ausgangssubstrat der Bodenbildung
(Löss und Geschiebemergel) und das Bodenbearbeitungssystem (konservierend nicht
wendend und konventionell wendend) wurden dabei als primäre Versuchsfaktoren definiert,
Überfahrungsvarianten mit unterschiedlichen Radlasten die wiederum mit zwei
17

verschiedenen Reifeninnendrücken in die Flächen eingefahren wurden stellten die
sekundären Versuchsfaktoren dar.
Unter dem Gesichtspunkt des Versuchsablaufes wurden folgende Punkte zusammengefasst:
1) Ermittlung der Reifenkontaktflächen und Spurtiefen der verschiedenen Luftdruck -
Radlastkombinationen.
2) Erfassung der Bedeutung von Radlast und Reifeninnendruck auf die
Druckfortpflanzung sowie Intensität und Form der volumetrischen Bodendeformation
und die Quantifizierung der bei bekannten Bodenstabilitäten durch diese Befahrungen
zu erwartenden Änderungen der ökologischen Bodenkenngrößen und deren
Detektierbarkeit.
3) Dreidimensionale Bestimmung der mechanischen Bodenkenngröße “Vorbelastung“
mittels der im Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde entwickelten
pneumatischen Multistep-Drucksetzungsanlage sowie die Untersuchung
ausgewählter ökologischer Bodenfunktionskennwerte zur Beurteilung der
Bodenfunktion bzw. zur weiteren Verifizierung regressionsanalytischer
Gleichungssysteme zur Vorhersage einer Beeinträchtigung der Bodenfunktion durch
mechanische Belastung.
4) Dokumentation sämtlicher Daten des Vorhabens in Form von Publikationen/
Dissertation sowie mit Abschluss des Projektes eine Übergabe dieser Daten an den
Auftraggeber. Des Weiteren die Präsentation der Ergebnisse durch Teilnahme an
wissenschaftlichen Tagungen und durch Publikationen in wissenschaftlichen und
angewandten Zeitschriften der wissenschaftlichen Gemeinschaft aber auch in
Bereichen die den Praktikern und Beratern zugänglich sind.
18

Tabelle 2: Übersicht der bodenkundlichen Untersuchungen
Termin 2006 2007 2008
Standort NRW S-H NRW S-H NRW S-H
Boden-
bearbeitung
Beprobung
Kons. Konv. Kons. Konv. Kons. Konv. Kons. Konv. Kons. Konv. Kons. Konv.
Leitprofile und Fahrspuren
der Varianten
K0 / A1 / A2
Nachbeprobung der Leitprofile
Beprobung der Fahrspuren
K0 / B1 / B3 / A3 / B2
Infiltrationsmessungen
K0 / B3
Beprobung der Fahrspuren
B1 / B2
Grundanalytik √ √ √ (√) √ √ √ √ - - √ √
Boden-
wassergehalt
Tensiometer-
messungen
Leitfähigkeiten
(Kl, kf)
Stabilitäts-
parameter
Bodendruck- /
Deformations-
messung
Geophysik
√
-
√
-
√
-
(√)
-
√
√
√ √ √ (√) √ √ √ √ Infiltrationsmessungen
√
√
√
-
√
-
-
√
K0 / B3
-
√
√
-
√
-
√ √
√ √ √ (√) √ √ √ √ - - √ √
A1
A2
A1
A2
A1
A2
A1
A2
B1/B3
A3/B2
B1/B3
A3/B2
B3
A3
B3
A3
- - B1
Nach Auswahl der Standorte in Nordrhein-Westfalen (NRW) und Schleswig-Holstein (SH)
wurden die Versuchsflächen mit den Methoden Elektromagnetik (EM) und Georadar (GPR)
kartiert. Um den Ausgangszustand zu dokumentieren, wurde auf jeder Fläche vor
Versuchsbeginn eine sogenannte Referenz- oder Nullmessung mit EM und GPR
durchgeführt. Nach jeder Befahrung durch die Landtechnik der FH Soest wurde eine weitere
Kartierung durchgeführt, teilweise nur wenige Tage nach der Befahrung selbst, teilweise
aber auch mit einem zeitlichen Versatz von bis zu 3 Monaten. Die Gründe für diese
Zeitspanne lagen zum einen Teil in der witterungsbedingten Unbefahrbarkeit der Flächen,
zum anderen Teil in unserer Annahme begründet, dass sich belastungsinduzierte Effekte
(Stauwasserbildung auf Horizontgrenzen) erst nach entsprechender nasser Witterung
einstellen können. Unabhängig von den einzelnen Befahrungsversuchen wurden die Flächen
jeweils zweimal mit dem Gammaspektrometer kartiert. Gegen Ende bzw. nach Abschluß der
Befahrversuche wurden exemplarisch kleinskalige Seismikmessungen durchgeführt, und
zwar jeweils auf extremen Bereichen (sehr starke Belastung – keine Belastung) innerhalb
des Versuchsdesigns, um die Sensitivität solcher Messungen zu überprüfen. Die Tabelle 3
zeigt in einer Übersicht alle durchgeführten geophysikalischen Messungen im
Projektzeitraum.
B2
B1
B2
19

Tabelle 3: Übersicht über alle durchgeführten geophysikalischen Messungen im
NRW (kons.)
NRW (konv.)
SH (kons.)
SH (konv.)
Projektzeitraum 2006-2008 an den Versuchsstandorten in NRW und SH.
Mit roter Farbe hinterlegt sind die Befahrungen durch die FH Soest
Messungen Geophysik
2006 2007 2008
B1 B2 B3 B4 B5
4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4
• • • • • • •
X X X X X
‣
X X
◊ ◊
• • • • • • •
X X X X X
‣
X X
◊ ◊
Legende: • EMI ◊ Gammaspektrometrie
x Georadar B1-B5 Befahrung FH Soest
‣ Seismik
B1 B2 B3 B4
• • • • •
X X X X X
‣
◊ ◊
• • • • •
X X X X X
‣
◊ ◊
20

1.2 Wissenschaftlicher und technischer Stand
Vorbemerkung
In dem Bodenschutzbericht der Bundesregierung für die 14. Legislaturperiode –
verabschiedet vom Bundeskabinett am 19.Juli 2002 – wurde besonders die Vermeidung von
Bodenverdichtungen als kritisches Degradationsphänomen hervorgehoben, da durch die
Veränderung des Porensystems auch der Gas- und Wasserhaushalt eines Bodens
nachhaltig beeinträchtigt werden kann. In dem vom BMVEL herausgegebenen Heft (2002)
zur „Guten fachlichen Praxis“ zur Vorhersage u.a. der Bodenverdichtung unterstreichen die
Autoren ebenso wie die Arbeitsgruppe der Bodenspezialisten aus Bund und Ländern in ihren
Ausführungen die Notwendigkeit der Erhebung der Bodenstabilität zum Zeitpunkt der
mechanischen Belastung als Grundlage für die Gefahrenabwehr. Der Wissenschaftliche
Beirat Bodenschutz (WBB) weist darauf hin, dass vorhandene Verfahren verbessert und
fortentwickelt werden müssen, um damit die wissenschaftlichen Grundlagen und Methoden
zur Ableitung von Vorsorge-, Prüf- und Maßnahmewerten auf der Grundlage des
Bundesbodenschutzgesetzes zu schaffen.
1.2.1 Stand der Forschung
Die Diskussion um die Prognose der mechanischen Belastbarkeit von Ackerflächen wird seit
vielen Jahren unter den verschiedensten Gesichtspunkten diskutiert und auch
entsprechende Mess- und Prognoseansätze favorisiert. In zahlreichen Publikationen zum
Thema Subsoil Compaction (Keller et al., 2004; Horn et al., 2000) aber auch in weiteren
Arbeiten unter stärker landtechnischen Gesichtspunkten (Brunotte et al., 2001; Sommer,
1998) werden die sehr präzise auf den Punkt bezogenen Analysen der mechanischen
Prozesse und Ableitungen für die mechanische Belastbarkeit dokumentiert, ebenso wie die
in der bodenmechanischen Literatur zusammengestellten Mess- und Belastungsverfahren
unter den verschiedenen Gesichtspunkten analysiert und bewertet werden.
Es ist allgemein bekannt, dass jede Auflast, die auf die Bodenoberfläche einwirkt, stets als
Funktion des bodeneigenen Widerstands, in Abhängigkeit von der zeitlichen Dauer der
Belastung und den hydraulischen Gegebenheiten zu Setzungs- und Scherdeformationen
führt und damit auch die auflastabhängige Volumenänderung über die Zeit additiv wirkt.
(Petelkau et al., 1998b) wiesen z.B. nach, dass wiederholt applizierte gleichgroße
Belastungen durchaus noch zu weiteren und vor allem tieferreichenden Bodendeformationen
beitragen - ein Sachverhalt, der auch in eigenen Arbeiten (Horn, R. , 2003; Semmel, 1993)
beschrieben wurde. Des Weiteren zeigen Untersuchungen von Fazekas, 2005; Fazekas
&Horn, 2005; Peng et al., 2004, dass die als Folge der Belastung veränderten
Wasserbindungskräfte sowohl kurzfristig stabilisierend bzw. in Gegenwart von dynamisch
wirkenden Lasteinträgen zusätzlich durch Knetungseffekte verstärkt destabilisierend wirken.
Folglich führen wiederholte Belastungen solange zu einer weiteren Kompression des
Porensystems und relativen Zunahme der Festsubstanz, solange noch kein endgültiges
Gleichgewicht zwischen Bodenstabilität und Lasteintrag vorliegt. Dies hat aber auch zur
Folge, dass bei einer einmaligen Belastung es durchaus solange zu keinen oder nur
minimalen Deformationen kommt, wie die Summe der stabilisierenden Wirkungen aus
21

hydraulischen Kennwerten (Leitfähigkeit als Funktion von Zeit und hydraulischem
Gradienten) und mechanischer Eigenfestigkeit als Funktion der Zeit größer ist als die
einwirkende Auflast bzw. Belastungsform. Mit der Abnahme der als Porenwasserüberdrücke
messbaren hydraulischen Spannungskomponenten kommt es dann allerdings auch wieder
zu weiteren Setzungen, die durchaus ein größeres Ausmaß aufgrund der Verdrängung von
Wasser und gleichzeitigen Aufweichung der Porenstrukturen annehmen werden. Das von
Petelkau et al. (1998a) formulierte additive Gedächtnis beschreibt diesen Zusammenhang
sehr treffend. Peth, S.(2004) konnte in seinen Untersuchungen zur Bedeutung der zyklischen
d.h. wiederholten Belastung für das Setzungs- und Deformationsverhalten in Sanden,
Schluffen und Lehmen in Abhängigkeit von der Einbaulagerungsdichte nachweisen, dass mit
mindestens einer Verdopplung der Höhenabnahme der Bodenprobe im Vergleich zur
einmaligen Belastung zu rechnen ist und hat damit die besondere Notwendigkeit der Analyse
des Langfristverhaltens von Böden unter mechanischen Belastungen bestätigt. Bereits
Semmel &Horn (1994) haben durch Untersuchungen in der FAL Braunschweig auf die
Bedeutung der durch die 50-malige Überrollung induzierten Änderung der
Wasserbindungskräfte hingewiesen und konnten nachweisen, dass hiermit eine
entsprechende Zerknetung und Homogenisierung, verbunden mit einer Zunahme des
Konzentrationsfaktors als Maß für die Form der Druckfortpflanzung auftritt. Allerdings ruft
eine mechanische Belastung selbstverständlich nur dann weitere Bodendeformationen durch
Bodenverdichtung hervor, wenn die einwirkenden Drücke größer als der vom Boden in den
jeweiligen Bodenhorizonten mobilisierbare Widerstand gegen eine Verformung ist. Solange
der Boden durch natürliche Bodenentwicklung oder aber auch durch frühere mechanische
Belastungen stabiler als die einwirkenden Drücke ist, wird das Porensystem und seine
Porenfunktion uneingeschränkt erhalten bleiben, wohingegen nach Überschreitung der
Eigenstabilität durch die einwirkende Auflast es dann zu weiteren das Hohlraumsystem
reduzierenden und die Porenleitfunktion des Bodens verschlechternden
Bodendeformationen (d.h. Verdichtungen) kommt.
Betrachtet man vor diesem Hintergrund auch weitere in den letzten Jahren publizierte
Arbeiten u.a. von Gysi et al. (1999) und Schäfer-Landefeld et al. (2004), dann lassen sich
die eingangs dargestellten Prozesse auch als Erklärung für die in diesen Arbeiten zusätzlich
beschriebenen Teilergebnisse in ein Gesamtbild einordnen. Vor dem Hintergrund der
Zeitabhängigkeit jeder Verformung, (für detaillierte theoretische Abhandlungen eignen sich
die bodenmechanischen Lehrbücher (Fredlund &Rahrdjo, 1993; Sommer, 1974; Kezdi, 1969;
Terzaghi &Jelinek, 1954) muss es nicht verwundern, wenn bei einmaliger erneuter
Befahrung der seit vielen Jahrzehnten in der Pflanzenproduktion eingebundenen
Ackerflächen keine deutliche und durch eine einmalige Probenahme nachweisbare
Deformation mehr auftritt - den Nachweis einer konstant d.h. auf Dauer stabilen
Bodenstruktur unter wiederholter Belastung auch bei veränderten Maschinenkenngrößen
lassen diese Messungen aber nicht zwangsläufig zu. Dahingegen zeigen Gysi et al. (1999),
dass eine direkte Beziehung zwischen aktueller Auflast und Druckfortpflanzung (ausgedrückt
als Änderung der Bodenfunktionskenngrößen) und der jeweiligen Eigenfestigkeit der
Bodenhorizonte besteht. Sie weisen in den Horizonten mit im Vergleich zur einwirkenden
Auflast geringeren Eigenstabilität eine weitere Bodendeformation nach, wohingegen sie in
22

den Horizonten, in denen die Bodenfestigkeit größer ist als die einwirkenden Drücke nicht
zwangsläufig eine weitere Deformationen auftritt. Als Maß für die Eigenstabilität halten sie
den Wert der Vorbelastung (= Eigenstabilität = precompression stress oder soil strength) für
geeignet. Horn, R. & Rostek (2000) und Drescher et al. (1988) ebenso wie zahlreiche weitere
Publikationen in gereviewten Zeitschriften (z.B. (Horn, R. , 2003; Van den Akker, 1997;
Lebert et al., 1989; Hartge, K. H. &Horn, 1984) und Lehrbüchern (Blume, 2004; Scheffer
&Schachtschabel, 2002; Hillel, 2000; Hartge, K.H. &Horn, 1999) haben die Analyse des aus
dem Bereich der Baugrundmechanik stammenden Meß- und Bewertungsverfahrens auch
zur Quantifizierung der Eigenstabilität von strukturierten ungesättigten Böden analysiert und
als Zahlenwert zur Quantifizierung der Eigenfestigkeit empfohlen. Bereits Bölling (1971)
fasste verschiedene Verfahren zur Quantifizierung der mechanischen Belastbarkeit z.B.
(Bishop, 1959; Casagrande, A., 1936), zusammen und dokumentierte die jeweiligen
Unterschiede in den erzielten Ergebnisse. Dias Junior & Pierce (1995) fügte ein weiteres
Verfahren zur Beschreibung der Eigenfestigkeit hinzu, wobei sich dieses z.B. von dem
Verfahren nach Casagrande, A. (1936) durch die Nichtberücksichtigung der
elastoplastischen Verformungsvorgänge auszeichnet, obwohl diese auch schon aus der
Elastizitätstheorie folgend in natürlich strukturierten Böden auftreten müssen. Vor diesem
Hintergrund ist es auch nicht verwunderlich, wenn z.B. die von Schäfer-Landefeld &
Brandhuber (2001) angestellten Vergleiche zwischen ihren nach Junior Diaz und nach
Casagrande ausgewerteten Datensätzen nicht übereinstimmen. Eine entsprechende
Dokumentation und Diskussion der bodenmechanisch erklärbaren Ursachen für diese
Unterschiede durch die beiden Autoren in einer gereviewten Zeitschrift steht allerdings
immer noch aus.
Zur Darstellung der horizontspezifischen Unterschiede in der Eigenfestigkeit gegenüber
mechanischen Belastungen ist auf der Grundlage einer Vielzahl von Datensätzen aus dem
Bereich der durch die DFG, BMBF, EU sowie in den internationalen Projekten durch die
jeweiligen beteiligten Ländern geförderten Vorhaben eine große Datengrundlage geschaffen
worden, die in Form einer Datenbank in dem EU Vorhaben Subsoil Compaction ausgewertet
worden ist. Zum gegenwärtigen Zeitpunkt liegen mehr als 700 komplette Datensätze aus
mehr als 200 Bodenprofilen in ganz Europa vor, die in Form von entsprechenden
Belastbarkeitskarten ausgewertet und dokumentiert worden sind sowohl für die Skalenebene
Europa (Maßstab 1:1000000) bzw. die gesamte Bundesrepublik Deutschland in
vergleichbarem Maßstab (Horn, R. et al., 2005), als auch auf der Hofbodenkartenebene
(Maßstab:1:5000) mit einer entsprechenden detaillierteren Untergliederung der einzelnen
schlagbezogenen Einheiten. Bildete zu Beginn der Auswertung das DVWK Konzept (H. 234,
235: 1995,1997) auf der Grundlage der damaligen Datensätze den regressionsanalytischen
Ansatz für die Darstellung, so sind in den letzten nahezu 10 Jahren kontinuierlicher weiterer
Forschung selbstverständlich zusätzliche Erkenntnisse hinzugekommen, die in Form eines
Expertensystems auch für die Erarbeitung der entsprechenden Bodenbelastbarkeitskarten
angewandt werden. Ein Beispiel hierfür bildet das von Richter (2005) veröffentlichte
Kartenwerk zur mechanischen Belastbarkeit von Böden (auf Hofbodenkartenniveau) des
Gutshofes Ritzerau (Jungmoränenstandort in SH), aus dem deutlich wird, dass bei
Berücksichtigung bodenkundlicher Prozesse und wissenschaftlich erklärbarer
23

Zusammenhänge eine sehr gute Übereinstimmung zwischen gemessenen und abgeleiteten
Festigkeitskenngrößen erzielt werden kann. Außerdem sind im Rahmen des durch die EU
geförderten Vorhabens SIDASS nicht nur weitere Datensätze erhoben und im
Gesamtkontext der CA Subsoil compaction erarbeiteten Datenbanken verwertet worden,
sondern es wurden auch die Interaktionen zwischen bodenphysikalischen Kenngrößen und
ökologischen Parametern einschließlich der Winderosion analysiert. Die erzielten Ergebnisse
sind in einem Special Issue der Zeitschrift Soil and Tillage Research in der 3.Ausgabe 2005
erschienen.
Auf der Grundlage der Untersuchungen von Lebert (1989) wurden zusätzlich auch
Tabellenwerke zur Prognose der Druckfortpflanzung im Boden zusammengestellt, die auf
der altbewährten Theorie von Fröhlich (1934) beruhen und die auch von Söhne (1953) zur
Prognose der Druckfortpflanzung in „weichen“, „mittleren“ und „harten“ Böden angewandt
worden sind. Da die von Söhne (1953) verwendeten Datensätze ausschließlich für
homogenisierte Substrate, nicht aber für strukturierte und ungesättigte Böden angewandt
werden konnten, hat Lebert (1989) den Einfluß der Bodenstruktur, Textur und
Vorentwässerung als Grundlage für die Ableitung der Konzentrationsfaktoren eingeführt und
auch in entsprechenden Berechnungen getestet. Es zeigt sich, dass mit steigender
Bodenstabilisierung und/oder Vorentwässerung die Werte der Konzentrationsfaktoren
variieren und damit auch die unterschiedlichen Bodenreaktionskräfte gegenüber
mechanischen Belastungen quantifiziert werden können. Horn, R. & Fleige (2004) haben für
verschiedene Belastungssituationen und auch Bodenverhältnisse die Tiefenfunktionen der
Drücke berechnet und auch mit den spezifischen Eigenstabilitäten in Zusammenhang
gebracht. Immer dann, wenn die Eigenstabilität größer als der in dieser Tiefe noch wirksame
Druck ist, ist mit keinen Veränderungen der Bodenfunktionen zu rechnen; wenn allerdings
die wirksamen Drücke größer als die Eigenstabilität sind, muss mit weiteren irreversiblen
Verformungen gerechnet werden, und zwar solange, bis ein neues Gleichgewicht zwischen
der Auflast und der Bodenfestigkeit erreicht ist. Becher (2004) wählte zur Veranschaulichung
der auflastabhängigen Tiefenwirkung von Drücken den Ansatz der Punktlast, um die
Bedeutung der realen Bodenlast im Vergleich zu der für die Kalkulation der
Druckfortpflanzung nur bedingt hilfreichen Größe der Last der einzelnen Maschinen
hervorzuheben. (Dies ist ein Ansatz, der auf den Grundlagen der bodenmechanischen
Spannungsbetrachtungen basiert und der auch in vielen jüngeren Arbeiten im Bereich der
Bodenmechanik noch angewandt wird). Er konnte die allgemein bekannte Information der
größeren Tiefenwirkung von schwereren Maschinen dokumentieren, woraus wiederum die
Anforderungen an die Kontaktfläche abgeleitet werden kann. In diesem Zusammenhang sind
ebenfalls die in jüngster Zeit intensiver diskutierten Vorteile eines reduzierten
Reifeninnendruckes als Beitrag zur Bodenschonung zu erwähnen (Alakukku et al., 2003).
Dieser Ansatz verfolgt das Ziel, durch niedrigere Reifeninnendrücke die Aufstandsfläche zu
vergrößern (ohne allerdings die unterschiedlichen Ruhedruckbeiwerte für die
Druckausbreitung in der horizontalen und vertikalen Richtung zu berücksichtigen) und die
Vorgabe, dass mit niedrigeren Innendrücken die Maschinen eigentlich nur noch weniger
Lasten tragen dürfen. Nach Messungen von Keller, T. & Arvidsson (2004) sind
Druckreduzierungen und damit eine Bodenschonung besonders im Oberboden zu erwarten;
24

im Unterboden kommt es nach deren Messungen hingegen zu keiner weiteren
nennenswerten Reduktion der Bodendrücke im Vergleich zu den gewählten konventionellen
Reifeninnendrucksituationen. Hier gilt es sicherlich noch gezieltere Messungen und auch
theoretische Berechnungen durchzuführen, wozu auch die eigenen geplanten
Untersuchungen beitragen werden. Außerdem wird immer wieder darauf hingewiesen, dass
besonders unter dem Gesichtspunkt der vorrangigen dynamischen Bodendeformation es zu
intensiveren Massenbewegungen bis in den Untergrund hinein kommt und damit die
Porenfunktionen und Lagerungszustände verändert werden. So lässt sich anhand der für
verschiedene Last- und Flächenannahmen durchgeführten Berechnungen der
Druckfortpflanzung und unter detaillierter Berücksichtigung der in den einzelnen
Bodenhorizonten zu erwartenden Konzentrationsfaktoren bei bekannten Interaktionen
zwischen Kontaktflächen- (Reifen-, Kettenantrieb), Radinnendruck - und Schereffekten
(=Schlupf) auch das Druckkompensationsvermögen vorhersagen - damit ist z.B. auch eine
weitere Grundlage für die Validierung der eigenen erzielten Ergebnisse gelegt.
Die Erfassung des Widerstandes, den der Boden einer Sonde bei ihrem Eindringen
entgegensetzt ist ein transparentes Verfahren, um schnell Aussagen über
Bodeneigenschaften auf einer Fläche treffen zu können. Der Einsatz solcher Penetrometer-
Sonden erfolgt in der landwirtschaftlichen Praxis ebenso wie im Rahmen wissenschaftlicher
Fragestellungen. Nach ROONEY (2001) wurden Penetrometer in der Form wie wir sie heute
kennen, erstmalig 1934 in den Niederlanden eingesetzt. In den 1940er Jahren wurden sie
bereits bei wissenschaftlichen Versuchen angewendet, um vertikale Eindringwiderstände zu
erfassen und Effekte von Bodenbearbeitungsmaßnahmen zu untersuchen. Um den
Eindringwiderstand als eine Funktion der Bodentiefe darstellen zu können, erfassen
moderne Vertikalpenetrometer neben dem Eindringwiderstand auch die Eindringtiefe, Geräte
der neuesten Generation darüber hinaus auch die GPS-Position und den
Bodenwassergehalt (EIJKELKAMP 2007).
Neben Penetrometersonden, die den vertikalen Eindringwiderstand erfassen, wurden im
Zuge erweiterter technischer Möglichkeiten auch Geräte für den Einsatz am Schlepper zur
Erfassung des horizontalen Eindringwiderstandes entwickelt. LEBERT ET AL. (2004) erwähnen
die frühe Entwicklung eines Gerät von Lindner aus dem Jahr 1964. Bei
Horizontalpenetrometern bestehen unterschiedliche konstruktive Ansätze in Bezug auf die
Sondenform und Anzahl der Sonden: neben den bei vertikalen Messungen eingesetzten
konischen Sonden, wie sie u. a. von SCHWARK (2005), SUN ET AL. (2004) und BÖLENIUS ET
AL. (2006) eingesetzt werden, nutzten ALIHAMSYAH ET AL. (1990) und CHUKWU & BOWERS
(2005) keilförmige Sonden zur Erfassung des Eindringwiderstandes. HALL & RAPER (2005)
nennen weiter die Anzahl der Sondenspitzen eines Gerätes als Unterscheidungsmerkmal
und stellen des Weiteren die Methode einer oszillierenden Sondenführung für die
Beschreibung des Bodenzustandes über die Tiefe mit nur einer Messsonde vor.
In der jüngeren Vergangenheit war eine Entwicklung zu Multi-Sensor-Systemen zu
beobachten, die neben dem Eindringwiderstand weitere physikalische, biologische oder
chemische Eigenschaften des Bodens erfassen sollen. Eine Übersicht über vorhandene
Systeme findet sich bei ADAMCHUK ET AL. (2004).
25

Die Höhe der gemessenen Eindringwiderstände hängt neben den Bodenverhältnissen auch
von der Kegelgeometrie und der Bodenreibung ab. Um eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse
verschiedener Messungen zu ermöglichen wurden verschiedene Normen etabliert. Der
amerikanische ASAE-Standard (ASAE 2006) sieht einen Messkonus mit 12,83 mm oder
20,27 mm Durchmesser und einem Öffnungswinkel von 30° vor. Eine unterschiedliche
Konusgeometrie sieht die NEN-Norm 5140 des niederländischen Institutes für Normung vor
(NEN 1996), an der sich auch die Firma Eijkelkamp als großer Hersteller von
Vertikalpenetrometern orientiert: bei unterschiedlichen Konusdurchmessern zwischen
11,28 mm und 25,23 mm wird ein Öffnungswinkel von 60° festgeschrieben sowie eine
Eindringgeschwindigkeit von 2 cm/s. Diese Normen wurden z. T. auch für Penetrometer für
die horizontale Erfassung von Eindringwiderständen angewendet, wurden aber nicht explizit
für diese Anwendung entwickelt.
Der Eindringwiderstand wird neben der Normalspannung und der Kegelgeometrie auch von
der Bodenreibung und der Vorschubgeschwindigkeit beeinflusst. LEBERT ET AL. (2004)
weisen außerdem auf die Änderung des Spannungstensors durch die Sonde selbst hin, die
unberücksichtigt bleibt und stellen das Fehlen einer vollständigen mechanischen Theorie
fest, die die Bedeutung der einzelnen Einflussfaktoren auf den Eindringwiderstand formuliert.
CHUNG ET AL. (2004) betonen jedoch die Besonderheit des Verfahrens, Messwerte in großer
Datendichte in situ erheben zu können. Diese Daten sollen als die Grundlage für weitere
Bodenuntersuchungen oder Bodenbearbeitungsmaßnahmen gesehen werden.
Die wissenschaftlichen Bemühungen zielen daher darauf ab, die Aussagekraft des einfach
zu ermittelnden Parameters zu optimieren. Wie beschrieben, zielen agrartechnische Ansätze
zumeist auf die technische Optimierung der Sensorsysteme ab. Ein weiterer Ansatz stellt
jedoch die Kombination verschiedener Messdaten dar. HARTGE ET AL. (1983) greift das
Konzept des Ruhedruckkoeffizienten (Ruhedruckbeiwert) auf, das in der Baumechanik
beschrieben ist und die beiden Hauptspannungen (horizontal, vertikal) in Beziehung zu
einander setzt. HORN ET AL. (1991) ermittelten den Ruhedruckkoeffizienten bei ungestörten
Bodenproben im Labor und auch FAZEKAS (2005) nutzt dieses Konzept erfolgreich um
bodenwirksame Effekte einer Befahrung anhand von Felddaten aus Überfahrungsversuchen
zu beschreiben. Ein Aufgreifen dieses Konzeptes durch die Verrechnung der horizontalen
und vertikalen Eindringwiderstände aus Penetrometermessungen kann daher den
vielversprechenden Ansatz einer umfassenderen Zustandsbeschreibung von
landwirtschaftlich genutzten Flächen bieten als es bisher die Betrachtung eines einzelnen
Datensatzes vermochte.
Bisher ist die Übertragbarkeit der am Punkt erhobenen Daten in die Fläche in vielen
Projekten und Ausarbeitungen häufig als unbefriedigend definiert worden, weshalb wir in den
eigenen bisherigen jüngeren Arbeiten z.B. (Horn, R. et al., 2005; Richter, 2005) nach
Algorithmen gesucht haben, um diesen Ansatz durch Einbeziehung von bodenkundlichem
Sachwissen und geostatistischen Ansätzen zu objektivieren.
Um das Problem der Übertragbarkeit von Punktdaten in die Fläche auf verschiedenen
Maßstabsebenen zu lösen, finden geophysikalische Methoden zunehmend Anwendung in
der Bodenkunde. Konventionelle Verfahren wie Bohrstock- und Profiluntersuchungen zur
dreidimensionalen Variabilitätserfassung von Böden können durch geophysikalische
26

Messungen ergänzt werden (Petersen et al., 2005; Werban, 2005; Sauer &Felix-Hennigsen,
2004; Inman et al., 2002; Auerswald et al., 1994; Durlesser, 1994; Topp et al., 1980):
Geophysikalische Untersuchungen wurden bereits früher z.B. in der Hydrogeologie zur
Deponie- oder Altlastenerkundung eingesetzt (Knödel et al., 1997; Mazaz et al., 1987),
wohingegen bisher geophysikalische Untersuchungen zur Vorhersage der Stabilität von
Böden nicht bekannt sind.
(Lück et al., 2002) beschreiben in ihrer Studie „Innovative Kartiermethoden für die
teilflächenspezifische Landwirtschaft“ ausführlich Vor- und Nachteile des EM 38. Sowohl
Vorteile (berührungsloses Verfahren, gute Eignung für mobilen Einsatz, schnelle
Messergebnisse) als auch erhebliche Nachteile (u.a. Temperaturgang des Gerätes,
Problematik der Vergleichbarkeit von Absolutwerten der scheinbaren elektrischen
Leitfähigkeit, die zu verschiedenen Zeiten und/oder an verschiedenen Orten gemessen
werden, kein Rückschluss auf „absolute“ Bodeneigenschaften wie Wasser- oder Tongehalt)
sind zu berücksichtigen. Die Stärke des EM 38 liegt aus geophysikalischer Sicht in der
Differenzierungsmöglichkeit innerhalb einer untersuchten Fläche und in der
Reproduzierbarkeit der Ergebnisse auch unter verschiedenen Bedingungen. Somit kann
aber das EM 38 nur wertvolle Information zur Interpretation von GeoRadar-Daten beitragen.
Georadar und Seismik sind erprobte geophysikalische Verfahren, welche für
unterschiedliche Fragestellungen seit langem am Institut für Geowissenschaften (IFG),
Universität Kiel zur hochauflösenden Erkundung des oberflächennahen Untergrunds
eingesetzt werden. Beide Verfahren gehen aufgrund von unterschiedlichen physikalischen
Messprinzipien jeweils anders an diese bodenkundliche Fragestellung heran. Beim Georadar
bestimmt die Variation der (di-)elektrischen Eigenschaften des Bodens das Messergebnis.
Stauwasserbereiche im Untergrund verursachen eine starke Variation dieser Eigenschaften
und sollten sich also durch Georadar detektieren lassen. Die Kartierbarkeit von
Wasserfronten im Boden wurde bereits am IFG im Projekt „Präferenzielle Fließwege“
nachgewiesen (Hagrey et al., 2000).
Bei den zum Einsatz kommenden bodengekoppelten Radar-Antennen handelt es sich um
geschirmte Geräte, d.h. die Energie im jeweiligen Frequenzbereich wird gerichtet in den
Boden abgestrahlt. Eine Abstrahlung in die Umgebung wird durch eine bauartbedingte
Abschirmung des Antennengehäuses verhindert, so dass störende Reflexionen verhindert
werden, deren Ursprung nicht im Boden liegt. Eine ingenieurwissenschaftliche Begleitung ist
also nach gegenwärtigem Kenntnisstand nicht erforderlich.
Mit der Entwicklung eines mobilen Multi-Sensor-Systems am IFG (Erkul et al., 2004) sind die
gerätetechnischen Voraussetzungen für flächenhafte Georadarmessungen bereits
vorhanden. Die für die archäologische Prospektion entwickelte Geräteeinheit ist in der Lage,
mit gewünschter Genauigkeit auf großen Flächen Daten zu akquirieren (z.B. gleichzeitig
Radar und Leitfähigkeiten). Darauf aufbauend kann das Gerät für die bodenkundliche
Fragestellung verwendet werden. Die vorhandenen Auswertungskonzepte sind der Thematik
des Projektes entsprechend modifiziert worden. Der Schwerpunkt beim Einsatz des
Georadarverfahrens liegt somit bei der Interpretation und Visualisierung gewonnener Daten
und weniger bei der Geräte- und Messroutinenentwicklung, so dass die Projektziele im
genannten Zeitraum erreichbar waren.
27

Außerdem muss darauf hingewiesen werden, das seismische Verfahren auf der Variation
der elastischen Eigenschaften des Bodens wie Dichte und Scherfestigkeit basieren. Gerade
der direkte Einfluss dieser Parameter auf das Messergebnis stellt die Motivation für den
Einsatz dieses Verfahrens dar, so dass im Gegensatz zum Georadar nicht
Stauwasserbereiche über verdichtetem (Unter-)Boden, sondern der verdichtete Boden selbst
Ziel der Untersuchung ist. Demnach stellt die Seismik innerhalb des geplanten Projekts eine
zweite unabhängige Methode dar, die Fragestellung anzugehen. Da gängige seismische
Mess- und Auswerteverfahren die Erkundung größerer Tiefenbereiche des Untergrunds zum
Ziel haben, wird in den geplanten Vorhaben nachgewiesen, wie derartige Verfahren zu
modifizieren sind, um Informationen aus dem interessierenden flachen Untergrundbereich
erzielen zu können.
In Ergänzung zu den oben genannten geophysikalischen Messverfahren kann mobile
Gamma-Spektroskopie in situ eingesetzt werden, um den Typ des Oberbodens
flächendeckend zu klassifizieren (Ernst et al., 2003; Sauer, 2002). Dabei wird die natürliche
Gamma-Strahlung des Bodens aufgezeichnet und analysiert. Die Aussagekraft des
Verfahrens ist auf die obersten 30-40 cm des Bodens beschränkt und beruht im
Wesentlichen auf einer Korrelation zwischen Tongehalt und Gamma-Aktivität.
Zusammen mit den begleitenden bodenphysikalischen Messungen zur Überprüfung der
geophysikalischen Ergebnisse wird der Ist-Zustand über Bodenaufbau, -struktur und -art
sowie Verdichtungsgrad der untersuchten Böden beschrieben werden können. Darüber
hinaus wird durch den kombinierten Ansatz (Landtechnik, Geophysik und Bodenkunde) auch
die direkte Wirkungskette zwischen der Form, Intensität und Häufigkeit der Befahrung, den
bei gegebener Bodenstabilität möglicherweise auftretenden Änderungen der ökologischen
Bodenfunktionen und der räumlichen Ausbreitung von Spannungs- und Funktionszuständen
aufgezeigt und hierbei auch einige im Bereich der Landtechnik wesentliche ökonomische
Kenngrößen (z.B. Dieselverbrauch etc.) quantifiziert und in Beziehung zu den weiteren
Kenngrößen gestellt.
28

2 Material und Methoden
2.1 Versuchsstandorte
Als Versuchstandorte standen auf insgesamt drei Versuchsgütern der projektbeteiligten
Hochschulen jeweils zwei Untersuchungsflächen zur Verfügung, die entsprechend dem
genutzten Bodenbearbeitungssystem in konventionelle, wendende und konservierende,
nichtwendende Bodenbearbeitung unterschieden wurden. Entsprechend den
Versuchsstandorten Nordrhein-Westfalen und Schleswig-Holstein werden die
Versuchsflächen SH kons, SH konv, NRW kons und NRW konv bezeichnet.
Versuchsgut Merklingsen (NRW)
Die nordrhein-westfälischen Versuchsflächen liegen auf dem Versuchsgut der FH-SWF in
Merklingsen, etwa 10 km westlich von Soest im Bereich der so genannten Hellweg-Börden,
die sich am Südrand der Westfälischen Tieflandsbucht am Übergang zum südlich gelegenen
Haarstrang und dem sich daran anschließenden Sauerland befinden. Das Versuchsgut
Merklingsen liegt in einer Höhe von 80 m über NN. Bei einer durchschnittlichen
Jahrestemperatur von 9 °C fallen im langjährigen Mittel 750 mm Niederschlag. Die
Versuchsflächen weisen insgesamt eine geringe Hangneigung auf. Bei der Versuchsfläche
“NRW kons“ handelt es sich um eine seit 1993 nichtwendend bearbeitete Fläche im
Versuchsgutbetrieb. Die langjährig wendend bearbeitete Fläche “NRW konv“ wurde für die
Versuchsdurchführung zugepachtet.
• NRW / Lößstandort: Versuchsgut Merklingsen der FH Südwestfalen
Bodenausgangssubstrat: Lößlehm über kalkhaltigem Löß über Emschermergel;
schluffige Bodenarten (Ut3,Ut4)
Bodenbearbeitung: konservierend (Kons.saatverfahren seit 1993) und
konventionell wendend 28cm Pflugtiefe
Fruchtfolge: konservierend: WW-GL-KM-WW-WH-WG
konventionell: WG-WR-ZR-WW-WW
Eine genaue Beschreibung der Fruchtfolge und der einzelnen
Bodenbearbeitungsmaßnahmen über den Projektzeitraum findet sich für diese wie auch für
die weiteren Versuchflächen im Anhang.
Versuchsgut Hohenschulen
Das Versuchsgut Hohenschulen der CAU liegt etwa 15 km westlich von Kiel im
Endmoränengebiet der Weichseleiszeit. Die Flächen in diesem Gebiet sind naturgemäß
hügelig und insgesamt heterogener und deutlich steinreicher als jene auf den nordrhein-
westfälischen Versuchsflächen. Die Jahresniederschläge sind in der Menge vergleichbar mit
denen des nordrhein-westfälischen Versuchsstandortes, über das Jahr aber gleichmäßiger
29

verteilt. Die konservierend bewirtschafteten Flächen auf dem Versuchsgut gehören zum
Sonderforschungsbereich 192 der zum 1.Januar 1991 an der Universität Kiel eingerichtet
wurde. Dieses Modellbeispiel einer in Schleswig-Holstein weit verbreiteten Fruchtfolge
untersucht die Rückwirkungen verschiedener Intensitätsfaktoren (z. B. Düngung,
Pflanzenschutz, Bodenbearbeitung) auf Leistung, interne Regelungskreisläufe sowie
ökologische Effekte (z. B. Nitratauswaschung, Bodenverdichtung) in ackerbaulich genutzten
Böden. Die dem Projekt zur Verfügung gestellten Versuchsflächen werden seit 1991 mit dem
konservierenden Bodenbearbeitungsverfahren der Frässohlensaat (Horsch System) bis in
ca. 8cm Tiefe bearbeitet.
Versuchsgut Lindhof
Das Versuchsgut Lindhof befindet sich in der Gemeinde Noer nahe der Ortschaft Lindhöft,
ungefähr 12 km süd-östlich von Eckernförde, direkt oberhalb der Eckernförder Bucht. Die
Bewirtschaftung erfolgt nach den Kriterien des ökologischen Landbaus, entsprechend wird
eine wendende Bodenbearbeitung praktiziert. Die jährlichen Niederschläge liegen mit
680 mm etwas niedriger als auf dem 20 km südlich befindlichen Versuchsgut Hohenschulen.
• S-H
Jungmoränenstandorte: Versuchsgut Lindhof und Versuchsgut Hohenschulen
der CAU zu Kiel
Bodenausgangssubstrat: Geschiebelehm über kalkhaltigem Geschiebemergel;
sandig lehmige Bodenarten (Ls3,Ls4,Sl4,Sl3,Sl2)
Bodenbearbeitung: konservierende Bodenbearbeitung (Horsch Verfahren)
Versuchsgut Hohenschulen (SFB 192)
konventionell wendend 30cm Pflugtiefe Versuchsgut
Lindhof
Fruchtfolge: Lindhof: KG-SH-KA-GL-SW
Hohenschulen: WR- WW- WG
30

2.2 Methoden des Fachbereich Landtechnik
Nachfolgend werden Material und Methoden beschrieben, wie sie von der FH-SWF im
Rahmen des Projektes eingesetzt wurden. Eine detaillierte Beschreibung der
bodenkundlichen und geophysikalischen Methoden findet sich in den entsprechenden
Unterkapiteln der Fachbereiche.
2.2.1 Versuchsdesign und Versuchsdurchführung
Versuchskonzept
Als Grundlage für die Untersuchungen der einzelnen Arbeitsgruppen dienten die
Befahrungen der Versuchsflächen an zwei Terminen pro Jahr (Frühjahr, Herbst). Die Wahl
der Parameter der Befahrung (Bodenfeuchtigkeit, Höhe der oberen Radlasten bei
verwendetem Reifen) erfolgte mit der Zielsetzung, Effekte im Boden zu erzielen.
Beginn der Untersuchungen in NRW war das Frühjahr 2006, die schleswig-holsteinischen
Flächen wurden erstmals im Herbst 2006 befahren. Die letztmalige Befahrung fand im
Frühjahr 2008 statt. Bei der Versuchsanlage wurde darauf geachtet, dass stark vorbelastete
Bereiche (alte Fahrgassen, Vorgewende) nicht in den Versuchsparzellen liegen.
Versuchsdesign
Auf allen Versuchsflächen wurde ein Versuchsdesign etabliert, das die Befahrung der
Flächen mit verschiedenen definierten Belastungsvarianten vorsah, die sich aus der
Kombination unterschiedlicher Radlasten und Reifeninnendrücken ergaben. Daneben
wurden Parzellen berücksichtigt, die nicht befahren wurden (Kontrolle) und solche, auf denen
ein Schlepper solo (nur Schlepper) eine Belastung ausübte. Für das Frühjahr 2006 ergaben
sich exklusive der Varianten Kontrolle und Schlepper vier Belastungsstufen, ab Herbst 2006
wurden der Versuch um zwei Varianten erweitert. Die Befahrungen wurden mit dem
Messsystem MOVIS durchgeführt (vgl. Kap. 0). Neben dem festen, großflächigen
Versuchsdesign wurden an allen Standorten kleinere Sonderflächen ausgewiesen, die der
Untersuchung spezieller Fragestellungen dienten.
Als Versuchsdesign wurde ein randomisiertes Blockdesign mit drei Wiederholungen auf allen
vier Versuchsflächen angestrebt. Aufgrund räumlicher Begrenzungen, einer effizienten
Versuchsdurchführung und der Optimierung der Versuchsparameter im Laufe des Projektes
musste dieses Design teilweise eingeschränkt werden. So konnten nur auf NRW konv drei
vollständige Wiederholungen durchgeführt werden, auf den übrigen Flächen mussten die
niedrigen und mittleren Radlasten auf zwei Wiederholungen reduziert und die Variante nur
Schlepper gestrichen werden.
31

Tabelle 4: Belastungsvarianten der Befahrung
Belastungsvariante Beschreibung
K0 Kontrolle: unbefahren
Ks nur Schlepper: Schlepper mit angepaßtem Luftdruck (50 bis 80 kPa)
nach Verfügbarkeit
A1 3,3 Mg Radlast bei 50 kPa Reifeninnendruck
B1 3,3 Mg Radlast bei 160 kPa Reifeninnendruck
A2 6,3 Mg Radlast bei 160 kPa Reifeninnendruck
B2 6,3 Mg Radlast bei 250 kPa Reifeninnendruck
A3 7,5 Mg Radlast bei 250 kPa Reifeninnendruck
B3 7,5 Mg Radlast bei 350 kPa Reifeninnendruck
Geo Sonderfläche Geophysik:
6,3 Mg Radlast bei 250 kPa Reifeninnendruck,
Spur-an-Spur-Befahrung auf 15m * 15m mit entsprechender
Überrollung durch den Zugschlepper
Je Versuchsparzelle wurden drei Fahrspuren eingemessen, die je Termin einfach überfahren
wurden. Die Ausrichtung der Parzellen und Fahrspuren lag quer zur
Hauptbearbeitungsrichtung. Innerhalb einer Versuchsparzelle wurden jeweils drei
Fahrspuren im Abstand von 3,50 m angelegt. Die Befahrgeschwindigkeit betrug 1,4 m/s und
wurde entgegen einer vorhandenen Steigung durchgeführt. Bei dem verwendeten Reifen
handelt es sich um einen Michelin MegaXBib, 650/75 R32, der im Zuge der technischen
Optimierung einen Michelin MachXBib, 650/75 R38 ersetzte, der nur beim ersten
Befahrungstermin auf den nordrhein-westfälischen Versuchsflächen zum Einsatz kam. In
Tabelle 5 und Tabelle 6 sind die aus Radlasten und Reifeninnendrücken resultierenden
Belastungsvarianten aufgeführt.
Tabelle 5: Faktorstufenkombinationen für Michelin MachXBib 650/75 R38 (nur NRW
Frühjahr 2006)
Radlast Reifeninnendruck A Reifeninnendruck B
3,2 Mg 50 kPa 160 kPa
6,3 Mg 180 kPa 250 kPa
Die Reifeninnendrücke wurden unter weitestgehender Einhaltung der Herstellervorgaben
gewählt, eine Ausnahme stellt die Variante A1 (3,3 Mg @ 50 kPa) dar, die den Reifen
überlastet. Zielsetzung bei der Wahl der Belastungsvarianten war es, die gute und schlechte
32

landwirtschaftliche Praxis widerzuspiegeln und dabei nur jeweils einen Faktor zwischen zwei
Belastungsvarianten zu variieren.
Tabelle 6: Faktorstufenkombinationen für Michelin MegaXBib 650/75 R32 (ab Herbst 2006)
Vertikalpenetrometermessungen
Radlast Reifeninnendruck A Reifeninnendruck B
3,3 Mg 50 kPa 160 kPa
6,3 Mg 160 kPa 250 kPa
7,5 Mg 250 kPa 350 kPa
Die Vertikalpenetrometermessungen wurden vor und nach jeder Befahrung im Bereich der
Fahrspuren durchgeführt. Je Parzelle und Termin wurden sechs Messungen (zwei je
Fahrspur) durchgeführt. Hierbei wurde darauf geachtet, dass es sich um ungestörte Bereiche
handelte, die nicht durch Bodengruben, den vorherigen Einsatz des TASIS (vgl. 0) oder der
geophysikalischen Messsysteme belastet worden waren. Als Messpunkte in den Fahrspuren
wurde der Stollenabdruck des Reifens als Ort der stärksten Belastung gewählt. Die
Messungen wurden mit einem Vertikalpenetrometer der Firma Eijkelkamp durchgeführt, der
eingesetzte Messkonus hatte einen Öffnungswinkel von 60°, die Eindringgeschwindigkeit
betrug 2 cm/s.
2.2.2 Das Messsystem MOVIS
Die Befahrungen wurden auf allen Flächen mit dem Messsystem MOVIS (Motion Vehicle
Information System) durchgeführt. Das Akronym ersetzt die vormalige Bezeichnung
Horizontalmesswagen. Das Chassis des MOVIS stellt ein halboffener Trägerrahmen aus
Vierkant-Stahlträgern dar, in dessen front- und heckseitigen Bereichen Registergewichte aus
Gussbeton eingesetzt werden können, um die Radlast zu variieren. Im geschlossenen
Seitenelement des Trägerrahmens ist eine mittig durchtrennte Mähdrescherachse montiert,
deren Antriebsgetriebe zuvor demontiert wurde. Der auf ihr zu montierende Reifen befindet
sich somit zentral im u-förmigen Rahmen. Am MOVIS ist frontseits eine Anhängung für die
Unterlenker des Zugschleppers montiert. Die Vorrichtung ist auf einer zentralen Welle
montiert und kardanisch aufgehängt, so dass bei Vorfahrt auftretende Zugkräfte direkt an
eine Stahlplatte weitergegeben werden, auf der Dehnmessstreifen (DMS) aufgeklebt sind.
So können die für die Vorfahrt benötigten Kräfte erfasst werden.
33

Abb. 1: Das Messsystem MOVIS mit einem Betonregistergewicht im Trägerrahmen,
montiertem GPS-System und abgesenkter Heckachse
Am Chassis des MOVIS ist heckseits eine Achse montiert, die ebenfalls hydraulisch zu
betätigen ist. Sie ermöglicht den schnellen und sicheren Straßentransport und ein
punktgenaues Ein- und Ausheben des zentralen Messreifens bei der Erfassung der
Kontaktfläche oder der Befahrung von Bodengruben. Während des Messbetriebes ist die
Heckachse geliftet, die Stabilisierung des Wagens erfolgt dann über einen seitlichen
Hydraulikzylinder im Frontteil des MOVIS.
2.2.3 Das Messsystem TASIS zur Erfassung horizontaler
Eindringwiderstände
Zur Erfassung der horizontalen Eindringwiderstände wurde an der FH-SWF das Messsystem
TASIS (Tactile Soil Information System) entwickelt. Es ermöglicht die zeitgleiche Erfassung
des horizontalen Eindringwiderstandes in drei Messtiefen. Anders als bei bekannten
Systemen sind die Messsonden des TASIS nicht konisch sondern prismenförmig mit
abgerundeten Endbereichen. Die Sonden haben das Maß 10cm x 3cm (H x B) und sind auf
dem Scharkörper in vertikaler Ausrichtung montiert. Der Öffnungswinkel beträgt wie bei den
Messsonden des Vertikalpenetrometers 60°. Die Messdaten werden per DMS erfasst und
nach einer Signalverstärkung digital gewandelt und per Messsoftware im Laptop erfasst. Per
Ultraschallsensor wird die aktuelle Arbeitstiefe des TASIS dokumentiert. Die Erfassung aller
Daten erfolgt georeferenziert, d. h. den digitalisierten Daten werden die aktuellen
Koordinaten zugeordnet und ebenfalls abgespeichert. Der verwendete GPS-Empfänger war
vom Typ StarFire (Fa. John Deere), der für das Korrektursignal SF2 freigeschaltet war. Die
Koordinaten konnten so mit einer Genauigkeit von 5 – 10 cm bestimmt werden. Die
Fahrgeschwindigkeit des TASIS beträgt innerhalb der Versuchsanordnung 0,3 m/s, um eine
möglichst genaue Auflösung der Daten zu erreichen ohne die Genauigkeit des GPS-Signals
34

zu gefährden. Die Messungen wurden einmal jährlich in zwei Wiederholungen durchgeführt
und erfolgten in Hauptbearbeitungsrichtung, also quer zu den MOVIS-Fahrspuren. Während
der Projektlaufzeit wurde die Versuchsfläche mit insgesamt sechs Wiederholungen
vollständig beprobt, wobei bereits beprobte Bereiche der Versuchsflächen abermals erfasst
wurden. Dieses wurde bei der Datenauswertung berücksichtigt.
Abb. 2: Sensoren und Datenerfassungshardware der FH-SWF: GPS-System, Daq-Box
zur Messkraftverstärkung, PCMCIA-Karte, DMS-Element, Ultraschallsensoren
und Laptop (v. l. n. r.)
2.2.4 Erfassung von Achslasten, Spurtiefen, Bodenwassergehalten und
Achslasten
Kontaktflächen
Die Radlasten am MOVIS wurden für jede Ballastierungsvariante mit einer mobilen
Achslastwaage erfasst. Dieses geschah zu Beginn des Projektes. Nach den durchgeführten
Umbaumaßnahmen wurden die Messungen im Laufe des Projektes erneut durchgeführt, um
Lastveränderungen zu dokumentieren, bzw. eine gleich bleibende Ballastierung
sicherzustellen.
Spurtiefen
Die Spurtiefen wurden über den gesamten Projektzeitraum mit einer Wasserwaage und
einem Zollstock erfasst: Die Wasserwaage wurde je Fahrspur an drei repräsentativen Stellen
quer über die Fahrspur gelegt und die Entfernung von der unteren Kante der Wasserwaage
bis in den Grund des Stollenabdrucks in der Reifenmitte gemessen. Diese Methode erwies
sich trotz ihrer Schlichtheit als praktikabel, genau und transparent.
Parallel dazu wurden verschiedene andere Methoden getestet, die jedoch aus
verschiedenen Gründen nicht durchgängig zum Einsatz kamen. Die Nutzung eines
Rotationslasers erwies sich als zeit- und arbeitsintensiv und bot keine höheren
35

Genauigkeiten als eine Wasserwaage. Des Weiteren wurden Methoden einer
sensorgestützten Erfassung der Spurtiefe im MOVIS-Direktanbau erprobt (vgl. Abb. 3).
Abb. 3: links: heckseitige Anordnung zweier Ultraschallsensoren zur Erfassung
Bodenwassergehalte
Spurtiefe, rechts: Triangulations-Lasersensor
Die volumetrischen Bodenwassergehalte wurden mit einer TDR-Sonde erfasst. Gemessen
wurde jeweils bei jedem Einsatz des Vertikalpenetrometers, von TASIS und MOVIS. Für die
Penetrometermessungen wurde für jede Versuchsfläche an vier Messpunkten die
Bodenfeuchte in drei Messtiefen (0 cm, 20 cm, 40 cm) mit je fünf Wiederholungen ermittelt.
Zur Bestimmung der Bodenfeuchte bei Befahrung mit MOVIS wurden ab Frühjahr 2007 drei
Messungen pro Fahrspur gemacht. Der gravimetrische Wassergehalt wurde durch die von
der Arbeitsgruppe Bodenkunde (CAU) ermittelten Werte der mittleren Lagerungsdichten der
jeweiligen Versuchsfläche errechnet.
Reifenkontaktflächen
Die Kontaktflächen der einzelnen Belastungsvarianten wurden zu jedem Messtermin und für
jede Versuchsfläche erfasst: An einer repräsentativen unbefahrenen Stelle der Fläche wurde
das Messrad des MOVIS abgesenkt und gründlich mit Mehl umstäubt. Anschließend wurde
das Rad wieder ausgehoben und ein Zollstock als Maßstab unmittelbar neben den
Mehlabdruck gelegt. Der Abdruck wurde aus senkrechter Perspektive photographiert und
das Bild anschließend mit der Software Adobe Photoshop (7.0) ausgewertet, indem der
Mehlabdruck mit einem Polygon-Zug eingekreist und die in dem Polygon befindlichen Pixel
ausgezählt wurden. Nachfolgend wurde die den Pixeln entsprechende Fläche im Photo
errechnet. Grundvoraussetzung für dieses Verfahren ist eine Digital-Kamera, die die Pixel
gleichmäßig im Bild verteilt und keine Auto-Korrektur-Programme, etwa bei
kontrastschwachen Motiven, anwendet. Dieses war bei der benutzten Kamera Canon
PowerShot A630 gegeben.
36

2.2.5 Datenverarbeitung und statistische Auswertung
Die digitale Datenerfassung erfolgte mit Hilfe der in Abb. 2 dargestellten Hardware. Als
Software für die Datenerfassung wurde bis einschließlich Herbst 2006 DasyLab (Version
8.00.04) genutzt, anschließend erfolgte eine Umstellung auf das leistungsfähigere
Messdatenerfassungsprogramm LabView (Version 8.2). Für die Darstellung und
Aufbereitung von georeferenzierten Daten stand das Programm ArcView (Version 3.2) mit
der Erweiterung Spatial Analyst zur Verfügung. Die Aufbereitung der Messdaten erfolgte mit
Hilfe von Microsoft Excel, die statistische Auswertung mit der Software SPSS (Version 14.0).
Nach Prüfung auf Normalverteilung und Varianzhomogenität wurde als statistisches
Verfahren eine einfaktorielle Varianzanalyse (ANOVA) genutzt mit anschließender
Bestimmung der Grenzdifferenzen durch LSD-Test. Alle Angaben beziehen sich auf eine
Irrtumswahrscheinlichkeit von 5%.
Für die Datenbasis der Vertikalpenetrometeruntersuchungen wurden jeweils sechs
Einzelmessungen pro Parzellen vor der Verrechnung gemittelt. Ausreißer am Ende einer
Einzelmessung, etwa beim Auftreffen der Messsonde auf einen Stein, wurden manuell
bereinigt.
Analogdaten der DMS des TASIS wurden mit einer Messrate von 1000 Hz erfasst. Die GPS-
Daten wurden mit 5 Hz vom Empfänger geliefert und von der Messsoftware linear
interpoliert. Aus Gründen der Darstellbarkeit und des Datenhandling wurden vor der weiteren
Datenauswertung zehn Einzelwerte gemittelt. Zur Ermittlung der Schnittstellendaten von
MOVIS- und TASIS-Spur wurde im GIS-Programm ein Puffer mit 40 cm Breite um die
Verbindungslinie der Anfangs- und Endpunkte der einzelnen Fahrspur gelegt. Die
Einmessung der Anfangs- und Endpunkte der MOVIS-Spuren wurden von der Arbeitsgruppe
Geophysik durchgeführt.
Die Fahrspur-bezogenen Daten von Spurtiefe und Bodenfeuchtigkeit bei Befahrung wurden
je Fahrspur in drei Wiederholungen erhoben und vor der Weiterverrechnung gemittelt. Für
die analogen DMS-Messdaten des MOVIS wurde je Fahrspur ein Mittelwert gebildet und
verrechnet, da die Messdaten einen stabilen Verlauf (steady state) aufwiesen. Die Variante
3,2Mg@180kPa, wie sie nur im Frühjahr 2006 auf den nordrhein-westfälischen
Versuchsflächen zum Einsatz kam, wurde für spätere Verrechnungen der Variante
3,3Mg@160kPa gleichgestellt und verrechnet.
Die Darstellung der Ergebnisse erfolgt häufig in Boxplot-Diagrammen. Sie stellen die Lage
der Quartile (25%-, 50%- und 75%-Perzentil) sowie die Ausreißer einer Variablen grafisch
dar. Auf die entsprechenden Grenzdifferenzen im Anhang wird verwiesen.
37

2.3 Methoden des Fachbereich Bodenkunde
Nachfolgend werden Material und Methoden beschrieben, wie sie vom Institut für
Pflanzenernährung und Bodenkunde der CAU Kiel im Rahmen des Projektes eingesetzt
wurden. Eine detaillierte Beschreibung der landtechnischen und geophysikalischen
Methoden findet sich in den entsprechenden Unterkapiteln der Fachbereiche.
2.3.1 Probenahme, Profilansprache und Laboranalytik
Probenahme und Profilansprache
Auf allen Versuchsflächen wurden unter Zuhilfenahme detaillierter Bodenkarten und
vorangehender Bohrstockkartierung Leitprofile angelegt um eine horizontbezogene
Beschreibung der pedogenen Merkmale und der Substrateigenschaften vorzunehmen sowie
den vorherrschenden Bodentyp der jeweiligen Schlageinheit systematisch nach KA5 (AD-
hoc-AGBoden, 2005) einzuordnen. Anhand von Schürfgruben wurden horizontrepräsentativ
Misch- und Stechzylinderproben in vertikaler und z.T. horizontaler Entnahmerichtung
entnommen um den Ausgangszustand der bodenpysikalischen Eigenschaften zu definieren.
Die Stechzylinderproben wurden mit fünf bis sieben Wiederholungen pro Horizont
entnommen. Die Belastungsvarianten (Fahrspuren) wurden nach einmaliger Überfahrung in
drei Horizonten tiefenrepräsentativ, in Anlehnung an die Messtiefen der
Bodendruckmessungen, in den Tiefen 20-25cm, 40-45cm und 60-65cm beprobt, die
Leitprofile zusätzlich noch im Bereich des Bearbeitungshorizontes (10-15cm) und in der Tiefe
der Pflugsohle (30-35cm).
Laboranalytik
Die Grundanalytik anhand der gestörten Mischproben der einzelnen Bodenprofile umfasste
die Bestimmung der Korngrößenverteilung mit der Sieb- und Pipettanalyse (DIN_ISO11277)
nach Hartge (Hartge et al., 1992), das Bestimmen des Gehaltes an organischer Substanz
(Corg) mittels coulorimetrischer Titration und Veraschung im Ströhlein Coulomat 702
(DIN_ISO10694) sowie Messungen der pH-Werte in einer 0,01M CaCl Lösung
(DIN_ISO10390, ; Schlichting et al., 1995). Für die Berechnung des Gesamtporenvolumens
(GPV), der Trockenrohdichte (ρt), der Porengrößenverteilung, der mechanischen
Stabilitätseigenschaften Vorbelastung, Kohäsion und Winkel der inneren Reibung (Pv,C,ϕ)
sowie der hydraulischen und pneumatischen Eigenschaften (kf, kl) dienten ungestörte
Stechzylinderproben mit definiertem Probenvolumen von 100cm³ bzw. 263cm³.
Trockenrohdichte, Porenvolumen und Wassergehalt der Bodenproben wurden gravimetrisch
über Wägung und Trocknung (24 Std.) bei 105°+-2°C berechnet (DIN_ISO11465). Die
Porengrößenverteilung lies sich über Wasserspannung- Wassergehaltsbeziehungen oder
sog. Wasserspannungskurven (pF-Kurven) mit einer kombinierten keramischen Über- und
Unterdruckapparatur (DIN_ISO11274) bestimmen. Die Proben wurden erst aufgesättigt und
dann schrittweise entwässert und gewogen um über die Wassergehalte der verschiedenen
Entwässerungsstufen die Anteile der verschiedenen Porengrößenklassen zu ermitteln
38

(Schlichting et al., 1995). Die Wassergehaltsunterschiede zwischen 0-60hPa Matrixpotential
sind nach KA5 der Anteil an weiten Grobporen (>50µm) oder als Luftkapazität definiert,
zwischen 60-300hPa als Anteil an engen Grobporen (>10µm), zwischen 300-15000hPa als
Anteil an Mittelporen (>0,2µm) und über 15000hpa als Anteil an Feinporen (

zwei Reifeninnendrücken als sekundäre Versuchsfaktoren. Die Wahl der Lastvarianten und
der Bereifung 650/75 R32 (zugkraftoptimiert) und 650/75 R38 (tragfähigkeitsoptimtiert)
orientierte sich an der fachlichen Praxis und entspricht Belastungen die bei
leistungsfähigeren Schleppern während der Bodenbearbeitung bzw. Pflegemaßnahmen und
bei Erntefahrzeugen auftreten. Die Kombinationen zwischen Radlast und Reifeninnendruck
ergaben sich aus der Limitierung des Reifenherstellers für den geringsten Reifeninnendruck
und einem komfortablen Reifeninnendruck der gängigen Praxis, welcher einheitlich für
Ackerfahrten und Straßennutzung Anwendung findet.
Alle Versuche wurden im zeitigen Frühjahr bzw. späten Herbst zu Zeitpunkten durchgeführt
als die Bodenwassergehalte bis in den Oberboden nahe der Feldkapazität (-60hPa) lagen.
Um die verschiedenen Auflasten in den Boden einzubringen wurde der Lastrahmen (MOVIS)
der FH Südwestfalen genutzt, welcher erlaubte die Geschwindigkeit, die Radlast und den
Reifeninnendruck für die einzelnen Versuchparzellen anzupassen. Der Rahmen wird von
einem Schlepper gezogen, wodurch alle Befahrungen ohne Schlupfeffekte durchgeführt
wurden. Die Reifenaufstandflächen und mittleren Kontaktflächendrücke jeder
Versuchsvariante wurden durch Umstäuben des stehenden Belastungsrades,
photographieren und photoanalytischer Auswertung der Abdruckflächen mit dem Programm
scion image 4.0.3 sowie Wiegen ermittelt.
Spannungs- und Deformationserfassung
Die Druckfortpflanzung und Deformation der Böden während der Befahrungsexperimente
wurde mit dem kombinierten Stress State Transducer (SST) und Displacement Transducer
System (DTS) gemessen. Die verwendeten SST Bodendrucksensoren basieren auf der von
Harris 1960 zitiert in (Nichols et al., 1987) vorgestellten Technik der gerichteten
Spannungsmessung und bestehen aus einem 65mm großen Aluminiumkörper mit sechs
Einzeldehnmessstreifen. Die Anordnung der Dehnmessstreifen orientiert sich an den
Gesetzen der Statik im Kontinuum und ermöglicht mit der zeitgleichen Messung von sechs
gerichteten Normalspannungen die Berechnung des Spannungstensors und damit die
Bestimmung des Spannungszustandes für einen theoretisch unendlich kleinen Punkt im
Boden. Um den Einbau des Sensors und den Kontakt zum ungestörten Boden zu
verbessern, wurde die Anordnung der Dehnmessstreifen gesamt um 50,7° auf die vordere
Kugelhälfte des Sensorkopfes verlagert (Gräsle &W, 1999) und der Einbaukanal vor dem
Setzen des Sensors mit einem Negativstempel des Sensorkopfes präpariert. Bei
dynamischen Belastungen kommt es zum Rotieren der Hauptspannungsrichtungen, wodurch
die vollständige Beschreibung des Lastereignisses schwierig ist. Daher wurden aus den
Messdaten die drei Hauptspannungen σ1, σ2 und σ3 sowie die beiden unabhängigen
Parameter MNS (mittlere Normalspannung) und OCTSS (oktaedrische Scherspannung) zu
einem Zeitpunkt des maximalen Spannungseintrages bestimmt (siehe Abb. 4 σ1 max). In
diesem Moment ist die Belastung direkt senkrecht über dem Sensor und es treten keine
Scherspannungen auf so dass die Invarianten MNS als Normalspannungskomponente und
OCTSS als tangentiale Spannungskomponente den vollständigen Spannungszustand im
Boden beschreiben. (weitere Details in (Gräsle &W, 1999; Kühner &S, 1997; Wiermann et
al., 1997; Nichols et al., 1987))
40

Die Bodendrucksensoren wurden von einer 1x1m großen, ca. 80cm tiefen Grube in drei
Messtiefen (20, 40, 60cm) seitlich in den ungestörten Boden eingebaut und ermöglichen die
Spannungsmessung und die Bestimmung der Druckfortpflanzung unter der Fahrspur mit
Berücksichtigung der vorhandenen Bodenstruktur (siehe Abb. 4).
Abb. 4: Versuchsaufbau der Spannungsmessung mit kombinierter
Deformationsmessung
Im Ganzen wurden mit drei Belastungsvarianten 72 Einzelbefahrungen und 16
Mehrfachbefahrungen auf den vier Versuchsflächen durchgeführt. Für die Bestimmung der
aus den mechanischen Belastungen resultierenden Bodendeformation wurde einer der
Drucksensoren über ein kugelgelagertes Gelenksystem an das von (Kühner &S, 1997)
entwickelte Displacement Transducer System (DTS) angeschlossen. Das mechanische
Schlittensystem ermöglicht in Kombination mit den Spannungsmessungen die Aufzeichnung
der dreidimensionalen (vertikalen und horizontalen) Sensorbewegung während der Überfahrt
und erlaubt durch die Erfassung der Spurtiefe und DTS- Messungen in zwei Messtiefen eine
Differenzierung der elastischen und plastischen Verformungsanteile bzw. der Proportionen
an reversibler und irreversibler Setzung und Scherung im Boden (siehe Abb. 5). Die
Deformationsmessungen erfolgten zeitgleich zu den Druckmessungen in den Messtiefen 20
und 40cm. (weitere Details in (Kühner &S, 1997; Wiermann et al., 1997))
41

Abb. 5 Zweidimensionaler Bewegungspfad einer DTS- Messung eines
Tensiometermessungen
Ackerschleppers mit Differenzierung einzelner Verformungsanteile
Nach Empfehlungen des wissenschaftlichen Beirates und der projektbegleitenden
Arbeitsgruppe beim Arbeitsgruppentreffen am 16.03.07 in Kiel wurden im April 2007 auf dem
Versuchsgut Merklingsen in den Sonderforschungsbereichen der Geophysik und der
Bodenkunde auf beiden Bodenbearbeitungsvarianten insgesamt vier Monitoringstandorte zur
Beobachtung des Bodenwasserhaushaltes in verdichteten und unverdichteten
Parzellenbereichen angelegt. Für die Messungen wurden Einstichtensiometer in den Tiefen
10, 25, 45 und 70cm mit jeweils drei Wiederholungen pro Messtiefe eingebaut. Die
Tensiometer bestehen, je nach Messtiefe, aus unterschiedlich langen Acrylrohren die über
eine poröse keramische Zelle (-850hPa Lufteintrittspunkt) an ihrem Ende einen Anschluss an
das Kapillarsystem des Bodens herstellen. Die Rohre sind mit destilliertem, entionisiertem
und entgastem Wasser gefüllt und mit einem Silikonstopfen luftdicht verschlossen, so dass
über ein Digitaleinstichmanometer das Matrixpotential der entsprechenden Messtiefe
abgelesen werden kann. Um den Kontakt zwischen den keramischen Kerzen und dem
Porensystem zu verbessern wurde vor dem Einbau eine Schluffsuspension in die Bohrlöcher
gegeben. Die Wasserspannungsmessungen erfolgten seit dem 13.04.2007 wöchentlich bis
zum 28.03.08 mit kurzer Unterbrechung während der letzten Messkampagne im Oktober
2007. Die gemessenen Matrixpotentiale wurden den täglichen Niederschlagsmessungen der
Messstation Münster-Osnabrück (10315) des DWD gegenüber gestellt.
Statistik
Die statistische Auswertung wurde mit der frei verfügbaren Software R Version 2.5.1
durchgeführt. Alle Grundgesamtheiten wurden mit dem Shapiro-Wilk-Test auf
Normalverteilung überprüft. Außer den Datensätzen der Befahrungsmessungen und der kf
Messungen (log-normal verteilt) waren alle Daten normal verteilt und wurden anhand ihrer
42

arithmetischen Mittelwerte und der Standardabweichung mit 95% Konfidenzintervall auf
signifikante Unterschiede getestet. Die statistische Analyse der Versuchsfaktoren der
Überfahrungsexperimente erfolgte unter Berücksichtigung der Datensätze der 10fach-
Überfahrten. Die unterschiedlichen Grundgesamtheiten der einzelnen Versuchsvarianten
wurden zusammengefasst und beinhalten die Messergebnisse aller Lastvarianten und z. T.
aller Messtiefen. Bei einflussnehmenden Faktoren (z.B. Radlast) wurde Rücksicht auf eine
gleiche Gewichtung der Anzahl der Datensätze genommen. Um signifikante Aussagen über
einzelne Versuchfaktoren hinsichtlich der Spannungseinträge zu bekommen und gleichzeitig
Ausreißerwerte zu eliminieren wurde die Gegenüberstellung durch notched Box-Whisker-
Plots gewählt. Die Einschnürung (notch) gibt dabei nahezu ein 95% Konvidenzintervall der
Verteilung um den Median an und kann wenn sie sich nicht überschneidet als starkes Maß
für einen signifikanten Unterschied gewertet werden. Signifikante Unterschiede der
verschiedenen Versuchvarianten sind mit Kleinbuchstaben gekennzeichnet, bei
Regressionen und Korrelationen wurden Regressions- und Korrelationskoeffizienten als
Grad der Abhängigkeit zwischen den beiden Variablen angegeben.
2.4 Methoden des Fachbereich Geophysik
2.4.1 Elektromagnetisches Induktionsverfahren (EMI)
Das System besteht aus zwei Spulen, welche sich in einem definierten Abstand zueinander
befinden. Das von der Sendespule erzeugte primäre elektromagnetische Wechselfeld wird
dem Boden aufgeprägt und induziert dort in Abhängigkeit von der elektrischen Leitfähigkeit
des Bodenmaterials Wechselströme, welche wiederum ein sekundäres Feld erzeugen. Die
Empfangsspule misst die Überlagerung von Primär- und Sekundärfeld (Abb. 6). Das
Verhältnis von Sekundär- zu Primärfeld ist ein Maß für die elektrische Leitfähigkeit des
Bodenvolumens. Da das Verfahren berührungslos arbeitet, spricht man von scheinbarer
elektrischer Leitfähigkeit.
Abb. 6: Prinzip der Elektromagnetik (nach Militzer und Weber, 1985). Ein primäres
magnetisches Wechselfeld Hp wird von der Sendespule erzeugt und induziert
Wirbelströme im leitfähigen Untergrund, welche wiederum ein sekundäres
magnetisches Wechselfeld Hs generieren. Die Empfängerspule mißt das
resultierende Feld, das ein Maß für die scheinbare elektrische Leitfähigkeit im
Untergrund ist.
43

Abhängig von der Entfernung und Lage der Sende- und Empfangsspulen zueinander können
unterschiedlich tiefe Bodenbereiche erfasst werden. Das hier eingesetzte Gerät EM38 des
Herstellers Geonics Ltd. hat einen festen Spulenabstand von 1m und erlaubt zwei
Spulenkonfigurationen, bei denen beide Spulenachsen entweder vertikal oder horizontal zum
Boden ausgerichtet sind. Während der Vertikalmodus den Tiefenbereich bis 1,5m integral mit
einem Sensitivitätsmaximum bei etwa 0,4m unterhalb des Geräts erfasst, geht beim
Horizontalmodus lediglich der Tiefenbereich bis zu 0,75m bei einer stark mit der Tiefe
abnehmenden Sensitivität ein (Geonics, 1999). Bestimmend für die Leitfähigkeit des Bodens
ist dabei nach McNeill (1980):
• der Wassergehalt des Bodens,
• der Ionengehalt der Bodenlösung,
• die Bodentemperatur,
• die Kationenaustauschkapazität bzw. der Tongehalt des Bodens
• die Form, Größe und Anzahl der Poren
Geräte
Das EM38 ist ein kontinuierlich messendes System und erlaubt wie das Georadar einen
mobilen Einsatz. Da uns zwei Geräte zur Verfügung stehen, können in einem Arbeitsgang
gleichzeitig zwei Leitfähigkeitsverteilungen gemessen werden. Die Geräte werden in
ausreichender Entfernung vom Zugfahrzeug auf einem Kunststoffwagen hinterher gezogen
(Abb. 7).
2m 2.5 m
EM38DD
Abb. 7: Messgespann mit Georadar und EM38. Das EM38DD befindet sich wetterfest
verpackt in einem Holzkasten, 2,5m vom Georadar und 4,5m vom Zugfahrzeug
entfernt
44

2.4.2 Georadar (GPR)
Das Georadar ist ein Impulsreflexionsverfahren (z.B. Knödel et al., 1997; Daniels, 1996). Von
einer Sendeantenne werden elektromagnetische Wellen gerichtet in den Untergrund
abgestrahlt. Die Wellenenergie dringt zum Teil in den Boden ein und durchläuft ihn in
Abhängigkeit von den elektrischen Eigenschaften des Untergrundes. Unterschiede in der
relativen Dielektrizitätszahl und der elektrischen Leitfähigkeit des Bodens führen dazu, dass
ein Teil der Energie zur Oberfläche reflektiert und dort von einer Empfangsantenne registriert
werden kann. Somit liegt die Impulsantwort des Untergrundes als zeitabhängige
Amplitudenverteilung (Zeitreihe) vor. Die Registrierung vieler Zeitreihen für benachbarte
Punkte ergibt somit ein Abbild der Reflexionseigenschaften im Laufzeitbereich der
elektromagnetischen Welle (Abb. 8), was die Detektion von Schichtgrenzen und auch
Einzelobjekten ermöglicht. Aus der Laufzeit eines Reflexionsereignisses lässt sich mit
Kenntnis der Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle im Boden die
zugehörige Tiefe errechnen. Diese Geschwindigkeit hängt von der relativen
Dielektrizitätszahl des Mediums und dadurch vom Wassergehalt ab. Steigende
Wassergehalte bewirken eine Abnahme der Geschwindigkeiten und somit eine Zunahme der
Laufzeiten (Topp et al., 1980; Saarenketo, 1998).
Abb. 8: Prinzip des Georadar (nach Lück et al. (2000)). Elektromagnetische
Einzelimpulse werden ausgestrahlt und z.B. an Schichtgrenzen reflektiert
(links), die Reflexionen werden in Form von Zeitreihen registriert (mitte), die
Darstellung vieler engabständig registrierter Zeitreihen ergibt ein
Reflexionsabbild des Untergrundes (rechts)
Die Eindringtiefe des Signals wird einerseits von der Leitfähigkeit des Untergrundes und
andererseits von der eingesetzten Frequenz bestimmt. Eine zunehmende Leitfähigkeit
dämpft die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen stärker und reduziert so die
Eindringtiefe. Mit steigender Frequenz nimmt die Eindringtiefe ab, gleichzeitig erhöht sich
aber auch die Auflösung. Über die Abhängigkeit elektrischer Materialeigenschaften wie der
elektrischen Leitfähigkeit und der relativen Dielektrizitätszahl von Ton- und Wassergehalt des
Bodens lässt sich demnach die Variation dieser Bodeneigenschaften tiefenabhängig aus
Radardaten ableiten.
45

Geräte
Die von uns eingesetzten Registrierapparaturen und Antennen stammen von der Firma
Geophysical Survey Systems, Inc. (GSSI). In diesem Projekt sind Antennen mit
Hauptfrequenzen von 400MHz und 900MHz eingesetzt worden. Mit der 400MHz Antenne
können Informationen aus dem Unterbodenbereich gewonnen werden (Eindringtiefe ca. 1,5-
2m, je nach vorherrschenden Bodenverhältnissen), mit der 900MHz Antenne dringt man nur
etwa 0,5-1m in den Boden ein, erhält aber eine höhere vertikale räumliche Auflösung, was
gerade im Übergangsbereich Pflugsohle - Unterboden zusätzliche Informationen liefern
kann.
Die Radarsignale werden mit hoher Frequenz abgestrahlt und registriert, so dass ein
kontinuierlicher mobiler Betrieb möglich ist. Abb. 9 zeigt die beiden Antennen während einer
Feldmessung. Zur erfolgreichen Durchführung einer Messung ist eine möglichst gute
Ankopplung an den Boden notwendig. Starker Pflanzenbewuchs kann sich vor allem
dahingehend störend auswirken, dass das Wasser in den Pflanzen das Radarsignal stark
dämpft und so nicht in den Boden eindringen kann.
Georadar-Antennen
Abb. 9: Das Messgespann mit 2 geschirmten Georadarantennen, befestigt auf einer
hebefähigen Holz-, Kunstoffkonstruktion, die über die Schlepperhydraulik eine
gute Ankopplung an den Boden gewährleistet.
2.4.3 Gammaspektrometrie
Die Gammaspektrometrie ist ein passives Verfahren und nutzt den natürlichen Zerfall der
Isotope des Urans (U238), des Thoriums (Th232) und des Kaliums (K40). Beim spontanen
Zerfall entsteht Gammastrahlung in für die Elemente typischen Energiebereichen. Diese
Strahlung lässt sich messen, da die Gammastrahlen beim Durchqueren von speziellen
transparenten Kristallen Lichtblitze erzeugen, welche wiederum in einem sog. Photomultiplier
elektrische Impulse erzeugen. Um reproduzierbare Messwerte zu erhalten, muss entweder
die Messzeit ausreichend lang oder der Kristall ausreichend groß sein. Die Gamma-Aktivität
besitzt eine enge Beziehung zum Tongehalt und ermöglicht so eine Abschätzung über
Variationen im Tongehalt im Boden bis ca. 30 cm Tiefe.
46

Gerät
Das Institut für Geowissenschaften hat im Rahmen dieses Projektes ein
Gammaspektrometer des Herstellers GFInstruments vom Typ GSCar (Abb. 10) beschafft. Es
besteht aus einem mit Tallium dotierten NatriumIodid(NaI)-Kristall mit einem Volumen von 4
Litern. Damit ist es ausreichend dimensioniert für einen kontinuierlichen mobilen Betrieb.
Abb. 10: Gammaspektrometer angebaut an der Schlepperhydraulik mit einer
2.4.4 Seismik
Detektorhöhe von 1 m über Grund
Bei seismischen Messungen (z.B. Telford et al., 1990; Knödel et al., 1997) wird Energie auf
verschiedene Art und Weise in den Untergrund eingebracht, welche sich dort in Form
seismischer Wellen ausbreitet. Es entstehen Raumwellen und unter bestimmten
Bedingungen auch Oberflächenwellen, die sich in ihrem Ausbreitungsverhalten
unterscheiden. Während sich Raumwellen zunächst in alle Richtungen im Untergrund
ausbreiten können, sind die Oberflächenwellen an die Oberfläche gebunden. Je nach Art der
Anregung entstehen unterschiedliche Typen von Raumwellen (Abb. 11):
• Kompressions- oder P-Wellen, die parallel zur Ausbreitungsrichtung schwingen
• Scher- oder S-Wellen, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen
Abb. 11: Schwingverhalten verschiedener Raumwellentypen. Links: In
Ausbreitungsrichtung schwingende Kompressionswelle (P), Mitte: horizontal
schwingende Scherwelle (SH), Rechts: vertikal schwingende Scherwelle (SV)
(Kirsch und Rabbel, 1997).
47

Die Ausbreitungsgeschwindigkeiten hängen von den elastischen Eigenschaften und der
Dichte des durchquerten Materials ab. Für die Geschwindigkeiten von Kompressions- bzw.
Scherwellen gelten:
(1)
3 κ + 4 µ
V p =
(2)
3 ρ
mit κ: Dynamischer Kompressionsmodul , µ: Dynamischer Schermodul , ρ: Dichte .
Da Kompressions- und Schermodul per Definition nur positive Werte annehmen können,
folgt, dass sich Kompressionswellen schneller ausbreiten als Scherwellen (daher P-Welle für
primäre Welle, S-Welle für sekundäre Welle). Trifft die seismische Welle auf Zonen mit
unterschiedlichen elastischen Eigenschaften bzw. Dichten, wird ein Teil der Energie (u.U.
auch mehrfach) reflektiert oder auch gebrochen (refraktiert). Der an die Oberfläche
zurückkehrende Teil kann dort registriert werden. Über die Auswertung von Laufzeiten und
Amplituden der Signale sind so Rückschlüsse auf Material und Lagerungsverhältnisse im
Untergrund möglich (Kirsch und Rabbel, 1997).
Geräte
Für die Seismikmessungen setzen wir eine mehrkanalige Registrierapparatur ein. Daran
angeschlossen werden dann sogenannte Geophone. Geophone sind schwingfähige
Systeme, welche die Bewegungen des Bodens messen und in elektrische Signale
umwandeln können. Registriert werden schließlich die Zeit, die eine z.B. per Hammerschlag
in den Boden eingebrachte elastische Welle bei der Durchquerung des Bodens von der
Quelle bis zum Geophon braucht, sowie die Amplitude der Welle am Geophonort. Die
gleichzeitige Registrierung von linienhaft mit konstantem Abstand angeordneten Geophonen
läßt so Rückschlüsse auf die Geschwindigkeiten elastischer Wellen im Untergrund zu.
Abb. 12: Beispiel einer Seismikmessung. Die Geophone stecken im Abstand von 20 cm
im Boden und sind über Kabel mit der Registrierapparatur verbunden.
V s
=
µ
ρ
48

Die Seismikmessungen sind nicht mobil einsetzbar und wurden daher nur gezielt eingesetzt,
um exemplarisch Ergebnisse von Standorten mit starken sowie mit keinen (zusätzlichen)
Belastungseinträgen zu erhalten. Abbildung 8 zeigt den Aufbau einer seismischen Messung
mit gleichabständig (20cm) gesteckten P-Geophonen (rot) und Scherwellen-Geophonen
(gelb).
2.4.5 Versuchsanordnungen
Nach der Auswahl der Standorte und der geophysikalischen Referenzmessungen fanden die
ersten Befahrversuche durch die Landtechnik der FH Soest statt. Nach diesen ersten
Befahrungen wurden alle Spuren per DGPS (Genauigkeit 2 cm) durch die Geophysik der
Universität Kiel eingemessen. Da der Horizontalmesswagen der Landtechnik nicht derart
genau positioniert werden konnte, erwies es sich als praktikabler, vor jeder erneuten
Befahrung die Spuren durch das handlichere GPS-Gerät der Geophysik einzumessen und
zu markieren.
Die Belastungsspuren lagen an allen Standorten quer zur normalen
Bewirtschaftungsrichtung, die geophysikalischen Messungen dagegen wurden parallel zur
Bewirtschaftungsrichtung und damit senkrecht zu den Spuren durchgeführt. Mit dem
Sonderbereich wurde an allen Standorten eine in der Regel 15x15m große Fläche angelegt,
die jeweils mit der Belastungsvariante B2 flächig, d.h. Spur an Spur befahren wurde. Diese
Extremvariante war notwendig, da vor Versuchsbeginn nicht klar war, ob die einzelnen
geophysikalischen Messungen sensitiv genug auf die Belastungseinträge reagieren. Es war
somit zu erwarten, dass auf einer Extremvariante mögliche Effekte eher zu beobachten sind.
Die im Text und Abbildungen verwendete Nomenklatur für die einzelnen Belastungsvarianten
ist im Folgenden aufgeschlüsselt:
Variante A1: 3,3Mg @ 0,5 bar
Variante A2: 6,3Mg @ 1,6 bar
Variante A3: 7,5Mg @ 3,5 bar
Variante B1: 3,3Mg @ 1,6 bar
Variante B2: 6,3Mg @ 2,6 bar
Variante B3: 7,5Mg @ 3,5 bar
Variante K0: Kontrolle (unbefahren)
Variante SB: Sonderbereich Geophysik: Wie B2, allerdings flächig (Spur neben Spur)
befahren
49

3 Wichtige Ergebnisse und andere wesentliche Ereignisse
des Berichtszeitraumes
3.1 Darstellung der Ergebnisse des Fachbereich Landtechnik
Nachfolgend werden die wichtigsten Ergebnisse der Untersuchungen der FH-SWF
ausführlich dargestellt. Weitere Ergebnisse finden sich in tabellarischer Form im Anhang. Die
nordrhein-westfälischen Versuchsflächen erwiesen sich, insbesondere bei konventioneller
Bodenbearbeitung, als sensitiver gegenüber der Methode der Erfassung des
Penetrometerwiderstandes. Die Gründe hierfür liegen in den homogeneren, weniger
sandigen und steinfreien Böden. Darüber hinaus boten die Flächen auf dem Versuchsgut
Merklingsen den Vorteil, dass sie, mit Ausnahme der Bodenbearbeitung, synchron
bewirtschaftet wurden. Ein besonderer Fokus bei der Darstellung der Ergebnisse richtet sich
daher auf diese Flächen.
3.1.1 Äußere Bedingungen der Versuchsdurchführung
Während der Versuchsdurchführung wurden die Daten von Temperatur und Niederschlag an
jedem Versuchsstandort erfasst. Eine tabellarische Darstellung der monatlichen Einzeldaten
findet sich im Anhang.
Der gravimetrische Wassergehalt in den einzelnen Bodenschichten ist in Abb. 13
zusammengefasst. Auffällig ist, dass die Wassergehalte im Frühjahr 2007 insbesondere in
der obersten Bodenschicht von denen aller anderen Messtermine aufgrund der
ausgeprägten Frühjahrstrockenheit stark nach unten abweichen. Die Bedingungen des
Frühjahres 2007 stellen eine Ausnahmesituation innerhalb aller anderen Messtermine dar.
Die Ergebnisse einzelner Messungen wurden von diesen Verhältnissen z. T. deutlich
beeinflusst.
Die Versuchsflächen am Standort Schleswig-Holstein waren insgesamt trockener als die
Böden in Nordrhein-Westfalen, was sich in den unteren Bodenschichten am deutlichsten
zeigt. Ursächlich hierfür sind die unterschiedlichen Bodenarten der Standorte. Die sandigen
Lehme der schleswig-holsteinischen Versuchsflächen vermögen wesentlich weniger Wasser
zu speichern als die schluffreichen nordrhein-westfälischen Flächen mit einer Feldkapazität
von 220 mm (0 – 100 cm). Insgesamt waren die angestrebten feuchten Bodenverhältnisse
an allen Standorten und, mit Ausnahme des Messtermins im Frühjahr 2007, zu allen
Terminen gegeben und es herrschten günstige Bedingungen im Sinne der Versuchsziele
vor.
50

gravimetrischer Wassergehalt [g/g]
30
25
20
15
10
5
0
30
25
20
15
10
5
0
30
25
20
15
10
5
0
23,6
17,2
16,2
11,6
13,3
14,7
20,6
16,6
16,0
SH kons.
23,6
15,9
15,6
18,2
8,3
15,3
17,6
17,6
15,3
15,1
15,1
16,9
14,4
SH konv.
17,2
15,4
25,1
26,4
25,7
25,4
25,1
25,8
16,8
23,6
23,9
27,1
24,7
24,9
26,8
23,6
24,4
NRW kons.
12,3
21,2
22,0
24,2
23,0
22,3
13,6
21,9
21,8
23,0
24,2
22,4
23,3
22,9
22,5
NRW konv.
0 cm
20 cm
40 cm
kalendarischerTermin
Frühjahr 2006
Herbst 2006
Frühjahr 2007
Herbst 2007
Frühjahr 2008
Abb. 13: Gravimetrische Bodenwassergehalte der Versuchsflächen zu den
Untersuchungsterminen in verschiedenen Bodentiefen
3.1.2 Kontaktflächen und Kontaktflächendrücke
Die Ergebnisse der gemessenen Kontaktflächen und der daraus errechneten
Kontaktflächendrücke weisen eine breite Streuung der Werte sowohl in Bezug auf die
Versuchsflächen als auch über den Untersuchungszeitraum auf. Die über den
Projektzeitraum gemittelten Ergebnisse sind in Tabelle 7 bzw. Tabelle 8 dargestellt.
Zum einen unterschieden sich die Messtermine stark bezüglich der vorherrschenden
Bodenverhältnisse, insbesondere Bodenbearbeitungsmaßnahmen unmittelbar vor einer
Befahrung, der auf der Fläche zum Messzeitpunkt gegebene Pflanzenbewuchs und die
Bodenwassergehalte hatten einen starken Einfluss auf die Messwerte. So setzte sich die
Kontaktfläche bei abgesetztem und durchwurzeltem Boden (Bsp. SH im Herbst 2006) aus
einzelnen Teilflächen zusammen, die der Aufstandsfläche der Reifenstollen entsprachen. Am
selben Standort konnten im Frühjahr 2007 auf gepflügtem Acker deutlich höhere Flächen
ermittelt werden, da sich die Radlast dann auch auf den Stollenzwischenraum abstützte.
Darüber hinaus erwies sich die visuelle Auswertung am PC von Mehlabdrücken auf stark
bewachsenen Flächen als anspruchsvoll.
Dennoch lassen die Daten einige eindeutige Aussagen zu: So liegen die Kontaktflächen auf
den nachgiebigeren schluffreichen nordrhein-westfälischen Versuchsflächen um
durchschnittlich 17,9% über denen der sandreicheren schleswig-holsteinischen Flächen.
Aber auch die Versuchfaktoren Radlast und Reifeninnendruck weisen einen
51

charakteristischen Einfluss auf die Größe der Kontaktflächen und damit auf die
Kontaktflächendrücke auf. So steigt sie bei einer Zunahme der Radlast von 3,3 Mg auf
6,3 Mg die durchschnittliche Kontaktfläche bei konstantem Reifeninnendruck von 160 kPa
um 66,1% an. Bei 250 kPa Reifeninnendruck beträgt die durch die Erhöhung der Radlast
bedingte relative Zunahme der Kontaktfläche noch 16,7%.
Tabelle 7: Mittlere Kontaktflächen [cm²] der Belastungsvarianten gemittelt über alle
Termine (± Standardabweichung)
Variante SH kons SH konv NRW kons NRW konv gesamt
3,3 Mg; 50 kPa 4.026 ± 1958 2.245 ± 1129 3.907 ± 1661 3.181 ± 1292 3.373 ± 1576
3,3 Mg; 160 kPa 2.392 ± 1135 1.840 ± 1146 3.005 ± 1278 1.939 ± 978 2.314 ± 1142
6,3 Mg; 160 kPa 3.795 ± 1820 3.610 ± 1570 4.264 ± 1413 3.651 ± 1217 3.844 ± 1383
6,3 Mg; 250 kPa 3.078 ± 1354 2.851 ± 1042 3.288 ± 1557 2.954 ± 1075 3.052 ± 1178
7,5 Mg; 250 kPa 3.573 ± 1595 3.670 ± 1902 3.801 ± 919 3.205 ± 1099 3.562 ± 1302
7,5 Mg; 350 kPa 3.128 ± 1345 2.682 ± 1253 3.682 ± 972 3.170 ± 1104 3.131 ± 1115
Die Absenkung des Reifeninnendruckes führte unabhängig von den Verhältnissen stets zu
einer Zunahme der Kontaktflächen und einer Abnahme der Kontaktflächendrücke. Bei einer
Radlast von 3,3 Mg und einer Absenkung des Luftdruckes von 160 kPa auf 50 kPa betrug
die Zunahme der Kontaktfläche durchschnittlich 45,8%, bei 6,3 Mg und einer Absenkung von
250 kPa auf 160 kPa waren es noch 26,0% und bei 7,5 Mg und einer Anpassung von
350 kPa auf 250 kPa war es noch eine Zunahme der Kontaktfläche von 13,8%.
Tabelle 8: Mittlere Kontaktflächendrücke [kPa] der Belastungsvarianten gemittelt über alle
Termine (± Standardabweichung)
Variante SH kons SH konv NRW kons NRW konv gesamt
3,3 Mg; 50 kPa 113 ± 94 178 ± 89 102 ± 63 121 ± 69 127 ± 90
3,3 Mg; 160 kPa 195 ± 170 247 ± 153 133 ± 80 209 ± 110 193 ± 139
6,3 Mg; 160 kPa 235 ± 204 223 ± 162 157 ± 42 198 ± 106 200 ± 127
6,3 Mg; 250 kPa 267 ± 202 255 ± 142 245 ± 163 245 ± 123 252 ± 144
7,5 Mg; 250 kPa 276 ± 211 264 ± 178 203 ± 52 261 ± 124 251 ± 184
7,5 Mg; 350 kPa 309 ± 230 387 ± 324 211 ± 66 269 ± 141 299 ± 258
52

3.1.3 Vertikaler Eindringwiderstand
Die Erfassung der vertikalen Eindringwiderstände vor und nach der Befahrung eines jeden
Untersuchungszeitpunktes führte trotz der Mittelung der Messwerte zu einem großen
Datenaufkommen. Durch die Betrachtung einzelner Messtiefenbereiche konnten diese
Datenmengen reduziert werden und die Grundlage für die Vergleichbarkeit der Daten von
vertikalem und horizontalem Eindringwiderstand geschaffen werden.
Abb. 14 zeigt die vertikalen Eindringwiderstände der vier Versuchsflächen in den vier
untersuchten Messtiefenbereichen (linke Seite), ihr gegenübergestellt findet sich die
bekannte Darstellungsweise derselben Daten als Liniendiagramm abgetragen über die
Messtiefe.
Abb. 14: Vertikale Eindringwiderstände der vier Versuchsflächen gemittelt über alle
Termine in den Darstellungen Boxplot- (links) und Liniendiagramm (rechts)
Die Daten lassen die auf den jeweiligen Flächen praktizierte langjährige Boden-
bewirtschaftung sehr deutlich erkennen: sowohl auf NRW konv als auch auf SH konv findet
sich 35 – 40 cm, bzw. 30 – 35 cm ein charakteristischer Bereich erhöhter
Eindringwiderstände. Eine solche durch die Bewirtschaftungsform hervorgerufene Sohle
findet sich auch auf den konservierend bewirtschafteten Fläche, allerdings in flacheren
Bodenschichten und wesentlich weniger stark ausgeprägter Form. Aber auch zwischen den
Standorten bestehen Unterschiede bzgl. der Höhe der jeweiligen Eindringwiderstände. Die
Versuchsflächen am Standort Kiel weisen insgesamt höhere Eindringwiderstände auf als die
nordrhein-westfälischen Flächen.
53

elativer vertikaler Eindringwiderstand [%]
500,0
400,0
300,0
200,0
100,0
0,0
500,0
400,0
300,0
200,0
100,0
0,0
500,0
400,0
300,0
200,0
100,0
0,0
500,0
400,0
300,0
200,0
100,0
0,0
SH kons.
Frühjahr 2006
Herbst 2006
Frühjahr 2007
Herbst 2007
Frühjahr 2008
SH konv.
Frühjahr 2006
Herbst 2006
Frühjahr 2007
Herbst 2007
Frühjahr 2008
NRW kons.
Frühjahr 2006
Herbst 2006
Frühjahr 2007
Herbst 2007
Frühjahr 2008
NRW konv.
Frühjahr 2006
Herbst 2006
Frühjahr 2007
Herbst 2007
Frühjahr 2008
5 -14 cm
18 - 27 cm
30 - 39 cm
50 - 59 cm
GD siehe Tab. A4
Abb. 15: Zeitliche Entwicklung der Eindringwiderstände relativ zur Messung vor
Versuchsbeginn nach Versuchsfläche und Bodentiefe
Abb. 15 zeigt die vertikalen Eindringwiderstände der einzelnen Versuchsflächen als relativen
Wert bezogen auf die Referenzmessung vor Versuchsbeginn für die einzelnen Messtermine
und Messtiefenbereiche. Bei dieser Art der Darstellung ist zu bedenken, dass das
Ausgangsniveau der Messwerte entscheidend von den jeweiligen Gegebenheiten zum
Zeitpunkt der Messung abhängen. Auf SH konv war letztmalig im April 2005 eine
Bodenbearbeitung erfolgt, das Niveau der Messwerte lag entsprechend hoch und spätere
Messungen lagen ausnahmslos unter den Werten des Herbstes 2006. Der gegenteilige Fall
– eine wendende Bodenbearbeitungsmaßnahme unmittelbar vor Versuchsbeginn – führte
auf NRW konv dazu, dass nachfolgende Messungen zu deutlich höheren
Eindringwiderständen, insbesondere in oberen Bodenschichten führten. Auf dieser Fläche ist
in den Tiefen 5 – 14 cm und 18 – 27 cm auch eine Tendenz der Akkumulation der Effekte
durch die Befahrungen zu beobachten. Dieses ist auf anderen Versuchsflächen nicht zu
beobachten: Hier, wie auch in den tiefen Bodenschichten auf NRW konv, ist nach einem
leichten Anstieg der relativen Eindringwiderstände im Herbst 2006 und Frühjahr 2007 wieder
eine Abnahme zu beobachten. Im Frühjahr 2008 wurden in der Bodenschicht 50 – 59 cm auf
keiner der Flächen signifikant höhere Eindringwiderstände bezogen auf den
Ausgangszustand festgestellt.
Bei der Betrachtung der absoluten Messwerte und des direkten Effektes einer Befahrung
durch Vergleich des Messwerte vor der Befahrung mit denen nach der Befahrung konnte in
54

einem guten einem Viertel aller Fälle (28,7%) nach einer Befahrung signifikant höhere
Eindringwiderstände gemessen werden als vorher. In 50,8% aller Fälle konnten keine
signifikanten Änderungen festgestellt werden und in 20,5% aller Messungen wurde nach der
Befahrung ein signifikant niedrigerer Eindringwiderstand als vor der Befahrung gemessen.
Letzteres war auf allen Standorten in einzelnen Fällen zu beobachten, trat aber verstärkt auf
den schleswig-holsteinischen Versuchsflächen im Herbst 2006 auf (vgl. Abb. 17), bedingt
durch ein lokales Starkregenereignis von 50 mm zwischen den Messterminen, das durch
Quellungen im Boden und vermehrte Regenwurmaktivität zu einer Lockerung führte.
Signifikant höhere Eindringwiderstände nach einer Befahrung wurden in 66,9% der Fälle mit
dieser Ausprägung auf der Fläche NRW konv beobachtet (14,3% von gesamt). Nur 12,8%
der Fälle mit signifikant höherem Eindringwiderstand nach der Befahrung befanden sich in
den Messtiefenbereichen 30 – 39 cm, bzw. 50 – 59 cm (entsprechend 3,7% bezogen auf die
Grundgesamtheit) gegenüber 37,1% (10,6% von gesamt) in den Messtiefenbereichen 5 –
14 cm, bzw. 18 – 27 cm.
Abb. 16 zeigt die Eindringwiderstände vor und nach einer Befahrung für SH konv und NRW
konv. Durch eine jeweils unmittelbar zuvor erfolgte Bodenbearbeitung zeigen sich die Effekte
einer mechanischen Belastung besonders deutlich. Im Frühjahr 2006 steigt der vertikale
Eindringwiderstand auf der Fläche NRW konv um durchschnittlich 0,42 MPa gegenüber dem
Zeitpunkt vor der Befahrung. Ein Anstieg des Eindringwiderstandes ist auch in der
Kontrollparzelle zu beobachten, was u. a. auf ein Absetzen des Bodens zurückzuführen ist.
Der Anstieg fällt mit 0,2 MPa jedoch deutlich geringer aus im Vergleich zu den befahrenen
Parzellen. Auch auf der Fläche NRW konv sind nach einer erfolgten Bodenbearbeitung im
Frühjahr 2007 die deutlichsten Effekte zu beobachten: während die vertikalen
Eindringwiderstände in der Kontrollparzelle nahezu unverändert bleiben, steigen sie in den
befahrenen Parzellen um 0,34 MPa (3,3 Mg), 0,60 (6,3 Mg) und 0,40 MPa (7,5 Mg) an.
55

vertikaler Eindringwiderstand [MPa]
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
unbefahren
nur Schlepper
Frühjahr 2007 Frühjahr 2006
SH konv.
NRW konv.
3,3 Mg
6,3 Mg
7,5 Mg
unbefahren
nur Schlepper
3,3 Mg
6,3 Mg
7,5 Mg
5 -14 cm
18 -27 cm
30 - 39 cm
50 - 59 cm
Chronologie
vor Befahrung
nach Befahrung
GD siehe Tab. A5 + Tab. A6
Abb. 16: Effekte einer Befahrung nach zuvor erfolgter wendender Bodenbearbeitung
Geringere vertikale Eindringwiderstände nach einer Befahrung gegenüber den Werten vor
der Befahrung waren auffällig häufig auf den Flächen SH kons und SH konv im Herbst 2006
zu beobachten, die Ergebnisse sind in Abb. 17 dargestellt. Die Eindringwiderstände
verringerten sich um durchschnittlich 0,40 MPa. Dieser Effekt ist unabhängig vom
Bodenbearbeitungssystem und vom Messtiefenbereich zu beobachten. Erklärbar wird er
durch das bereits erwähnte Niederschlagsereignis im Herbst 2006 in Schleswig-Holstein.
Zum Messzeitpunkt nach der Befahrung war diese Niederschlagsmenge im Boden nicht
mehr nachweisbar, der Boden selbst aber durch Quellungsprozesse besser durchdringbar
für die Penetrometersonde geworden.
Weitere Beobachtungen des Effektes eines verringerten vertikalen Eindringwiderstandes
nach der Befahrung verteilen sich relativ gleichmäßig auf alle Standorte (mit Ausnahme
NRW konv) und Messtermine und müssen der Messungenauigkeit des Verfahrens
zugeschrieben werden.
56

vertiksler Eindringwiderstand [MPa]
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
6,0
5,0
4,0
3,0
2,0
1,0
0,0
unbefahren
SH kons.
3,3 Mg
6,3 Mg
7,5 Mg
unbefahren
SH konv.
3,3 Mg
6,3 Mg
7,5 Mg
5 -14 cm
SH konv.
30 - 39 cm
50 - 59 cm
Chronologie
vor Befahrung
nach Befahrung
GD siehe Tab. A7
Abb. 17: Vertikale Eindringwiderstände vor und nach der Befahrung auf den schleswig-
holsteinischen Versuchsflächen im Herbst 2006
3.1.4 Horizontaler Eindringwiderstand
Die horizontalen Eindringwiderstände wurden an den drei vorgesehenen Terminen mit dem
Messsystem TASIS erfasst. Das System wurde über den Zeitraum des Projektes fortlaufend
optimiert und lieferte stabile und gute Ergebnisse. Wie auch bei den Messungen des
vertikalen Eindringwiderstandes zeigen die Daten relativ stärkere Effekte einer Befahrung auf
den nordrhein-westfälischen gegenüber den schleswig-holsteinischen Versuchsflächen. Hier
streuen die Daten auch weniger stark (vgl. Abb. 18), was sich auf den geringeren
Steinbesatz zurückführen lässt. Ebenso sind die Effekte auf den konventionell
bewirtschafteten Flächen stärker ausgeprägt als auf den konservierend bewirtschafteten,
insbesondere am Standort Soest.
57

horizontaler EindringwiderstandMPa
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
Kontrolle
nur Schlepper
3,3Mg @ 50kPa
3,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 350kPa
Fläche Geophysik
SH kons.
SH konv.
NRW kons.
NRW konv.
GD siehe Tab. A8
Abb. 18: Horizontale Eindringwiderstände der Versuchsflächen gemittelt über den
Versuchszeitraum
Am Beispiel der Fläche NRW konv wird eine Auflösung der horizontalen Eindringwiderstände
bezogen auf die Intensität der mechanischen Belastung dargestellt. Die Effekte einer
Befahrung auf den horizontalen Eindringwiderstand sind auf dieser Fläche besonders
deutlich ausgeprägt und veranschaulichen besonders gut die Sensibilität von TASIS. Die
Ergebnisse der Jahre 2006 bis 2008 sind in Abb. 19 dargestellt. Sie zeigen einen
eindeutigen Trend erhöhter horizontaler Eindringwiderstände bei höheren mechanischen
Belastungen. Die Erhöhung folgt dem Grad der mechanischen Belastung, was jedoch auf
den anderen Standorten, insbesondere bei konservierender Bodenbearbeitung, deutlich
weniger stark ausprägt ist.
58

horizontaler Eindringwiderstand [MPa]
1,5
1,0
0,5
1,5
1,0
0,5
1,5
1,0
0,5
2006
Kontrolle
nur Schlepper
3,3Mg @ 50kPa
3,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 350kPa
Fläche Geophysik
2007
Kontrolle
nur Schlepper
3,3Mg @ 50kPa
3,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 350kPa
Fläche Geophysik
2008
Kontrolle
nur Schlepper
3,3Mg @ 50kPa
3,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 350kPa
Fläche Geophysik
5 - 14 cm
17 - 28 cm
30 - 39 cm
GD siehe Tab. A9
Abb. 19: Horizontale Eindringwiderstände der Fläche NRW konv in Abhängigkeit von
Messzeitpunkt und Belastungsvariante
Auf der Fläche NRW konv resultieren hohe mechanische Belastungen i. d. Regel in
signifikant höheren Eindringwiderständen bezogen auf die unbefahrene Kontrolle.
Demgegenüber gestellt finden sich in Abb. 20 die horizontalen Eindringwiderstände von
NRW kons. Die Ergebnisse zeigen, dass auf dieser Fläche signifikant höhere
Eindringwiderstände gegenüber der Kontrolle für die Varianten ab 3,3 Mg Radlast auf die
Schicht 5 – 14 cm beschränkt sind. In der Schicht 18 – 27 cm sind signifikante Effekte auf
Varianten ab einer Radlast von 6,3 Mg und nur auf das Jahr 2008 beschränkt. In der Tiefe
von 30 – 39 cm sind keine Effekte der Befahrungen auf den horizontalen Eindringwiderstand
nachzuweisen. Einzige Ausnahme bildet hierbei die Sonderfläche Geophysik, dessen
Mehrfachüberrollung (Schlepperräder 4-fach, MOVIS 1-fach) als kritisch im Hinblick auf die
Effekte auch in dieser Bodenschicht betrachtet werden muss.
59

horizontaler Eindringwiderstand [MPa]
1,5
1,0
0,5
1,5
1,0
0,5
1,5
1,0
0,5
2006
Kontrolle
3,3Mg @ 50kPa
3,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 350kPa
Fläche Geophysik
2007
Kontrolle
3,3Mg @ 50kPa
3,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 350kPa
Fläche Geophysik
2008
Kontrolle
3,3Mg @ 50kPa
3,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 160kPa
6,3Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 250kPa
7,5Mg @ 350kPa
Fläche Geophysik
5 - 14 cm
17 - 28 cm
30 - 39 cm
GD siehe Tab. A10
Abb. 20: Horizontale Eindringwiderstände der Fläche NRW kons in Abhängigkeit von
Messzeitpunkt und Belastungsvariante
TASIS liefert gut abgestufte Ergebnisse bezogen auf die einzelnen Belastungsvarianten, so
dass in einem nächsten Schritt ein Vergleich der Eindringwiderstände bezogen auf die
Versuchsfaktoren Radlast und Reifeninnendruck durchgeführt werden soll. Als Beispiel
hierfür dient wiederum die Fläche NRW konv, die Ergebnisse im Mittel aller Standorte finden
sich im Anhang.
60

horizontaler EindringwiderstandMPa
1,5
1,0
0,5
1,5
1,0
0,5
1,5
1,0
0,5
3,3 Mg
160 kPa
6,3 Mg
7,5 Mg
3,3 Mg
250 kPa
6,3 Mg
7,5 Mg
5 - 14 cm
18 - 27 cm
30 - 39 cm
GD siehe Tab. A12
Abb. 21: Horizontale Eindringwiderstände bei 160kPa und 250kPa Reifeninnendruck auf
der Fläche NRW konv in Abhängigkeit von Radlast und Bodentiefe
Die Abb. 21 zeigt die Auswirkung des Faktors Radlast auf den horizontalen
Eindringwiderstand für den Standort NRW konv in den entsprechenden Messtiefen. In den
Bereichen 5 – 14 cm und 18 – 27 cm sind die Unterschiede im horizontalen
Eindringwiderstand bei verschiedenen Radlasten gering und liegen in allen Fällen bei

horizontaler EindringwiderstandMPa
1,5
1,0
0,5
1,5
1,0
0,5
1,5
1,0
0,5
50 kPa
3,3 Mg
160 kPa
250 kPa
350 kPa
50 kPa
6,3 Mg
160 kPa
250 kPa
350 kPa
50 kPa
7,5 Mg
160 kPa
250 kPa
350 kPa
5 - 14 cm
18 - 27 cm
30 - 39 cm
GD siehe Tab. A14
Abb. 22: Horizontale Einringwiderstände bei verschiedenen Radlasten in Abhängigkeit
von Reifeninnendruck und Bodentiefe auf der Fläche NRW konv
Ein weiterer Aspekt der Beurteilung von TASIS muss aufgrund der Stärke seines Eingriffes in
das Bodengefüge berücksichtigt werden, da die Messschare bei einer Messung die
entsprechenden Bereiche lockern. Hierzu wurden die Eindringwiderstände in Abhängigkeit
ihrer Einsatzhäufigkeit verglichen. Bereiche, die bereits 2006 mit TASIS erfasst worden
waren, wurden in den folgenden Jahren nochmals gemessen, so dass 2008 Datensätze
zugrunde lagen, die Daten bei einem erstmaligen, bzw. zweiten oder dritten Einsatz am
gleichen Ort wiedergeben. Die Ergebnisse sind in Abb. 23 dargestellt.
Trotz einer gewissen Ungenauigkeit, die aufgrund der messsystem- und fahrtechnischer
Begrenzungen zu unterstellen ist, ergibt sich ein eindeutiges Ergebnis: In 75% der
dargestellten Fälle waren die horizontalen Eindringwiderstände beim dritten Termin
signifikant niedriger gegenüber der ersten Messung. Die Quote zwischen zweitem und
drittem Termin lag ebenfalls bei 75%, zwischen erstem und zweitem Termin betrug sie
66,7%. Es muss somit unterstellt werden, dass das Messsystem TASIS einen störenden
Effekt auf das Bodengefüge hat, was insbesondere bei konservierender Bodenbearbeitung
als kritisch angesehen werden muss. Eine flächenhafte Beprobung mit TASIS sollte daher die
Möglichkeiten von GIS-Programmen und geostatistischer Methoden einbeziehen.
62

horizontaler Eindringwiderstand [MPa]
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
2,0
1,5
1,0
0,5
0,0
SH kons.
1. TASIS-Einsatz
2. TASIS-Einsatz
3. TASIS-Einsatz
SH konv.
1. TASIS-Einsatz
2. TASIS-Einsatz
3. TASIS-Einsatz
NRW kons.
1. TASIS-Einsatz
2. TASIS-Einsatz
3. TASIS-Einsatz
NRW konv.
1. TASIS-Einsatz
2. TASIS-Einsatz
3. TASIS-Einsatz
5 - 14 cm
17 - 28 cm
30 - 39 cm
Abb. 23: Horizontaler Eindringwiderstand nach Standort und Messtiefenbereich in
Abhängigkeit von der Häufigkeit des erfolgten Einsatzes an gleicher Stelle
3.1.5 Ruhedruckbeiwert
Der Ruhedruckkoeffizient oder Ruhedruckbeiwert ist eine dimensionslose Größe und wird
aus der im Boden vorherrschenden horizontalen Hauptspannung bezogen auf die vertikale
Hauptspannung errechnet. Die Datengrundlage hierfür bildeten die Vertikalpenetrometer-
messungen zum Zeitpunkt nach erfolgter Befahrung und den TASIS-Messdaten, die in
ungestörtem Boden erhoben wurden.
Die Ergebnisse dieser Betrachtung sind in Abb. 24 zusammengefasst. Wie schon bei den
vertikalen und horizontalen Einzelmessungen ist auch hier zu erkennen, dass die
Ruhedruckkoeffizienten der schleswig-holsteinischen Versuchsflächen stärker streuen als
die Versuchsflächen in NRW.
63

Ruhedruckkoeffizient
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
unbefahren
SH kons
nur Schlepper
3,3 Mg
6,3 Mg
7,5 Mg
unbefahren
SH konv
nur Schlepper
3,3 Mg
6,3 Mg
7,5 Mg
unbefahren
NRW kons
nur Schlepper
3,3 Mg
6,3 Mg
7,5 Mg
unbefahren
NRW konv
nur Schlepper
3,3 Mg
6,3 Mg
7,5 Mg
5 - 14cm
18 - 27cm
30 - 39cm
Abb. 24: Ruhedruckkoeffizienten der Versuchsflächen in unterschiedlichen
Bodenschichten in Abhängigkeit der Radlast
Nach Fazekas (2005) liegt der Ruhedruckkoeffizient zwischen 0,2 und 0,7 und ein Boden
kann als überverdichtet angesehen werden, wenn sich der Koeffizient dem Wert 1 nähert.
Die im Verlauf des Projektes ermittelten Einzelwerte bewegen sich zwischen einem Minimum
von 0,23 und einem Maximum von 0,97. Die Mittelwerte der in Abb. 24 dargestellten Daten
liegen zwischen 0,37 und 0,69.
Bezogen auf die Bodentiefe liegen die Werte in dem Bereich von 5 – 14 cm mit
durchschnittlich 0,52 etwas höher als in den Schichten 18 – 27 cm (0,46) und 30 – 39 cm
(0,49). Im Hinblick auf die Radlastvariante lassen sich nur sehr geringe Unterschiede
erkennen: in der Kontrolle liegt der Ruhedruckkoeffizient bei 0,45 und ist in den befahrenen
Parzellen mit Werten zwischen 0,49 (6,3 Mg) und 0,50 (3,3 Mg), bzw. 0,51 (7,5 Mg)
einheitlich leicht erhöht.
So lässt sich insgesamt festhalten, dass mit der Ermittlung des Ruhedruckkoeffizienten als
Maß für eine vorliegende Bodenverdichtung keine nennenswerten Effekte auf den
Versuchsflächen durch die Befahrung erzielt wurden. Eine Überverdichtung der Böden ist bei
dieser Betrachtung nicht zu unterstellen.
64

3.1.6 Zugkraftbedarf, Rollwiderstand, Spurtiefen
Spurtiefen
Die ermittelten Spurtiefen wurden von der Bodenbearbeitung, der Radlast und dem Reifen-
innendruck beeinflusst, wie Abb. 25 zeigt.
Die Spurtiefen bei konservierender Bodenbearbeitung lagen mit durchschnittlich 4,3 cm
gegenüber 5,7 cm bei konventioneller Bodenbearbeitung um 24,6% niedriger, wobei der
Effekt der Bodenbearbeitung in SH relativ stärker war (-32,5%) als in NRW (-20,3%).
Spurtiefe [cm]
0,0
-1,0
-2,0
-3,0
-4,0
-5,0
-6,0
-7,0
-8,0
-3,2
SH kons.
-4,1
-4,1
-4,7
-4,9
-5,4
-4,9
SH konv.
-6,3
-6,0
-7,2
-6,8
-7,9
NRW kons.
-3,9
-4,6
-5,0
-5,3
NRW konv.
Abb. 25: Mittlere Spurtiefen nach Versuchsstandort und Belastungsvariante
-2,8
-3,6
-3,2
-4,6
-5,4
-6,0
-6,0
-7,1
Variante
3,3Mg@50kPa
3,3Mg@160kPa
6,3Mg@160kPa
6,3Mg@250kPa
7,5Mg@250kPa
7,5Mg@350kPa
Die Erhöhung der Radlast führte am Standort NRW zu durchschnittlich 0,5 cm tieferen
Spuren. Auf den schleswig-holsteinischen Versuchsflächen hingegen war eine leichte
Verringerung der Spurtiefe um 0,1 cm bei höheren Radlasten zu erkennen. Dieses liegt in
der Messmethode begründet, die die Spurtiefe im Stollenabdruck in der Reifenmitte erfasst.
Bei den leicht geneigten schleswig-holsteinischen Versuchsflächen fand eine Befahrung quer
zur Hangneigung statt, so dass sich Radlasten relativ stärker auf der hangzugewandten
Seite des Reifens abstützten und den zentralen Bereich unterhalb des Reifens relativ
weniger stark belasteten.
Der Effekt eines angepassten Reifeninnendruckes war auf allen Versuchsflächen zu
beobachten. Eine Absenkung des Reifeninnendruckes von 160 kPa auf 50 kPa bei 3,3 Mg
Radlast resultierte in durchschnittlich 1,2 cm flacheren Spuren (-35,4%), von 250 kPa auf
65

160 kPa bei 6,3 Mg reduzierte die Spurtiefe um durchschnittlich 0,7 cm (-15,0%) und bei
7,5 Mg führte eine Absenkung von 350 kPa auf 250 kPa zu 0,6 cm flacheren Spuren (-
11,3%).
Die Methode zwei Ultraschallsensoren zur Messung des Abstandes zum Boden, bzw. zum
Spurgrund zu nutzen und per Differenzbildung die Spurtiefe zu errechnen, erwies sich als
nicht geeignet. Die Abtastrate der Sensoren war bauartbedingt zu niedrig (ca. 70 Hz) und der
Abtastbereich der Schallkeule zu groß, um die Bereiche differenziert aufzulösen. Auch ein
Wanken des MOVIS konnte bei der Montage von nur zwei Sensoren zu Fehlmessungen
führen. In einem weiteren Schritt wurde im Frühjahr 2008 ein Triangulations-Lasersensor
hinter dem Messreifen montiert und die Werte mit denen zweier Ultraschallsensoren rechts
und links des Reifens verrechnet. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit
manuell erhobenen Daten, gehen jedoch durch die hohe Abtastrate von 1000 Hz mit einer
großen Datenmenge einher, die nachträglich aufwendig verarbeitet werden muss.
Abb. 26 zeigt exemplarisch einen Messschrieb dieser Methode. Durch die hohe Abtastrate
ist die Differenzierung der Bereiche Stollenabdruck und Stollenzwischenraum gut erkennbar.
Die Filterung der Messwerte im Online-Betrieb stellt hohe Ansprüche an die Rechenleistung
der Messtechnik. Mit ihr wäre aber eine Online-Erfassung der Spurtiefe und im zweiten
Schritt eine Online-Darstellung der aktuellen Reifenkontaktfläche denkbar.
Spurtiefe [cm]
0
-1
-2
-3
-4
-5
-6
-7
-8
-9
Messschrieb der Spurtiefenerfassung per Laser-Sensor
Fläche NRW konv / 7,5Mg @ 350kPa
Zeit [ms]
1 501 1001 1501 2001 2501 3001 3501 4001 4501
Abb. 26: Datenschrieb einer Messreihe zur Online-Erfassung der Spurtiefe per Laser-
Sensor, Bereiche der Stollen und Stollenzwischenräume sind klar
differenzierbar
66

3.1.7 Rollwiderstand und Rollwiderstandskoeffizient
Auch für die Messungen des Rollwiderstandes erwiesen sich die Versuchsflächen des
Versuchsgutes Merklingsen aufgrund der ebenen Versuchsflächen als sehr günstig. Die
Ergebnisse des Versuchsstandortes Kiel werden z. T. von unterschiedlich starken
Hangneigungen beeinflusst.
In der Datenauswertung wurden einige Datensätze nicht, bzw. gesondert berücksichtigt. Die
Messungen des Frühjahres 2006 wiesen eine starke Beeinflussung der Datenqualität durch
die Riefenbildung in der Hauptgleitlagerbuchse der kardanischen Aufhängung des MOVIS
insbesondere bei der leichten Radlastvariante auf. Des Weiteren konnte durch einen Bruch
der DMS im Herbst 2006 in Kiel keine Datenerfassung erfolgen.
In Abb. 27 sind die Ergebnisse der Rollwiderstandsmessungen zusammengefasst. Der
Termin Frühjahr 2006 ist hierbei aus den genannten Gründen nicht berücksichtigt worden.
Rollwiderstand [N]
18.000
16.000
14.000
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0
18.000
16.000
14.000
12.000
10.000
8.000
6.000
4.000
2.000
0
3,3Mg@50kPa
3,3Mg@160kPa
6,3Mg@160kPa
6,3Mg@250kPa
7,5Mg@250kPa
7,5Mg@350kPa
SH
NRW
Bodenbearbeitung
konservierend
konventionell
Abb. 27: Rollwiderstände der einzelnen Belastungsvarianten in Abhängigkeit von
Standort und Bodenbearbeitungssystem (ohne Frühjahr 2006)
Die Messdaten der nordrhein-westfälischen Versuchsflächen lassen erkennen, dass in der
Radlastvariante 3,3 Mg nur geringe Unterschiede zwischen den Bodenbearbeitungs-
systemen liegen. Die Werte der konventionell bearbeiteten Fläche liegen hier nur um 4,7%
(50 kPa), bzw. 8,8% (160 kPa) über den entsprechenden Werten bei konservierender
Bodenbearbeitung. Bei höheren Radlasten steigt die relative Bedeutung des
Bodenbearbeitungssystems: bei einer Radlast von 6,3 Mg liegen die Rollwiderstände auf
NRW konv 5,7% (160 kPa), bzw. 13,9% (250 kPa) höher, bei 7,5 Mg liegen sie 14,5%
67

(250 kPa) und 16,4% (350 kPa) über denen auf der konservierend bewirtschafteten Fläche
gemessenen Werten.
Der Versuchsstandort Schleswig-Holstein weist ein insgesamt ein höheres Messwertniveau
auf, was auf die Hangneigung der Versuchsflächen zurückzuführen ist. Die Einflüsse von
Bodenbewirtschaftungssystem und Radlasten sind erkennbar, wenn auch nicht so klar
ausgeprägt wie auf den ebenen Bördeflächen.
In Abb. 28 ist der Einfluss des Reifeninnendruckes bei den einzelnen Radlastvarianten auf
den Rollwiderstand auf den Versuchsflächen dargestellt.
Rollwiderstand [N]
17.500
15.000
12.500
10.000
7.500
5.000
2.500
0
17.500
15.000
12.500
10.000
7.500
5.000
2.500
0
17.500
15.000
12.500
10.000
7.500
5.000
2.500
0
17.500
15.000
12.500
10.000
7.500
5.000
2.500
0
3,3 Mg
6,3 Mg
7,5 Mg
SH kons.
SH konv.
NRW kons.
NRW konv.
Reifeninnendruck
50kPa
160kPa
250kPa
350kPa
Abb. 28: Rollwiderstand der einzelnen Radlastvarianten in Abhängigkeit des
Reifeninnendrucks
Wie schon bei der Betrachtung des Einflusses des Bodenbewirtschaftungssystems sind bei
einer Radlast von 3,3 Mg keine nennenswerten Unterschiede zwischen den
Reifeninnendrücken 50 kPa und 160 kPa zu erkennen. Bei 6,3 Mg Radlast erhöhen sich die
Rollwiderstände auf den Flächen NRW kons und NRW konv um 1,6%, bzw. 9,5% bei einer
Erhöhung des Reifeninnendruckes. Für die Radlast 7,5 Mg liegen der Mehrbedarf für die
Rollarbeit des Reifens bei 8,7% (NRW kons) und 10,5% (NRW konv).
Am Versuchsstandort Schleswig-Holstein sind die Ergebnisse zumindest für SH konv
vergleichbar: Der Mehrbedarf für das Rollen des Reifens durch die Erhöhung des
Reifeninnendruckes liegt bei 3,9% (3,3 Mg), 9,1% (6,3 Mg) und 8,4% (7,5 Mg). Auf SH kons
mit seinem ausgeprägteren und heterogeneren Relief werden die Effekte eines angepassten
Reifeninnendruckes überlagert durch wechselnd starke Hangneigung. So weisen einige
Varianten z. T. niedrigere Werte bei abgesenkten Reifeninnendrücken (für 3,3 Mg und
68

6,3 Mg), bzw. stark ansteigende Werte (+20% bei 7,5 Mg) gegenüber den entsprechenden
Varianten mit höheren Reifeninnendrücken auf.
Eine weitere Kenngröße für die Bewertung der Rolleigenschaften von Reifen auf einer
Oberfläche ist der Rollwiderstandskoeffizient (Rollwiderstandsbeiwert). Er ist dimensionslos
und berechnet sich als Quotient aus dem Rollwiderstand in Newton und der Radlast,
ebenfalls in Newton.
Die Ergebnisse der Berechnungen des Rollwiderstandskoeffizienten sind in Tabelle
9zusammengefasst. Die ermittelten Werte liegen zwischen 0,127 und 0,230, wobei auch
diese Werte durch die Hangneigung der Kieler Versuchsstandorte beeinflusst werden.
Insgesamt liegen die Werte jedoch in einem Bereich, der sich mit den von Rhenius (1987)
genannten Werten deckt.
Tabelle 9: Rollwiderstandskoeffizienten nach Fläche, Radlast und Reifeninnendruck
Radlast Reifendruck SH kons SH konv NRW kons NRW konv
3,3 Mg 50 kPa 0,230 ± 0,039 0,224 ± 0,050 0,174 ± 0,041 0,182 ± 0,047
160 kPa 0,216 ± 0,046 0,233 ± 0,040 0,170 ± 0,040 0,184 ± 0,052
6,3 Mg 160 kPa 0,183 ± 0,048 0,156 ± 0,034 0,127 ± 0,035 0,135 ± 0,036
250 kPa 0,166 ± 0,030 0,170 ± 0,038 0,129 ± 0,034 0,147 ± 0,035
7,5 Mg 250 kPa 0,160 ± 0,032 0,170 ± 0,043 0,128 ± 0,031 0,147 ± 0,022
350 kPa 0,193 ± 0,038 0,184 ± 0,027 0,140 ± 0,035 0,162 ± 0,027
Wie schon bei den Rollwiderständen, so zeigt sich auch bei den Rollwiderstandskoeffizienten
der relativ stärkere Einfluss des Bodenbewirtschaftungssystems bei steigenden Radlasten.
So liegen am Standort NRW die Werte bei konventioneller Bodenbearbeitung um 6,7% (bei
3,3 Mg), 9,9% (bei 6,3 Mg) und 16,4% (bei 7,5 Mg) über den entsprechenden Werten bei
konservierender Bodenbearbeitung. Ein erhöhter Reifeninnendruck resultiert in Abhängigkeit
von der Radlast in einer Erhöhung des Rollwiderstandskoeffizienten um durchschnittlich
6,6% bei 6,3 Mg, bzw. 7,2% bei 7,5 Mg. Bei einer Radlast von 3,3 Mg verändert der
unterschiedliche Reifeninnendruck den Rollwiderstandskoeffizienten nicht.
3.1.8 Ergänzende bodenkundliche Untersuchungen
Um die mit dem Vertikalpenetrometer und TASIS erhobenen Daten besser bewerten zu
können, wurden nach Ablauf des Versuches auf der Fläche NRW konv ergänzende
bodenkundliche Untersuchungen in den Bodentiefen 36 – 40 cm und 60 – 64 cm
durchgeführt. Beprobt wurden die Kontrollfläche, die innerhalb des Versuchsdesigns
gelegene Variante 7,5Mg@350kPa und die Sonderfläche Geophysik. Die Beprobungen
beinhalteten die Entnahme von Stechzylinderproben und Spatendiagnosen, die von Prof. Dr.
Thomas Weyer aus dem Fachbereich Agrarwirtschaft der FH-SWF durchgeführt wurde. Für
die Stechzylinderuntersuchungen wurden Stechzylinder mit 100 cm³ Volumen gewählt, die
69

vertikal mit 20 Wiederholungen pro Tiefe gezogen wurden. Im Juni 2008 fand die
Stechzylinderentnahme statt, die Spatendiagnose erfolgte im Oktober 2008. Zu diesen
Zeitpunkten befand sich die Fläche bereits wieder in Bewirtschaftung. Sie war im Frühjahr
mit Futterrüben bestellt worden, nachdem zuvor (unmittelbar nach Ende der
Befahrungsversuche) die Ausbringung von Festmist, eine Tiefenlockerungsmaßnahme auf
35 cm und wendende Bodenbearbeitung erfolgt war. Die Spatendiagnosen erfolgten
entsprechend Ad-Hoc-AG Boden (2005), DIN 19682-10 (Deutsches Institut für Normung e.V.
2007) und der maßgeblichen LFL–Information (2005). Die Ergebnisse der
Stechzylinderuntersuchungen befinden sich in Tabelle 10, jene der Spatendiagnose in Tab.
A 18 und A 19 im Anhang.
Tabelle 10: Ergebnisse der Stechzylinderproben der Versuchfläche NRW konv
Tiefe Daten Kontrolle Parzelle
7,5Mg@350kPa
Sonderbereich
Geophysik
36-40 cm Lagerungsdichte 1,54 1,57 1,58
Gesamtporenvolumen 40,05 38,51 38,38
weite Grobporen 4,58 2,17 2,42
enge Grobporen 3,66 4,27 3,10
mittlere Poren 20,53 20,60 21,32
Feinporen 11,28 11,48 11,54
Porenziffer 0,67 0,63 0,62
kf-Wert 44,70 27,10 14,40
60-64 cm Lagerungsdichte 1,53 1,50 1,51
Gesamtporenvolumen 40,40 41,62 41,66
weite Grobporen 4,99 5,63 5,33
enge Grobporen 3,76 4,61 4,51
mittlere Poren 18,19 19,06 18,90
Feinporen 13,46 12,32 12,92
Porenziffer 0,68 0,72 0,71
kf-Wert 103,40 153,40 30,40
Im Bereich der oberen Beprobungstiefe sind klare Veränderungen durch die Befahrungen
festzustellen. Das Porenvolumen insgesamt nimmt in den befahrenen Parzellen um
durchschnittlich 1,6 Prozentpunkte ab, während die Lagerungsdichte geringfügig zunimmt.
Weiterhin auffällig ist die Abnahme der hydraulischen Leitfähigkeit durch die mechanischen
70

Belastungen um 39,4%, bzw. 67,8% (Sonderbereich Geophysik). Besonders auffällig ist die
Abnahme der weiten Grobporen der befahrenen Parzellen gegenüber der Kontrolle.
In der Betrachtung der Ergebnisse aus der Probentiefe 60 – 64cm sind bei keinem der
untersuchten Parameter Effekte der Befahrungen erkennbar. Die starken Schwankungen in
den kf-Werten dieser Proben sind ungerichtet und lassen keine eindeutige Interpretation zu.
Im Bereich der oberen Beprobungstiefe sind Veränderungen durch die Befahrungen
festzustellen. Das Porenvolumen insgesamt liegt in den befahrenen Parzellen um
durchschnittlich 1,6 Prozentpunkte niedriger. Die Lagerungsdichte ist in den befahrenen
Bereichen geringfügig erhöht, liegt aber stets in einem Bereich, der nach Bodenkundlicher
Kartieranleitung (Ad-Hoc-AG Boden 2005) als mittel (1,45 – 1,65 g/cm³) einzustufen ist.
Besonders auffällig ist jedoch die Abnahme der weiten Grobporen der befahrenen Parzellen
gegenüber der Kontrolle. Nach Lebert (2004) sind Werte

Bodenart im Bereich der Bodenartenhauptgruppen Sande und Lehme bewegt. Die größten
Tongehaltsunterschiede im nahen Unterboden traten zwischen den beiden Versuchsgütern
in Schleswig-Holstein auf, mit Ls3 in Hohenschulen zu Su3 auf dem Lindhof. Die beiden
Lössstandorte zeigten homogene Bodenarten mit leichten horizontbezogenen
Tongehaltsunterschieden im Bereich zw. Ut3 und Ut4.
3.2.1.1 Versuchsgut Merklingsen, NRW, konservierend bewirtschafteter Schlag
Reinecke
Die konservierend bewirtschaftete Fläche des Versuchsgutes Merklingsen wird seit 1993 mit
Kons.saatverfahren bis in ca. 10cm Tiefe bearbeitet. Das untersuchte Leitprofil der Fläche
wurde als Parabraunerde-Pseudogley (LL-SS) aus Lößlehm angesprochen (siehe Tabelle
11). Die Bodenarten liegen zwischen mittel bis stark tonigem Schluff. Die Tongehalte
variieren zwischen 16 und 21%, wobei das Maximum entsprechend der Pedogenese in den
BtSd-Horizonten und das Minimum im Ap- und AlSw-Horizont liegen. Die Trockenrohdichten
und das Gesamtporenvolumen aller Horizonte sind als mittel zu klassifizieren (AD-hoc-
AGBoden, 2005). Die Porenvolumen der einzelnen Horizonte bewegen sich zwischen 44
vol% im Bearbeitungshorizont und 40 vol% im Unterboden und sind für die stark schluffigen
Böden als gering einzuordnen, der Anteil der LK lässt auf eine bereits kompakte Lagerung
des Bodens schließen. Die mechanische Stabilität (pF1,8) der Fläche ist für Ober- und
Unterboden als gering zu bewerten.
Tabelle 11: Physikalische Eigenschaften des Leitprofils der konservierend
bewirtschafteten Fläche Reinecke
Standort:Versuchsgut Merklingsen, NRW, konservierende Bodenbearbeitung
LL-SS/ Parabraunerde-Pseudogley aus Lößlehm
C pH
Boden-
Porengrößenverteilung Vol[%] Vorbelastung
Tiefe Horizont org. Wert Sand Schluff Ton art ρt PV wGP eGP MP FP (pF 1,8)
[cm] [%] CaCl Gew.[%]
[g/cm³] Vol [%] >50µm 10-50µm 0,2-10µm < 0,2 µm Pv [kPa]
0-15 Ap 2,3 6,6 3 81 16 Ut3 1,48 44 1 2 29 12 55
15-28 rAp - - - - - - - -
28-45 AlSw 0,8 6,5 2 81 17 Ut3 1,56 40 4 2 20 14 55
45-65 BtSd1 0,5 6,6 2 77 21 Ut4 1,50 43 6 2 19 16 60
65-135 BtSd2 0,3 6,7 2 77 21 Ut4 1,57 41 3 1 18 19 53
3.2.1.2 Versuchsgut Merklingsen, NRW, konventionell bewirtschafteter Schlag
Ruhmlifholz
Die konventionell bearbeitete Fläche erfuhr bis 2003 eine jährlich wendende
Bodenbearbeitung bis in 28 cm Tiefe. Das untersuchte Leitprofil ist eine Pseudogley- (Para)
Braunerde (SS-LL) aus Lößlehm (Tabelle 12). Die Bodenart ist mittel toniger Schluff. Die
Tongehalte variieren innnerhalb der Bodenart zwischen 13 und 16%, wobei das Maximum
entsprechend der (schwachen) Tonverlagerung im SdBtv-Horizont liegt. Das
Gesamtporenvolumen lässt sich im mittleren Bereich einordnen, wobei
Gesamtporenvolumen und das Grobporenvolumen hinsichtlich der Bodenart als gering zu
bewerten sind (Scheffer &Schachtschabel, 2002). Die Trockenrohdichten der oberen
Horizonte sind als mittel zu klassifizieren, die des Unterbodens als hoch (AD-hoc-AGBoden,
2005). Gegenüber dem bearbeiteten Pflughorizont ist im SwAlBv- und SdBtv-Horizont eine
72

Zunahme der Dichte mit gleichzeitiger Abnahme der weiten Grobporen zu verzeichnen. Die
mechanische Stabilität (pF1,8) des Bearbeitungshorizontes ist als gering einzustufen, die
Pflugsohle und der Unterboden zeigen mittlere Werte.
Tabelle 12: Physikalische Eigenschaften des Leitprofil der konventionell bewirtschafteten
Fläche Ruhmlifsholz
Standort: Versuchsgut Merklingsen,NRW, konventionelle Bodenbearbeitung
SS-LL/ Pseudogley- (Para-) Braunerde aus Lößlehm
C pH
Boden-
Porengrößenverteilung Vol[%] Vorbelastung
Tiefe Horizont org. Wert Sand Schluff Ton art ρt PV wGP eGP MP FP (pF 1,8)
[cm] [%] CaCl Gew.[%] [g/cm³] Vol[%] >50µm 10-50µm 0,2-10µm < 0,2 µm Pv [kPa]
0-35 Ap 1,9 6,6 3 84 13 Ut3 1,42 46 7 6 23 10 31
35-60 SwAlBv 0,5 6,9 3 84 13 Ut3 1,57 40 3 5 20 12 75
60-140 SdBtv 0,5 6,8 2 82 16 Ut3 1,62 39 3 4 18 14 62
>140 Bv - - - - - - -
3.2.1.3 Versuchsgut Hohenschulen, S-H, konservierend bewirtschafteter
Schlag SFB 192
Die konservierend bewirtschafteten Flächen auf dem Versuchsgutes Hohenschulen gehören
zum Sonderforschungsbereich 192 der zum 1.Januar 1991 an der Universität Kiel
eingerichtet wurde. Die dem Projekt zur Verfügung gestellten Versuchsflächen werden seit
1991 mit dem konservierenden Bodenbearbeitungsverfahren der Frässohlensaat (Horsch
System) bis in ca. 8cm Tiefe bearbeitet. Das untersuchte Leitprofil der Fläche wurde als
erodierte Pseudogley-Parabraunerde (SS-LL) aus Geschiebelehm angesprochen (siehe
Tabelle 13). Die Bodenarten variieren zwischen stark lehmigen Sand und mittel sandigem
Lehm. Die Tongehalte liegen zwischen 16 und 19%, wobei das Maximum entsprechend der
Pedogenese in den SBt-Horizonten und das Minimum im Ap- Horizont liegt. Die
Trockenrohdichten sind mit Ausnahme des Bearbeitungshorizontes als hoch einzustufen, die
Gesamtporenvolumina aller Horizonte demgegenüber als gering zu klassifizieren. Die
Porenvolumen der einzelnen Horizonte bewegen sich zwischen 37 Vol% im
Bearbeitungshorizont und 34 Vol% im ehemaligen Pflughorizont und sind für die lehmigen
Sandböden sehr gering. Auch hier lässt der Anteil der LK auf eine bereits kompakte
Lagerung des Bodens, besonders des ehemaligen Bearbeitungshorizontes, schließen. Die
mechanische Stabilität (pF1,8) der Fläche ist für die Bearbeitungshorizonte als gering
einzustufen, die Unterbodenhorizonte weisen mittlere bis geringe Vorbelastungswerte auf.
Tabelle 13: Physikalische Eigenschaften des Leitprofil der konservierend bewirtschafteten
Versuchsfläche SFB 192
Standort:Versuchsgut Hohenschulen, S-H, konservierende Bodenbearbeitung
SS-LL/ Pseudogley-Parabraunerde aus Geschiebelehm
Tiefe Horizont
C
org.
pH
Wert Sand Schluff Ton
Bodenart
ρt
Vorbelastung
wGP eGP MP FP (pF 1,8)
[cm] [%] CaCl2 Gew.[%] [g/cm³] Vol [%] >50µm 10-50µm 0,2-10µm < 0,2 µm Pv [kPa]
0-10cm Ap - 54 30 16 Sl4 1,51 37 5 7 15 10 30
10-28cm rAp 1,7 6,9 54 30 16 Sl4 1,75 34 7 6 12 10 47
28-45cm SBt 1 0,5 6,5 50 31 19 Ls3 1,69 37 7 7 14 9 65
45-70cm SBt 2 0,4 6,5 49 33 18 Ls3 1,67 35 4 5 6 20 52
70-140cm Bv - 55 31 14 Sl4 1,66 36 - - - - -
GPV
Porengrößenverteilung Vol[%]
73

3.2.1.4 Versuchsgut Lindhof, S-H, konventionell bewirtschafteter Schlag Große
Hofkoppel
Die Versuchsfläche auf dem Lindhof stand über zwei Jahre vor dem Versuch unter Grünland
(Kleegrasversuch) und wurde seit Beginn des Projektes dann jährlich bis in 28 cm Tiefe
wendend bearbeitet. Die Fruchtfolge rotiert, der ökologischen Bewirtschaftung entsprechend,
zwischen Klee(gras), Sommergetreide, Körnerleguminosen, Kartoffeln und Winterweizen.
Das untersuchte Leitprofil wurde als Parabraunerde-Braunerde (LL-BB) aus Geschiebelehm
(Tabelle 14) angesprochen. Die Bodenarten variieren mit Tongehalten von 6 bis 18%
zwischen mittel schluffigem bis stark lehmigem Sand im Ober- und nahen Unterboden und
mittel sandigem Lehm im tieferen Unterboden. Die größere Differenz des Tongehaltes sowie
dessen Maximum erst im tieferen Unterboden lassen auf eine geogene Schichtung eines mit
Geschiebedecksand überlagerten Geschiebemergels schließen. Trotz der geogenen
Schichtung zeichnet sich anhand der Tongehaltsdifferenzen in den oberen Horizonten
ebenfalls eine bereits eingesetzte Lessivierung ab. Die Trockenrohdichte des
Bearbeitungshorizontes ist als mittel zu klassifizieren, die der Unterbodenhorizonte als hoch.
Das Gesamtporenvolumen des Bearbeitungshorizontes sowie dessen Anteil an weiten
Grobporen ist im mittleren Bereich einzuordnen, wobei Gesamtporenvolumen und
Luftkapazität der Unterbodenhorizonte hinsichtlich der Bodenart als gering zu bewerten sind.
Mit zunehmenden Tongehalten in den unteren Btv-Horizonten ist gegenüber dem
bearbeiteten Pflughorizont eine Zunahme der Dichte mit gleichzeitiger Abnahme der weiten
Grobporen zu verzeichnen. Die mechanische Stabilität des Bearbeitungshorizontes ist als
mittel einzustufen, die der restlichen Horizonte als gering (pF1,8).
Tabelle 14: Physikalische Eigenschaften des Leitprofil konventionell bewirtschafteten
Fläche Große Hofkoppel
Standort: Versuchsgut Lindhof ,S-H, konventionelle Bodenbearbeitung
LL-BB/ Parabraunerde-Braunerde aus Geschiebedecksand über Geschiebelehm
C pH
Boden-
Porengrößenverteilung Vol [%] Vorbelastung
Tiefe Horizont org. Wert Sand Schluff Ton art ρt GPV wGP eGP MP FP (pF 1,8)
[cm] [%] CaCl2 Gew.[%] [g/cm³] Vol [%] >50µm 10-50µm 0,2-10µm 50cm II Btv2 0,3 5,9 51 31 18 Ls3 1,71 35 6 3 7 20 45
3.2.2 Bodendruck und Deformationsmessungen
Die Bodendruckmessungen der landtechnischen Verdichtungsversuche ergaben
Unterschiede in den Spannungseinträgen und der Druckfortpflanzung bezüglich der
unterschiedlichen Versuchfaktoren Bodenbearbeitung, Gesamtlast und Reifeninnendruck.
Die Abbildungen zeigen Mediane und Box-Whisker-Plots der berechneten 1.
Hauptspannungen zum Zeitpunkt des höchsten Spannungseintrages der dynamischen
Befahrungsversuche. Die Grundgesamtheiten der einzelnen Versuchvarianten sind je nach
Anzahl der Wiederholungsmessungen und durchgeführten Mehrfachbefahrungen
unterschiedlich und umfassen zum Teil, unter Berücksichtigung gleicher Gewichtung, alle
drei Messtiefen (kleine integrierte Abbildungen).
74

3.2.2.1 Versuchsfaktor Ausgangsmaterial
Die Abb. 29ab zeigt die Gegenüberstellung der mittleren Spannungseinträge (Mediane)
beider Ausgangssubstrate unter Berücksichtigung aller Bodenbearbeitungs-, Last- und
Reifendruckvarianten, zudem sind in Abb. 29a die Ergebnisse der drei Messtiefen
zusammengefasst. Die Gegenüberstellung der Messergebnisse zeigt, dass der primäre
Versuchfaktor der unterschiedlichen Ausgangssubstrate Löss und Geschiebemergel
bezüglich der messbaren mittleren Einträge der 1. Hauptspannung (Abb. 29a) sowie auch
der Spannungsfortpflanzung in die Tiefe (Abb. 29b) keine signifikanten Unterschiede
aufweist. Der Datensatz verdeutlicht allerdings unverkennbar signifikant abnehmende
mittlere Spannungseinträge mit zunehmender Messtiefe. Die Abnahme des
Spannungseintrages beträgt im Geschiebemergel 40% zwischen den Messtiefen 20 zu 40cm
Tiefe bzw. 74% zwischen den Messtiefen 20 und 60cm. Im Löss kommt es zwischen den
Messtiefen 20 und 40cm zu einer ähnlichen Abnahme um 41% und zwischen 20 zu 60cm
zur Abnahme von 72%. Insgesamt lässt sich über einen Vergleich der Varianzen der
einzelnen Messtiefen eine ca. 39% höhere Schwankung der Messwerte im Geschiebemergel
erkennen, welche auf die Substratheterogenitäten der Standorte bzw. Texturunterschiede
der Versuchsflächen zurückzuführen sind.
Abb. 29ab: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors
Ausgangsmaterial dargestellt als Box-Whisker-Plots für alle Messtiefen (n=315)
zusammengefasst sowie jede Einzelmesstiefe (n=105)
75

3.2.2.2 Versuchsfaktor Bodenbearbeitung
Abb. 30ab zeigt die Gegenüberstellung der mittleren Spannungseinträge (Mediane) beider
Bodenbewirtschaftungssysteme unter Berücksichtigung aller Ausgangssubstrate, Last- und
Reifendruckvarianten. Abb. 30a fasst zudem die Ergebnisse der drei Messtiefen zusammen.
Die Gegenüberstellung der Messergebnisse zeigt, dass der primäre Versuchfaktor der
unterschiedlichen Bodenbearbeitungssysteme konventionelle zu konservierender
Bodenbearbeitung bezüglich der messbaren mittleren Einträge der 1. Hauptspannung (Abb.
30a) sowie auch der Spannungsfortpflanzung in die Tiefe (Abb. 30b) tendenzielle bzw. z.T.
auch signifikante Unterschiede aufweist. Mit der Gegenüberstellung der Mediane aller
Messtiefen (Abb. 30a) ergeben sich tendenziell 17% geringere Spannungseinträge, bzw.
geringerer Bodendruck, unter konservierender Bodenbearbeitung. Hinsichtlich der einzelnen
Messtiefen (Abb. 30b) ergeben sich unter konservierender Bodenbearbeitung in 20cm
Messtiefe 21% geringere, in 40cm 8% geringere und in 60cm Tiefe 19% geringerer
Spannungseinträge, wobei diese Unterschiede für die Messtiefen 20cm und 60cm als
signifikant unterschiedlich ausgewiesen werden können. Bezüglich der Druckfortpflanzung
weisen die beiden Bodenbearbeitungssysteme mit Abnahmen des Spannungseintrages von
20 zu 60cm Tiefe mit -74% unter konservierender Bodenbearbeitung und -75% unter
konventioneller Bodenbearbeitung keine Unterschiede auf. Auch bei dieser
Gegenüberstellung des Datensatzes ergeben sich wieder unverkennbar signifikant
abnehmende mittlere Spannungseinträge mit zunehmender Messtiefe.
Abb. 30ab: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors
Bodenbearbeitungssystem dargestellt als Box-Whisker-Plots für alle
Messtiefen zusammengefasst sowie jede Einzelmesstiefe (n=315 bzw.105)
76

3.2.2.3 Versuchsfaktor Auflast
Bodendruckmessungen
Die Gegenüberstellung der mittleren Spannungseinträge (Mediane) der drei Auflastvarianten
unter Berücksichtigung aller Ausgangssubstrate, Bodenbearbeitungssysteme und
Reifendruckvarianten ist in der Abb. 31ab dargestellt. Abb. 31a fasst zudem die Ergebnisse
der drei Messtiefen zusammen. Die Gegenüberstellung der Messergebnisse zeigt, dass der
sekundäre Versuchfaktor der unterschiedlichen Auflast bezüglich der messbaren mittleren
Einträge der 1. Hauptspannung (Abb. 31a) sowie auch der Spannungsfortpflanzung in die
Tiefe (Abb. 31b) tendenzielle bzw. z.T. auch signifikante Unterschiede aufweist. Mit der
Gegenüberstellung der Mediane aller Messtiefen (Abb. 31a) ergeben sich signifikant höhere
Spannungseinträge (Bodendrücke) für zunehmende Radlast. Für die beiden Auflasten 3,3Mg
und 6,3Mg wurde eine signifikante Zunahme des Spannungseintrages von 57% (77kPa)
festgestellt, 3,3Mg zu 7,5Mg ergab eine Zunahme von 69% (94kPa). Die beiden
Schwerlastvarianten mit 6,3Mg und 7,5Mg zeigten eine weitere Bodendruckzunahme von 8%
(16kPa) auf, die allerdings nicht als signifikant ausgewiesen werden kann. Hinsichtlich der
einzelnen Messtiefen zeigt sich die erst signifikante dann tendenzielle Zunahme des
Bodendrucks bezüglich der drei Lastvarianten, für die oberen beiden Messtiefen (Abb. 31b)
ähnlich asymptotisch wie in der zusammenfassenden Abbildung aller Horizonte (Abb. 31a).
Eine Ausnahme mit linear signifikanter Zunahme des Bodendrucks mit allen drei Radlasten
ist dagegen in der Messtiefe von 60cm festzustellen. Insgesamt lassen sich zwischen den
Radlasten 3,3Mg und 7,5Mg Zunahmen der Spannungseinträge von 85% (220kPa zu
405kPa) im Oberboden und 114% (55kPa zu 118kPa) im Unterboden feststellen. Auch hier
ergeben sich signifikant abnehmende mittlere Spannungseinträge mit zunehmender
Messtiefe. Der Vergleich der Varianzen der einzelnen Messtiefen zeigt für die obere
Messtiefe 20cm eine bis zu vierfach größere Schwankung der Messwerte unter allen
Auflastvarianten. Dieser Effekt sowie die hohen mittleren Bodendrücke im Oberboden, die
mit 220- 405kPa über den ermittelten mittleren Kontaktflächendrücken der Lastvarianten
liegen, weisen auf die bei der Kontaktflächenberechung nicht berücksichtigte inhomogene
Druckverteilung an der Reifenoberfläche hin. Durch das Profil der Bereifung kommt es im
Bereich der Stollenaufstandsflächen und in der Spurmitte zu Spannungskonzentrationen die
weit höhere Drücke in den Boden übertragen als die Stollenzwischenräume und
Außenbereiche der Aufstandsfläche.
77

Abb. 31ab: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors Radlast
Deformationsmessungen
dargestellt als Box-Whisker-Plots für alle Messtiefen zusammengefasst sowie
jede Einzelmesstiefe (n siehe Abb.)
In der Abb. 32 ist das vertikale Deformationsverhalten des Bodens in den Messtiefen 20 und
40cm unter Berücksichtigung der Versuchsfaktoren Radlast und Bodenbearbeitungssystem
dargestellt. Die Bodenbewegung ist über zweifarbige Fehlerbalken abgebildet und erlaubt die
Anteile an plastischer und elastischer Deformation zu unterscheiden. In der Messtiefe 20cm
ist mit höherer Radlast unter beiden Bodenbewirtschaftungssystemen eine zunehmende
Gesamtverformung, wie auch zunehmende irreversible plastische Setzung des Bodens
erkennbar. Auf der konservierend bewirtschafteten Fläche reicht die Gesamtverformung des
Bodens von 3mm (Radlast 3,3Mg) bis zu 13mm (Radlast 7,5Mg). Die Zunahme der
vertikalen Bewegung beträgt 10mm und vervierfacht sich mit dieser Lastzunahme in diesem
Messhorizont. Auf der konventionell bewirtschafteten Fläche reicht die Verformung von 4mm
mit der Radlast 3,3Mg bis zu 23mm mit der Radlast von 7,5Mg. Die Zunahme der vertikalen
Bewegung beträgt 19mm und versechsfacht sich nahezu mit dieser Lastzunahme. Die
Zunahme der vertikalen plastischen Verformung oder irreversiblen Setzung zwischen diesen
beiden Radlasten liegt bei 8mm auf der konservierend bewirtschafteten Fläche und bei
11mm auf der konventionell bewirtschafteten. In der Messtiefe 40cm ist mit höherer Radlast
ebenfalls unter beiden Bodenbewirtschaftungssystemen eine zunehmende
Gesamtverformung erkennbar. Eine Zunahme der irreversiblen plastischen Setzung des
Bodens ist in dieser Bodentiefe erst für die Radlasten ab 6,3Mg festzustellen. Auf der
78

konservierend bewirtschafteten Fläche reicht die Gesamtverformung des Bodens von
0,75mm mit der Radlast 3,3Mg bis zu 3mm mit der Radlast von 7,5Mg. Die Zunahme der
vertikalen Bewegung beträgt 2,25mm und vervierfacht sich mit dieser Lastzunahme ebenfalls
in diesem Messhorizont. Auf der konventionell bewirtschafteten Fläche reicht die Verformung
von 1mm mit der Radlast 3,3Mg bis zu 3,3mm mit der Radlast von 7,5Mg. Die Zunahme der
vertikalen Bewegung beträgt hier 2,3mm und verdreifacht sich mit dieser Lastzunahme. Die
Zunahme der vertikalen plastischen Verformung oder irreversiblen Setzung liegt bei 0,76mm
auf der konservierend bewirtschafteten Fläche und bei 1,8mm auf der konventionell
bewirtschafteten. Für die konservierend bewirtschaftete Fläche konnte mit steigender Auflast
ein proportional steigender Anteil an plastischer Verformung zur Gesamtverformung
festgestellt werden. Insgesamt lassen sich bei gemittelter Betrachtung aller
Auflastkombinationen mit 5,2 zu 7,9mm (Mittelwerte 20cm Messtiefe) und 0,3 zu 1,3mm
(Mittelwerte 40cm Messtiefe) größere irreversible vertikale Setzungen unter der
konventionellen Bodenbearbeitung ausweisen. Beim Vergleich der Abnahmen der
Bodenbewegung von der Messtiefe 20cm zu 40cm, zeichnet sich auf konservierend
bewirtschafteter Seite eine bessere Reduktion der Deformation in den Unterboden ab
(konservierend -94%; konventionell -83%), die sich besonders für die Schwerlastvariante mit
6,3Mg Radlast abbildet. Die Radlastvariante mit 7,5Mg überfordert diesen Stabilitätsgewinn
und die vorteilhafte Deformationsreduktion der konservierenden Bodenbearbeitung und zeigt
unter beiden Bodenbearbeitungsvarianten wieder ähnliche Setzungsanteile auf.
Abb. 32: Vertikales Deformationsverhalten des Bodens in den Messtiefen 20cm und
40cm für den Versuchsstandort Merklingsen in Abhängigkeit der
Versuchsfaktoren Auflast und Bodenbearbeitung
79

3.2.2.4 Versuchsfaktor Reifeninnendruck
Abb. 33ab zeigt die Gegenüberstellung der mittleren Spannungseinträge (Mediane) der
beiden Reifeninnendruckvarianten unter Berücksichtigung aller Ausgangssubstrate,
Bodenbearbeitungssysteme und Auflastvarianten. Abb. 33a fasst zudem die Ergebnisse der
drei Messtiefen zusammen. Die Gegenüberstellung der Messergebnisse zeigt, dass der
sekundäre Versuchfaktor des unterschiedlichen Reifeninnendrucks bezüglich der messbaren
mittleren Einträge der 1. Hauptspannung (Abb. 33a) sowie auch der Spannungsfortpflanzung
in die Tiefe (Abb. 33b) scheinbar keine signifikanten bzw. z.T. nicht einmal tendenzielle
Unterschiede aufweist. Der Vergleich der Mediane aller Messtiefen (Abb. 33a) zeigt einen
marginal kleinen Unterschied des Spannungseintrages in der zusammengefassten Form der
Gegenüberstellung aller Radlastvarianten und Messtiefen. Bezüglich der Einzelmesstiefen
(Abb. 33b) lässt sich für die Messtiefe 20cm eine tendenzielle Abnahme des
Spannungseintrages (6%) für den niedrigen Reifeninnendruck erkennen, die beiden
Unterbodenmesstiefen 40cm und 60cm zeigen tendenzielle Zunahmen um 8 bzw. 13% trotz
größerer Aufstandsfläche und scheinbar verminderten Spannungseinträgen im Oberboden.
Abb. 33: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors
Reifeninnendruck (A= niedriger Reifeninnendruck; B= hoher Reifeninnendruck)
dargestellt als Box-Whisker-Plots für alle Messtiefen zusammengefasst (a)
sowie jede Einzelmesstiefe (b) (n= 225 bzw. 75).
Diese Ergebnisse führten dazu die gemittelten Bodendrücke differenzierter auf der
Versuchsebene der einzelnen Radlastvarianten zu betrachten (Abb. 34).
80

Abb. 34: Unterschiede der Spannungseinträge bezüglich des Versuchsfaktors
Reifeninnendruck (A= niedriger Reifeninnendruck; B= hoher Reifeninnendruck)
dargestellt als Box-Whisker-Plots für jede Einzelmesstiefe unter
Berücksichtigung der Radlastvarianten (n= siehe Abb.).
Die Differenzierung auf Einzelmesstiefen der jeweiligen Radlastvarianten zeigt die
Beeinflussung der Spannungseinträge hinsichtlich der beiden Reifeninnendruckvarianten
deutlicher als alle zusammengefassten Darstellungen. In dieser Gegenüberstellung ergeben
sich für die Radlasten 3,3Mg und 6,3Mg deutliche bis signifikante Abnahmen der
Bodendrücke in allen Messtiefen. Im Oberboden (20cm) und im nahen Unterbodenhorizont
(40cm) kommt es bei diesen beiden Radlasten durch den verringerten Reifeninnendruck zu
einer Verminderung des Spannungseintrages um ca. 100kPa, das entspricht Abnahmen zw.
35-180%. Betragsmäßig lassen sich diese Abnahmen des Bodendrucks mit landtechnischen
Ergebnissen der Abnahmen des Kontaktflächendruckes vergleichen. Im tieferen Unterboden
(60cm) liegt die Abnahme, mit einer Verminderung zwischen 17-29kPa, bei ca. 40%. Eine
Ausnahme stellt die Radlastvariante mit 7,5Mg dar. Unter dieser Auflast kommt es im
Oberbodenhorizont (20cm) zur erwarteten signifikanten Verminderung des
Spannungseintrages (-122kPa; -17%), die beiden Unterbodenhorizonte zeigen allerdings mit
vermindertem Reifeninnendruck signifikante Zunahmen des Spannungseintrages um +15-
20% (+17 und +39kPa). Diese Zunahme erklärt sich, unter Berücksichtigung der
landtechnischen Kontaktflächenmessungen, mit einer kleineren Flächenzunahme von 6,3 zu
7,5Mg. Die Vergrößerung der Kontaktfläche Reifen/Boden und damit die Verminderung des
Kontaktflächendruckes reichen unter dieser Radlast nicht aus um die Spannungseinträge im
tieferen Unterboden zu reduzieren, der oberflächliche Effekt dieser geringen Vergrößerung
ist allerdings im Bearbeitungshorizont messbar. Auch in dieser differenzierten Darstellung
lässt sich die Abnahme der Spannungseinträge mit zunehmender Messtiefe sowie die
Zunahme der Spannungseinträge mit höherer Radlast erkennen.
81

3.2.2.5 Bodendruck und Deformation bei Mehrfachbefahrung
Neben den Bodendruck- und Deformationsmessungen der Einfachbefahrungen in den
Versuchsparzellen sind im Sonderforschungsbereich der Bodenkunde auf allen
Versuchsgütern Mehrfachüberfahrten durchgeführt worden, um die Entwicklung der
Spannungsausbreitung und Bodendeformation für häufiger befahrene Feldbereiche zu
untersuchen. Die Abb.35 und Abb.36 zeigen die zusammengefassten Ergebnisse dieser
Untersuchungen.
Abb.35 zeigt in Form linearer Regressionsgeraden die Entwicklung der gemittelten
Spannungseinträge aller Auflastvarianten mit zunehmender Überfahrungshäufigkeit. Von der
1. zur 10. Überfahrt ist im Mittel eine Abnahme des messbaren Bodendrucks in den ersten
beiden Messtiefen erkennbar (20cm -17%; 40cm -12%), der Unterbodenmesshorizont zeigt
kaum Beeinflussung des Spannungseintrages durch die zunehmenden Überrollungen auf.
Die Spannungsabnahme ist im Oberboden am deutlichsten und nimmt zum Unterboden hin
ab, bzw. kehrt sich im Unterboden (60cm) zu einer geringen Zunahme des
Spannungseintrages um (siehe Funktionsgleichung). In Form realer Messwerte liegt die
mittlere Abnahme durch 10 Überfahrten im Bearbeitungshorizont bei 75kPa und im nahen
Unterboden bei 30kPa. Die Stabilisierung und Verfestigung der oberen Bodenhorizonte führt
zu einer Erhöhung der Korn zu Korn Kontakte und zu einem Anstieg des volumetrischen
Wassergehaltes, der gleichzeitig eine Anhebung des Konzentrationsfaktors hervorruft und
damit die Spannungseinträge im Unterboden erhöht. Mit zunehmender
Überrollungshäufigkeit ergib sich also eine zunehmende Tiefenwirkung des Bodendrucks
und damit eine erhöhte Gefahr der Unterbodenverdichtung.
Abb.35: Entwicklung der gemittelten Spannungseinträge (arith. Mittelwerte der
1.Hauptspannung) aller Auflastvarianten in drei Messtiefen (20, 40, 60cm) bei
10facher Überfahrung (n=16).
Abb.36 zeigt exemplarisch die Veränderung der Bodendeformation im Verlauf der 10
Überfahrten für die Radlastvarianten 3,3 und 7,5Mg in der Messtiefe 20cm. Dargestellt sind
die Ergebnisse der vertikalen Verformungsmessung unter Berücksichtigung der
proportionalen Veränderung von plastischen und elastischen Deformationsanteilen. Die
Bewegungsmessungen zeigen eine ähnlich abnehmende Entwicklung wie die Ergebnisse
der Bodendruckmessungen auf. Alle Versuchsflächen zeigen eine Abnahme der Deformation
82

mit zunehmender Überrollung. Die Abnahmen sind in den locker gelagerten
Bearbeitungshorizonten der konventionell bewirtschafteten Flächen deutlicher ausgeprägt
als in den bereits wieder verfestigten und strukturierten ehemaligen Pflughorizonten der
konservierend bewirtschafteten Flächen. In den konventionell gepflügten Horizonten ist auch
das Verhältnis der Abnahme von der 1. zur 2. Befahrung zur Gesamtabnahme bis zur 10.
Überfahrt größer. Alle Messverläufe lassen zudem mit zunehmender Überrollung eine
Abnahme des Anteils an plastischer Verformung hin zur elastischen Verformung oder
vielmehr eine Verfestigung und Stabilisierung des Oberbodens erkennen.
Abb.36: Änderung des Deformationsverhaltens aller Versuchsstandorte in der Messtiefe
20cm bei 10facher Befahrung (Versuchsvarianten 3,3 und 7,5Mg Radlast).
3.2.3 Vorbelastungswert versus Bodendruck
In der Abb.37 sind die horizontspezifischen Bodenstabilitäten (pF 1,8 und 2,5) den
Spannungseinträgen der Befahrungsversuche mit den Radlasten 3,3, 6,3 und 7,5Mg mit
niedrigerem Reifeninnendruck gegenübergestellt. Die Abbildung verdeutlicht, ob der
dynamische Lasteintrag (kPa) den Bodenstabilitätsgrenzwert (kPa) überschreitet und mit der
Gefahr der Bodenverdichtung inkl. plastischer Setzung gerechnet werden muss, oder ob der
Boden gegenüber der Auflast stabil reagiert. Die im Labor ermittelten Stabilitätskennwerte
der Flächen liegen mit Vorbelastungswerten (pF1,8) zwischen 30 und 74kPa im geringen bis
mittleren Bereich. Vergleicht man die Stabilitäten des Ausgangszustandes hinsichtlich des
Versuchsfaktors Bodenbearbeitung zeigen die Flächen in NRW im Tiefenverlauf etwas
höhere Vorbelastungswerte im Oberboden der konservierend bewirtschafteten Fläche
(Bereich des ehem. Bearbeitungshorizontes) gegenüber dem konventionell bewirtschafteten
lockeren Pflughorizont sowie die typisch markante Zunahme des Stabilitätswertes unter
konventioneller Bewirtschaftung im Bereich der mechanisch stark beanspruchten Pflugsohle
und des nahen Unterbodens. Die Flächen in S-H weisen unter konservierend
bewirtschafteter Fläche ebenfalls eine rasche Zunahme der Stabilität im Bereich des ehem.
Bearbeitungshorizontes auf, die Stabilität der konventionell bewirtschafteten Fläche scheint
allerdings mehr durch die Texturheterogenität beeinflusst. Alle beprobten Horizonte, mit
Ausnahme des nahen Unterbodens der konventionell bewirtschafteten Fläche in NRW,
weisen hinsichtlich eines größeren Austrocknungsgrades (höhere Wasserspannung), der
effektiven Spannungsgleichung gemäß, eine Zunahme der Bodenstabilität um im Mittel
19kPa auf. Die Abb.37 fasst die auf den vier Versuchsfeldern im Versuchsparzellenbereich
gemessen mittleren 1. Hauptspannungseinträge (n=3) der landtechnischen
Versuchsvarianten unter Berücksichtigung der Messtiefe sowie der Versuchsfaktoren
83

Bodenbearbeitungssystem und Ausgangssubstrat zusammen. Stellt man die Stabilität
(pF1,8) des Ausgangszustandes der Versuchsflächen den gemessenen
Spannungseinträgen der Belastungsversuche gegenüber, so zeigen alle Standorte,
unabhängig vom Bodenbearbeitungssystem, Austrocknungsgrad oder Ausgangssubstrat, ein
Überschreiten der Bodenstabilität im Bereich des Bearbeitungshorizontes, und das für alle
drei Auflastvarianten. Stabile Bodenverhältnisse gegenüber der mechanischen Belastung
können lediglich für die Unterbodenhorizonte der beiden Versuchsflächen in NRW für die
Radlast 3,3Mg ausgewiesen werden. Die Flächen in S-H zeigen selbst bei dieser geringen
Radlast z.T. überschrittene Stabilitätskennwerte bis in 60cm Tiefe (Lindhof). Die beiden
Schwerlastvarianten mit 6,3 bzw. 7,5Mg überschreiten auf allen Versuchstandorten den
kritischen Wert der Vorbelastung deutlich bis in 40cm Tiefe und verursachen damit die
Gefahr der flächenhaften Unterbodenverdichtung. Die Radlastvariante mit 6,3Mg weist auf
drei der vier Flächen in 60cm Tiefe Spannungseinträge nahe dem Vorbelastungswert auf
und offenbart damit einen deutlichen Hinweis zur Belastungsgeschichte dieser Flächen
(Ausnahme Lindhof). Die 7,5Mg Radlastvariante zeigt eine weitere Zunahme der
Spannungseinträge bis in den Unterboden die in allen Messhorizonten die Strukturstabilität
deutlich überschreiten und damit bis in 60cm Tiefe die Gefahr der Bodenverdichtung
entstehen lassen. Die ermittelte höhere Bodentragfähigkeit der Wasserspannung pF2,5 kann
den Spannungseinträgen der Überfahrungsversuche die bei Feldkapazität stattgefunden
haben nicht direkt vergleichend gegenübergestellt werden. Durch größere effektive
Spannungen der einzelnen Bodenhorizonte, besonders des Oberbodens, werden
Kornkontakte, die natürlichen Ruhedruckkoeffizienten sowie die Konzentrationsfaktoren
verändert, was wiederum Auswirkung auf die Spannungsfortpflanzung und die
Spannungseinträge in den Boden hat, die über die Feldversuche nicht berücksichtigt wurden.
Abb.37: Gegenüberstellung der vertikalen mechanischen Bodenstabilitätskennwerte
(Vorbelastungswert, Pv) der vier Versuchsflächen (n=6 pro Horizont, arith.
Mittel) unter Berücksichtigung der Wasserspannungen (-60; -300hPa) und der
im Freiland gemessenen Spannungseinträge (1.Hauptspannung) der
verschiedenen Radlastvarianten (n=3, arith. Mittel).
84

Abb.38 verdeutlicht den Einfluss des Versuchsfaktors Reifeninnendruck hinsichtlich der
Veränderung der Druckfortpflanzung (kPa) und vergleicht diese mit den ermittelten
Bodenstabilitäten (kPa). Diese Art der Gegenüberstellung soll bewertend Aussagen darüber
zulassen, inwiefern mit der Absenkung des Reifeninnendrucks eine Verminderung des
Bodendrucks und damit eine Stabilisierung des Systems Boden-Maschine für die
verschiedenen Gesamtlasten realisiert werden kann. Beispielhaft aufgeführt sind die
Spannungseinträge beider Reifeninnendrücke für die geringste Radlastvariante mit 3,3Mg
und die schwerste Radlast mit 7,5Mg. Auch hier sind die Spannungseinträge den
Bodenstabilitätskennwerten gegenübergestellt. Die Ergebnisse verdeutlichen, wie auch in
der Darstellungsart der Box-Plot-Diagramme, dass mit der Verminderung des
Reifeninnendrucks und der damit einhergehenden Vergrößerung der Aufstandsfläche,
vornehmlich für die geringen Radlastvarianten, eine Reduzierung des Spannungseintrages
erreicht werden kann. Mit der Radlast 3,3Mg war es möglich die gemessenen
Spannungseinträge mit niedrigem Reifeninnendruck im Unterboden unter dem Wert der
Vorbelastung zu reduzieren (siehe Abb.38) (Ausnahme S-H, konventionell). Die
Radlastvariante mit 7,5Mg zeigt ebenfalls eine Beeinflussung durch den Reifeninnendruck
auf, liegt aber selbst mit vermindertem Reifeninnendruck in allen Messhorizonten weit über
der Bodentragfähigkeit. Die Ergebnisse der Versuchsfläche “S-H konservierend“ zeigen für
die 7,5Mg Auflast sogar die gegenteilig wirkende auch statistisch ermittelte Zunahme der
Spannungseinträge im Unterboden auf. Im Vergleich der beiden Bodenbearbeitungssysteme
lässt sich eine unterschiedliche Beeinflussung des Bodendrucks im Bearbeitungshorizont
(20cm) erkennen. Der verminderte Reifeninnendruck hat hier vornehmlich auf den
konservierend bewirtschafteten Flächen Einfluss auf den Spannungseintrag, die
konventionell bewirtschafteten Pflughorizonte zeigen wenig Veränderung des
Spannungseintrages hinsichtlich des Reifendruckunterschiedes.
Abb.38: Gegenüberstellung der vertikalen mechanischen Bodenstabilitätskennwerte
(Vorbelastungswert, Pv) der vier Versuchsflächen (n=6 pro Horizont, arith.
Mittel) und der im Freiland gemessenen Spannungseinträge (1.Hauptspannung)
zwei unterschiedlicher Radlastvarianten (3,3 und 7,5Mg) unter
Berücksichtigung des Versuchsfaktors Reifeninnendruck (n=3, arith. Mittel).
85

3.2.4 Auswirkung der mechanischen Belastung auf ausgewählte
Bodenfunktionskennwerte
Die Spannungs- und Deformationsmessungen zeigen, dass die Bodenstabilität zum Teil von
den mechanischen Belastungen überschritten wird und bis in den nahen Unterboden
plastische Verformung stattfindet. Diese irreversiblen scherenden bzw. komprimierenden
Bodenbewegungen nehmen Einfluss auf die Bodenstruktur und über deren Veränderung
ebenfalls auf die Bodenfunktionen. Das folgende Kapitel stellt die Beeinflussung der
Bodenfunktionen anhand ausgewählter Funktionskennwerte (kf, PV) vor um damit die
Veränderung der Bodenstabilität und der hydraulischen Eigenschaften der untersuchten
Böden für die definierten Belastungen zu klassifizieren.
3.2.4.1 Einfluss auf den Bodenstabilitätsparameter Vorbelastung
Zusammenfassend für die vier Versuchsstandorte ist in Abb. 39, unter Berücksichtigung der
drei Messtiefen, die Veränderungen des Stabilitätsparameters Vorbelastungswert (Pv) durch
einfache und mehrfache mechanische Belastung mit 7,5Mg Radlast dargestellt. Die
ursprüngliche Strukturstabilität der Versuchstandorte wurde bereits im Kapitel 3.1.1.3
behandelt. Der Einfluss der mechanischen Belastung nimmt additiv mit ansteigender
Überfahrungshäufigkeit zu und zeigt sich als Zunahme des Vorbelastungswertes. Drei der
vier Versuchstandorte (mit Ausnahme NRW konservierend) weisen durch die einmalige
Befahrung mit 7,5Mg im Bearbeitungshorizont eine deutliche, z.T. signifikante Zunahme des
Vorbelastungswertes zwischen 11 - 34kPa (23 - 210%) auf. Im nahen Unterbodenhorizont ist
die Auswirkung der einmaligen Belastung je nach Ausgangssubstrat unterschiedlich. Auf den
Lösstandorten kommt es auch in dieser zweiten Messtiefe zu einer Zunahme des
Vorbelastungswertes zwischen 11-27kPa, die Geschiebemergelflächen in S-H reagieren
dagegen kaum im Bereich des nahen Unterbodens. Der Unterbodenhorizont in 65cm Tiefe
ist wiederum auf allen Standorten durch die Belastung beeinflusst und zeigt Zunahmen der
Werte zwischen 8-27kPa.
Die 10fache Überfahrung macht sich auf allen Versuchstandorten mit teilweise weiterem
Anstieg des Vorbelastungswertes in einzelnen Beprobungshorizonten bemerkbar. Die
Zunahmen zum Ausgangszustand des Bodens erreichen durch diese wiederholten
Kompressionen mit bis zu 30kPa erhöhten Vorbelastungswerten (66%) im
Unterbodenhorizont der konventionell bearbeiteten Fläche in S-H ihr Maximum. Speziell
durch die Belastungsgeschichte verdichtete, bereits rigide Horizonte wie der konservierend
bewirtschaftete Oberboden (Unterkrume) in NRW oder der ehem. Pflugsohlenbereich der
Geschiebemergelflächen zeigen selbst wenig Veränderung bzw. erst bei 10facher Belastung
eine Zunahme ihres Vorbelastungswertes, scheinen aber trotz eigener Steifigkeit durchaus
die eingetragenen Spannungen über translatorische Bewegung an unterliegende Horizonte
weiterzureichen.
86

Abb. 39: Veränderung der Vorbelastung (pF1,8) durch einfache und mehrfache
mechanische Belastung mit 7,5Mg Radlast (n=12, arith. Mittelwert beider
Reifeninnendruckvarianten)
3.2.4.2 Einfluss auf den Bodenfunktionskennwert der gesättigten
Wasserleitfähigkeit
Die Abb. 40 stellt zusammenfassend für die vier Versuchsstandorte die Veränderungen der
gesättigten Wasserleitfähigkeit (kf) durch einfache und mehrfache mechanische Belastung
mit 7,5Mg Radlast vor. Die ursprüngliche gesättigte Wasserleitfähigkeit der Versuchstandorte
ist aufgrund der unterschiedlichen Bodenausgangsubstrate deutlich verschieden. Die
Lösstandorte lassen sich in ihrem Ausgangszustand durch ein ausgeprägtes
Sekundärporensystem überwiegend im Bereich hoher bis sehr hoher Leitfähigkeiten
einordnen, wogegen die Geschiebemergelstandorte mittlere bis hohe Leitfähigkeiten
aufweisen. Die hydraulischen Leitfähigkeiten zeigen, bis auf etwas höhere Werte im Bereich
des nahen Unterbodens auf der konservierend bewirtschafteten Fläche in NRW, hinsichtlich
des Bodenbearbeitungssystems keine deutlichen Unterschiede auf. Auch hier nimmt der
Einfluss der mechanischen Belastung additiv mit ansteigender Überfahrungshäufigkeit zu
und zeigt sich als Abnahme der Leitfähigkeit vornehmlich in den ersten beiden Messtiefen.
Drei der vier Versuchstandorte (mit Ausnahme Hohenschulen, S-H konservierend) weisen
durch die einmalige Befahrung mit 7,5Mg im Bearbeitungshorizont, unabhängig vom
87

Bearbeitungssystem, Abnahmen der Leitfähigkeiten zwischen 47-96% auf. Im darauf
folgenden nahen Unterbodenhorizont ist die Auswirkung der einmaligen Belastung je nach
Ausgangssubstrat unterschiedlich. Auf den Lösstandorten bewegen sich die Abnahmen um
10-30%, die Geschiebemergelflächen in S-H reagieren deutlicher mit 77- 89% Reduzierung.
Die 10fache Überfahrung des Bodens macht sich auf allen Versuchstandorten mit
eindeutigen Abnahmen der vertikalen Wasserleitfähigkeit bis in den nahen Unterboden
bemerkbar. Auf den Lössstandorten lassen sich diese Abnahmen als signifikant ausweisen
und liegen in beiden oberen Messhorizonten zwischen 92-99%. Die Flächen in S-H
reagieren auf die mehrfache Belastung mit Abnahmen zwischen 77-86%.
Eine Ausnahme stellt hier die ursprüngliche Leitfähigkeit des Oberbodens der konservierend
bewirtschafteten Fläche auf dem Versuchsgut Hohenschulen dar. Die extrem geringe
Leitfähigkeit und hohe Lagerungsdichte des Leitprofils lassen hier auf eine vorherige
mechanische Belastung (Vorgewende oder Miete) schließen die in den Belastungsparzellen
so nicht vorgelegen hat.
Der Unterbodenhorizont 65cm zeigt, unabhängig vom Ausgangssubstrat und
Bodenbearbeitungssystem, hinsichtlich der mehrfachen Belastung mit 7,5Mg keine
signifikant messbare Beeinträchtigung.
Abb. 40: Veränderung der gesättigten Wasserleitfähigkeit (log [mm/d]) durch einfache
und mehrfache mechanische Belastung mit 7,5Mg Radlast und 3,5 bar
Reifendruck (n=7)
88

3.2.5 Wasserspannungsmessungen
Nach dem Vorschlag der projektbegleitenden Arbeitsgruppe während des zweiten
Arbeitsgruppentreffens im März 2007 wurden auf den Versuchsflächen in NRW
Tensiometerstandorte aufgebaut. Mit den Messungen sollten eventuelle horizontspezifische
Unterschiede im Bodenwassergehalt festgestellt werden die sich auf die vorherige
mechanische Belastung durch Befahrung zurückführen lassen und mit geophysikalischen
Prospektionsmethoden detektierbar sind. Die Vergleichbarkeit der Standorte bezüglich der
Bodenfeuchte wurde über die flächenhaft homogenen Bodenarten sowie ähnlichen
Grundwasserflurabstand und gleiche Verdunstungsraten (gleicher Bewuchs) garantiert. Abb.
41 zeigt die wöchentlich erfassten Verläufe des Matrixpotentials (hPa) gegenüber den
Wochen- bzw. Tagesniederschlägen der vier Monitoringstandorte für den Messzeitraum vom
13.04.2007 bis zum 28.03.2008. Die Abbildung zeigt die Spannungsverläufe beider
Versuchsfelder mit unterschiedlicher Bodenbearbeitung sowie jeweils die verdichteten und
unverdichteten Parzellenbereiche im Sonderforschungsbereich dieser Flächen. Aufgrund der
besonderen Bedeutung des Pflugsohlenbereiches, diese Messtiefe stellt nach vorherigen
Messergebnissen der Geophysik einen besonders interessanten Bereich im Bodenprofil dar
(Petersen et al., 2005), und einer besseren Vergleichbarkeit zu den geophysikalischen
Messergebnissen, ist das Augenmerk der bodenkundlichen Wasserspannungsmessungen
hier auf die Versuchstiefe 25cm gerichtet.
Die jahreszeitliche Bodenfeuchtedynamik der vier Standorte ist an die
Niederschlagsereignisse gekoppelt und zeigt das Abfallen der Wasserspannungen nach
längerem Regenereignis. Längere Austrocknungsphasen mit hohen Wasserspannungen
sind im Messzeitraum selten und treten nur zu Beginn der Messreihe im Frühjahr 2007 auf.
Über einen Großteil des Messzeitraumes fallen regelmäßig ergiebige Niederschläge, die,
besonders auch in der Zeit der Sommermonate, auf den Standorten zu relativ geringen
Wasserspannungen nahe der Feldkapazität (-60hPa) bzw. nahe der Sättigung führen.
Die Ergebnisse der Gegenüberstellung der Wasserspannungsverläufe im verdichteten
(6,3Mg) und unverdichteten Bereich zeigen über den gesamten Messzeitraum im Mittel
geringere Wasserspannungen und damit etwas feuchtere Bodenverhältnisse auf den
verdichteten Parzellen. Das mittlere Matrixpotential des verdichteten Bereiches in 25cm Tiefe
liegt mit 2hPa auf der konventionell gepflügten Fläche und 7hPa auf der konservierend
bewirtschafteten für den Gesamtzeitraum marginal unter dem des unverdichteten Bereiches.
89

Abb. 41: Wasserspannungsverlauf (25cm Tiefe) der beiden Tensiometerstandorte im
verdichteten (6,3Mg) und unverdichteten Bereich der konservierend und
konventionell bewirtschafteten Lössstandorte in NRW, Messjahre 2007-2008
Deutlichere Unterschiede sind erkennbar wenn speziell die anfängliche Messzeit mit
größerer Austrocknung betrachtet wird. Mit insgesamt höheren Matrixpotentialen um 150-
350hPa lassen sich insbesondere auf der Fläche mit konservierender Bodenbearbeitung in
diesem Zeitraum Stauwassereffekte erkennen, die mit im Mittel zu 23hPa geringeren
Wasserspannungen auf der verdichteten Parzelle führen (vergl. Abb.42). Die konventionell
bewirtschaftete Fläche zeigt für diesen Zeitraum mit höherem Austrocknungsgrad keine
deutlichen Unterschiede im mittleren Wasserspannungsverlauf.
Nach der fast vollständigen Aufsättigung der Messhorizonte Anfang Juni zeigen die Flächen
nur noch sehr geringe Unterschiede des Matrixpotentials und eine insgesamt geringe
Bodenfeuchtedynamik. Mit der Bodenfeuchte nahe der Feldkapazität offenbart die
Gegenüberstellung der Wasserspannungsverläufe die höheren Wassergehalte unter
verdichteten Bedingungen für die konventionell bewirtschaftete Fläche. Im Mittel sind die
Matrixpotentiale der verdichteten Fläche zu diesem Zeitraum 11hPa niedriger gegenüber den
unverdichteten Bereichen (siehe auch Abb. 43).
FK
90

Abb.42: Gegenüberstellung der Wasserspannungen der verdichteten und
unverdichteten Parzellenbereiche (n=3) auf der konservierend bearbeiteten
Fläche in 25cm Messtiefe
Abb. 43: Gegenüberstellung der Wasserspannungen der verdichteten und
unverdichteten Parzellenbereiche (n=3) auf der konventionell wendend
bearbeiteten Fläche in 25cm Messtiefe
91

3.3 Darstellung der Ergebnisse des Fachbereich Geophysik
3.3.1 Elektrische Leitfähigkeit (EMI)
3.3.1.1 Standort NRW (konventionelle Bewirtschaftung)
Vorgewende
Drainage
Abb. 44: Referenzmessung EM, Lößstandort NRW (konv.) vom April 2006 . Klar
Referenzmessung
erkennbar ist eine Zonierung in Bereiche geringerer und höherer (grüne Kreise)
elektrischer Leitfähigkeit, sowie ein regelmäßiges diagonales Muster (rote
Pfeile), welches durch die Drainage im Boden verursacht wird (Luftbild: Google
Earth).
Die Referenzmessung vom April 2006 zeigt eine heterogene Verteilung der elektrischen
Leitfähigkeit an diesem Standort. Es ist eine Zonierung in einen Bereich geringerer
elektrischer Leitfähigkeit im nördlichen Teil und höherer Leitfähigkeit im südlichen Teil (grüne
Kreise in Abb. 44). Die Erklärung für die gering leitfähige Zone ist möglicherweise in einer
großen Windmühle 50 m westlich der Versuchsfläche (zur Zeit der Luftbildaufnahme noch
nicht vorhanden) zu suchen, bei deren Errichtung eventuell durch Baufahrzeuge auch die
angrenzenden Flächen gestört worden sind. Die regelmäßigen diagonalen Linearstrukturen
92

geringerer Leitfähigkeit (rote Pfeile in Abb. 44) werden durch die Drainage im Boden
verursacht. Interessant erscheinen auch die Ergebnisse vom Vorgewende, welches bei
dieser Messung teilweise auch erfasst wurde, da dort, auf einem seit Jahren mechanisch
stark belasteten Boden, auch die relativ höchsten Leitfähigkeitswerte gemessen wurden.
Versuchsanordnung
Die Versuchsanordnung ist in Abb. 45 dargestellt. An diesem Standort sind pro
Belastungsvariante 9 Spuren eingebracht worden, während es bei allen anderen Standorten
platzbedingt nur 6 Spuren waren.
Abb. 45: Lage der einzelnen Belastungsvarianten am Standort NRW (konv.), hinterlegt
Kartierungen 2006 – 2008
mit der Leitfähigkeitskarte der Referenzmessung.
An diesem Standort sind insgesamt 7 Kartierungen der elektrischen Leitfähigkeit
vorgenommen worden. In Abb. 46 sind die Kartierergebnisse nach den jeweiligen
Befahrungen dargestellt, es sind jeweils nur die Bereiche vermessen worden, die unter
definierten Bedingungen belastet worden sind. Zonierung und Diagonalstrukturen sind wie
bei der Referenzmessung vorhanden, darüber hinaus sind querlaufende Linearstrukturen
erkennbar, die durch die Belastungsversuche verursacht worden sind. Je kürzer der zeitliche
Abstand zwischen Befahrung und Vermessung, desto deutlicher sind diese Strukturen in der
Karte erkennbar (Abb. 46a und f).
Farblich markiert ist der Sonderbereich der Geophysik, eine 15x15m große Fläche, der
jeweils flächig, d.h. Spur an Spur mit der Variante B2 (6,3Mg) befahren wurde. Dieser
Bereich zeichnet sich in den meisten Fällen durch eine markante Leitfähigkeitserhöhung im
Vergleich zur Umgebung aus. Lediglich bei extrem nassen Bedingungen war dieses
Verhalten nicht mehr zu beobachten (Abb. 46d).
93

Befahrung 1
Befahrung 2
Befahrung 4
a)
c)
Befahrung 1b
Befahrung 3
Befahrung 5
e) f)
Abb. 46: Ergebnisse der Leitfähigkeitskartierungen am Standort NRW (konv.) vom Mai
2006 (a), Juli 2006 (b), März 2007 (c) , Juli 2007 (d), November 2007 (e) und April
2008 (f). Farblich markiert ist der Sonderbereich Geophysik.
b)
d)
94

Variantenspezifische Auswertung
Bei der variantenspezifischen Auswertung wurden nur die Leitfähigkeitswerte berücksichtigt,
die unmittelbar entlang der Spuren bzw. auf den Flächen der K0- und SB-Bereiche
gemessen worden waren. Da die Anfangs- und Endpunktkkordinaten jeder einzelnen Spur
bekannt waren, konnten somit per GIS-Software (GRASS-GIS, 2008) Streifen in der Breite
der Reifenspur extrahiert und die jeweiligen Leitfähigkeiten statistisch ausgewertet werden
(Abb. 47).
Abb. 47: Zur variantenspezifischen Auswertung der elektrischen Leitfähigkeitsverteilung
wurden nur Werte berücksichtigt, die unmittelbar entlang der
Belastungsspuren bzw. Flächen gemessen wurden.
Da ein unmittelbarer Vergleich von Leitfähigkeitswerten von einer Kartierung zur anderen
wegen des Einflusses z.T. stark veränderlicher Umweltbedingungen (z.B. Wassergehalt,
Bodentemperaturen, Wurzelmasse, Oberflächenbeschaffenheit) schwierig zu interpretieren
ist, haben wir die Auswertung durchgeführt, indem wir die Quotienten der
Belastungssvarianten zur unbefahrenen Parzelle betrachtet haben und davon den
entsprechenden Wert gemessen zum Zeitpunkt subtrahiert haben. Im Ergebnis liefert uns
das einen Überblick über die Variation der Quotienten belastet zu unbelastet über die
Versuchszeit hinweg:
95

VarX �t i� K0�t i� − VarX �t0� K0�t 0�
VarX �t 0 �
K0�t 0 �
= K0�t 0�
VarX �t 0 � ∗VarX �t i�
K0�t i � −1
mit VarX: Variante X, K0: unbefahrene Parzelle, ti: Zeitpunkt ti, t0: Referenzmessung
Die Resultate für den Standort NRW (konv.) sind in Abb. 48 dargestellt, jeweils normiert auf
den Wert zum Zeitpunkt der Referenzmessung. Die Verhältnisse zwischen den belasteten
und unbelasteten Varianten sind mehrheitlich positiv, allerdings ist keine Zunahme der
Leitfähigkeitquotienten in Abhängigkeit der Anzahl der Überfahrungen erkennbar. Die
größten Werte treten dann auf, wenn Befahrung und geophysikalische Messung zeitlich eng
aufeinander folgten, wie das bei den Befahrungen 1 und 5 der Fall war. Besonders deutlich
wird das auf dem Sonderbereich Geophysik, auf dem sowohl die absoluten Leitfähigkeiten
(siehe Abb. 47) als auch das Verhältnis zur unbefahrenen Fläche markant hohe Werte
annehmen. Die flächige Befahrung wirkt sich offenbar stärker auf den integralen Messmodus
des EM38 aus, während die relativ schmalspurige Einzelbefahrung nur wenig zur
Leitfähigkeitserhöhung beiträgt. Der markante Anstieg der Leitfähigkeit auf dem
Sonderbereich nach der ersten Befahrung ist dadurch zu erklären, dass der Schlag vorher
gepflügt worden war und somit ein sehr lockerer Oberboden vorlag, der durch die Befahrung
natürlich stark in seinen Eigenschaften verändert wurde.
96

Abb. 48: Quotienten belastet zu unbelastet für unterschiedliche Varianten und
unterschiedliche Zeiten am Standort NRW (konv.)
97

3.3.1.2 Standort NRW (konservierend)
Referenzmessung
Die Referenzmessung auf diesem Standort vom April 2006 zeigt, dass es vor allem im
Bereich der Vorgewende und entlang der Fahrgassen markante Leitfähigkeitserhöhungen im
Vergleich zur restlichen Fläche gibt.
Vorgewende
Fahrgassen
Abb. 49: Referenzmessung EM, Lößstandort NRW (kons.) vom April 2006. Deutlich
Versuchsanordnung
erkennbar sind die stark erhöhten elektrischen Leitfähigkeiten (weiße
Farbgebung) auf dem Vorgewende und entlang der Fahrgassen.
Wie an allen Standorten, wurde auch hier die Lage der Belastungsspuren derart gewählt,
dass sie nicht auf dem Vorgewende oder einer Fahrgasse positioniert waren. Neben der
Sonderfläche und den unbefahrenen Parzellen wurden für jede Belastungsvariante 6 Spuren
angelegt, mit Ausnahme der Schwerlastvariante B3, für die 12 Spuren angelegt wurden
(Abb. 50).
98

Abb. 50: Lage der einzelnen Belastungsvarianten am Standort NRW (kons.), hinterlegt
Kartierungen 2006 – 2008
mit der Leitfähigkeitskarte der Referenzmessung.
An diesem Standort sind ebenfalls insgesamt 7 Kartierungen der elektrischen Leitfähigkeit
vorgenommen worden. In Abb. 51 sind die Kartierergebnisse nach den jeweiligen
Befahrungen dargestellt, wiederum farblich markiert ist der Sonderbereich der Geophysik.
Die von der Referenzmessung bekannten Leitfähigkeitsmuster bleiben über alle Messungen
hinweg bestehen, auch die beobachteten hohen Werte auf Vorgewende und Fahrgasse
finden sich zu fast allen Zeiten wieder. Der Sonderbereich Geophysik zeichnet sich durch
etwas höhere Leitfähigkeiten aus, allerdings nicht so deutlich wie auf dem konventionell
bewirtschaftetem Lößstandort. Die deutlichsten Effekte sind wiederum dann zu beobachten
gewesen, je geringer der zeitliche Abstand zwischen Befahrung und Vermessung war, so
dass sich auch die querlaufenden Spuren der Befahrungen in den Daten abzeichneten (Abb.
51a und f).
99

Befahrung 1
Befahrung 2
Befahrung 4
a)
c)
Befahrung 1b
Befahrung 3
e) Befahrung 5
f)
Abb. 51: Ergebnisse der Leitfähigkeitskartierungen am Standort NRW (kons.) vom Mai
2006 (a), Juli 2006 (b), März 2007 (c) , Juli 2007 (d), November 2007 (e) und April
2008 (f). Farblich markiert ist der Sonderbereich Geophysik.
b)
d)
100

Abb. 52: Quotienten belastet zu unbelastet für unterschiedliche Varianten und
unterschiedliche Zeiten am Standort NRW (kons.)
101

Variantenspezifische Auswertung
Die Abb. 52 zeigt die variantenspezifische Auswertung für diesen Standort. Wie schon aus
den Kartierergebnissen ersichtlich, sind die Effekte der Befahrungen auf die elektrische
Leitfähigkeit eher gering. Die Abweichungen von der Referenzmessung betragen kaum mehr
als ±3%, lediglich auf der Sonderfläche sind die Abweichungen mit ca. +5% nach der ersten
und letzten Befahrung etwas größer.
3.3.1.3 Standort Schleswig-Holstein (konservierende Bewirtschaftung)
Referenzmessung
Die Abb. 53 zeigt die Lage der Flächen und das Ergebnis der Referenzkartierung EM am
Standort SH (kons.). Die Versuchsfläche war aufgeteilt in zwei Schläge, parallel gelegen zur
Bundesautobahn BAB 210 auf Flächen des ehemaligen SFB am Versuchsgut
Hohenschulen. Die Kartierung zeigt eine kleinräumige Variation der elektrischen
Leitfähigkeit, verursacht durch die standorttypische Substratvariabilität im Boden. Einige
Strukturen in der Kartierung finden zum Teil ihre Fortsetzung in den im Luftbild erkennbaren
Bewuchsanomalien. Werte geringerer Leitfähigkeit (im EM-Bild dunkle Farbgebung) deuten
dabei auf sandige Untergrundverhältnisse hin, so dass es sich hier vermutlich um
Sandrinnen bzw. Sandlinsen handelt. Darüber hinaus ist die östliche Teilfläche geprägt von
einer ausgeprägten Zone geringer Leitfähigkeit, verursacht durch das Metall eines dort fest
montierten Bauzauns, sowie durch eine lineare Struktur leicht erhöhter Leitfähigkeit, welche
mit einer Fahrgasse zusammenfällt. Da aber beide Strukturen außerhalb der eigentlichen
Versuchsfläche lagen, hatten sie keine Auswirkung auf die weiteren Ergebnisse.
Fahrgasse
Metallzaun
Sandig
Abb. 53: Referenzmessung EM, Jungmoränenstandort SH (kons.) vom Oktober 2006.
Farblich markiert sind die markanten bodenbedingten und künstlichen
Leitfähigkeitsverteilungen (Luftbild: Google Earth).
102

Kartierungen 2006-2008
In Abb. 54 sind die Ergebnisse der EM-Kartierung am Standort SH (kons.) über die
Projektlaufzeit hinweg gezeigt. Die westliche Teilfläche zeichnet sich zu allen Zeiten durch
eine Zonierung in geringere und höhere elektrische Leitfähigkeiten aus, die östliche
Teilfläche ist gekennzeichnet durch lineare Strukturen. Effekte der Befahrungen sind sogar
auf dem Sonderbereich Geophysik dagegen kaum auszumachen.
Befahrung 1
Befahrung 2
Befahrung 3
Befahrung 4
Abb. 54: Ergebnisse der Leitfähigkeitskartierungen am Standort SH (kons.) vom
November 2006 (a), April 2007 (b), November 2007 (c) und April 2008 (d).
Farblich markiert ist der Sonderbereich Geophysik.
a)
b)
c)
d)
103

Variantenspezifische Auswertung
Die variantenspezifische Auswertung zeigt, dass die Verhältnisse der Leitfähigkeiten der
befahrenen Varianten zur unbefahrenen Variante in der Regel größer, also positiv ist im
Vergleich zur Referenzmessung vor der ersten Befahrung. Allerdings liegen die
Abweichungen bei maximal 5% über dem Referenzwert, lediglich auf dem Sonderbereich
(SB) ist nach der 2. Befahrung die Abweichung mit ca. +9% etwas größer.
Abb. 55: Quotienten belastet zu unbelastet für unterschiedliche Varianten und
unterschiedliche Zeiten am Standort Schleswig-Holstein (kons.)
104

3.3.1.4 Standort Schleswig-Holstein (konventionelle Bewirtschaftung)
Referenzmessung
Bei der Beschreibung des Ausgangszustands am Standort SH (konv.) fallen zunächst die
beiden linearen Strukturen mit positiver Leitfähigkeit auf, die sich quer durch die ganze
Versuchsfläche ziehen. Es handelt sich dabei um alte Stromkabel in ca. 80 cm Tiefe, welche
vom Hof zu einer Feldscheune bzw. zur Wettermessstation des Hofes führen. Da die
Existenz bzw. Lage der Kabel auch der Betriebsleiterin des Versuchsguts Lindhof nicht
bekannt waren, wurde der Befahrungsversuch ohne Kenntnis um die Kabel leider etwas
ungünstig platziert. Darüber hinaus spiegelt sich in der Variation der elektrischen
Leitfähigkeit die standorttypische kleinräumige Substratvariabilität mit dem Wechsel von
sandigen und lehmigen Bereichen wider. Beispielhaft sind dafür in Abb. 56 zwei gering
leitfähige Bereiche grün markiert, bei denen es sich um typische Sandlinsen handelt.
Sandlinsen
Kabel
Abb. 56: Referenzmessung EM, Jungmoränenstandort SH (konv.) vom Oktober 2006.
Farblich markiert sind die markanten substratbedingten und künstlichen
Leitfähigkeitsverteilungen (Luftbild: Google Earth)
105

Versuchsanordnung
In Abb. 57 ist die Lage der einzelnen Varianten am Standort SH (kons.) dargestellt. Teilweise
lagen die Belastungsspuren direkt über den Stromkabeln. Um eine Fehlinterpretation
auszuschließen, wurde der von der Leitfähigkeit der Kabel dominierte Bereich aus allen
Datensätzen ausgeschnitten. Der Sonderbereich Geophysik lag ursprünglich an einer
Position, die ebenfalls stark vom Kabel gestört war. Daher wurde er nach der ersten
Befahrung an die dargestellte Position verlegt, welche bei den nachfolgenden Kartierungen
natürlich komplett erfasst wurde.
Abb. 57: Lage der einzelnen Belastungsvarianten am Standort SH (konv.), hinterlegt mit
Kartierungen 2006-2008
der Leitfähigkeitskarte der Referenzmessung.
Am Standort SH (konv.) wurden an vier Terminen Befahrungen vorgenommen, anschließend
wurde die Fläche erneut elektromagnetisch kartiert. Die Kartierergebnisse zeigen vor allem
die von der Referenzmessung bekannten materialbedingten Variationen, die Befahrversuche
erzeugten dagegen kaum Effekte in den Leitfähigkeiten, auch nicht auf dem Sonderbereich
der Geophysik (Abb. 58).
106

Befahrung 1
Befahrung 3
a)
c)
Befahrung 2
Befahrung 4
Abb. 58: Kartierungen der elektrischen Leitfähigkeit am Standort SH (konv.) nach den
jeweiligen Befahrungen vom Dezember 2006 (a), April 2007 (b), Oktober 2007 (c)
und April 2008 (d). Der Sonderbereich Geophysik ist farblich markiert
dargestellt.
Variantenspezifische Auswertung
Die Abbbildung 24 gibt in gleicher Weise wie auf allen anderen Standorten das Verhältnis
der Leitfähigkeiten der belasteten zu den unbefahrenen Varianten wieder. Die erste
Befahrung fand auf alter und stabiler Kleegrasnarbe statt und zeigt keinerlei
Belastungseffekte. Tendenziell lässt sich eine Erhöhung der Leitfähigkeiten nach den
Befahrungen ermitteln, die je nach Beschaffenheit des Oberbodens unterschiedlich
ausgeprägt war. Die stärksten Effekte sind nach der zweiten Befahrung zu beobachten, da
zu diesem Zeitpunkt ein bereits gepflügter Oberboden vorlag. Insgesamt zeichnen sich die
Befahrungseffekte besonders auf dem Sonderbereich wieder gut ab.
b)
d)
107

Abb. 59: Quotienten belastet zu unbelastet für unterschiedliche Varianten und
unterschiedliche Zeiten am Standort Schleswig-Holstein (konv.)
108

3.3.2 Georadar (GPR)
3.3.2.1 Standort NRW
Gleichzeitig mit der EM-Kartierung wurden die GPR-Kartierungen durchgeführt. Die
Lößstandorte erwiesen sich prinzipiell als schwierig für Georadar-Messungen, da die
vorherrschende relativ hohe elektrische Leitfähigkeit in Kombination mit den zum Teil
staunassen Böden eine starke Dämpfung des Radarsignals zur Folge hatte. Selbst bei
günstigen Bedingungen, wie sie im Jahr 2006 zum Zeitpunkt der ersten Befahrungen
herrschten, konnten mit der 400 MHz Antenne nur Eindringtiefen bis etwa 1 m erreicht
werden. Die in der Folgezeit vollgesättigten Böden zum Zeitpunkt der Georadar-Messungen
führten nicht nur zu einer Verringerung der Eindringtiefe, sondern auch zu einer
Homogenisierung der elektrischen Eigenschaften des Bodens, so dass die für die Reflexion
des Radarsignals notwendigen Kontraste verschwanden. Besonders der konservierend
bewirtschaftete Standort erwies sich aufgrund der stauwasser- und witterungsbedingten
Feuchtigkeit im Boden als ungeeignet für GPR-Messungen.
a) b) c)
Abb. 60: GPR-Kartierungen des Oberbodens am Standort NRW (konv.): a)
Referenzmessung (2006), b) nach der ersten Befahrung (2006), c) nach der 5.
Befahrung (2008)
Die Abb. 60 zeigt ausgewählte Ergebnisse der Georadar-Kartierung (400 MHz) aus dem
Oberbodenbereich am konventionell bewirtschafteten Standort. Die Referenzmessung (Abb.
60a) weist auf einen sehr homogenen Oberboden ohne große Variationen der
Reflexionsamplituden hin, wie es typisch für einen Lößboden ist. Nach der ersten Befahrung
auf einem sehr lockeren Boden ist deutlich das Muster der Spuren erkennbar, und zwar
sowohl die Spuren des Schleppers als auch die des MOVIS, und zwar unabhängig von der
Variante (Abb. 60b). Auch nach der 5. und letzten Befahrung wurde die anschließende
Georadar-Kartierung durchgeführt, ohne dass der Boden zwischenzeitlich bearbeitet wurde.
Wiederum sind die Muster der Belastungsspuren deutlich sichtbar, besonders deutlich
zeigten sich hier die Spuren der Schwerlastvarianten A3 und B3 am nördlichen und
109

südlichen Ende des Versuchsfeldes (Abb. 60c). Die gezeigten Spurmuster in den
Georadarkartierungen machen ein weiteres Problem der Georadarkartierung innerhalb der
Versuche deutlich, nämlich die Auswirkung der Antennankopplung an den Untergrund.
Während auf den unbefahrenen Flächen die Antennen direkt auf dem Boden aufliegen,
existiert beim Überfahren der Spuren eine kleine Luftschicht zwischen Spur und Antenne. Da
sich das GPR-Signal in der Luft signifikant schneller ausbreitet als im Boden, kommt es zu
Laufzeitversätzen, die sich markant in den Kartierungen abbilden.
a) b) c)
d)
Abb. 61: GPR-Kartierungen des Unterbodens am Standort NRW (konv.): a)
Referenzmessung (2006), b) nach der ersten Befahrung bei sehr trockenen
Bedingugen (Juli 2006), c) nach der 2. Befahrung (2007) bei sehr feuchten
Bedingungen. Im Radargramm sind der Grenzhorizont Ober- und Unterboden
und die Effekte der Befahrung im Sonderbereich Geophysik (roter Kasten) gut
erkennbar (d).
Die Reflexionen aus dem Unterbodenbereich zeigten je nach den aktuellen
Bodenverhältnissen ganz unterschiedliche Ergebnisse. Die Referenzmessung ergab im
Unterbodenbereich ähnliche Muster wie sie aus der EM-Kartierung bekannt waren (Abb.
61a) und ist somit ein Hinweis darauf, dass die Ursache der Leitfähigkeitsvariationen im
Unterboden liegen. In den Georadarmessungen vom Juli 2006 bei extremer Trockenheit sind
im gleichen Tiefenbereich viel ausgeprägtere Strukturen erkennbar, die weder in den
vorangegangenen noch in allen nachfolgenden Messungen in solcher Klarheit existierten
110

(Abb. 61b). Offenbar sorgten die sehr trockenen Bodenverhältnisse für eine besonders
kontrastreiche Verteilung der elektrischen Eigenschaften. Im März 2007 wurde dagegen bei
extrem feuchten Bodenverhältnissen gemessen. Während im Oberboden und nahen
Unterboden kaum markante Reflexionen auftauchten, zeigten sich aus dem tieferen
Unterboden plötzlich neue lineare Strukturen, wie sie für Drainagerohre typisch sind (Abb.
61c). Offensichtlich erzeugten erst die wassergefüllten Rohre eine ausreichend starke
Reflexion, um in der Kartierung erkennbar zu werden. Auch bei späteren Messungen bei
ähnlichen Boden- und Witterungsverhältnissen zeigten sich gleiche Effekte. Fraglich bleibt
hingegen, ob die völlig anders ausgerichteten Strukturen aus dem nahen Unterboden, die
von EM- und GPR wiederholt kartiert wurden, noch als Drainage identifiziert werden können,
da sie von Ausmaß und Struktur eher untypisch für Drainagesysteme erscheinen.
Referenzmessung
Bef1 sehr trocken Bef2 sehr nass
Abb. 62: Radargramm am Standort NRW (konv.) mit markiertem Sonderbereich (rot) und
Nullvariante (grün) (a). Darunter die Nullvarianten (b) bzw. Sonderbereiche
Geophysik (c) zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
Abb. 62a stellt exemplarisch ein Radargramm vom Standort NRW (konv.) dar, welches
sowohl den Sonderbereich Geophysik (rot) als auch eine Nullvariante (grün) kreuzt. Deutlich
ist im Sonderbereich ein anderes Signalverhalten zu erkennen als z.B. entlang der
Nullvariante. In Abb. 62b und c sind ausschließlich diese beiden Extrembereiche zu
unterschiedlichen Zeiten bei unterschiedlichen Bodeneigenschaften gegenüber gestellt.
Während bei der Referenzmessung und bei sehr trockenen Bedingungen der Grenzhorizont
zwischen Ober- und Unterboden klar erkennbar ist, verschmiert oder verschwindet dieser
(a)
(b)
(c)
111

Reflexionshorizont bei extrem feuchten Bedingungen. Die starke Dämpfung im
Sonderbereich deutet auf erhöhte Wassergehalte im Boden hin.
Um dieses Signalverhalten für eine Kennwertermittlung zu nutzen, wurden nur die
Reflexionsamplituden des Grenzhorizonts (gelber Kasten in Abb. 62a) betrachtet. Dabei
konnte zwar eine deutliche Abhängigkeit der Amplitudenstärke in diesem Tiefenbereich vom
jeweiligen Bodenwassergehalt in dem Sinne festgestellt werden, dass hohe Wassergehalte
eine starke Reflexion bewirken, wie es auch unsere Hypothese zum Einsatz des GPR
vorsah, doch konnten keinerlei Auswirkungen der Belastungsversuche auf die
Reflexionsstärke beobachtet werden.
3.3.2.2 Standort Schleswig-Holstein
Die Standorte in Schleswig-Holstein zeigten sich für die GPR-Kartierungen besser geeignet.
Insbesondere der konventionell bewirtschaftete Standort auf dem Versuchsgut Lindhof war
wegen des hohen Sand- und geringen Tonanteils und damit einhergehender geringerer
Dämpfung des Signals günstig.
Wie schon auf den Standorten in NRW beobachtet, erzeugten auch hier die
Belastungsspuren wegen der variierenden Antennenankopplung ein markantes
oberflächennahes Muster (Abb. 63).
a)
Abb. 63: GPR-Kartierungen des Oberbodens Standort SH (konv.). Der Vergleich
b)
zwischen den Karten zeigt den starken Einfluss der Spurbildung auf die
Georadardaten. Die Bilder zeigen jeweils eine Kartierung wenige Tage nach
einer Befahrung, links ohne zwischenzeitliche Bodenbearbeitung, rechts mit
flacher Bodenbearbeitung.
Am Standort SH (konv.) war die Horizontgrenze zwischen Ober- und Unterboden zu allen
Zeiten gut detektierbar, unabhängig vom Zustand der Oberfläche (Abb. 64a). Darüber hinaus
konnten höhere Eindringtiefen als in NRW erzielt werden. Die Sandeinlagerungen im
Unterbodenbereich waren ebenfalls zu allen Zeiten gut erkennbar (Abb. 64b und c),
unabhängig vom aktuellen Wassergehalt, der insgesamt immer deutlich geringer war als an
allen anderen Standorten.
112

a)
b) c)
Ap (Sl2)
SBt (Slu)
Btv (Sl4)
Abb. 64: Georadar am Standort SH (konv.). Radargramm mit Leitprofil (a), die
Kartierungen aus dem Unterboden zeigen identische Strukturen
(Sandeinlagerungen im Unterboden) zu unterschiedlichen Messzeitpunkten (b
und c)
3.3.3 Gammaspektrometrische Untersuchungen
Zur Ergänzung der EM- und GPR-Kartierungen wurden an jedem Standort zwei Kartierungen
mit einem fahrzeuggestützten Gammaspektrometer durchgeführt. Das Ziel dieser
Kartierungen war, eine unabhängige Information über den Tongehalt im Oberboden zu
erlangen, um so die ebenfalls vom Tongehalt beeinflussten EM- und GPR-Kartierungen
besser interpretieren zu können. Bei allen Kartierungen mit dem Gammaspektrometer
zeigten sich für alle Ergebnisse (Totalintensität, Kalium-, Uran- und Thoriumgehalt) sehr
heterogene, von sehr kleinräumigen Anomalien geprägte Bilder, welche keine Ähnlichkeiten
mit den EM- und GPR-Kartierungen aufwiesen. Exemplarisch ist in Abb. 65 ein Datensatz
vom Standort SH (kons.) dargestellt.
113

Abb. 65: Gammaspektrometrie vom Standort SH (konv.) vom April 2008. Dargestellt sind
die Totalintensität, der Thorium-, Kalium- und Urangehalt
Diese kleinräumige Variabilität auf den Versuchsflächen ist ein Hinweis auf die durch die
Bewirtschaftung verursachte Homogenisierung des Oberbodens. Da das
Gammaspektrometer Signale aus einer Tiefe von bis zu 40 cm erfasst, geht somit im
Wesentlichen das Signal des Oberbodens in die Daten ein. Im Gegensatz dazu sind die
Eindringtiefen von EM- und GPR-Geräten mit 1-2 m erheblich größer, so dass bei diesen
Verfahren auch die Materialvariabilität des Unterbodens in das Signal eingeht.
Die Abb. 66 zeigt die statistische Auswertung der Spektrometer-Kartierungen von allen
Standorten zusammen mit den Ton-, Schluff- und Sandanteilen. Während auf den
Lössstandorten deutlich höhere Werte in der Gesamtstrahlung und im Thoriumgehalt als auf
den SH-Standorten zu beobachten sind, ist das Verhalten beim Kalium- und Urangehalt eher
uneinheitlich. Offenbar ist der stark unterschiedliche Sand-Schluff-Anteil zwischen Löss- und
Jungmoränenstandort für die verschieden stark ausgeprägten gammaspektrometrischen
Kenngrößen verantwortlich.
114

Abb. 66: Vergleich der Statistiken aus den Gammaspektrometer-Kartierungen aller
3.3.4 Seismik
Standorte: a) Gesamtstrahlung, b) Kaliumgehalte, c) Thoriumgehalte, d)
Urangehalte. Hinzugefügt sind die Anteile von Ton, Schluff und Sand der
jeweiligen Leitprofile.
Da seismische Messungen (bisher) standardmäßig nicht mobil durchgeführt werden können,
wurden exemplarisch für jeden Standort zwei seismische Profillinien vermessen. Um die
Sensitivität solcher Messungen auf Bodenverdichtung zu untersuchen, wurden pro Standort
die Extrembereiche innerhalb des Versuchskonzepts untersucht, d.h. es wurden Messungen
an einer unbefahrenen Variante und auf dem mehrfach flächig befahrenen Sonderbereich
der Geophyik vorgenommen. An jeder Profillinie wurden per Hammerschlag Kompressions-
(P) und horizontal polarisierte Scherwellen (SH) angeregt und registriert. Die gemessenen
Laufzeiten der seismischen Wellen dienten zur Berechnung der jeweiligen seismischen
Geschwindigkeiten und der davon abgeleiteten seismischen Kenngrößen wie dynamisches
Kompressionsmodul und dynamisches Schermodul.
3.3.4.1 Standorte NRW
Die Größenordnungen der seismischen Wellengeschwindigkeiten von ca. 200m/s
oberflächennah bis 400m/s in 1 m Tiefe für P-Wellen und 100m/s oberflächennah bis 200m/s
für SH-Wellen entsprechen den aus den Vorstudien bekannten Werten. Während sich die
Geschwindigkeiten der P-Wellen an allen Bereichen sehr ähnlich verhalten, gibt es bei den
SH-Wellen markante Unterschiede zwischen der jeweiligen belasteten und unbelasteten
Variante (Abb. 67). Deutlich ist zu erkennen, dass die SH-Geschwindigkeit auf dem
115

Sonderbereich wesentlich stärker mit der Tiefe zunimmt als auf der unbefahrenen Variante.
Demzufolge deutlich zeigen sich auch die Unterschiede im für die Scherwellenausbreitung
bedeutsamen dynamischen Schermodul zwischen belasteter und unbelasteter Fläche. In
Abb. 68 sind die Schermoduln dargestellt, jeweils normiert auf die Dichte. Zu erkennen ist,
dass der Schermodul in 0,4 m Tiefe auf der belasteten Fläche in etwa doppelt so groß ist wie
auf der unbefahrenen Fläche. Zwischen den beiden Bewirtschaftungsformen konservierend
und konventionell lassen sich dagegen keine Unterschiede in den Schermoduln ausmachen.
Abb. 67: Geschwindigkeits-Tiefen-Verteilung von P- und SH-Wellen an den Standorten
NRW (konv., links) und NRW (kons., rechts) für den belasteten (oben) und
unbelasteten Fall (unten) (Lay 2008)
116

Abb. 68: Darstellung des dichtenormierten dynamischen Schermoduls an den
Standorten in NRW (Lay, 2008)
3.3.4.2 Standorte Schleswig-Holstein
Da der Standort SH (kons.) auf dem Versuchsgut Hohenschulen in geringer Entfernung zur
Autobahn lag, war die Datenqualität wegen der vorbeifahrenden Fahrzeuge relativ schlecht
und die Auswertung folglich schwierig. Tendenziell lassen sich aber weder zwischen den
unterschiedlichen Belastungsvarianten noch zwischen den Bewirtschaftungsformen
Unterschiede in den seismischen Parametern feststellen.
117

Abb. 69: Geschwindigkeits-Tiefen-Verteilung von P- und SH-Wellen an den Standorten in
Schleswig-Holstein,konventionelle (links) und konservierende Bewirtschaftung
(rechts) für den belasteten (oben) und unbelasteten Fall (unten) (Lay 2008)
118

3.4 Nutzen und Verwertbarkeit der Ergebnisse
3.4.1 Verwertbarkeit der landtechnischen Ergebnisse
Die landtechnischen Untersuchungen haben Ergebnisse geliefert, die es als Grundlage für
weitere Untersuchungen und für den Wissenstransfer zu nutzen gilt. Sie können unter
verschiedenen Aspekten zusammengefasst werden:
Messsystem TASIS
Die Versuche haben gezeigt, dass das entwickelte Messsystem TASIS geeignet ist,
verschieden stark belastete Bereiche innerhalb eines flächenhaften Versuchsdesigns
differenziert aufzulösen, womit Rückschlüsse über den Grad einer vorherigen mechanischen
Belastung gezogen werden können. Mit entsprechenden geostatistischen Verfahren kann die
Eingriffsintensität minimiert werden. Es stellt eine Methode dar, eine Fläche schnell einer
mechanisierten Prüfung zu unterziehen. Die Ergebnisse liefern die Entscheidungsgrundlage
für eine intensivere bodenkundliche Beprobung einzelner Flächenbereiche und können so
eine Arbeits- und Kostenersparnis bei solchen Arbeiten herbeiführen.
Ein Transfer der eingesetzten Messtechnik in praxisübliche Bodenbearbeitungsgeräte ist
denkbar und wäre zusammen mit der Dokumentation der Arbeitstiefe eine sinnvolle
Erweiterung im Bereich Precision Farming, um zu detailierteren Informationen von
Bodenzuständen und Energieaufwendungen für die Bodenbearbeitung zu gelangen. Auf
dieser Basis könnte die Bearbeitungsintensität angepasst und der Energieaufwand weiter
minimiert werden. Ein sinnvoller Zwischenschritt hierfür könnte die Adaption des TASIS von
Messsonden auf praxisübliche Bodenbearbeitungswerkzeuge darstellen.
Bodenbearbeitungssysteme
Die Ergebnisse von TASIS zeigen, dass sich eine tiefe, wendende Bodenbearbeitung als
problematisch in Bezug auf die Stabilität gegenüber hohen mechanischen Lasten erweist.
Druckempfindliche schluffreiche Böden weisen bei konservierender Bodenbearbeitung eine
höhere Stabilität auf. Ein verstärkter Wissenstransfer der Vorzüge dieser
Bewirtschaftungsform in Bezug auf die geringere Verdichtungsempfindlichkeit von Böden
durch langjährig reduzierte Bodenbearbeitung in die landwirtschaftliche Praxis sollte
vollzogen werden.
Messsystem MOVIS
Die Ergebnisse von MOVIS zeigen, dass Fahrwerksparameter die Verdichtungswirkung und
den Energieverbrauch beeinflussen. Geringere Kontaktflächendrücke, durch Reduzierung
der Radlast oder Absenken des Reifeninnendruckes, bewirken nicht nur eine geringere
Verdichtungswirkung im Boden, sondern haben auch in zweifacher Weise großen Einfluss
auf den Energieverbrauch. Zum einen erweist sich das Rollen des Reifens auf nachgiebigen
Ackerböden bei reduzierten Reifeninnendrücken als energieeffizienter, zum anderen
resultiert es auch in flacheren Fahrspuren, die bei einer nachfolgenden Bodenbearbeitung
119

weniger Energie erfordern. Auch unter diesen Aspekten ist eine reduzierte
Bodenbearbeitung als vorteilhaft anzusehen. Der Wissenstransfer dieser Erkenntnisse in die
landwirtschaftliche Praxis einerseits und in die Landtechnik-Industrie andererseits ermöglicht
bereits bei nicht-angetriebenen Rädern eine Erhöhung der Energieeffizienz. Bei
angetriebenen Rädern wird diese Wirkung durch Reduzierung des Schlupfes verstärkt.
Handlungsempfehlungen
Die Durchführung der Versuche weist eine Kombination von Faktoren auf, die als schlechte
fachliche Praxis zu beurteilen ist. Mit der Wahl des Zeitpunktes einer Befahrung, der Radlast,
des Reifeninnendruckes, der Befahrhäufigkeit und des betrieblich praktizierten
Bodenbearbeitungssystems sind dem Nutzer landtechnischer Geräte eine Vielzahl von
Möglichkeiten gegeben, Schadwirkungen im Boden und ineffizientes Arbeiten zu reduzieren.
Eine weitere Transferarbeit dieses Wissens in die landwirtschaftliche Praxis und die
Schaffung des Bewusstseins für diese Eigenverantwortlichkeit auf Seiten von Landwirten
und Lohnunternehmern sollte ein Resultat der erfolgten Forschungsaktivitäten sein.
3.4.2 Verwertbarkeit der bodenkundlichen Ergebnisse
Zur Zielsetzung der Quantifizierung von negativen Auswirkungen mechanischer Belastungen
auf das Bodengefüge und die Bodenfunktionen konnte aus den kombinierten
Untersuchungen aus bodenphysikalischen Labormessungen (Stabilitätsparameter Verfahren
“Vorbelastung“) und Feldversuchen (Bodendruckmessungen) ein brauchbarer
Verfahrensansatz für eine Einordnung der Verdichtungsgefährdung unterschiedlicher
Gesamtlasten und Böden erarbeitet werden. Die horizontspezifische Gegenüberstellung des
Stabilitätsparameters Vorbelastung (Pv), welcher das bodenfeuchteabhängige vertikale
Drucksetzungsverhalten des Bodens widerspiegelt, und der im Feld gemessenen 1.
Hauptspannungseinträge (ebenfalls Vertikalspannung) der Bodendruckmessungen, unter
Berücksichtigung gleicher Wasserspannung, ermöglicht die direkte Beurteilung ob und bis in
welche Tiefe eine bestimmte Maschine die Bodentragfähigkeit überschreitet und von der
Gefahr der Bodengefügeveränderung auszugehen ist.
Die Ergebnisse der unterschiedlichen Auflastfaktoren ermöglichen mit den untersuchten
Gesamtlasten 3,3; 6,3 und 7,5Mg eine grobe Einordnung der Verdichtungsgefährdung beider
Ausgangssubstrate und lassen richtungweisend eine Vorsorgewertbestimmung hinsichtlich
landtechnischer Gesamtlasten vor dem Hintergrund der gegebenen Versuchsbedingungen
(Bodenfeuchte, Bearbeitungszustand,…) zu. Wenn die in § 17 Abs.2 definierte gute fachliche
Praxis anhand der auf den Versuchsstandorten erzielten Ergebnisse hinsichtlich
bodenschonender Bewirtschaftung definiert werden soll, so sind die Radlasten für die
betrachteten Böden, mit Bodenwassergehalten nahe der Feldkapazität, im Bereich zwischen
3,3 bis 6,3Mg zu begrenzen.
Die Untersuchungen der Reifendruckunterschiede erlauben nach den vorliegenden
Ergebnissen, ebenfalls in Form der horizontspezifischen Gegenüberstellung von
Stabilitätsparameter und Spannungseintrag, eine Bewertung der Wirksamkeit verminderten
Reifeninnendrucks hinsichtlich bodenschonender Effekte und die Beurteilung der
Reifen/Auflastkombination. Ein Bodenschutzeffekt der durch eine Verminderung des
120

Reifeninnendrucks erwirkt wird, konnte für den getesteten Reifen (650/75 R38)
ausschließlich für die geringe Radlast von 3,3Mg signifikant ermittelt werden.
Eine zusammenfassende Betrachtung der Messergebnisse der Verfahren „Vorbelastung“
bzw. Drucksetzungsverhalten und Bodendruckmessung ermöglicht zudem eine Beurteilung
weiterer bodenschonender Maßnahmen, wie z.B. den Versuchfaktor
Bodenbearbeitungssystem. Der Vergleich dieser mittel bis langfristigen Bodenschutz-
maßnahme aus dem Bereich angepasster Arbeitsverfahren, stellte die konservierende
nichtwendende Bodenbearbeitung mit verbesserter Befahrbarkeit und günstigeren
Bodenstruktureigenschaften sowie reduziertem Bodendruck und Deformationsverhalten als
geeignet heraus. Die Untersuchungen zeigen, dass konservierende Bodenbearbeitung mit
einer verbesserten Strukturstabilität der Oberbodenhorizonte den Bodendruck durch
mechanische Belastungen bis zu 6,3Mg Radlast im Unterboden reduzieren kann, mit
größeren Radlasten (7,5Mg) geht dieser Effekt allerdings verloren. Die verbesserten
Strukturstabilitätseigenschaften unter diesem Bodenbearbeitungstyp konnten von beiden
Fachbereichen Bodenkunde und Landtechnik mit den erprobten Messverfahren festgestellt
werden.
Mit dem Ansatz der Feldtensiometermessungen in unterschiedlich verdichteten
Parzellenbereichen unter Berücksichtigung vergleichbarer Rahmenbedingungen lassen sich
horizontspezifische Unterschiede des Bodenwasserhaushalts ausweisen, die über
geophysikalische Messungen der scheinbaren elektrischen Leitfähigkeit ebenfalls
detektierbar sind und eine Kalibrierung des nicht invasiven Messverfahren hinsichtlich
verdichtungsbedingter Wassergehaltsunterschiede ermöglichen. Damit eignet sich das EM38
bzw. die elektromagnetische Induktion zur Detektion hoch verdichteter großflächiger
Bereiche und zur Vorerkundung für gezielte bodenphysikalische Beprobungen.
Verdichtungsbedingte Bodenwassergehaltsunterschiede lassen sich dann anhand der
Messwerte quantifizieren.
3.4.3 Verwertbarkeit der geophysikalischen Ergebnisse
EMI
Die Referenzkartierungen der elektrischen Leitfähigkeiten zeigen an allen
Versuchsstandorten heterogene Leitfähigkeitsverteilungen. Während diese Heterogenität in
Schleswig-Holstein aufgrund der vorhandenen bekannten Substratvariabilität zu erwarten
war, ist das Ergebnis auf den als homogen angesprochenen Lößstandorten überraschend.
Die Veränderung der Leitfähigkeiten nach den Belastungsversuchen im Vergleich der
belasteten zu unbelasteten Flächen zeigt tendenziell eine Erhöhung der elektrischen
Leitfähigkeiten nach Belastungseintrag an. Besonders deutlich ist dieser Effekt auf den
flächig belasteten Sonderbereichen der einzelnen Standorte zu beobachten, insbesondere
wenn der Oberboden vorher gelockert worden war. Die starken Effekte auf den
Sonderbereichen erklären sich durch das Messprinzip, welches integral ein Bodenvolumen
erfasst. Bei der vergleichsweise schmalen spurweisen Belastung macht somit die
Bodensäule unter der belasteten Fläche nur einen kleinen Teil des messtechnisch erfassten
Bodenvolumens aus. Die Effekte dieser künstlich erzeugten Belastungen lassen sich
teilweise auch auf den Vorgewenden und Fahrgassen, also durch Bewirtschaftung stark
121

mechanisch belasteten Bereichen, wiederfinden. Tendenziell sind die Effekte auf den
konventionell bewirtschafteten Flächen größer als auf den konservierend bewirtschafteten
Flächen. An allen Standorten ist jedoch über die Versuchszeit hinweg auch ein Rückgang
der Leitfähigkeitsquotienten zu beobachten, so dass davon auszugehen ist, dass die mit EMI
erfassten Effekte reversibel sind. Die starken Effekte nach Belastung eines lockeren
Oberbodens sind zum Einen mit der Zunahme der Kornkontake und einer dadurch erhöhten
Matrixleitfähigkeit und zum Anderen durch den gestiegenen volumetrischen Wassergehalt im
Vergleich zum Ausgangszustand zu erklären. Die im Laufe der Zeit nachlassenden Effekte
sind vermutlich durch Rißbildung bei der Befahrung und Relaxation der Bodenpartikel
verursacht.
EMI-Kartierungen sind sensibel für Bodenart und Zustand des Bodens a priori. Die
Versuchsergebnisse zeigen darüber hinaus die Sensitivität der EM-Kartierungen für
Verdichtungszustände des Oberbodens. Durch die relativ schnell durchführbare Kartierung
und die gute Visualisierbarkeit und Quantifizierbarkeit in Form von Kennwerten bieten sich
EMI-Kartierungen zur Flächencharakterisierung als Vorerkundung für gezielte
bodenphysikalische Beprobungen an.
Georadar
Die Georadarkartierungen bestätigen die EMI-Kartierungen hinsichtlich der Heterogenität
innerhalb der Versuchsflächen. Durch die zusätzliche Tiefeninformation des Georadar
konnte gezeigt werden, dass die Ursachen der im Ausgangszustand gemessenen
Leitfähigkeitsheterogenitäten aus dem Unterbodenbereich unterhalb des
Bearbeitungshorizonts stammen. Die Belastungsversuche hinterließen zumindest auf den
Sonderbereichen Geophysik auf Lößboden deutliche Verdichtungssignaturen, dagegen
zeigten sich auf den Jungmoränenstandorten nur schwache bis gar keine Effekte. Die
Beobachtung der Kompaktionseffekte war allerdings stark abhängig von den
Witterungseinflüssen bzw. der Wassersättigung der Böden. Da nach der zweiten Befahrung
im Herbst 2006 fast alle folgenden Georadarkartierungen nahezu bei Vollsättigung der
Böden stattfanden, war der Nachweis von Verdichtungssignaturen dementsprechend
schwierig. Das auf die Vorstudien aufbauende Auswertekonzept zeigte sich dahingehend
erfolgreich, dass vor allem auf Lößboden deutlich unterscheidbare physikalische Kennwerte
bei hoher bzw. geringer Bodenfeuchte ermittelt werden konnten. Allerdings korrelierten diese
Kennwerte nicht mit den unterschiedlichen Belastungsvarianten.
Das Georadarverfahren überzeugt durch eine gute Visualisierbarkeit von Bodenstrukturen,
Horizonten sowie Stör- und Einzelobjekten. Teilweise zeigt es sich sensitiv für
Bodenkompaktion, die Kennwertermittlung im Feldmaßstab erwies sich aufgrund des starken
Einflusses von der Oberflächenbeschaffenheit des Bodens (Ankopplung der Antennen) und
vom Wassergehalt (Dämpfung des Signals) im Boden als problematisch.
Gammaspektrometrie
Die Gammaspektrometer-Kartierungen zeigen an allen Versuchsstandorten nur eine
schwache kleinräumige Variabilität und bestätigen die materielle Homogenität der
bodenkundlichen Ansprache für den Oberbodenbereich. Andererseits zeigt der Vergleich
122

zwischen den einzelnen Standorten ein deutliche Korrelation der gammaspektrometrischen
Kennwerte Gesamtstrahlung und Thoriumgehalt mit dem Schluff- bzw. Sandanteil der
Standorte und somit eine Sensitivität für die Materialzusammensetzung. Daher ist es als
wertvolle Ergänzung zu den EMI-Kartierungen einzuschätzen, wenngleich für detailliertere
Korrelationen sehr viel mehr Datensätzen an unterschiedlichsten Standorten benötigt
werden.
Seismik
Seismische Geschwindigkeiten sind a priori sensibel für Bodenart und Zustand. Die
exemplarisch durchgeführten Messungen zeigen, dass vor allem das dynamische
Schermodul sensitiv für unterschiedliche Verdichtungszustände ist. Dieses Resultat bestätigt
die Hypothese der wichtigen Rolle der Kornkontakte bei EMI und der Vorverdichtung.
Die Seismik ist wegen des hohen Mess- und Auswerteaufwands derzeit nicht als
Routineverfahren für die Kartierung von Verdichtungszuständen einsetzbar. Als
Schnittstellenverfahren zum Vergleich bodenphysikalischer Kennwerte wie Vorverdichtung
und geophysikalischer Kenngrößen wie dynamischer Kompressions- und Schermodul ist
vermutlich aber noch großes Potential vorhanden.
123

4 Zusammenfassung
4.1 Landtechnische Zusammenfassung
Mit der Ausweisung von je zwei Versuchsflächen an den Standorten Kiel und Soest, die die
unterschiedlichen Bodenbearbeitungssysteme konservierend (nicht-wendend) und
konventionell (wendend) berücksichtigten, konnten geeignete Voraussetzungen für die
Durchführung des Projektes geschaffen werden. Ein großflächiges festes Versuchsdesign
sowie ausgewiesene Bereiche für die Untersuchung gesonderter Fragestellungen für die
einzelnen Arbeitsgruppen ermöglichten alle geplanten und relevanten Untersuchungen.
Beginnend im Frühjahr 2006 (Kiel ab Herbst 2006) konnten Befahrungen und Messungen
auf allen Versuchstandorten zu je zwei Terminen im Jahr stattfinden. Die Befahrungen
konnten, wie angestrebt, unter feuchten Bodenverhältnissen stattfinden. Eine Ausnahme
stellte hierbei das Frühjahr 2007 mit ungewöhnlich trockenen Bedingungen dar.
Die Daten der Vertikalpenetrometermessungen ließen insbesondere auf den nordrhein-
westfälischen Versuchsflächen Effekte durch die Befahrungen erkennen. Diese waren
jedoch hauptsächlich auf die Bereiche des Oberbodens bei konventioneller
Bodenbearbeitung beschränkt. Auf den schleswig-holsteinischen Versuchsflächen wurden
die Messungen durch den starken Steinbesatz deutlich erschwert. Die Effekte der
Befahrungen wurden teilweise überlagert durch Bodenbearbeitungsmaßnahmen, stark
veränderte Bodenwassergehalte, Quellungs- und Schrumpfungsprozesse sowie vermehrter
Regenwurmaktivität nach Regenereignissen.
Das an der FH-SWF neu entwickelte Messsystem TASIS erwies sich als geeignet, auch
kleinräumige Bereiche veränderter Eindringwiderstände im Bereich der Versuchsparzellen zu
erfassen. Die gelieferten Daten wiesen eine gute Abstufung in Anhängigkeit der zuvor
erfolgten Belastungen auf. Ein großflächiger Einsatz bei höheren Fahrgeschwindigkeiten zur
schnellen arbeits- und kostensparenden Kartierung großer Flächen ist möglich. Als kritisch
ist der lockernde Effekt der Messung auf das Bodengefüge, insbesondere bei
konservierender Bodenbearbeitung zu betrachten. Dieser kann durch den Einsatz
geostatistischer Verfahren minimiert werden.
Eindeutige Effekte konnten wie schon bei den Vertikalpenetrometermessungen auf den
nordrhein-westfälischen Versuchsflächen beobachtet werden. Die Homogenität und
Steinfreiheit der Böden boten hierfür gute Voraussetzungen. Die synchronisierte
Bewirtschaftung beider Flächen bot eine gute Vergleichbarkeit in Bezug auf die Bedeutung
des Bodenbearbeitungssystems. Auf diesen Standorten erzielte TASIS gute Ergebnisse, die
sich weitgehend mit der Arbeitshypothese decken und einige Kernaussagen zulassen.
Steigende mechanische Belastungen hatten bei konventioneller Bodenbearbeitung
steigende horizontale Eindringwiderstände bis in die Tiefe von 30 – 39 cm zur Folge. Bei
Radlasten von 7,5 Mg (= 7,5 t) waren diese signifikant höher gegenüber der unbefahrenen
Kontrolle. Bei konservierender Bodenbearbeitung waren signifikante Effekte auf die oberen
Bodenschichten und hohe Radlasten beschränkt. Eine Ausnahme stellt die Sonderfläche
Geophysik dar. Die mehrfache Überrollung muss als kritisch in Bezug auf eine Verdichtung
von Ackerböden betrachtet werden.
124

TASIS erwies sich als ausreichend sensibel, Unterschiede zwischen einzelnen
Reifeninnendrücken und Radlasten zu erkennen, wobei eine Anpassung des
Reifeninnendruckes eine geringere Verdichtungswirkung im Oberboden, eine Reduzierung
der Radlast hingegen einen Effekt in tieferen Bodenschichten zeigen. Diese Ergebnisse
konnten statistisch nur teilweise abgesichert werden, decken sich aber mit Angaben in der
Literatur. Durch die Berechnung des Ruhedruckkoeffizienten aus vertikalem und
horizontalem Eindringwiderstand konnten keine zusätzlichen Aussagen gewonnen werden.
Alle Messwerte lagen in einem Bereich unterhalb des als kritisch angesehenen Werts von 1.
Die Rollwiderstände zeigen eine deutliche Abhängigkeit von den Faktoren Radlast,
Reifeninnendruck und Bodenbewirtschaftungssystem, wobei die Bedeutung der Boden-
bewirtschaftung mit steigenden Radlasten zunimmt. Eine konventionelle Boden-
bewirtschaftung hatte am Standort Nordrhein-Westfalen (NRW) gegenüber der nicht-
wendenden Bewirtschaftung einen um durchschnittlich 7,5% erhöhten Rollwiderstand zur
Folge. Die Erhöhung des Reifeninnendruckes resultierte ebenfalls in erhöhten
Rollwiderständen. In NRW führten höhere Reifeninnendrücke bei Radlasten von 6,3 Mg und
7,5 Mg zu einem um durchschnittlich 6,9% erhöhten Rollwiderstand.
Ergänzende bodenkundliche Untersuchungen auf der Fläche NRW konv nach Versuchsende
zeigten, dass in der Fahrspur der schwersten Variante mit 7,5 t Radlast bei 3,5 bar
Reifeninnendruck (7,5Mg@350kPa) sowie im Sonderbereich der Geophysik ein geringeres
Gesamtporenvolumen und deutlich weniger weite Grobporen im Vergleich zu Kontrolle
nachzuweisen waren. Dieses war jedoch auf die Tiefe 36 – 40 cm beschränkt, in 60 – 64 cm
konnten keine Unterschiede zwischen den befahrenen Flächen und der Kontrolle festgestellt
werden. Die Spatendiagnose zeigte ein weniger tief reichendes Krümelgefüge in den
befahrenen Bereichen und insgesamt leicht beeinträchtigte Bodenfunktionen bis in eine Tiefe
von ca. 35 cm. In tieferen Bereichen waren keine wesentlichen Unterschiede zu beobachten.
Neben den genannten Erkenntnissen verdeutlichen die Ergebnisse des Projektes die
Verantwortung des Landwirtes bei der Befahrung von landwirtschaftlich genutzten Flächen:
eine intensive Bodenbearbeitung, hohe mechanische Belastungen und eine mehrmalige
Befahrung unter feuchten Bodenverhältnissen – eine Kombination von Faktoren, wie sie im
Rahmen dieses Projektes gewünscht war und realisiert wurde – spiegeln eine schlechte
landwirtschaftliche Praxis wider und sollten vermieden werden.
4.2 Bodenkundliche Zusammenfassung
Böden sind knappe nicht erneuerbare Ressourcen deren Leistungsfähigkeit und natürliche
Funktion laut Bodenschutzgesetz (BBodSchG ´98) erhalten bleiben soll. Dies verpflichtet
denjenigen der auf den Boden mechanisch einwirkt dazu, schädliche Bodenveränderungen
abzuwenden und nachhaltig die Bodenfunktion zu sichern. Unsachgemäßer Technikeinsatz
bei der Bewirtschaftung kann über mechanische Bodenbelastungen zu langfristiger
Schädigung des Bodengefüges führen. Dieser technogenen Belastungsproblematik war das
ausgewählte Untersuchungskonzept des bodenkundlichen Fachbereiches untergeordnet.
Der Versuchsaufbau zielte dabei auf das Wirkungsgefüge Bodenbelastbarkeit und
Bodenbelastung und sollte der Entscheidungsfindung hinsichtlich praktischer
125

Handlungsempfehlungen dienen. Im Vordergrund stand dabei die Betrachtung
nutzungsbedingter Verdichtung im Bodenbereich unterhalb der regelmäßig bearbeiteten
Ackerkrume. Im Fall konventioneller Bodenbearbeitung wurde das Augenmerk in den
Bereich der Unterbodenhorizonte gerichtet, bei der konservierenden Bodenbearbeitung
wurde auch die nicht mehr bearbeitete ehemalige Unterkrume berücksichtigt.
In Absprache der Projektpartner und Versuchgutleiter konnten im Verlauf der drei Messjahre
auf allen Versuchsgütern, dem Vorhaben entsprechend, die geplanten Untersuchungen
durchgeführt werden. Über den laufenden Projektzeitraum wurden auf den vier Standorten
die bodenkundlichen Ausgangsbedingungen durch Leitprofilbeprobung ermittelt und die
Freilandmessungen der landtechnischen Belastungsvarianten mit Bodendruck- und
Deformationsmessungen sowie Beprobungen begleitet. Die bodenkundlichen
Untersuchungen des Projektes zeigen, dass insbesondere die Versuchsfaktoren Auflast,
Bodenbearbeitung und Reifeninnendruck Auswirkungen auf die Belastung des Ackerbodens
haben.
Die Ergebnisse der Versuchsvariablen Bodenbearbeitungssystem weisen positive Effekte
der konservierenden gegenüber der konventionell wendenden Bodenbearbeitung auf.
Hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung und der Verdichtungsgefahr im Unterboden
wurden in allen Messhorizonten und für alle Auflastvarianten geringere Bodendrücke und
Deformationen in dem weniger gestörten Bodengefüge festgestellt. Die unter
konservierender Bodenbearbeitung entwickelte Bodenstruktur offenbarte zudem eine
bessere Reduktion scherender und komprimierender Bodenverformung in die Tiefe auf.
Bezug nehmend auf die technische Belastungen von Ackerböden durch den Einsatz immer
schwererer Landtechnik wurden als weitere Versuchsvariablen verschiedene Gesamtlasten
landtechnischer Radfahrzeuge über Befahrungsversuche mit einem Lastrahmen (MOVIS)
simuliert. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen offenbaren mit zunehmend statischer
Radlast negative Tiefenwirkung der Bodenbelastung und eine Gefahr der
Unterbodenverdichtung. Insgesamt kommt es durch die Erhöhung der Last von 3,3 auf
7,5Mg zu einer mittleren Zunahme der Spannungseinträge um ca. 200kPa im Oberboden
und ca. 60kPa in der Messtiefe 60cm. Es lässt sich festhalten, je größer das Gesamtgewicht
bei gleichem Reifeninnendruck, desto höher auch die Gefahr der Unterbodenverdichtung. Im
Zusammenhang mit den Untersuchungen der horizontspezifischen Stabilitätsparameter
“Vorbelastung“ der Böden lassen sich über die gemessenen Bodendrücke beurteilende
Aussagen über das Wirkungsgefüge Bodenbelastbarkeit/Bodenbelastung treffen. Die
Beeinträchtigungswirkung (Schadhaftigkeit) der drei Radlasten lies sich über diese
Gegenüberstellung einordnen und ermöglicht eine grobe Bewertung unterschiedlicher
Auflast. Die Beurteilung und eine Ableitung von Maßnahmen verlangt allerdings zusätzlich
zum Faktor Radlast immer die Berücksichtigung der Kontaktfläche. Wie schon in Kap.
3.1.1.3 detailliert dargestellt, kommt es bei der verwendeten Reifen-/Auflastkombination
bereits mit der Erhöhung der Radlast von 3,3 auf 6,3Mg, unabhängig vom Reifeninnendruck,
zu einer deutlichen Zunahme des Bodendruckes und zum Überschreiten der Tragfähigkeit
des Bodens bis in den Bereich unterhalb der regelmäßig bearbeiteten Ackerkrume (vgl. Abb.
31ab). Das Druckkompensationsvermögen des Bodens ist bis in den nahen Unterboden
überschritten und verursacht ab 6,3Mg messbare plastische Verformung im Bereich des
126

nahen Unterbodens (vgl. Abb. 32). Hingehend einer Beurteilung bedeutet dieses Ergebnis,
dass in den untersuchten Böden mit dieser Auflast bereits das Risiko einer
Unterbodenverdichtung vorhanden ist. Die Ableitung hingehend einer Begrenzung der
Radlast für hohe Bodenwassergehalte führt demnach, für die untersuchten Böden, mit im
öffentlichen Straßenverkehr zugelassenen Reifengrößen, zu einem Vorsorgewert zwischen
3,3 und 6,3Mg. Da die Wasserspannungsmessungen zeigen, dass sich die Böden über
einen weiten Zeitraum des Jahres in einem Bodenfeuchtezustand nahe der Feldkapazität
bewegen, müsste sich die gute fachliche Praxis immer an Vorbelastungswerten bzw.
Bodentragfähigkeiten nahe der Feldkapazität orientieren. Eine der Vorsorge gegen
Bodenverdichtung entsprechende Bewirtschaftung sollte demnach Befahrungen mit
derartigen Radlasten zum Zeitpunkt hoher Bodenfeuchte nahe der Feldkapazität vermeiden.
Als weitere Versuchsvariante und landtechnische Bodenschutzmaßnahme neben dem
Bodenbearbeitungssystem wurden alle Radlasten mit verschiedenen Reifeninnendrücken in
die Flächen eingefahren. Über einen abgesenkten Reifeninnendruck sollte die
Aufstandsfläche vergrößert und der Kontaktflächendruck in der Kontaktfläche Reifen/Boden
sowie die Spannungseinträge in den Boden vermindert werden. Die Ergebnisse dieser
Versuchsvariablen zeigen positive Effekte des verminderten Reifeninnendruck für die beiden
Radlastvarianten 3,3 und 6,3Mg auf. Hier konnten mit dem niedrigen Reifeninnendruck die
Aufstandflächen soweit vergrößert werden, dass Kontaktflächendrücke wie auch die
Spannungseinträge bis in den Unterboden reduziert werden (vgl. Abb. 34). Für die
Schwerlastvariante mit 7,5Mg kann dieser Effekt lediglich im Oberboden festgestellt werden,
die Unterbodenhorizonte zeigen dagegen mit vermindertem Reifeninnendruck eine
gegenteilige Entwicklung mit zunehmenden Spannungseinträgen. Die Zunahme der
Reifenaufstandsfläche reicht mit 7,5Mg Radlast nicht aus um den Kontaktflächendruck der
jetzt größeren Aufstandsfläche soweit zu reduzieren das auch die Spannungseinträge im
Unterboden vermindert werden. Der Reifen ist für derartige Schwerlasten unterdimensioniert.
Der Einfluss des Versuchsfaktors Reifeninnendruck in Gegenüberstellung zur mechanischen
Eigenstabilität des Bodens erlaubt bewertende Aussagen darüber, inwiefern mit der
Absenkung des Reifeninnendrucks eine Stabilisierung des Systems Boden-Maschine für die
verschiedenen Gesamtlasten realisiert werden kann (vgl. Abb.38). Die Ergebnisse
verdeutlichen, dass mit der Verminderung des Reifeninnendrucks und der damit
einhergehenden Vergrößerung der Aufstandsfläche, vornehmlich für die geringen
Radlastvarianten um 3,3Mg eine Reduzierung des Spannungseintrages unter den Grenzwert
der wasserspannungsabhängigen Vorbelastung erreicht werden kann. Diese Reduzierung
des Spannungseintrages wird bei den geringeren Radlasten durch eine überproportionale
Abnahme des Kontaktflächendrucks (bzw. überproportionale Zunahme der Kontaktfläche)
erreicht und kann damit durchaus als Mittel des Unterbodenschutzes eingesetzt werden. Für
die Radlasten ab 6,3Mg reicht die Abnahme des Kontaktflächendruckes mit der gewählten
Reifenkombination nicht mehr aus um eine Stabilisierung des Systems Boden/Maschine zu
erreichen.
Die Versuche der Mehrfachüberfahrten, für die nähere Betrachtung der Entwicklung der
Spannungsausbreitung und Bodendeformation in häufiger befahrenen Feldbereichen, zeigen
eine gewisse Kompaktierung und Stabilisierung des Bodens durch mehrmaliges Überrollen
127

(vgl. Abb.35 und Abb.36). Hinsichtlich der Bodendruckmessungen kann in den ersten beiden
Messtiefen mit zunehmender Überrollungshäufigkeit eine Abnahme der Spannungseinträge
festgestellt werden. Die Bewegungsmessungen der Mehrfachüberfahrten zeigen eine
Veränderung der Anteile an plastischem und elastischem Deformationsverhalten.
Zunehmende Überfahrten erhöhen den Anteil elastischer Verformung an der
Gesamtverformung, plastisches Setzungsverhalten ist nach zehn Überfahrten unter allen
Radlasten nahezu nicht mehr vorhanden. Die Stabilisierung und Verfestigung der oberen
Bodenhorizonte führt zu einer Erhöhung der Korn zu Korn Kontakte und eher translatorischer
Bodendeformation die letztendlich, mit gleichzeitigem Anstieg des volumetrischen
Wassergehaltes in den komprimierten Oberbodenhorizonten und der damit verbundenen
Anhebung des Konzentrationsfaktors, die Spannungseinträge im Unterboden erhöhen. Mit
zunehmender Überrollungshäufigkeit ergib sich also eine zunehmende Tiefenwirkung des
Bodendrucks und damit eine erhöhte Gefahr der Unterbodenverdichtung.
Die Untersuchung der Stabilitätsparameter nach dem Verfahren „Vorbelastung“ (vgl. Abb.
39) zeigen, unabhängig vom Ausgangssubstrat, für alle Versuchstandorte
horizontspezifische Strukturstabilitäten die sich bei Feldkapazität im Bereich der geringen bis
mittleren Stabilitäten einordnen lassen. Für die konservierend bearbeiteten Versuchsflächen
ergeben sich auf allen Standorten höhere Vorbelastungswerte und damit verbesserte
Bodentragfähigkeit für den Oberbodenbereich, die Unterbodenhorizonte müssen je nach
Ausgangssubstrat differenziert betrachtet werden. Diese Stabilitätsunterschiede zwischen
den Bodenbearbeitungssystemen sowie auch die horizontspezifische Variation der
Bodenstabilität, zeigen sich auch im Verlauf der landtechnischen
Eindringwiderstandsmessungen mit dem Vertikalpenetrometer und weisen auf die
Vergleichbarkeit der beiden Messverfahren hin. Mit schwerer mechanischer Belastung
(7,5Mg) zeichnet sich anhand zunehmender Vorbelastungswerte eine signifikante
Verdichtung einzelner Horizonte ab, die sich mit zunehmender Häufigkeit der Belastung,
tendenziell, gerade in den Unterbodenhorizonten intensiviert. Diese Akkumulation von
Verdichtungseffekten konnte allerdings anhand der Einringwiderstandsmessungen nicht
deutlich ausgewiesen werden. Die Beeinträchtigung des Bodengefüges, gemessen anhand
des Bodenfunktionskennwertes gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf) (Abb. 40), zeigt sich bei
einmaligen Belastungen mit 7,5Mg als Abnahme der hydraulischen Eigenschaften
vornehmlich in den Oberbodenhorizonten. Mit 10facher Wiederholung des Lasteintrages
(7,5Mg) werden zusätzlich nahe Unterbodenhorizonte in ihrer Leitfähigkeit beeinflusst.
Dieser Effekt der Abnahme ist auf den Flächen in NRW mit deutlicheren Veränderungen
stärker ausgeprägt. Auf drei der vier Versuchsstandorte wird die vertikale gesättigte
Wasserleitfähigkeit durch die Belastung im Oberboden bis in den geringen, bzw. z.T. sehr
gering zu bewertenden Bereich reduziert, was hinsichtlich der Gefügefunktion als
Bodenschadverdichtung gedeutet werden kann.
Unter der Annahme, dass eine mechanische Belastung eine Abnahme der Makroporosität
bzw. Porenkontinuität verursacht und damit eine Veränderung der Bodenmatrix und des
Wasserhaushaltes zur Folge hat, wurden auf den Versuchsflächen in Merklingsen seit April
´07 Wasserspannungsmessungen in verdichteten und unverdichteten Parzellenbereichen
durchgeführt. Gerade die Veränderungen der volumetrischen Wassergehalte (gemessen als
128

Matrixpotentialvariation) und der Korn zu Korn Kontakte sind geophysikalisch gut
detektierbare Bodeneigenschaften, die die Vergleichbarkeit der unterschiedlichen
Messverfahren ermöglichen sollte. Die Messungen der Wasserspannungsverläufe sind für
den geophysikalisch besonders interessanten Bereich der unteren Krumenbasis dargestellt
und zeigen über den Gesamtzeitraum eine geringfügige aber vorhandene Beeinflussung des
Wasserhaushaltes in Form niedrigerer Wasserspannungen (oder höheren volumetrischen
Wassergehalten) auf den verdichteten Parzellen der konservierend bewirtschafteten Fläche.
Der Stauwassereffekt der verdichteten Parzellen ließ sich auf Seiten geophysikalischer
Ergebnisse anhand der Messungen der scheinbaren elektrischen Leitfähigkeit mit dem EM38
detektieren. Die Ergebnisse der Horizontalmessungen des elektromagnetischen
Induktionsverfahrens zeigen eine signifikante Veränderung der scheinbaren elektrischen
Leitfähigkeit im integralen Bereich bis 40cm Bodentiefe. Da zwischen den
Vergleichsparzellen keine Substratheterogenitäten auftreten, lassen sich die erhöhten
Leitfähigkeiten nur den ermittelten höheren Bodenfeuchten und einer Zunahme der Korn zu
Korn Kontakte zuordnen, die auf die wiederholt aufgebrachten mechanischen Belastungen
im verdichteten Parzellenbereich zurückzuführen sind (vgl. auch Kap.3.4.3 und Kap.4.3).
4.3 Geophysikalische Zusammenfassung
Im Laufe der Projektlaufzeit konnten alle geplanten geophysikalischen Messungen
durchgeführt werden. Jeder Standort wurde vor Versuchsbeginn sowie nach jeder Befahrung
durch die FH Soest mit EMI und Georadar kartiert. Ergänzend wurden ebenfalls an allen
Standorten gammaspektrometrische Kartierungen und exemplarisch stationäre seismische
Messungen durchgeführt. Durch die EMI- und GPR-Kartierungen konnte die
standortspezifische Substratvariabilität in der Fläche nachgewiesen werden. Während die
EMI-Karten einen schnellen Überblick über die integrale Substratverteilung bis in 1-2 m Tiefe
liefern, konnten mit GPR wesentlich höhere räumliche Auflösungen in lateraler und vertikaler
Richtung erzielt werden. Die stark schwankenden Bodenbedingungen während der
Projektlaufzeit zeigten jedoch auch deutlich die prinzipiellen Einschränkungen beim Einsatz
des Georadarverfahrens, welche von der kompletten Unbrauchbarkeit der Datensätze bei
extremer Nässe bis hin zu Strukturerkennung und Objektortung bei nur sehr bestimmten
Bodenverhältnissen reichten. Hinsichtlich der mechanisch in den Boden eingebrachten
Belastungen zeigten sich die EMI-Daten überraschend als sensitiv. Starke flächige
Belastung führte zu nachweisbar erhöhter elektrischer Leitfähigkeit, wobei der Grad der
Erhöhung wesentlich vom Ausgangszustand und Substrat abhing. Die stärksten Effekte
konnten auf Lockerboden und Löß, die geringsten auf stabiler Grasnarbe und
Jungmoränenstandort beobachtet werden. Die spurweise eingebrachten Belastungen
zeigten zwar tendenziell den gleichen Effekt auf die elektrischen Eigenschaften, insgesamt
erwies sich das Versuchskonzept allerdings als zu kleinräumig angelegt und zu undefiniert in
den Rahmenbedingungen, da die Flächen weiter normal bewirtschaftet wurden. Gleiches gilt
für die Georadar-Messungen in noch viel stärkerem Maße, da die Qualität des Radarsignals
zuallererst von der Ankopplung an den Boden abhängt, welche innerhalb der Flächen und
Zeiträume sehr stark variierte. Der tendenziell erkennbare Einfluss von Kompaktion auf das
Radarsignal ließ sich zumindest nicht mit dem von uns gewählten Ansatz nutzen, um zu
129

quantifizierbaren Aussagen über den Verdichtungszustand des Bodens zu kommen. Der
Einsatz des Gammaspektrometers zeigte wie erwartet den Einfluss des Tongehalts im
Oberboden an. Da alle Kartierungen eine homogene Verteilung im Oberboden aufwiesen,
waren die entsprechenden Leitfähigkeitsvariationen entweder bedingt durch
Wassergehaltsvariationen im Oberboden oder hatten ihr Ursache im Unterboden, wie die
GPR-Messungen belegen konnten. Die Hammerschlagseismik zeigte keinerlei Effekte
hinsichtlich der Bodenverdichtung, war jedoch im Schermodul sensitiv bezüglich der
Bewirtschaftungsart auf Lössboden. Insgesamt scheinen die Effekte im Boden nach einer
Belastung aber zu gering zu sein, um sie im von uns angeregten Frequenzbereich auflösen
zu können.
130

5 Gegenüberstellung geplanter und erreichter Ziele sowie
weiterführende Fragestellungen
Landtechnik
Die Feldmessungen für das Projekt konnten im Frühjahr 2006 planmäßig begonnen werden.
Zu diesem Zeitpunkt waren alle notwendigen organisatorischen Vorarbeiten realisiert und die
benötigte Technik vorhanden und einsatzbereit. Ab Herbst 2006 fanden Untersuchungen auf
allen Versuchsflächen statt und wurden bis zum Frühjahr 2008 zweimal jährlich (Frühjahr,
Herbst) durchgeführt. Alle relevanten Daten konnten mit zwei Ausnahmen planmäßig
erhoben werden: MOVIS-Daten der Rollwiderstandsmessung konnten in Schleswig-Holstein
(SH) im Herbst 2006 aufgrund des Bruchs eines Dehnmessstreifens nicht erhoben werden.
Die eigentliche Befahrung blieb hiervon unbeeinflusst. Des Weiteren konnte auf SH konv im
Herbst 2007 aufgrund des starken Bewuchses keine TASIS-Messung in der Tiefe 30 – 39 cm
stattfinden. Neben den geplanten Messungen konnten ergänzende bodenkundliche
Untersuchungen auf NRW konv durchgeführt werden, um Messungen von TASIS und
Vertikalpenetrometer besser bewerten zu können.
Das Projektziel Aussagen über die mechanische Stabilität von Böden gegenüber Auflasten
zu gewinnen konnte realisiert werden. Hierbei wurden Erkenntnisse über den Effekt einer
langjährig reduzierten Bodenbearbeitung, die Fahrwerksparameter Radlast und
Reifeninnendruck und die Befahrhäufigkeit gewonnen. Die Ableitung von
Handlungsempfehlungen, insbesondere für die landwirtschaftliche Praxis erfolgte, und ist in
Kap.3.4.1 zusammengefasst.
Bodenkunde
Die laut Arbeitsplan im Berichtszeitraum vorgesehenen Feld- und Labormessungen auf den
drei Versuchstandorten konnten unter Absprache der drei beteiligten Fachbereiche
fristgerecht zu den dafür vorgesehen Terminen realisiert werden. Insgesamt fanden seit dem
Winter 2005 bis ins Frühjahr 2008 fünf, davon vier gemeinsame, Feldaufenthalte mit
Feldmessungen und Beprobungen der einzelnen Versuchsvarianten statt. Laut Antrag wurde
der Ausgangszustand der flächenhaften Verbreitung der Bodenstabilität und
Verdichtungsgefährdung bestimmt sowie die landtechnischen Belastungsvarianten mit in
situ Bodendruck- und Deformationsmessungen und horizontspezifischen Beprobungen
begleitet. Zusätzlich zu den geplanten Messungen erfolgte ab Frühjahr 2007, nach Vorschlag
der projektbegleitenden Arbeitsgruppe, ein Monitoring des Bodenwasserhaushaltes auf
unterschiedlich verdichteten Versuchsflächen in NRW. Die aus diesen Messungen
gewonnen zusätzlichen Erkenntnisse ermöglichten bei der abschließenden Betrachtung der
untersuchten Messmethoden eine weitere Vergleichsmöglichkeit der
Untersuchungsergebnisse und einen Ansatz zur Bewertung der Anwendbarkeit der
geophysikalischen Detektionsmethoden. Für die Verifizierung eigener Messmethoden zur
Bestimmung der hydraulischen Eigenschaften des Bodens fanden auf den Versuchsflächen
in NRW ergänzend zu den Beprobungen Infiltrationsmessungen in unverdichteten und
verdichteten Feldbereichen statt. Alle Ergebnisse wurden entsprechend den Vorgaben
visuell übersichtlich ausgearbeitet, statistisch bewertet und in Zwischenberichten bzw. dem
131

Abschlussbericht dokumentiert und der projektbegleitenden Arbeitsgruppe auf Treffen in
Soest und Kiel anhand von Präsentationen mehrfach vorgestellt. Das Ziel des Projektes
flächenhafte Informationen zur horizontspezifischen Stabilität und der Eigenfestigkeit des
Bodens als Folge der Bodenentwicklung und Landnutzung zu erarbeiten, konnte erreicht
werden. Des Weiteren erfolgte eine Beurteilung der technisch relevanten bodenschonenden
Maßnahmen sowie eine Bewertung der mechanischen Bodenbelastung durch
landwirtschaftliche Radfahrzeuge mit unterschiedlichen simulierten Gesamtlasten.
Hinsichtlich praktischer Handlungsempfehlungen erfolgte eine regionalspezifische
Eingrenzung einer kritischen Radlast in Bezug auf Bodenverdichtung (für die gegebenen
Ausgangssubstrate mit Bodenfeuchtezustand nahe der Feldkapazität) sowie die Bewertung
der Auswirkungen verminderten Reifendrucks für die verschiedenen
Reifen/Auflastkombinationen (vgl. Kap. 3.4.2).
Geophysik
• Ziel: Flächenhafte Information zu Bodenaufbau, Bodenstruktur und –art
Durch wiederholte geophysikalische Multi-Sensorische Kartierungen mit EMI,
GPR und Gammaspektrometer konnten wie vorgesehen flächenhafte
georeferenzierte Informationen zu Material und Aufbau der Böden beschafft
werden. Während über die Kartierung der elektrischen Leitfähigkeit Aussagen
über die Materialzusammensetzung integral bis in 1-2 m Tiefe getroffen werden
konnten, lieferten Gammaspektrometer und Georadar detailliertere Informationen
zum Oberboden respektive zum Unterboden. Das Georadar konnte darüber
hinaus teilweise die Grenzhorizonte detektieren und somit Informationen zum
Bodenaufbau beisteuern. Die Wiederholungsmessungen belegen aber auch
durch die wechselnden Kartierergebnisse die starke Abhängigkeit des GPR-
Verfahrens von den aktuellen Witterungs- und Bodenbedingungen.
• Ziel: Empfindlichkeit der Messsensorik gegenüber stabilitätsabhängigen
Änderungen der Bodenfunktionen
Die EMI-Messungen erwiesen sich an allen Standorten als sensitiv für verdichtete
Böden. Tendenziell zeigt sich auf verdichtetem Boden eine erhöhte elektrische
Leitfähigkeit im Vergleich zu unverdichteten Bereichen, die beobachteten Effekte
zeigten sich auf Löß stärker als auf Geschiebe und auf konventionell
bewirtschafteten Flächen stärker als auf konservierend bewirtschafteten. Diese
Effekte zeigten sich sowohl im Rahmen der Befahrungsversuche als auch auf
bewirtschaftungsbedingt belasteten Bereichen wie Vorgewende und Fahrgassen.
GPR Daten zeigten auf Löß zwar teilweise Verdichtungssignaturen, der von uns
gewählte Ansatz über die Detektion von Stauwasserflächen quantifizierbare
Aussagen zu gewinnen ließ sich jedoch nicht bestätigen. Weitere
Untersuchungen zur Thematik sind auf Modellebene notwendig, um die Anzahl
der sich bei Feldmaßstab verändernden Parameter zu verringern.
Die Seismik zeigte keine befahrungsbedingten Effekte, dafür aber Variationen im
Schermodul auf Flächen unterschiedlicher Bewirtschaftungsysteme. Zur
Vertiefung seismischer Untersuchungen ist der Einsatz seismischer Quellen mit
höheren Frequenzen sinnvoll.
132

Schlussfolgerung
Die in dem Gemeinschaftsvorhaben der 3 Institute: Geophysik und Bodenkunde der CAU
Kiel und der Landtechnik der FH Soest erzielten Ergebnisse unter definierten und auch
während des gesamten Zeitraumes der Versuche beibehaltenen Randbedingungen haben
einen wesentlichen Erkenntnisgewinn und wie zu erwarten auch noch weitere offene Fragen
vor allem hinsichtlich der im langfristigen Fokus im Vordergrund stehenden Frage nach der
Umsetzbarkeit der Ergebnisse in die Praxis ergeben:
• Im Projektzeitraum konnten flächenhafte Informationen zum allgemeinen Profilaufbau
und Bodentyp, der von der Bewirtschaftung abhängigen Bodenstruktur sowie zur
horizontspezifischen Stabilität und der Eigenfestigkeit als Folge der Bodenentwicklung
und der früheren Landnutzungseffekte erarbeitet werden. Anhand ausgewählter
Profilansprachen, Beprobungen und standardisierter bodenkundlicher Verfahren wurden
die in dem Vorhaben definierten Kenngrößen quantifiziert und in Beziehung zu den
Bewirtschaftungsmaßnahmen gestellt.
• Auf der Grundlage des aus der Bodenmechanik abgeleiteten Vorbelastungsverfahrens
konnte eindeutig das jeweilige wasserspannungsabhängige Gefährdungspotenzial für
Bodenverdichtung flächenhaft abgeschätzt werden, wobei die Beziehung zu den
ökologisch relevanten Kenngrößen Wasserleitfähigkeit und Lufthaushalt die an den
Versuchsstandorten je nach Ausgangssubstrat, Vorgeschichte und aktueller langfristiger
Bodenbewirtschaftungsverfahren unterschiedlichen Empfindlichkeiten der
Versuchsstandorte dokumentiert hat.
• Der Wert des Eindringwiderstands (EW), ermittelt anhand der vertikalen
Penetrometermessung, ist zur Charakterisierung einer Verdichtung nur bedingt geeignet.
Räumlich und zeitlich unterschiedliche Wassergehalte und eine durch die Heterogenität
des Bodenbearbeitungszustandes induzierte große Streubreite der Daten während der
verschiedenen Messtermine lassen eine kausale Betrachtung von Ursache und
prognostizierte Folgen nicht zu. Vergleichende Betrachtungen von Einzelmessungen
eines Messtermins mit gleichen Bodenwassergehalten zeigen dagegen eine
Beeinflussung der Messergebnisse, wenn es sich um steinfreie Böden handelt.
• Die Horizontalpenetrometermessungen (MOVIS) eignen sich zur Erfassung
unterschiedlicher Bodendichten und erlauben die qualitative Abstufung der zuvor
erfolgten mechanischen Belastung. Unter konservierender Bodenbearbeitung ließ sich
eine Zunahme der horizontalen Eindringwiderstände feststellen. Es bleibt zum
gegenwärtigen Zeitpunkt offen, inwiefern durch eine detaillierte mehr die
bodenmechanischen Spannungstheorien mit berücksichtigende Detailanalyse auch auf
größeren Schlägen in Kombination mit den entsprechenden Spannungsmessungen etc.
eine schnelle und vor allem billige Vorinformation erreicht werden kann.
• Das EM38 bzw. die elektromagnetische Induktion eignet sich zur Detektion hoch
verdichteter großflächiger Bereiche und zur Vorerkundung für gezielte
bodenphysikalische Beprobungen. Verdichtungsbedingte Bodenwassergehalts-
unterschiede ließen sich anhand der Messwerte quantifizieren. Die Messmethodik
scheint als Routineverfahren geeignet.
133

• Dahingegen liefert das Georadar zwar eine gute tiefenbezogene Visualisierung, es ist
aber bisher problematisch in Bezug auf Kennwertermittlungen. Das Messkonzept der
Vergleichsmessung bei Trockenheit und Feldkapazität ist im Prinzip erfolgreich, und
ermöglicht, vornehmlich auf den Geschiebemergelstandorten, die tiefenbezogene
Bestimmung der Substratheterogenität und damit eine Abschätzung der potenziellen
Belastbarkeit der Böden. Belastungseffekte sind bisher nur teilweise visualisierbar, wobei
vor einem Einsatz zur Vorerkundung bzw. zur Prognose der Verdichtungsempfindlichkeit
eine mögliche Mitbeeinflussung durch andere Faktoren abgeklärt werden muss.
Versuchsbedingte Verdichtungssignaturen sind auf den Lößstandorten deutlicher
detektierbar als im Geschiebemergel. Das Verfahren stellt bisher noch kein
Routineverfahren dar.
• Aus den erzielten Ergebnissen können für die gewählten Randbedingungen
nachvollziehbare Rückschlüsse auf die je nach Bodenbewirtschaftung und
Bodenzusammensetzung einschließlich der hydraulischen Randbedingungen
vorhandenen Bodenstabilitäten als Grundlage für die Vorhersage von auflastabhängigen
Funktionsänderungen abgeleitet werden. Damit ist das Grundkonzept des
Forschungsvorhabens als valide nachgewiesen.
• Unter dem Gesichtspunkt der technisch relevanten bodenschonenden Maßnahmen
erfolgte die regionalspezifische Eingrenzung einer kritischen Radlast in Bezug auf
Bodenverdichtung (für die gegebenen Ausgangssubstrate mit Bodenfeuchtezustand
nahe der Feldkapazität) sowie die Bewertung der Auswirkungen verminderten
Reifeninnendrucks für die verschiedenen Reifen/Auflastkombinationen. Die Ergebnisse
zeigen, dass erwartungsgemäß die Spannungseinträge mit höherer Auflast ansteigen,
mithin die Gefahr der Unterbodenverdichtung zunimmt. Wenn die in § 17 Abs.2 definierte
gute fachliche Praxis anhand der auf den Versuchsstandorten erzielten Ergebnisse
hinsichtlich bodenschonender Bewirtschaftung definiert werden soll, so sind die
Radlasten für die betrachteten Böden, mit Bodenwassergehalten nahe der Feldkapazität,
im Bereich zwischen 3,3 bis 6,5Mg zu begrenzen. Ein bodenschonender Effekt durch
verminderten Reifeninnendruck ließ sich für die gegebenen Reifen/Auflastkombinationen
ausschließlich bei der Radlastvariante mit 3,3Mg signifikant feststellen.
• Die Untersuchungen im Bereich angepasster Arbeitsverfahren haben gezeigt, dass
konservierende Bodenbearbeitung mit einer verbesserten Strukturstabilität der
Oberbodenhorizonte den Bodendruck durch mechanische Belastungen bis zu 6,5Mg
Radlast im Unterboden reduzieren kann, mit größeren Radlasten (7,5Mg) geht dieser
Effekt verloren.
• In dem geplanten Vorhaben sind bisher keinerlei Messungen über die Auswirkungen der
Bewirtschaftung auf die Erträge, die Gasleitfähigkeit und –zusammensetzung
vorgenommen worden, die auch im Zusammenhang mit der „Global Change“ Diskussion
von Bedeutung sind.
Zusammenfassend kommen wir auch nach intensiver abschließender Diskussion mit den
Mitgliedern der projektbegleitenden Arbeitsgruppe zu dem Ergebnis, dass die durchgeführten
Untersuchungen eine wertvolle Grundlage für die Einführung in die landwirtschaftliche
134

Beratungspraxis darstellen. Am Beispiel von Praxisbetrieben sollte nun in einem weiteren
Forschungsvorhaben die Anwendbarkeit der entwickelten Verfahrensansätze bezüglich der
Verdichtungskartierung auf Hofkarten-Maßstab durchgeführt werden. Es wäre dann
eindeutig belegt, dass durch die Kombination von schnellen und kostengünstigen
Freilandmessverfahren mit nur an wenigen Punkten erforderlichen Detailanalysen ein
wesentlicher Fortschritt in Richtung der Quantifizierung der guten fachlichen Praxis und der
damit einhergehenden Definition der Nachhaltigkeit der Landnutzung gelungen ist.
135

6 Literaturverzeichnis
Adamchuk, V. I., Hummel, J. W., Morgan, M. T., Upadhyaya, S. K. (2004): On-the-go soil
sensors for precision agriculture. Comput. Electon. Agric., 44, 71-91.
AD-hoc-AGBoden (2005): Bodenkundliche Kartieranleitung. Hannover, Schweitzbart´sche
Verlagsbuchhandlung, Stuttgart.
Alakukku, L., P. Weisskopf, W. C. T. Chamen, F. G. J. Tijink, J. P. van der Linden, S. Pires,
C. Sommer, G. Spoor (2003): "Prevention strategies for field traffic-induced subsoil
compaction: a review Part 1. Machine/soil interactions." Soil & Tillage Research 73:
145-160.
Alihamsyah, T., Humphries, E. G., Bowers, C. G. (1990): A technique for horizontal
measurement of soil mechanical impedance. Trans. ASAE, 33 (1), 73-77.
American Society of Agricultural Engineers (ASAE) Standard (2006): Soil Cone
Penetrometer (ASAE S313.3 FEB04).
Auerswald, K., H. Durlesser, C. Sperl (1994): "Erfassung der dreidimensionalen Variabilität
von Böden mit geophysikalischen Methoden." Mitteilgn. Dtsch. Bodenk. Gesellsch. 74:
165-166.
Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Sächsische Landesanstalt für Landwirtschaft
(2005): LFL-Information: Bodenstruktur erkennen und beurteilen – Anleitung zur
Bodenuntersuchung mit dem Spaten. 4. geänderte Aufl., Freising-Weihenstephan,
Dresden.
Becher, H. H. (2004): "Is the concentration factor k of an aggregated soil constant as the
determining measure for the stress distribution in soils?" Journal of Plant Nutrition and
Soil Science-Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde 167(4): 525-531.
Bishop, W. (1959): The principle of effective stress. T. Ukeblad. 106: 39.
Blume, H. P. (2004): Handbuch des Bodenschutz. Landsberg, ecomed.
Bölenius, E., Rogstrand, G., Arvidsson, J., Thylén, L., Stenberg, B. (2006): On-the-go
measurement of soil penetration resistance on a Swedish eutric cambisol. NJF Report,
Vol. 2, Nr. 4 (1): Tillage systems for the benefit of agriculture and the environment.
Bölling, W. H. (1971): Zusammendrückung und Scherfestigkeit von Böden. Wien New York
Springer Verlag.
Brunotte, J., C. Sommer, M. Lebert (2001): A practice- oriented concept with solutions and
results to the precaution against soil compaction. 136-149. 14.Wissenschaftliche
Fachtagung, Landwirtschaftliche Fakultät der Universität Bonn
136

Casagrande, A. (1936): "The determination of preconsolidation load and its practical
significance." Proc. of the 1st Int. Conf. Soil Mech. Found. Eng., Cambridge 3: 60-64.
Chukwu, E., Bowers Jr., C. G. (2005): Instantaneous multiple depth soil mechanical
impedance sensing from a moving vehicle. ASAE Schrift Nr. 971077.
Chung, S., Sudduth, K. A., Plouffe, C., Kitchen, N. R. (2004): Evaluation of an on-the-go soil
strength profile sensor using soil bin and field data. ASAE/CSAE Meeting Presentation,
Paper Nr. 041039.
Cramer, B. (2006): Überprüfung von Bewertungsmodellen zur Identifikation und Prognose
von Schadverdichtungen auf Ackerböden in Nordrhein-Westfalen. Dissertation,
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität zu Bonn.
Deutsches Institut für Normung e.V. (2007): DIN 19682-10: Bodenuntersuchungsverfahren
im Landwirtschaftlichen Wasserbau – Felduntersuchungen – Teil 10: Beschreibung
und Beurteilung des Bodengefüges. Beuth Verlag GmbH, Berlin Wien, Zürich.
Deutsches Institut für Normung e.V. (DIN) [Hrsg.] (2000): "Baugrund - Untersuchung von
Bodenproben - Eindimensionaler Kompressionsversuch. Beuth Verlag, Berlin, Wien,
Zürich
Deutsches Institut für Normung e.V. (DIN) [Hrsg.] (2000): "Baugrund, Untersuchung von
Bodenproben - Bestimmung der Scherfestigkeit - Teil 3: Direkter Scherversuch. Beuth
Verlag, Berlin, Wien, Zürich
Deutsches Institut für Normung e.V. (DIN) [Hrsg.] (2000): "Bodenbeschaffenheit -
Bestimmung des pH-Wertes (ISO 10390:2005).". Beuth Verlag, Berlin, Wien, Zürich
Deutsches Institut für Normung e.V. (DIN) [Hrsg.] (2000): "Bodenbeschaffenheit -
Bestimmung von organischem Kohlenstoff und Gesamtkohlenstoff nach trockener
Verbrennung (Elementaranalyse).". Beuth Verlag, Berlin, Wien, Zürich
Deutsches Institut für Normung e.V. (DIN) [Hrsg.] (2000): "Bodenbeschaffenheit -
Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens - Laborverfahren (ISO 11274:1998.
Beuth Verlag, Berlin, Wien, Zürich
Deutsches Institut für Normung e.V. (DIN) [Hrsg.] (2000): "Bodenbeschaffenheit -
Bestimmung der Partikelgrößenverteilung in Mineralböden - Verfahren mittels Siebung
und Sedimentation.". Beuth Verlag, Berlin, Wien, Zürich
Deutsches Institut für Normung e.V. (DIN) [Hrsg.] (2000): "Bodenbeschaffenheit -
Bestimmung der Trockensubstanz und des Wassergehalts auf Grundlage der Masse -
Gravimetrisches Verfahren (ISO 11465:1993). Beuth Verlag, Berlin, Wien, Zürich
137

Dias Junior, M. S., F. J. Pierce (1995): "A simple procedure for estimating preconsidation
pressure from soil compression curves." Soil Technology 8(139-151).
Drescher, J., R. Horn, M. de Boodt (1988): "Impact of Water and External Forces on Soil
Structure." Catena Supplement 11: S. 171.
Durlesser, H. (1994): "Flächenhafte Bestimmung der mittleren Bodenfeuchte mit Georadar."
Mitteilgn. Dtsch. Bodenk. Gesellsch. 74: 179-180.
DVWK (1995): "Gefügestabilität ackerbaulich genutzter Mineralböden; Teil 1: Mechanische
Belastbarkeit." Merkblätter zur Wasserwirtschaft Heft 234.
Eijkelkamp Agrisearch Equipment BV (2007): Operating Instructions Penetrologger Set.
Erkul, E., W. Rabbel, H. Stümpel (2004): Entwicklung eines mobilen Multi-Sensor-Systems, .
152-153. Tagungsband der 64.Jahrestagung Deutsche Geophysikalische Gesellschaft,
Berlin
Ernst, T., S. Szidat, J. Handl, D. Jakob, R. Michel, C. Schnabel, H. A. Synal, F. J. S. Arevalo,
I. Benne, J. Boess, E. Gehrt, A. Capelle, J. Schneider, W. Schafer, J. Bottcher (2003):
"Migration of iodine-129 and iodine-127 in soils." Kerntechnik 68(4): 155-167.
Fazekas, O. (2005):"Bedeutung der Bodenstruktur und Wasserspannung als stabilisierende
Kenngrößen gegen intensive mechanische Belastungen in einer Parabraunerde aus
Löss unter Pflug- und Mulchsaat." Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde
CAU, Kiel
Fazekas, O., R. Horn (2005): "Interaction between mechanically and hydraulically affected
soil strength depending on time of loading." Journal of Plant Nutrition and Soil Science-
Zeitschrift für Pflanzenernährung und Bodenkunde 168(1): 60-67.
Fredlund, D. G., H. Rahrdjo (1993): Soil Mechanics for unsaturated soils, Wiley- Interscience.
Fröhlich, O. K. (1934): Druckverteilung im Baugrund. Wien, Springer Verlag.
Gräsle, W. (1999): "Numerische Simulation mechanischer, hydraulischer und gekoppelter
Prozesse in Böden unter Verwendung der Finite Elemente Methode." Schriftenreihe
Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde Universität Kiel 48.
GRASS Development Team (2008): Geographic Resources Analysis Support System
(GRASS) Software, Version 6.3.0. http://grass.osgeo.org
Gysi, M., A. Ott, H. Fluhler (1999): "Influence of single passes with high wheel load on a
structured, unploughed sandy loam soil." Soil & Tillage Research 52(3-4): 141-151.
Hagrey, S. A. a., R. Meissner, P. Widmoser (2000): "Die Wasserverteilung im Boden,
beobachtet mit Methoden der Geophysik." Wasser & Boden 52/1+2: 57-61.
138

Hall, H. E., Raper, R. L. (2005): Development and concept evaluation of an on-the-go soil
strength measurement system. Trans. ASAE, 48 (2), 469-477.
Hartge, K. H., Bläsing, D., Herklotz, K. (1983): Veränderungen des Bodengefüges unter dem
Einfluss mehrjähriger Baumwurzeln. Eur. J. For. Res., 102 (1), 99-110.
Hartge, K. H., R. Horn (1984): "Untersuchungen zur Gültigkeit des Hooke`schen Gesetzes
bei der Setzung von Böden bei wiederholter Belastung." Zeitschrift für Acker- und
Pflanzenbau 153: 200 – 207.
Hartge, K. H., R. Horn (1992): Die physikalische Untersuchung von Böden. Stuttgart,
Ferdinand Enke Verlag.
Hartge, K. H., R. Horn (1999): Einführung in die Bodenphysik. Stuttgart, Ferdinand Enke
Verlag.
Hillel, D. (2000): Environmental soil physics. San Diego, Calif.
Horn, R. (2003): "Stress-strain effects in structured unsaturated soils on coupled mechanical
and hydraulic processes. ." Geoderma 116: 77 – 88.
Horn, R., Baumgartl, T., Kühner, S., Lebert, M., Kayser, R. (1991): Zur Bedeutung des
Aggregierungsgrades für die Spannungsverteilung in strukturierten Böden. Z.
Pflanzenernähr. Bodenk., 154, 21-26.
Horn, R., H. Fleige (2004): "Bedeutung der Bodenstruktur land- und forstwirtschaftlich
genutzter Böden für die mechanische Belastbarkeit." Schriftenreihe Christina
Albertina.
Horn, R., H. Fleige, F. H. Richter, E. A. Czyz, A. Dexter, E. Diaz-Pereira, E. Dumitru, R.
Enarche, F. Mayol, K. Rajkai, D. de la Rosa, C. Simota (2005): "SIDASS project - Part
5: Prediction of mechanical strength of arable soils and its effects on physical
properties at various map scales." Soil & Tillage Research 82(1): 47-56.
Horn, R., J. Rostek (2000): Subsoil Compaction Processes- State of Knowledge. Advances
in GeoEcology; Subsoil Compaction. Reiskirchen, Catena verlag. 32: 44-54.
Inman, D. J., R. S. Freeland, J. T. Ammons, R. E. Yoder (2002): "Soil Investigations using
Electromagnetic Induction and Ground-Penetrating Radar in Southwest Tennessee."
SOIL SCI. SOC. AM. J. 66: 206–211.
Keller, T., J. Arvidsson (2004): "Technical solutions to reduce the risk of subsoil compaction:
effects of dual wheels, tandem wheels and tyre inflation pressure on stress propagation
in soil." Soil & Tillage Research 79(2): 191-205.
Kezdi, A. (1969): Handbuch der Bodenmechanik. Berlin, VEB Verlag.
139

Knödel, K., H. Krommel, G. Lange (1997): Handbuch zur Erkundung des Untergrundes von
Deponien und Altlasten. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag.
Kühner, S. (1997): "Simultane Messung von Spannung und Bodenbewegungen bei
statischen und dynamischen Belastungen zur Abschätzung der dadurch induzierten
Bodenbeanspruchung." Schriftenreihe Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde,
Universität Kiel 39.
Lay, M. (2008): Vergleichende kleinskalige Refraktionsseismik auf verschiedenen
Ackerböden, F-Praktikum, Inst. f. Geowiss., Abt. Geophysik, Univ. Kiel
Lebert, M. (1989):"Beurteilung und Vorhersage der mechanischen Belastbarkeit von
Ackerböden." Fakultät für Biologie, Chemie, und Geowissenschaften Universität
Bayreuth Bayreuth
Lebert, M., Brunotte, J. & Sommer, C. (2004): Ableitung von Kriterien zur Charakterisierung
einer schädlichen Bodenveränderung, entstanden durch nutzungsbedingte
Verdichtungen von Böden/Regelung zur Gefahrenabwehr. UBA-Texte 46/04, Berlin.
Lebert, M., N. Burger, R. Horn (1989): Effects of dynamic and static loading on compaction of
structured soils. NATO ASI SERIES E: APPLIED SCIENCES 172, 73 - 80, Kluwer
Academic Publishers.
Lück, E., M. Eisenreich, H. Domsch (2002): Innovative Kartiermethoden für die
teilschlagspezifische Landwirtschaft. Stoffdynamik in Geosystemen. S. d. A. S. i.
Geosystemen. Postdam: 155 S.
Lunne, T., Robertson, P., Powell, J. J. M. (1997): Cone penetration testing in geotechnical
practice. Taylor and Francis, London.
Mazaz, O., W. E. Kelly, I. Landa (1987): "Surface geoelectrics for groundwater pollution and
protection studies." Journal of Hydrologie 93: 277-294
Michelin Reifenwerke AG & Co. KgaA (2006): Betriebsanleitung Landwirtschaftsreifen.
Nederlands Normalisatie-Instituut (NEN) Norm (1996): Geotechniek - Bepaling van de
conusweerstand en de plaatselijke wrijvingsweerstand van grond - Elektrische
sondeermethode (NEN5140:1966nl).
Nichols, T. A., A. Bailey, C. Johnson, R. Grisso (1987): "A stress state Transducer for soil."
Transactions of the American Society of Agricultural Engineers 30(5): 1237-1241.
Peng, X. H., R. Horn, B. Zhang, Q. G. Zhao (2004): "Mechanisms of soil vulnerability to
compaction of homogenized and recompacted Ultisols." Soil & Tillage Research 76(2):
125-137.
140

Petelkau, H., K. Seidel, M. Frielinghaus (1998b): Bodenbearbeitung und
Bodenschadverdichtungen. In. Kuratorium für Technik und Bauwesen in der
Landwirtschaft e.V. Arbeitspapier 266 "Bodenbearbeitung und Bodenschutz". KTBL.
Darmstadt.
Petelkau, H., M. Frielinghaus, O. Larink, R. Nieder (1998a): Bodenbearbeitung und
Bodenschutz - Schlussfolgerung für gute fachliche Praxis. Arbeitspapier 266. KTBL.
Darmstadt.
Petersen, H., H. Fleige, W. Rabbel, R. Horn (2005): "Anwendbarkeit geophysikalischer
Prospektionsmethoden zur Bestimmung von Bodenverdichtungen und
Substratheterogenitäten landwirtschaftlich genutzter Flächen." Journal of Plant
Nutrition and Soil Science 168: 68-79.
Peth, S. (2004):"Bodenphysikalische Untersuchungen zur Trittbelastung von Böden bei der
Rentierweidewirtschaft an borealen Wald- und subarktisch-alpinen
Tundrenstandorten." Schriftenreihe des Institut für Pflanzenernährung und
Bodenkunde, PHD Nr.64, CAU, Kiel
Renius, K. T. (1987): Traktoren – Technik und ihre Anwendung. 2. durchges. Aufl.,
Verlagsunion Agrar.
Richter, F.-H. (2005):"Vergesellschaftung und Eigenschaften von Böden unterschiedlicher
Geomorpher Einheiten einer Jungmoränenlandschaft des Ostholsteinischen
Hügellandes. , (66), ." Schriftenreihe für Pflanzenernährung und Bodenkunde
Dissertation, CAU Kiel
Rooney, D., Norman, J., Stelford, M. (2001): Mapping soils with a multiple-sensor
penetrometer. Proceedings of Wisconsin Fertilizer, Aglime and Pest Management
Conference. Madison, Wisconsin, USA.
Sauer, D. (2002): Genese, Verbreitung und Eigenschaften periglaziärer Lagen im
Rheinischen Schiefergebirge. Schriftenreihe zur Bodenkunde, Landeskultur. und
Landschaftsökologie. Gießen: S.294.
Sauer, D., P. Felix-Hennigsen (2004): "Application of ground-penetrating radar to determine
the thickness of Pleistocene periglacial slope deposits." Journal of Plant Nutrition and
Soil Science 167: 752-760.
Schäfer-Landefeld, L., R. Brandhuber (2001): "Regressionsmodelle zur Bestimmung der
mechanischen Vorbelastung von Böden - Ein tragfähiges Konzept?" Bodenschutz 2:
48-52.
Schäfer-Landefeld, L., R. Brandhuber, S. Fenner, H. J. Koch, N. Stockfisch (2004): "Effects
of agricultural machinery with high axle load on soil properties of normally managed
fields." Soil & Tillage Research 75: 75-86.
141

Scheffer, F., P. Schachtschabel (2002): Lehrbuch der Bodenkunde, Spektrum Akademischer
Verlag, Heidelberg.
Schlichting, E., H.-P. Blume, K. Stahr (1995): Bodenkundliches Praktikum. Berlin, Blackwell.
Schwark, A. (2005): Bewirtschaftung und Status von Ackerböden in Schleswig-Holstein.
Dissertation, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel.
Semmel, H. (1993): "Auswirkungen kontrollierter Bodenbelastung auf das
Druckfortpflanzungsverhalten und physikalisch-mechanische Kenngrößen von
Ackerböden." Schriftenreihe Institut für Pflanzenernährung und Bodenkunde
Universität Kiel 26.
Semmel, H., R. Horn (1994): "Spannungen und Spannungsverteilung in Ackerböden
aufgrund von Befahrungen - Überlegungen zur Druckfortpflanzung und der
mechanischen Belastbarkeit. ." Landbauforschung Völkenrode 147: 41-61
Söhne, W. (1953): "Druckverteilung im Boden und Bodenverformung unter Schlepperreifen."
Grundlagen der Landtechnik Heft 5: 49-63.
Sommer, C. (1974): "Die Verdichtungsempfindlichkeit zweier Ackerböden – ein Beitrag zum
Verhalten von Böden unter vertikaler Belastung im Saugspannungsbereich bis pF 2.7."
Landbauforschung Völkenrode(SH 26).
Sommer, C. (1998): "Ein Konzept zur Vorbeugung von Bodenschadverdichtungen in der
pflanzlichen Produktion." Bodenschutz 1: 12-16.
Sun, Y., Schulze-Lammers, P, Ma, D. (2004): Evaluation of a combined penetrometer for
simultaneous measurement of penetration resistance and soil water content. J. Plant
Nutr. Soil Sci., 167, 745-751.
Terzaghi, K., R. Jelinek (1954): Theoretische Bodenmechanik, Springer Verlag.
Topp, G. C., J. L. Davis, A. P. Annan (1980): "Elektromagnetic Determination of Soil Water
Content: Measurements in Coaxial Transmission Lines." Water Resource Reasearch
16(3): 574-582.
Van den Akker, J. J. H. (1997): Construction of a wheel-load bearing capacity map of the
Netherlands. 15-18. Proceedings 14th ISTRO Conference, Pulavy, Poland
Werban, U. (2005):"Geophysikalische Erfassung von Feuchte- und Substratheterogenitäten
im Boden auf unterschiedlichen Skalen." Dissertation Schriftenreihe Institut für
Wasserwirtschaft und Landschaftsökologie, CAU, Kiel
Wiermann, C., M. Langmaack, R. Röhrig, S. Schrader, R. Horn, O. Larink (1997):
"Mehrjährige Untersuchung zur Regeneration von Bodenstruktur und Enchytraeiden-
Abundanzen nach mechanischer Belastung." Mitteilungen der Deutschen
Bodenkundlichen Gesellschaft 85(3): 1611-1614.
142

7 Anhang
Tabelle A 1: Temperatur und Niederschlag auf den Versuchsflächen während der
01/2006
LJM
[mm]
Projektlaufzeit
SH kons SH kons NRW kons / NRW konv
Nds. [mm] LJM
[°C]
Temp.
[°C]
LJM
[mm]
Nds.
[mm]
LJM
[°C]
Temp.
[°C]
LJM
[mm]
Nds.
[mm]
LJM
[°C]
Temp.
[°C]
56,9 13,7 1,8 -0,6 70,0 17,8 1,3 -0,8 63,0 0,0 1,9 -0,2
02/2006 49,1 22,4 2,3 1,6 45,2 31,6 1,6 1 48,0 36,7 2,3 1,5
03/2006 48,8 47,4 4,0 1,0 58,4 61,8 3,8 0,6 70,0 59,8 5,7 3,4
04/2006 41,3 55,0 8,0 7,1 41,9 44,7 7,2 7,1 51,0 43,6 8,8 8,8
05/2006 62,5 82,6 12,1 12,0 49,5 68,2 11,7 12 67,0 99,9 13,4 14,0
06/2006 67,8 33,7 15,0 15,9 74,7 28,6 14,7 16,1 80,0 20,4 15,6 17,0
07/2006 100,5 52,9 17,2 21,2 85,4 105,8 16,9 20,9 78,0 46,1 18,0 22,1
08/2006 71,8 154,8 17,6 16,6 67,7 164,9 17,0 17 71,0 73,7 18,0 16,2
09/2006 60,2 36,6 14,2 17,0 72,5 29,4 13,4 17,3 72,0 9,9 14,5 18,1
10/2006 72,4 88,3 10,0 12,5 81,2 87,2 9,4 12,9 68,0 33,0 10,6 14,0
11/2006 57,4 65,6 5,1 7,7 68,3 55,2 4,8 7,9 64,0 63,1 5,5 9,0
12/2006 62,3 54,3 2,1 6,5 69,5 64,0 1,9 6,8 66,0 2,8
01/2007 56,9 142,3 1,8 5,5 70,0 156,9 1,3 5,4 63,0 99,7 1,9
02/2007 49,1 52,8 2,3 3,7 45,2 57,8 1,6 3,5 48,0 50,6 2,3 5,6
03/2007 48,8 56,1 4,0 7,2 58,4 60,8 3,8 6,7 70,0 46,8 5,7 7,3
04/2007 41,3 2,5 8,0 10,3 41,9 2,3 7,2 10,1 51,0 1,2 8,8 11,6
05/2007 62,5 93,7 12,1 12,6 49,5 79,0 11,7 12,6 67,0 120,1 13,4 14,1
06/2007 67,8 119,8 15,0 16,3 74,7 106,3 14,7 16,6 80,0 101,6 15,6 17,2
07/2007 100,5 189,3 17,2 16,2 85,4 172,2 16,9 16,5 78,0 132,7 18,0 17,4
08/2007 71,8 58,6 17,6 17,0 67,7 50,5 17,0 17,2 71,0 154,1 18,0 17,0
09/2007 60,2 70,8 14,2 13,1 72,5 65 13,4 13,5 72,0 97,4 14,5 13,6
10/2007 72,4 25,1 10,0 8,9 81,2 24 9,4 9,2 68,0 42,1 10,6 9,5
11/2007 57,4 38,0 5,1 5,0 68,3 42,2 4,8 5,1 64,0 61,2 5,5 6,2
12/2007 62,3 76,7 2,1 3,3 69,5 71,1 1,9 3,5 66,0 54,6 2,8 3,5
01/2008 56,9 64,1 1,8 4,4 70,0 67,4 1,3 4,7 63,0 54,1 1,9
02/2008 49,1 40,2 2,3 4,7 45,2 35,3 1,6 5,1 48,0 18,5 2,3 4,4
03/2008 48,8 61,8 4,0 4,3 58,4 61,2 3,8 4,6 70,0 76,8 5,7 5,4
04/2008 41,3 40,6 8,0 7,6 41,9 42,6 7,2 7,7 51,0 74,6 8,8 8,2
143

Tabelle A 2: Gravimetrischer Wassergehalt [%] nach Fläche und Untersuchungstermin
Termin Tiefe SH kons SH konv NRW kons NRW konv Gesamtergebnis
Frühjahr 2006 0 - 10 cm 25,1 12,3 18,7
20 - 30 cm 26,4 21,2 23,8
> 40 cm 25,8 22,0 23,9
Herbst 2006 0 - 10 cm 23,6 18,2 25,4 24,2 22,9
20 - 30 cm 17,2 17,6 25,1 23,0 20,7
> 40 cm 16,2 15,3 25,8 22,3 19,1
Frühjahr 2007 0 - 10 cm 11,6 8,3 16,8 13,6 12,6
20 - 30 cm 13,3 15,1 23,6 21,9 18,5
> 40 cm 14,6 15,1 23,9 21,8 19,0
Herbst 2007 0 - 10 cm 20,6 15,3 27,1 23,0 21,5
20 - 30 cm 16,6 16,9 24,7 24,2 20,6
> 40 cm 16,0 14,4 24,9 22,4 19,4
Frühjahr 2008 0 - 10 cm 23,6 17,6 26,8 23,3 22,5
20 - 30 cm 15,9 17,2 23,6 22,9 19,4
> 40 cm 15,6 15,4 24,4 22,5 18,9
144

Tabelle A 3: Gesamtmittelwerte des vertikalen Eindringwiderstandes [MPa] nach
Versuchsfläche und Messtiefenbereich
Fläche Bodenschicht Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
SH kons. 5 -14 cm 1,481 0,018 0,050
18 - 27 cm 2,452 0,017 0,047
30 - 39 cm 2,426 0,017 0,047
50 - 59 cm 1,986 0,017 0,047
SH konv. 5 -14 cm 1,686 0,018 0,050
18 - 27 cm 2,100 0,017 0,047
30 - 39 cm 3,649 0,017 0,047
50 - 59 cm 2,902 0,017 0,047
NRW kons. 5 -14 cm 1,399 0,015 0,042
18 - 27 cm 2,089 0,015 0,042
30 - 39 cm 1,844 0,015 0,042
50 - 59 cm 1,358 0,015 0,042
NRW konv. 5 -14 cm 1,186 0,013 0,036
18 - 27 cm 1,298 0,013 0,036
30 - 39 cm 2,337 0,013 0,036
50 - 59 cm 2,025 0,013 0,036
145

Tabelle A 4: Relativer vertikaler Eindringwiderstand [%] der Versuchsflächen über den
Versuchszeitraum in Abhängigkeit von der Bodenschicht
Fläche Bodenschicht Kalendarischer Termin Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
SH kons. 5 -14 cm Herbst 2006 81,1 2,8 7,7
Frühjahr 2007 267,3 2,8 7,7
Herbst 2007 82,1 2,8 7,6
Frühjahr 2008 94,0 2,8 7,8
18 - 27 cm Herbst 2006 85,9 2,7 7,6
Frühjahr 2007 165,9 2,8 7,7
Herbst 2007 90,1 2,7 7,6
Frühjahr 2008 83,9 2,7 7,6
30 - 39 cm Herbst 2006 96,0 2,7 7,6
Frühjahr 2007 142,0 2,8 7,7
Herbst 2007 107,6 2,7 7,6
Frühjahr 2008 100,7 2,7 7,6
50 - 59 cm Herbst 2006 96,4 2,7 7,6
Frühjahr 2007 124,4 2,8 7,7
Herbst 2007 92,6 2,7 7,6
Frühjahr 2008 89,3 2,7 7,6
SH konv. 5 -14 cm Herbst 2006 100,8 2,7 7,6
Frühjahr 2007 56,5 2,8 7,9
Herbst 2007 62,8 2,7 7,6
Frühjahr 2008 59,8 2,8 7,6
18 - 27 cm Herbst 2006 97,5 2,7 7,6
Frühjahr 2007 57,3 2,7 7,6
Herbst 2007 71,2 2,7 7,6
Frühjahr 2008 66,6 2,7 7,6
30 - 39 cm Herbst 2006 95,1 2,7 7,6
Frühjahr 2007 85,0 2,7 7,6
Herbst 2007 82,3 2,7 7,6
Frühjahr 2008 76,3 2,7 7,6
50 - 59 cm Herbst 2006 91,5 2,7 7,6
Frühjahr 2007 72,7 2,7 7,6
Herbst 2007 69,4 2,7 7,6
Frühjahr 2008 58,3 2,7 7,6
NRW kons. 5 -14 cm Frühjahr 2006 99,9 3,2 8,8
Herbst 2006 122,4 2,8 7,7
Frühjahr 2007 140,3 2,6 7,2
146

Herbst 2007 110,2 2,6 7,2
Frühjahr 2008 115,7 2,6 7,3
18 - 27 cm Frühjahr 2006 97,2 3,2 8,8
Herbst 2006 125,3 2,7 7,6
Frühjahr 2007 155,5 2,6 7,2
Herbst 2007 128,9 2,6 7,2
Frühjahr 2008 117,8 2,6 7,2
30 - 39 cm Frühjahr 2006 102,2 3,2 8,8
Herbst 2006 120,9 2,7 7,6
Frühjahr 2007 138,8 2,6 7,2
Herbst 2007 117,4 2,6 7,2
Frühjahr 2008 111,1 2,6 7,2
50 - 59 cm Frühjahr 2006 96,6 3,2 8,8
Herbst 2006 157,0 2,7 7,6
Frühjahr 2007 128,8 2,6 7,2
Herbst 2007 116,4 2,6 7,2
Frühjahr 2008 106,2 2,6 7,2
NRW konv. 5 -14 cm Frühjahr 2006 154,8 2,7 7,4
Herbst 2006 192,1 2,3 6,3
Frühjahr 2007 246,2 2,3 6,3
Herbst 2007 225,4 2,3 6,2
Frühjahr 2008 255,1 2,3 6,3
18 - 27 cm Frühjahr 2006 148,6 2,6 7,2
Herbst 2006 197,4 2,2 6,2
Frühjahr 2007 272,2 2,2 6,2
Herbst 2007 215,6 2,2 6,2
Frühjahr 2008 231,1 2,2 6,2
30 - 39 cm Frühjahr 2006 120,7 2,6 7,2
Herbst 2006 182,1 2,2 6,2
Frühjahr 2007 203,8 2,2 6,2
Herbst 2007 190,9 2,2 6,2
Frühjahr 2008 183,3 2,2 6,2
50 - 59 cm Frühjahr 2006 112,2 2,6 7,2
Herbst 2006 125,1 2,2 6,2
Frühjahr 2007 120,6 2,2 6,2
Herbst 2007 99,0 2,2 6,2
Frühjahr 2008 91,0 2,2 6,2
147

Tabelle A 5: Vertikaler Eindringwiderstand [MPa] in Abhängigkeit von Bodenschicht,
Radlast und zeitlicher Einordnung der Messung auf der Versuchsfläche SH
konv im Frühjahr 2007
Bodenschicht Radlast zeitliche Einordnung Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
5 -14 cm unbefahren vor Befahrung 1,270 0,104 0,289
nach Befahrung 1,354 0,104 0,289
3,3 Mg vor Befahrung 1,047 0,090 0,250
nach Befahrung 1,665 0,093 0,257
6,3 Mg vor Befahrung 1,081 0,090 0,250
nach Befahrung 1,614 0,098 0,272
7,5 Mg vor Befahrung 1,068 0,081 0,224
nach Befahrung 1,739 0,094 0,260
18 - 27 cm unbefahren vor Befahrung 1,368 0,104 0,289
nach Befahrung 1,469 0,104 0,289
3,3 Mg vor Befahrung 1,262 0,090 0,250
nach Befahrung 1,950 0,090 0,250
6,3 Mg vor Befahrung 1,303 0,090 0,250
nach Befahrung 1,959 0,090 0,250
7,5 Mg vor Befahrung 1,187 0,081 0,224
nach Befahrung 2,248 0,081 0,224
30 - 39 cm unbefahren vor Befahrung 3,779 0,104 0,289
nach Befahrung 3,655 0,104 0,289
3,3 Mg vor Befahrung 3,539 0,090 0,250
nach Befahrung 3,512 0,090 0,250
6,3 Mg vor Befahrung 3,709 0,090 0,250
nach Befahrung 3,784 0,090 0,250
7,5 Mg vor Befahrung 3,829 0,081 0,224
nach Befahrung 3,302 0,081 0,224
50 - 59 cm unbefahren vor Befahrung 2,899 0,104 0,289
nach Befahrung 2,519 0,104 0,289
3,3 Mg vor Befahrung 2,706 0,090 0,250
nach Befahrung 2,739 0,090 0,250
6,3 Mg vor Befahrung 2,300 0,090 0,250
nach Befahrung 3,269 0,090 0,250
7,5 Mg vor Befahrung 3,099 0,081 0,224
nach Befahrung 3,256 0,081 0,224
148

Tabelle A 6: Vertikaler Eindringwiderstand [MPa] in Abhängigkeit von Bodenschicht,
Radlast und zeitlicher Einordnung der Messung auf der Versuchsfläche NRW
konv im Frühjahr 2006
Bodenschicht Radlast zeitliche Einordnung Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
5 -14 cm unbefahren vor Befahrung 0,576 0,089 0,248
nach Befahrung 0,798 0,089 0,248
nur Schlepper vor Befahrung 0,627 0,089 0,248
nach Befahrung 1,151 0,089 0,248
3,3 Mg vor Befahrung 0,523 0,063 0,175
nach Befahrung 1,229 0,065 0,180
6,3 Mg vor Befahrung 0,569 0,063 0,175
nach Befahrung 1,400 0,073 0,203
18 - 27 cm unbefahren vor Befahrung 0,584 0,089 0,248
nach Befahrung 0,649 0,089 0,248
nur Schlepper vor Befahrung 0,495 0,089 0,248
nach Befahrung 1,041 0,089 0,248
3,3 Mg vor Befahrung 0,598 0,063 0,175
nach Befahrung 1,097 0,063 0,175
6,3 Mg vor Befahrung 0,675 0,063 0,175
nach Befahrung 1,474 0,063 0,175
30 - 39 cm unbefahren vor Befahrung 1,991 0,089 0,248
nach Befahrung 2,294 0,089 0,248
nur Schlepper vor Befahrung 1,257 0,089 0,248
nach Befahrung 1,612 0,089 0,248
3,3 Mg vor Befahrung 1,688 0,063 0,175
nach Befahrung 1,908 0,063 0,175
6,3 Mg vor Befahrung 1,546 0,063 0,175
nach Befahrung 2,102 0,063 0,175
50 - 59 cm unbefahren vor Befahrung 1,746 0,089 0,248
nach Befahrung 1,971 0,089 0,248
nur Schlepper vor Befahrung 1,889 0,089 0,248
nach Befahrung 2,390 0,089 0,248
3,3 Mg vor Befahrung 1,845 0,063 0,175
nach Befahrung 2,295 0,063 0,175
6,3 Mg vor Befahrung 1,827 0,063 0,175
nach Befahrung 2,314 0,063 0,175
149

Tabelle A 7: Vertikale Eindringwiderstand [MPa] am Standort SH, Herbst 2006
Fläche Bodenschicht Radlast Chronologie Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
SH kons. 5 -14 cm unbefahren vor Befahrung 1,302 0,105 0,294
nach Befahrung 0,999 0,105 0,294
3,3 Mg vor Befahrung 1,206 0,091 0,255
nach Befahrung 0,664 0,094 0,262
6,3 Mg vor Befahrung 1,176 0,091 0,255
nach Befahrung 0,672 0,096 0,269
7,5 Mg vor Befahrung 1,209 0,082 0,228
nach Befahrung 0,695 0,086 0,240
18 - 27 cm unbefahren vor Befahrung 2,724 0,105 0,294
nach Befahrung 1,936 0,105 0,294
3,3 Mg vor Befahrung 2,418 0,091 0,255
nach Befahrung 1,533 0,091 0,255
6,3 Mg vor Befahrung 2,174 0,091 0,255
nach Befahrung 1,503 0,091 0,255
7,5 Mg vor Befahrung 2,255 0,082 0,228
nach Befahrung 1,726 0,082 0,228
30 - 39 cm unbefahren vor Befahrung 2,420 0,105 0,294
nach Befahrung 2,345 0,105 0,294
3,3 Mg vor Befahrung 2,335 0,091 0,255
nach Befahrung 2,076 0,091 0,255
6,3 Mg vor Befahrung 2,061 0,091 0,255
nach Befahrung 1,832 0,091 0,255
7,5 Mg vor Befahrung 2,277 0,082 0,228
nach Befahrung 1,934 0,082 0,228
50 - 59 cm unbefahren vor Befahrung 2,345 0,105 0,294
nach Befahrung 2,030 0,105 0,294
3,3 Mg vor Befahrung 2,301 0,091 0,255
nach Befahrung 1,872 0,091 0,255
6,3 Mg vor Befahrung 1,798 0,091 0,255
nach Befahrung 1,588 0,091 0,255
7,5 Mg vor Befahrung 1,855 0,082 0,228
nach Befahrung 1,821 0,082 0,228
SH konv. 5 -14 cm unbefahren vor Befahrung 2,844 0,105 0,294
nach Befahrung 2,685 0,105 0,294
3,3 Mg vor Befahrung 2,175 0,091 0,255
nach Befahrung 2,465 0,091 0,255
150

6,3 Mg vor Befahrung 2,291 0,091 0,255
nach Befahrung 2,495 0,091 0,255
7,5 Mg vor Befahrung 2,583 0,082 0,228
nach Befahrung 2,251 0,082 0,228
18 - 27 cm unbefahren vor Befahrung 2,924 0,105 0,294
nach Befahrung 3,341 0,105 0,294
3,3 Mg vor Befahrung 2,796 0,091 0,255
nach Befahrung 2,797 0,091 0,255
6,3 Mg vor Befahrung 2,630 0,091 0,255
nach Befahrung 2,702 0,091 0,255
7,5 Mg vor Befahrung 3,638 0,082 0,228
nach Befahrung 2,290 0,082 0,228
30 - 39 cm unbefahren vor Befahrung 4,443 0,105 0,294
nach Befahrung 4,013 0,105 0,294
3,3 Mg vor Befahrung 3,895 0,091 0,255
nach Befahrung 3,804 0,091 0,255
6,3 Mg vor Befahrung 4,365 0,091 0,255
nach Befahrung 4,028 0,091 0,255
7,5 Mg vor Befahrung 4,886 0,082 0,228
nach Befahrung 3,800 0,082 0,228
50 - 59 cm unbefahren vor Befahrung 3,941 0,105 0,294
nach Befahrung 2,959 0,105 0,294
3,3 Mg vor Befahrung 4,154 0,091 0,255
nach Befahrung 3,154 0,091 0,255
6,3 Mg vor Befahrung 4,009 0,091 0,255
nach Befahrung 3,400 0,091 0,255
7,5 Mg vor Befahrung 4,174 0,082 0,228
nach Befahrung 3,512 0,082 0,228
151

Tabelle A 8: Horizontale Eindringwiderstände der Versuchsflächen nach Belastungsvariante
Fläche Variante Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
SH kons. Kontrolle 0,788 0,019 0,053
3,3Mg@50kPa 0,820 0,021 0,058
3,3Mg@160kPa 0,822 0,021 0,058
6,3Mg@160kPa 0,843 0,021 0,058
6,3Mg@250kPa 0,822 0,021 0,058
7,5Mg@250kPa 0,843 0,021 0,058
7,5Mg@350kPa 0,858 0,017 0,047
Fläche Geophysik 1,120 0,102 0,283
SH konv. Kontrolle 0,860 0,018 0,050
3,3Mg@50kPa 0,908 0,022 0,061
3,3Mg@160kPa 0,876 0,022 0,061
6,3Mg@160kPa 0,869 0,022 0,061
6,3Mg@250kPa 0,929 0,022 0,061
7,5Mg@250kPa 0,905 0,022 0,061
7,5Mg@350kPa 0,974 0,018 0,050
Fläche Geophysik 0,863 0,102 0,283
NRW kons. Kontrolle 0,800 0,015 0,042
3,3Mg@50kPa 0,809 0,021 0,058
3,3Mg@160kPa 0,795 0,021 0,058
6,3Mg@160kPa 0,791 0,021 0,058
6,3Mg@250kPa 0,796 0,021 0,058
7,5Mg@250kPa 0,823 0,021 0,058
7,5Mg@350kPa 0,820 0,015 0,042
Fläche Geophysik 0,841 0,041 0,114
NRW konv. Kontrolle 0,715 0,017 0,047
3,3Mg@50kPa 0,739 0,017 0,047
3,3Mg@160kPa 0,743 0,017 0,047
6,3Mg@160kPa 0,752 0,017 0,047
6,3Mg@250kPa 0,757 0,017 0,047
7,5Mg@250kPa 0,785 0,017 0,047
7,5Mg@350kPa 0,786 0,017 0,047
Fläche Geophysik 0,784 0,045 0,125
152

Tabelle A 9: Horizontale Eindringwiderstände der Fläche NRW konv
Jahr Bodenschicht Variante Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
2006 5 - 14 cm Kontrolle 0,611 0,035 0,097
nur Schlepper 0,602 0,035 0,097
3,3Mg@50kPa 0,622 0,035 0,097
3,3Mg@160kPa 0,613 0,035 0,097
6,3Mg@160kPa 0,633 0,035 0,097
6,3Mg@250kPa 0,613 0,035 0,097
7,5Mg@250kPa 0,597 0,035 0,097
7,5Mg@350kPa 0,584 0,035 0,097
18 - 27 cm Kontrolle 0,574 0,035 0,097
nur Schlepper 0,600 0,035 0,097
3,3Mg@50kPa 0,586 0,035 0,097
3,3Mg@160kPa 0,651 0,035 0,097
6,3Mg@160kPa 0,677 0,035 0,097
6,3Mg@250kPa 0,674 0,035 0,097
7,5Mg@250kPa 0,644 0,035 0,097
7,5Mg@350kPa 0,707 0,035 0,097
30 - 39 cm Kontrolle 0,932 0,035 0,097
nur Schlepper 0,953 0,035 0,097
3,3Mg@50kPa 0,892 0,035 0,097
3,3Mg@160kPa 0,930 0,035 0,097
6,3Mg@160kPa 1,053 0,035 0,097
6,3Mg@250kPa 1,007 0,035 0,097
7,5Mg@250kPa 1,073 0,035 0,097
7,5Mg@350kPa 1,045 0,035 0,097
2007 5 - 14 cm Kontrolle 0,578 0,025 0,069
nur Schlepper 0,595 0,025 0,069
3,3Mg@50kPa 0,603 0,025 0,069
3,3Mg@160kPa 0,585 0,025 0,069
6,3Mg@160kPa 0,568 0,025 0,069
6,3Mg@250kPa 0,604 0,025 0,069
7,5Mg@250kPa 0,573 0,025 0,069
7,5Mg@350kPa 0,629 0,025 0,069
18 - 27 cm Kontrolle 0,622 0,025 0,069
nur Schlepper 0,624 0,025 0,069
3,3Mg@50kPa 0,668 0,025 0,069
3,3Mg@160kPa 0,647 0,025 0,069
6,3Mg@160kPa 0,664 0,025 0,069
6,3Mg@250kPa 0,688 0,025 0,069
7,5Mg@250kPa 0,731 0,025 0,069
153

7,5Mg@350kPa 0,715 0,025 0,069
30 - 39 cm Kontrolle 1,030 0,025 0,069
nur Schlepper 1,038 0,025 0,069
3,3Mg@50kPa 1,179 0,025 0,069
3,3Mg@160kPa 1,113 0,025 0,069
6,3Mg@160kPa 1,223 0,025 0,069
6,3Mg@250kPa 1,158 0,025 0,069
7,5Mg@250kPa 1,247 0,025 0,069
7,5Mg@350kPa 1,224 0,025 0,069
2008 5 - 14 cm Kontrolle 0,558 0,02 0,055
nur Schlepper 0,606 0,02 0,055
3,3Mg@50kPa 0,576 0,02 0,055
3,3Mg@160kPa 0,629 0,02 0,055
6,3Mg@160kPa 0,636 0,02 0,055
6,3Mg@250kPa 0,657 0,02 0,055
7,5Mg@250kPa 0,679 0,02 0,055
7,5Mg@350kPa 0,684 0,02 0,055
Fläche Geophysik 0,763 0,039 0,108
18 - 27 cm Kontrolle 0,574 0,02 0,055
nur Schlepper 0,598 0,02 0,055
3,3Mg@50kPa 0,617 0,02 0,055
3,3Mg@160kPa 0,629 0,02 0,055
6,3Mg@160kPa 0,601 0,02 0,055
6,3Mg@250kPa 0,65 0,02 0,055
7,5Mg@250kPa 0,66 0,02 0,055
7,5Mg@350kPa 0,682 0,02 0,055
Fläche Geophysik 0,824 0,039 0,108
30 - 39 cm Kontrolle 0,969 0,02 0,055
nur Schlepper 0,931 0,02 0,055
3,3Mg@50kPa 0,907 0,02 0,055
3,3Mg@160kPa 0,905 0,02 0,055
6,3Mg@160kPa 0,851 0,02 0,055
6,3Mg@250kPa 0,836 0,02 0,055
7,5Mg@250kPa 0,9 0,02 0,055
7,5Mg@350kPa 0,856 0,02 0,055
Fläche Geophysik 0,766 0,039 0,108
154

Tabelle A 10: Horizontale Eindringwiderstände der Fläche NRW kons in Abhängigkeit von
Messzeitpunkt, Messtiefe und Belastungsvariante
Jahr Bodenschicht Variante Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
2006 5 - 14 cm Kontrolle 0,755 0,025 0,069
3,3Mg@50kPa 0,765 0,035 0,097
3,3Mg@160kPa 0,745 0,035 0,097
6,3Mg@160kPa 0,807 0,035 0,097
6,3Mg@250kPa 0,78 0,035 0,097
7,5Mg@250kPa 0,752 0,035 0,097
7,5Mg@350kPa 0,764 0,025 0,069
18 - 27 cm Kontrolle 1,151 0,025 0,069
3,3Mg@50kPa 1,128 0,035 0,097
3,3Mg@160kPa 1,055 0,035 0,097
6,3Mg@160kPa 1,124 0,035 0,097
6,3Mg@250kPa 1,078 0,035 0,097
7,5Mg@250kPa 1,107 0,035 0,097
7,5Mg@350kPa 1,136 0,025 0,069
30 - 39 cm Kontrolle 1,02 0,025 0,069
3,3Mg@50kPa 0,933 0,035 0,097
3,3Mg@160kPa 0,872 0,035 0,097
6,3Mg@160kPa 0,901 0,035 0,097
6,3Mg@250kPa 0,873 0,035 0,097
7,5Mg@250kPa 0,901 0,035 0,097
7,5Mg@350kPa 0,95 0,025 0,069
2007 5 - 14 cm Kontrolle 0,712 0,017 0,047
3,3Mg@50kPa 0,754 0,025 0,069
3,3Mg@160kPa 0,792 0,025 0,069
6,3Mg@160kPa 0,784 0,025 0,069
6,3Mg@250kPa 0,763 0,025 0,069
7,5Mg@250kPa 0,735 0,025 0,069
7,5Mg@350kPa 0,778 0,017 0,047
18 - 27 cm Kontrolle 1,017 0,017 0,047
3,3Mg@50kPa 1,021 0,025 0,069
3,3Mg@160kPa 1,001 0,025 0,069
6,3Mg@160kPa 1,017 0,025 0,069
6,3Mg@250kPa 1,04 0,025 0,069
7,5Mg@250kPa 1,074 0,025 0,069
7,5Mg@350kPa 1,068 0,017 0,047
155

30 - 39 cm Kontrolle 1,034 0,017 0,047
3,3Mg@50kPa 0,987 0,025 0,069
3,3Mg@160kPa 0,985 0,025 0,069
6,3Mg@160kPa 0,991 0,025 0,069
6,3Mg@250kPa 0,985 0,025 0,069
7,5Mg@250kPa 1,065 0,025 0,069
7,5Mg@350kPa 1,042 0,017 0,047
2008 5 - 14 cm Kontrolle 0,662 0,014 0,039
3,3Mg@50kPa 0,718 0,02 0,055
3,3Mg@160kPa 0,743 0,02 0,055
6,3Mg@160kPa 0,668 0,02 0,055
6,3Mg@250kPa 0,675 0,02 0,055
7,5Mg@250kPa 0,73 0,02 0,055
7,5Mg@350kPa 0,718 0,014 0,039
Fläche Geophysik 0,83 0,028 0,078
18 - 27 cm Kontrolle 0,7 0,014 0,039
3,3Mg@50kPa 0,739 0,02 0,055
3,3Mg@160kPa 0,684 0,02 0,055
6,3Mg@160kPa 0,676 0,02 0,055
6,3Mg@250kPa 0,743 0,02 0,055
7,5Mg@250kPa 0,748 0,02 0,055
7,5Mg@350kPa 0,746 0,014 0,039
30 - 39 cm Kontrolle 0,621 0,014 0,039
3,3Mg@50kPa 0,616 0,02 0,055
3,3Mg@160kPa 0,598 0,02 0,055
6,3Mg@160kPa 0,595 0,02 0,055
6,3Mg@250kPa 0,588 0,02 0,055
7,5Mg@250kPa 0,627 0,02 0,055
7,5Mg@350kPa 0,579 0,014 0,039
Fläche Geophysik 0,777 0,028 0,078
156

Tabelle A 11: Horizontaler Eindringwiderstand in Abhängigkeit des Faktors Radlast
(Gesamtmittelwert aller Standorte)
Reifeninnendruck Bodenschicht Radlast Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
160 kPa 5 - 14 cm 3,3 Mg 0,627 0,014 0,039
6,3 Mg 0,625 0,014
18 - 27 cm 3,3 Mg 0,757 0,014 0,039
6,3 Mg 0,775 0,014
30 - 39 cm 3,3 Mg 1,032 0,015 0,042
6,3 Mg 1,030 0,015
250 kPa 5 - 14 cm 6,3 Mg 0,639 0,014 0,039
7,5 Mg 0,634 0,014
18 - 27 cm 6,3 Mg 0,806 0,014 0,039
7,5 Mg 0,811 0,014
30 - 39 cm 6,3 Mg 1,014 0,015 0,042
7,5 Mg 1,066 0,015
Tabelle A 12: Horizontaler Eindringwiderstand in Abhängigkeit des Faktors Radlast für NRW
konv
Reifeninnendruck Bodenschicht Radlast Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
160 kPa 5 - 14 cm 3,3 Mg 0,612 0,017 0,047
6,3 Mg 0,613 0,017
18 - 27 cm 3,3 Mg 0,639 0,017 0,047
6,3 Mg 0,634 0,017
30 - 39 cm 3,3 Mg 0,978 0,017 0,047
6,3 Mg 1,009 0,017
250 kPa 5 - 14 cm 6,3 Mg 0,632 0,017 0,047
7,5 Mg 0,630 0,017
18 - 27 cm 6,3 Mg 0,667 0,017 0,047
7,5 Mg 0,681 0,017
30 - 39 cm 6,3 Mg 0,972 0,017 0,047
7,5 Mg 1,045 0,017
157

Tabelle A 13: Horizontaler Eindringwiderstand in Abhängigkeit des Faktors Reifeninnendruck
(Gesamtmittelwert für alle Standorte)
Radlast Bodenschicht Reifeninnendruck Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
3,3 Mg 5 - 14 cm 50 kPa 0,622 0,015 0,042
160 kPa 0,627 0,015
18 - 27 cm 50 kPa 0,769 0,015 0,042
160 kPa 0,757 0,015
30 - 39 cm 50 kPa 1,050 0,015 0,042
160 kPa 1,032 0,015
6,3 Mg 5 - 14 cm 160 kPa 0,625 0,015 0,042
250 kPa 0,639 0,015
18 - 27 cm 160 kPa 0,775 0,015 0,042
250 kPa 0,806 0,015
30 - 39 cm 160 kPa 1,030 0,015 0,042
250 kPa 1,014 0,015
7,5 Mg 5 - 14 cm 250 kPa 0,634 0,015 0,042
350 kPa 0,668 0,012
18 - 27 cm 250 kPa 0,811 0,015 0,042
350 kPa 0,859 0,012
30 - 39 cm 250 kPa 1,066 0,015 0,042
350 kPa 1,048 0,013
158

Tabelle A 14: Horizontaler Eindringwiderstand in Abhängigkeit des Faktors Reifeninnendruck
für NRW konv
Radlast Bodenschicht Reifeninnendruck Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
3,3 Mg 5 - 14 cm 50 kPa 0,593 0,017 0,047
160 kPa 0,612 0,017
18 - 27 cm 50 kPa 0,629 0,017 0,047
160 kPa 0,639 0,017
30 - 39 cm 50 kPa 0,995 0,017 0,047
160 kPa 0,978 0,017
6,3 Mg 5 - 14 cm 160 kPa 0,613 0,017 0,047
250 kPa 0,632 0,017
18 - 27 cm 160 kPa 0,634 0,017 0,047
250 kPa 0,667 0,017
30 - 39 cm 160 kPa 1,009 0,017 0,047
250 kPa 0,972 0,017
7,5 Mg 5 - 14 cm 250 kPa 0,63 0,017 0,047
350 kPa 0,649 0,017
18 - 27 cm 250 kPa 0,681 0,017 0,047
350 kPa 0,698 0,017
30 - 39 cm 250 kPa 1,045 0,017 0,047
350 kPa 1,011 0,017
159

Tabelle A 15: Horizontaler Eindringwiderstand nach Standort und Messtiefenbereich in
Abhängigkeit von der Häufigkeit des erfolgten Einsatzes an gleicher Stelle
Fläche Bodenschicht TASIS-Wdh. Mittelwert Standardfehler Grenzdifferenz
SH kons. 5 - 14 cm 1. TASIS-Einsatz 0,504 0,013 0,036
. . 2. TASIS-Einsatz 0,554 0,015 0,042
. . 3. TASIS-Einsatz 0,584 0,021 0,058
. 18 - 27 cm 1. TASIS-Einsatz 0,898 0,013 0,036
. . 2. TASIS-Einsatz 0,864 0,015 0,042
. . 3. TASIS-Einsatz 0,756 0,021 0,058
. 30 - 39 cm 1. TASIS-Einsatz 1,27 0,013 0,036
. . 2. TASIS-Einsatz 1,008 0,015 0,042
. . 3. TASIS-Einsatz 0,731 0,021 0,058
SH konv. 5 - 14 cm 1. TASIS-Einsatz 0,703 0,012 0,033
. . 2. TASIS-Einsatz 0,598 0,015 0,042
. . 3. TASIS-Einsatz 0,484 0,021 0,058
. 18 - 27 cm 1. TASIS-Einsatz 0,878 0,012 0,033
. . 2. TASIS-Einsatz 0,817 0,015 0,042
. . 3. TASIS-Einsatz 0,636 0,021 0,058
. 30 - 39 cm 1. TASIS-Einsatz 1,64 0,015 0,042
. . 2. TASIS-Einsatz 1,289 0,021 0,058
. . 3. TASIS-Einsatz 1,21 0,021 0,058
NRW kons. 5 - 14 cm 1. TASIS-Einsatz 0,751 0,012 0,033
. . 2. TASIS-Einsatz 0,721 0,014 0,039
. . 3. TASIS-Einsatz 0,68 0,02 0,055
. 18 - 27 cm 1. TASIS-Einsatz 0,976 0,012 0,033
. . 2. TASIS-Einsatz 0,874 0,014 0,039
. . 3. TASIS-Einsatz 0,676 0,02 0,055
. 30 - 39 cm 1. TASIS-Einsatz 0,873 0,012 0,033
. . 2. TASIS-Einsatz 0,797 0,014 0,039
. . 3. TASIS-Einsatz 0,567 0,02 0,055
NRW konv. 5 - 14 cm 1. TASIS-Einsatz 0,607 0,01 0,028
. . 2. TASIS-Einsatz 0,614 0,012 0,033
. . 3. TASIS-Einsatz 0,628 0,017 0,047
. 18 - 27 cm 1. TASIS-Einsatz 0,639 0,01 0,028
. . 2. TASIS-Einsatz 0,648 0,012 0,033
. . 3. TASIS-Einsatz 0,643 0,017 0,047
. 30 - 39 cm 1. TASIS-Einsatz 0,993 0,01 0,028
. . 2. TASIS-Einsatz 1,045 0,012 0,033
. . 3. TASIS-Einsatz 0,902 0,017 0,047
160

Tabelle A 16: Spurtiefen nach Versuchsflächen und Messtermin
kalendarischer Termin Variante SH kons SH konv NRW kons NRW konv
Frühjahr 2006 nur Schlepper 2,5 ± 0,6 4,4 ± 0,9
3,3Mg@50kPa 2,0 ± 0,7 3,7 ± 0,8
3,3Mg@160kPa 3,1 ± 0,8 5,5 ± 1,0
6,5Mg@250kPa 4,1 ± 0,9 7,6 ± 0,4
6,3Mg@250kPa 3,6 ± 0,4 7,2 ± 0,8
Herbst 2006 nur Schlepper 3,9 ± 0,3 0,5 2,3 ± 0,5 2,1 ± 0,3
3,3Mg@50kPa 4,7 ± 0,4 0,5 2,8 ± 0,7 2,8 ± 0,4
3,3Mg@160kPa 5,5 ± 0,4 0,5 4,2 ± 0,7 4,7 ± 0,4
6,5Mg@250kPa 5,7 ± 0,4 0,5 5,2 ± 0,5 6,3 ± 0,7
6,3Mg@250kPa 5,7 ± 0,5 0,5 5,0 ± 0,3 5,3 ± 0,6
7,5Mg@250kPa 5,7 ± 0,7 1,5 5,5 ± 0,4 7,4 ± 0,5
7,5Mg@350kPa 6,4 ± 0,4 1,5 6,1 ± 0,6 8,6 ± 0,8
Frühjahr 2007 nur Schlepper 4,1 ± 0,6
3,3Mg@50kPa 1,7 ± 0,3 4,9 ± 0,4 3,1 ± 0,9 3,0 ± 0,4
3,3Mg@160kPa 2,2 ± 0,4 6,3 ± 0,8 3,7 ± 0,5 4,2 ± 0,6
6,5Mg@250kPa 3,1 ± 0,4 7,3 ± 0,8 4,8 ± 1,0 5,1 ± 0,6
6,3Mg@250kPa 2,3 ± 0,4 6,1 ± 0,6 3,8 ± 0,8 4,4 ± 0,6
7,5Mg@250kPa 2,9 ± 0,6 6,8 ± 0,7 4,8 ± 0,6 5,6 ± 0,8
7,5Mg@350kPa 3,1 ± 0,6 7,9 ± 1,0 5,2 ± 0,8 6,5 ± 1,0
Herbst 2007 nur Schlepper 2,2 ± 0,4
3,3Mg@50kPa 4,0 ± 0,3 3,7 ± 0,7 3,1 ± 0,4 2,7 ± 0,5
3,3Mg@160kPa 4,8 ± 0,5 4,7 ± 0,4 3,9 ± 0,5 4,0 ± 0,7
6,5Mg@250kPa 5,0 ± 0,4 4,5 ± 0,6 5,0 ± 0,2 5,3 ± 0,4
6,3Mg@250kPa 4,8 ± 0,5 4,6 ± 0,6 4,3 ± 0,5 4,6 ± 0,5
7,5Mg@250kPa 5,4 ± 0,5 4,9 ± 0,6 4,7 ± 0,3 5,3 ± 0,6
7,5Mg@350kPa 6,0 ± 0,4 5,2 ± 0,5 5,8 ± 0,5 6,6 ± 0,8
Frühjahr 2008 nur Schlepper 4,3 ± 0,7
3,3Mg@50kPa 3,7 ± 0,5 4,1 ± 1,1 4,4 ± 0,6 3,7 ± 0,5
3,3Mg@160kPa 5,2 ± 0,5 4,4 ± 0,9 5,1 ± 0,4 4,9 ± 0,6
6,5Mg@250kPa 7,6 ± 6,7 4,8 ± 0,9 5,7 ± 0,5 5,6 ± 0,5
6,3Mg@250kPa 5,2 ± 0,6 5,2 ± 0,6 5,7 ± 0,6 5,3 ± 0,6
7,5Mg@250kPa 6,1 ± 0,6 5,4 ± 1,0 5,9 ± 0,7 5,9 ± 0,7
7,5Mg@350kPa 7,0 ± 0,6 6,1 ± 1,0 6,7 ± 0,7 6,8 ± 0,7
161

Tabelle A 17: Ruhedruckkoeffizienten der Versuchsflächen nach Bodentiefe und Radlast
Fläche Bodentiefe Radlast Mittelwert Standardfehler
SH kons 5 - 14cm unbefahren 0,455 0,033
3,3 Mg 0,665 0,027
6,3 Mg 0,635 0,027
7,5 Mg 0,591 0,024
18 - 27cm unbefahren 0,414 0,033
3,3 Mg 0,495 0,027
6,3 Mg 0,519 0,027
7,5 Mg 0,506 0,024
30 - 39cm unbefahren 0,535 0,033
3,3 Mg 0,589 0,027
6,3 Mg 0,692 0,027
7,5 Mg 0,643 0,024
SH konv 5 - 14cm unbefahren 0,371 0,031
3,3 Mg 0,452 0,027
6,3 Mg 0,406 0,027
7,5 Mg 0,416 0,024
18 - 27cm unbefahren 0,404 0,031
3,3 Mg 0,416 0,027
6,3 Mg 0,439 0,027
7,5 Mg 0,431 0,024
30 - 39cm unbefahren 0,442 0,038
3,3 Mg 0,507 0,033
6,3 Mg 0,430 0,033
7,5 Mg 0,499 0,029
NRW kons 5 - 14cm unbefahren 0,473 0,029
3,3 Mg 0,614 0,027
6,3 Mg 0,625 0,027
7,5 Mg 0,606 0,022
18 - 27cm unbefahren 0,455 0,029
3,3 Mg 0,439 0,027
6,3 Mg 0,450 0,027
7,5 Mg 0,484 0,022
30 - 39cm unbefahren 0,504 0,029
3,3 Mg 0,416 0,027
6,3 Mg 0,416 0,027
7,5 Mg 0,476 0,022
162

NRW konv 5 - 14cm unbefahren 0,437 0,031
nur Schlepper 0,468 0,031
3,3 Mg 0,479 0,022
6,3 Mg 0,477 0,022
7,5 Mg 0,513 0,022
18 - 27cm unbefahren 0,490 0,031
nur Schlepper 0,495 0,031
3,3 Mg 0,475 0,022
6,3 Mg 0,441 0,022
7,5 Mg 0,470 0,022
30 - 39cm unbefahren 0,374 0,031
nur Schlepper 0,427 0,031
3,3 Mg 0,458 0,022
6,3 Mg 0,415 0,022
7,5 Mg 0,446 0,022
163

Tabelle A 18: Ergebnisse der Spatendiagnose vom 06.10.2008 auf der Fläche NRW konv
(nach DBG 2005)
Schicht Aggregat
-größe
K0 Krume
0-20cm
Krumen
-basis
20-
35cm
Unterboden
35-
50cm
B3 Krume
0-10cm
Ge
o
Krumen
-basis
10-
35cm
Unterboden
35-
50cm
Krume
0-10cm
Krumen
-basis
10-
35cm
Unterboden
35-
50cm
Krümelgefüge
1–2cm
Bröckelgefüge
>5cm
Subpolyeder
>5cm
Krümel-
gefüge
1-2cm
Bröckel-
bis
Klumpen
-gefüge
>5/>10c
m
Subpolyeder
>5cm
Krümelgefüge
1 - 2 cm
Bröckelgefüge
> 5 cm
Subpolyeder
> 5 cm
Verfestigun
g-sgrad
Lagerung
s-art
Makropore
n-anteil
Vf1 offen gri1-2
f4
Vf2 geschlossen
Vf3 geschlossen
gri1-2
f4
gri2
f4
Vf1 offen gri2
f4
Vf3 geschlossen
Vf3 geschlossen
gri1
f2
gri1
f3
Vf1 offen gri2
f4
Vf2 geschlossen
Vf3 geschlossen
gri2
f2
gri1
f4
Wurzelverteilun
g
W4
(Wg1,
Wf4)
W4
(Wg1,
Wf4)
W2
(Wg0,
Wf2)
W4
(Wg1,
Wf4)
W3
(Wg1,
Wf3)
W1
(Wg0,
Wf1)
W4
(Wg1,
Wf4)
W3
(Wg1,
Wf3)
W1
(Wg0,
Wf1)
Einstufun
g der
Packungs
-dichte
(Pd)
Pd1
Pd2
Pd3
Pd1
Pd3
Pd4
Pd1
Pd3
Pd3-4
164

Tabelle A 19: Ergebnisse der erweiterten Spatendiagnose vom 06.10.2008 auf der Fläche
Merkmal
Beschaffenheit der
Bodenoberfläche
Gefügeform und
Bewertung
Wurzeln
(Durchwurzelung)
Farbe,
Geruch (Durchlüftung)
NRW (nach DBG 2005)
K0
Tiefe
0-
20cm
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
Ernterückstände 0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
Röhren, Klüfte 0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
Übergang zwischen
Schichten und
Horizonten
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
K0
Bewertung
B3
Tiefe
4 0-
10cm
1
2
4
1
1
4
1
2
4
1
5
1
1
3
4
5
5
5
0-
10cm
10-
35cm
35-
50cm
0-
10cm
10-
35cm
35-
50cm
0-
10cm
10-
35cm
35-
50cm
0-
10cm
10-
35cm
35-
50cm
0-
10cm
10-
35cm
35-
50cm
0-
10cm
10-
35cm
35-
50cm
B3
Bewertung
Geo
Tiefe
3 0-
20cm
1
3
4
1
2
4
1
2
3
1
5
1
1
3
4
5
5
5
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
0-
20cm
20-
35cm
35-
50cm
Geo
Bewertung
4
1
2
4
1
1
4
1
2
4
1
5
1
1
3
4
5
5
5
165

Tabelle A 20: Bodenbearbeitung und Fruchtfolge auf den Versuchsflächen 2000 bis 2008
NRW kons NRW konv SH kons SH konv
Aussaat vorgehende BB Aussaat vorgehende BB Aussaat
Ost/West
2000 WW 2x Grubber
Kr.-egge 5cm
2001 Körnererb
se
2002 Körnermai
s
SRR-egge 5cm
Kr.-egge 5cm
SPR-egge 7cm
Mulchsaat (flach)
2003 WW 2x Sch.-egge 8cm
Sch.-egge 6cm
2004 WH Sch.-egge 5cm
Universalegge 10cm
Kr.-egge 5cm
2005 WG 2x Sch.-egge 6cm
Univ.-egge 6cm
Kr.-egge 6cm
2006 Ölrettich
Grubber 8cm
MOVIS
Kr.-egge 5cm
2007 SR MOVIS
Grubber 12cm (2006)
MOVIS
Grubber 8cm (2007)
2008 Silomais MOVIS
Grubber 12cm
MOVIS
Parapflug 40cm
WG 2x Grubber 15cm
Pflug 28cm
Kr.-egge
WR 2x Grubber 15cm
Pflug 28cm
Kr.-egge
ZR 2x Grubber 15cm
Pflug 28cm
Kr.-egge
WW 2x Grubber 15cm
Pflug 28cm
Kr.-egge
vorgehende BB Aussaat vorgehende BB
WR / WG 2x Grubber 8cm
Grubber 15cm
Kr.-egge
WW / WR 2x Grubber 8cm
Grubber 15cm
Kr.-egge
WG / WW 2x Grubber 8cm
Grubber 15cm
Kr.-egge
WR / WG 2x Sch.-Grubber 8cm
Sch.-grubber 20cm
WW Grubber 12cm WW / WR 2x Sch.-Grubber 8cm
Sch.-grubber 20cm
Gelbsenf Grubber 12cm WG / WW 2x Sch.-Grubber 8cm
Sch.-grubber 20cm
Ölrettich Pflug 28cm
MOVIS
Grubbersaat
SR MOVIS
Grubber 12cm (2006)
MOVIS
Grubber 8cm (2007)
MOVIS
ZR Tiefenlockerer 35cm
MOVIS
Pflug 28cm
WR / WG 2x Sch.-egge 5cm
Sch.-grubber 20cm
Kr.-egge
WW / WW 2x Sch.-egge 5cm
Sch.-grubber 20cm
Kr.-egge
WW Sch.-egge
Plug
Kleegras 2x Striegel
SHA 2x Sch.-egge
Pflug
Kartoffeln Sch.-egge
Grubber
Dämme aufge-
Pflügt; Separiert
Erbsen Grubber
Rohphosphat gestreut
Pflug
SW
Untersaat:
Kleegras
3x Sch.-egge
Kleegras Mulcher
SHA 2x Sch.-egge
Pflug 28cm
Kartoffeln 2x Sch.-egge
2x Grubber
Pflug ,Dämme aufgepflügt;
Separiert
166

167