Bodenkundliches Praktikum I - Bodenkunde und Bodenphysik ...

TECHNISCHE UNIVERSITÄT BRAUNSCHWEIG 

Institut für Geoökologie, Abt. Bodenkunde und 

Bodenphysik 

Bodenkundliches Praktikum I 

für Studierende der Geoökologie 

4. Semester 

W. Durner und R. Nieder 

Braunschweig, April 2003 

Durner, W. und R. Nieder (2003): Bodenkundliches Praktikum I. Skript. Institut für Geoökologie, 

Abteilung Bodenkunde und Bodenphysik, TU Braunschweig, 77 Seiten.

Vorwort 

Das mit dem vorliegenden Skript beschriebene Grundpraktikum Bodenkunde hat einen 

Projektcharakter. Dies bedeutet, dass von den Studierenden neben den reinen Laborarbeiten 

eine einführende Probenahme im Feld mit zugehöriger Standortsansprache, sowie als 

Abschluss der Veranstaltung eine synoptische Darstellung aller Versuchsergebnisse in Form 

eines Symposiums vorgenommen wird. 

Das Praktikum umfasst acht praxisrelevante Laborversuche. Auf Grundlage der Versuchsergebnisse 

sollen zwei Standorte mit unterschiedlichen Eigenschaften bodenkundlichökologisch 

charakterisiert werden. Wir legen großen Wert darauf, dass die Ergebnisse der 

einzelnen Versuche dieser Intention entsprechend nicht isoliert, sondern in ihrer Gesamtheit 

gesehen werden. Auch hoffen wir, dass die Versuche nicht „nach Kochrezept“ 

heruntergespult, sondern mit Neugierde auf das jeweilige Resultat durchgeführt werden. 

Die Darstellung der Arbeiten in diesem Skript erfolgt in drei Teilen. Im ersten Teil 

„Organisatorisches“ finden sich alle technischen Angaben im Zusammenhang mit dem 

geplanten Ablauf des Praktikums. Der zweite Teil Probenahme und Probenvorbereitung gibt 

ausführlich Hinweise auf Aspekte, die bei der bodenphysikalischen und bodenchemischen 

Probnahme wichtig sind. Im dritten Teil finden sich acht Versuchsbeschreibungen. Zu jedem 

Versuch werden zunächst die methodischen Grundlagen und die Versuchsdurchführung 

beschrieben, gefolgt von Hinweisen zur Auswertung. In einigen Fällen sind die 

Auswertungen bewusst nicht bis zur letzten Gleichungsumformung beschrieben, die 

gegebenen Informationen sollten jedoch stets zur Beantwortung der Fragestellung 

ausreichen. Bei Fragen zu Auswertungen können aber stets die Versuchsbetreuer – auch 

außerhalb der Praktikumzeiten – konsultiert werden. Den Abschluss jedes Kapitels bildet die 

konkrete Aufgabenstellung. 

Angesichts der begrenzten Zahl der Versuchstage mussten wir uns auf eine kleine Auswahl 

bodenchemischer und bodenphysikalischer Untersuchungsmethoden beschränken, wobei 

die Methodenauswahl aufgrund der oben genannten Zielrichtung erfolgte. Die Versuchsbeschreibungen 

beruhen teilweise auf Skriptvorlagen für die Praktika der vergangenen 

Jahre. Stärkere Überarbeitungen fanden insbesondere für die bodenphysikalischen 

Versuche statt, wobei die Skripte „Geoökologisches Freilandpraktikum – Physikalische 

Methoden“ (Durner et al., 2000) „Methoden der Bodenphysik“ (Huwe et al., 1999), 

„Kulturtechnisch-bodenkundliches Praktikum“ (Kretzschmar, 1996) sowie Teile der „Methods 

of Soil Analysis – Physical Methods“ (Klute, 1986) als Vorlagen dienten. 

Braunschweig, im April 2003, 

W. Durner und R. Nieder 

III

Inhaltsverzeichnis 

Ziel und Ablauf 1 

1. Ziel des Praktikums......................................................................................................... 1 

2. Überblick über Verfahren und Methoden........................................................................ 1 

3. Teilnehmer und Teilnahmevoraussetzungen ................................................................. 2 

4. Zeitlicher Umfang............................................................................................................2 

5. Besondere Hinweise....................................................................................................... 3 

5. Literatur........................................................................................................................... 5 

Probenahme und Probenvorbereitung 6 

1. Allgemeines .................................................................................................................... 6 

2. Probenahme gestörter Bodenproben ............................................................................. 7 

3. Probenahme „ungestörter“ Bodensäulen ....................................................................... 9 

4. Probenahme für Stechzylinder ..................................................................................... 12 

5. Bodenansprache (Texturbestimmung) ......................................................................... 13 

6. Literatur......................................................................................................................... 18 

7. Aufgaben Probenahme................................................................................................. 18 

8. Aufgaben Probenvorbereitung...................................................................................... 19 

Versuch 1: Körnungsanalyse 21 

1.1 Grundlagen ............................................................................................................. 21 

1.2 Prinzip..................................................................................................................... 23 

1.3 Probenvorbereitung (nach DIN 19683, Blatt 2) ...................................................... 25 

1.4 Siebung (nach DIN 19683, Blatt 1 und 2, DIN 18123) ........................................... 27 

1.5 Kettenaräometer-Methode...................................................................................... 28 

1.6 Literatur................................................................................................................... 32 

1.7 Aufgabe .................................................................................................................. 33 

Versuch 2: Lagerungsdichte, Porosität, Feldkapazität, 

Porengrößenverteilung 34 


2.2 Begriffsdefinitionen ................................................................................................. 35 

2.3 Versuchsdurchführung ........................................................................................... 37 

2.4 Literatur................................................................................................................... 42 

2.5 Aufgabe .................................................................................................................. 42 

Versuch 3: Gesättigte Wasserleitfähigkeit 45 

3.1 Versuchsdurchführung bei konstantem Überstau .................................................. 45 

3.2 Versuchsdurchführung bei fallendem Überstau ..................................................... 47 

3.3 Auswertung............................................................................................................. 48 

3.4 Aufgabe .................................................................................................................. 49 

Versuch 4: Wasserretention und Luftleitfähigkeit 50 


4.2 Versuchsdurchführung ........................................................................................... 52 

4.3 Auswertung............................................................................................................. 54 

4.4 Aufgaben ................................................................................................................ 54 

v

vi 

Versuch 5: Gehalt des Bodens an organischer Substanz und biologische 

Umsetzungsrate 50 


5.2 Ermittlung des Gehaltes an organischer Substanz ................................................ 56 

5.3 Biologische Umsetzungsrate: Adsorptionsmethode nach Isermeyer..................... 58 

Versuch 6: pH-Wert, Kalkbedarf und elektrische Leitfähigkeit 60 

6.1 Bestimmung des pH-Wertes................................................................................... 60 

6.2 Bestimmung des Kalkbedarfs................................................................................. 63 

6.3 Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit............................................................. 64 

Versuch 7: Nährstoffgehalt und -Verfügbarkeit 65 


7.2 Aufgabe .................................................................................................................. 66 

7.3 Durchführung.......................................................................................................... 66 

7.4 Auswertung............................................................................................................. 67 

Versuch 8: Austauschbare Kationen und Austauschkapazität 68 


8.2 Technik der Versuchsanstellung ............................................................................ 68 

8.3 Durchführung.......................................................................................................... 68 

8.4 Bestimmung von K, Na, Ca, Mg und Al.................................................................. 69 

Abbildungsverzeichnis 

Abb. 1: Geräte-Aufbau zur Probenahme der ungestörten Bodensäule. .................................. 10 

Abb. 2: Einrammen des Zylinder-Verbundes ........................................................................... 11 

Abb. 3: Diagramm der Bodenartenuntergruppen des Feinbodens (aus AG Boden, 1994). .... 14 

Abb. 4: Körnungssummenkurven für Kies, Ton und Lehm (aus DIN 18123)........................... 24 

Abb. 5: Auswertung einer Trockensiebung (aus DIN 18683)................................................... 27 

Abb. 6: Aräometer (aus DIN 18123)......................................................................................... 29 

Abb. 7: Vordruck zur Aräometer-Auswertung (aus DIN 18123) und Temperaturkorrektur 

CT. ................................................................................................................................ 30 

Abb. 8: Nomogramm zur Aräometermessung-Auswertung (aus DIN 18123).......................... 31 

Abb. 9: Beispiel zur Aräometer-Auswertung (aus DIN 18123)................................................. 32 

Abb. 10: Unterdruckmethode zur Messung der Retentionscharakteristik (aus Huwe, 1999).. 38 

Abb. 11: Überdruckmethode zur Messung der Retentionskurve (Abb. aus Huwe, 1999). ...... 41 

Abb. 12: Aufbau der Ks-Messung. ........................................................................................... 45 

Abb. 13: Aufbau der Ks-Messung- „falling head“. .................................................................... 47 

Abb. 14: Multi-Step-Experiment: typische Ergebnisse für einen lehmigen Sand..................... 51 

Abb. 15: Bestimmung der Luftleitfähigkeit................................................................................ 53

Tabellenverzeichnis 

Tab. 1: Kornfraktionen des Feinbodens (Faksimile der Tab. 24 aus AG Boden, 1994). ......... 14 

Tab. 2: Definition der Bindigkeitsstufen (aus Bodenkundl. Kartieranleitung, AG Boden, 

1994)............................................................................................................................ 15 

Tab. 3: Definition der Formbarkeitsstufen (aus Bodenkundl. Kartieranleitung, AG Boden, 

1994)............................................................................................................................ 15 

Tab. 4: Schlüssel zur Bestimmung der Bodenarten des Feinbodens im Gelände mittels 

Fingerprobe (Faksimile der Tabelle 29 der Bodenkundlichen Kartieranleitung)......... 16 

Tab. 5: Korngrößenklasseneinteilung nach bodenkundlicher Kartieranleitung (1994) ............ 23 

Tab. 6: Einteilung der Porengrößenbereiche nach dem Porendurchmesser und pF-Wert. .... 34 

Tab. 7: Einteilung der Luftleitfähigkeiten. ................................................................................. 52 

Tab. 8: Anzustrebende pH-Werte von Acker- und Grünland in Abhängigkeit vom Ton- und 

Humusgehalt................................................................................................................ 62 

Tab. 9: Notwendige Kalkmenge für Oberböden....................................................................... 63 

vii

1. Ziel des Praktikums 

Ziel und Ablauf 

Ziel des Praktikums ist, an zwei Beispielstandorten eine Reihe von grundlegenden 

bodenkundlichen Analysen vorzunehmen, die für eine bodenkundlich-ökologische Basischarakterisierung 

von Standorteigenschaften nötig sind. 

Sie werden als Praktikumsteilnehmer anhand dieser Bestimmungen eine Palette von heute 

üblichen Labormethoden aus dem bodenkundlich/bodenphysikalischen Bereich kennen 

lernen. Durch den Vergleich Ihrer Ergebnisse mit den parallelen Messungen Ihrer 

Kommilitonen werden Sie ein Gefühl für die Genauigkeit der Messmethoden sowie für 

räumliche Variabilität erhalten. Durch den notwendigen Austausch von Daten zwischen den 

Gruppen (und sogar zwischen verschiedenen Lehrveranstaltungen) werden Sie mit der 

Notwendigkeit konfrontiert, Datenhaltung und Datenaustausch unter Nutzung von 

Datenservern und dem Tabellenkalkulationsprogramm EXCEL vorzunehmen. Durch die 

Anfertigung eines Protokolls werden Sie grundlegende Techniken zur Abfassung 

wissenschaftlicher Arbeiten anwenden, und quasi als „Beiprodukt“ gezwungen sein, sich mit 

computergestützter Textverarbeitung zu beschäftigen. Und schließlich – last but not least – 

sollen Sie lernen, ihre Ergebnisse vor einer Audienz kurz und prägnant, dabei aber 

vollständig und präzise zu präsentieren. 

Sollten Sie im bisherigen Studium sich noch nicht intensiv mit dem Computer umgegangen 

sein, so werden Sie die letztgenannten Elemente wahrscheinlich als zeitaufwendig und 

vielleicht auch anstrengend empfinden. Denken sie aber daran, dass Sie sich damit 

grundlegende Qualifikationen erarbeiten, die für ihr Hauptstudium, die Studien- und 

Diplomarbeit, sowie für die nachfolgende Berufstätigkeit nicht nur sinnvoll, sondern absolut 

notwendig sein werden. 

2. Überblick über Verfahren und Methoden 

Im Gelände werden folgende Arbeiten durchgeführt 

1. Bodenansprache und Probenahme 

– Profilansprache; Horizonteinteilung; Fingerprobe 

– Horizontweise Beprobung des Profils: Bodensäulen, Stechzylinder, Beutelproben 

Im Labor werden folgende Arbeiten durchgeführt 

1. Probenvorbereitung 

– Trocknen von Bodenmaterial (Trockenschrank, 105°C) 

– Aufkalken in 4 Schritten (Oberbodenmaterial) 

– Aufsättigen von Stechzylindern (100 cm³) und Bodensäulen (500 cm³) 

– Packen von Stechringen (1 cm³) für die Drucktöpfe 

– Zerstören von organischen Kittsubstanzen für Korngrößenanalyse 

2. Bestimmung der Korngrößenverteilung 

Zerstörung von Kittsubstanzen, von organischer Substanz (H2O2), Dispergieren der

2 Ziel und Ablauf 

Proben. Siebung, Aräometermethode (teilweise Pipettmethode) zur Bestimmung der 

Feinkornanteile. 

3. Bestimmung von Feldwassergehalt, Feldkapazität, Gesamtporenvolumen, Luftvolumen, 

und Porengrößenverteilung. 

4. Bestimmung von gesättigter hydraulischer Leitfähigkeit und Luftleitfähigkeit bei 

unterschiedlichen Wassersättigungen 

5. Bestimmung des Gehalts an organischer Substanz und an Karbonat 

6. Bestimmung der biologischen Umsetzungsrate der organischen Substanz 

7. Bestimmung der Zusammensetzung der Bodenlösung (Kationen und Anionen, 

Ionenstärke, elektrische Leitfähigkeit, pH) 

8. Bestimmung der Kationenaustauschkapazität (KAK), der Nährstoffgehalte und der 

Nährstoffverfügbarkeit 

3. Teilnehmer und Teilnahmevoraussetzungen 

Das Praktikum wendet sich an Studierende der Geoökologie im Grundstudium. Die 

Teilnahme am Praktikum ist Pflicht, die Teilnahme wird durch Schein bestätigt. Voraussetzung 

zur Teilnahme sind die Immatrikulation im Studienfach Geoökologie an der TU 

Braunschweig und die Erreichbarkeit unter einer E-mail-Adresse. 

Das Praktikum und die Auswertungen erfordern den sicheren Umgang mit computergestützten 

Dokumentations-, Auswerte- und Präsentationsverfahren, sowie den Datenaustausch 

über Internet. Es besteht die Möglichkeit, am Computer-Pool des Instituts 

entsprechende Software (MS-Office, Star-Office) zu nutzen. Eine Einführung in MS- 

Powerpoint erfolgt zu gegebener Zeit. 

Am ersten Praktikumstermin erfolgt eine Sicherheitsbelehrung für die Arbeiten im Labor. Die 

Teilnahme an der Sicherheitsbelehrung ist Pflicht und muss durch Unterschrift bestätigt 

werden. 

Voraussetzung für den Erhalt des Scheins sind 

1. die Teilnahme am Praktikum an allen Terminen 

2. die Darstellung aller Versuchsergebnisse einer Gruppe in einem Gruppenprotokoll 

3. die Darstellung der praktikumsweiten Ergebnisse eines Versuches in der 

Schlusspräsentation 

4. Zeitlicher Umfang 

Das Praktikum gliedert sich in eine Vorbesprechung mit Sicherheitsbelehrung, eine 

Probenahme im Feld, einen Vorbereitungstermin, 8 Einzelversuchseinheiten, sowie zwei 

abschließenden Präsentations- und Diskussionstermine. Anwesenheit ist zu allen Terminen 

Pflicht. Tragen Sie sich bitte zu jedem Termin um 8:00 Uhr in die Anwesenheitsliste ein. Bei 

mehr als zweimaliger Verspätung wird kein Schein mehr ausgestellt werden. Können Sie zu 

einem Termin nicht erscheinen, so nehmen Sie bitte im Vorfeld Kontakt zur 

Praktikumsleitung auf (E-mail an w.durner@tu-bs.de und in cc an r.nieder@tu-bs.de). 

Die Teilnehmerinnen teilen sich zur Vorbesprechung in insgesamt 8 Gruppen auf. Diese 

Gruppen übernehmen die Durchführung der einzelnen Versuche und die Anfertigung der 

Gruppenprotokolle. Am Abschlusssymposium werden alle Ergebnisse eines Versuchstyps


durch jeweils eine Gruppe zusammengefasst und präsentiert. Es ist deshalb von Anfang an 

ein sehr disziplinierter Datenaustausch notwendig. 

Die Aufteilung der Versuche auf die Praktikumstermine sowie Zuordnung der Aufgaben für 

die Präsentation im Abschlusssymposium ist wie folgt: 

Termin Gr. 1 Gr. 2 Gr. 3 Gr. 4 Gr. 5 Gr. 6 Gr. 7 Gr. 8 

10. April 2003 Vorbesprechung mit Ausgabe der Skripte und Sicherheitsbelehrung 

11. April 2003 Probenahme 

17. April 2003 Probenvorbereitung 

Untersuchungen Boden „FAL“ 

24. April 2003 V1 V2* V3 V4 V5 V6 V7 V8 

8. Mai 2003 V2* V3 V4 V1 V6 V7 V8 V5 

15. Mai 2003 V3 V4 V1 V2* V7 V8 V5 V6 

22. Mai 2003 V4 V1 V2* V3 V8 V5 V6 V7 

Untersuchungen Boden „Podsol“ 

5. Juni 2003 V5 V6 V7 V8 V1 V2* V3 V4 

19. Juni 2003 V6 V7 V8 V5 V2* V3 V4 V1 

26. Juni 2003 V7 V8 V5 V6 V3 V4 V1 V2* 

3. Juli 2003 V8 V5 V6 V7 V4 V1 V2* V3 

Symposium: Schlusspräsentationen 

17. Juli 2003 V1 V2* V3 V4 - - - - 

18. Juli 2003 - - - - V5 V6 V7 V8 

24.4. bis 22.5.: V1 bis V8 = Versuch 1 bis Versuch 8 am Boden „FAL“· 

5.6. bis 3.7. V1 bis V8 = Versuch 1 bis Versuch 8 am Boden „Podsol“ 

* Die Termine des Versuches 2 sind individuell und müssen mit dem Betreuer abgesprochen werden! 

5. Besondere Hinweise 

Protokolle 

Die Protokolle sind mit Textverarbeitung (LaTeX, Word, StarOffice) anzufertigen und sowohl 

in Papierform und als einzelner File bis zum 31. Juli 2003 abzugeben. Ein Protokoll enthält 

1. die Namen der Beteiligten und die Gruppennummer 

2. Für jede Aufgabe das Datum, die Nummer und Bezeichnung der Aufgabe 

Die Darstellung jeder Aufgabe sollte wie folgt gegliedert sein (in allen Punkten ausgewogen): 

1. Einleitung und Fragestellung (Was ist Sinn und Ziel der Aufgabe?) 

2. Methode (wie wurde die Untersuchung durchgeführt, einschließlich Berechnungen) 

3. Ergebnisse (einschließlich Tabellen und graphischen Darstellungen) 

4. Diskussion (was bedeutet das Ergebnis im Hinblick auf die Fragestellung?) 

Bei der Abfassung der Protokolle sind die Standards zur Abfassung wissenschaftlicher 

Arbeiten einzuhalten 1 (Durner, 2003). Bei Verwendung eines Textverarbeitungssystems (am 

Computer Pool des Instituts für Geoökologie sind MS-Office und Star-Office installiert!) sollte 

1 Durner W. (2003): Anleitung zur Abfassung wissenschaftlicher Arbeiten. Institut für Geoökologie, TU Braunschweig 

(http://www.soil.tu-bs.de/lehre/Skripte/2003.Wissenschaftliches_Schreiben.pdf, 01.03.2003).

4 Ziel und Ablauf 

mit Druckformatvorlagen gearbeitet werden. 2 

Es wird dringend angeraten, die Protokolle zu jedem Versuch möglichst innerhalb der 

direkten Folgewoche anzufertigen, da der Umgang mit der Software auf diese Art 

schrittweise erlernt werden kann! 

Kleidung 

Zum Praktikum wird schmutzunempfindliche Schutzkleidung angeraten; für den ersten 

Praktikumstag (Probenahme und –verarbeitung) ist darauf zu achten, dass der Witterung 

angepasste Kleidung (warm, regendicht, verschmutzungsunempfindlich) getragen wird; dies 

gilt besonders für das Schuhwerk. Je nach Witterung für den Wechsel vom Feld ins Labor 

sollte man evtl. verschiedene Schuhe vorsehen. Im Labor ist das Tragen eines Laborkittels 

sowie von geschlossenen Schuhen (keine Sandalen!) Pflicht. 

Standortschonung 

Probenahmen sind relativ radikale Eingriffe in Standorte und Standorteigenschaften. Hauptprobleme 

sind (1) Verdichtungen durch Betreten, und (2) Massenverlust durch Materialentnahmen 

und (3) Umlagerungen und Aufhäufungen von Bodenmassen an Stellen, wo sie 

nicht hingehören. Der beste Schutz vor schädlichen Bodenveränderungen liegt demgemäss 

darin, die Probenahmefläche so wenig wie möglich zu betreten, entnommene Massen zu 

ersetzen, und notwendige Umlagerungen unmittelbar nach der Probenahme soweit möglich 

zu revidieren. Dies bedeutet, dass Probenahmen bei oberflächlich abgetrockneten Böden 

erfolgen sollten 3 , die Flächen nur von den Personen betreten werden, die dort auch zu 

arbeiten haben, dass kein unnötiges Herumgehen stattfindet, und dass bei Umschichtungen 

darauf geachtet wird, das sie reversibel vorgenommen werden (bei Aushebungen Trennung 

von Ober- und Unterboden). 

Besonders problematisch ist meist die Entnahme von ungestörten Bodenproben, die 

ausgegraben werden müssen. Falls dies auf Vegetationsflächen erfolgt, hat sich das 

Abstechen von Soden an der Oberfläche bewährt, die nach dem Eingriff wieder eingesetzt 

werden können. Das ausgehobene Material, das zur späteren Rückverfüllung verwendet 

werden soll, wird günstigerweise auf einer Folie abgelagert, so dass die darunterliegende 

Vegetation nicht eingeschlämmt wird. Für größere Bodensäulen setzen wir in diesem 

Praktikum eine hier entwickelte Probenahmetechnik ein, die bei sorgfältiger Ausführung eine 

absolut minimale Bodenbelastung ergibt, da kaum Bodenmassen umgelagert werden 

müssen. 

Bitte seien Sie sich der Problematik der Standortschädigung bewusst, und nehmen Sie 

gerade als GeoökologInnen die Standortschonung nicht auf die leichte Schulter! Es sollte ihr 

Ehrgeiz sein, „ihren“ Standort so minimal wie möglich zu stören. Die Standortschonung ist 

zum einen aus ästhetischen Gesichtspunkten, zum anderen aus ökologischen 

Gesichtspunkten zu sehen. Der Idealfall ist erreicht, wenn der Standort nach der 

Probenahme genau so aussieht wie vorher, und wenn das Pflanzenwachstum durch die 

Probenahme unbeeinflusst bleibt. 

Kommunikation 

Die Kommunikation zwischen Praktikumsleitung und den Teilnehmern wird neben den 

Laborterminen über E-mail und WWW erfolgen (http://www.soil.tu-bs.de/lehre/). Es wird 

davon ausgegangen, dass E-mails regelmäßig gecheckt werden und ein Zugang zum WWW 

für alle TeilnehmerInnen unproblematisch ist (Zugang u.A. im Computerpool des Instituts für 

Geoökologie). 

2 Eine Vorlage für das Protokoll mit sinnvoll definierten Druckvorlagen-Elementen können Sie unter 

http://www.soil.tu-bs.de/lehre/Skripte/2003.Protokollvorlage.doc herunterladen. 

3 

Diese Punkt haben wir im Rahmen des Praktikums allerdings nicht im Griff, da der Probenahmetermin 

witterungsunabhängig vorgegeben ist.


5. Literatur 

AG Boden, 1994. Bodenkundliche Kartieranleitung, 4. Auflage. Schweizerbart'sche 

Verlagsbuchhandlung, Stuttgart. 

Durner W., T. Foken und B. Huwe, 2000. „Geoökologisches Freilandpraktikum – 

Physikalische Methoden“. Skript, Lehrstuhl für Hydrologie, Universität Bayreuth. 

Hartge K.-H., und R. Horn, 1992. Die physikalische Untersuchung von Böden. 3. Auflage. 

Enke Verlag, Stuttgart. 

Huwe B., K.U. Totsche, I. Dörfler und I. Nestler, 1999. Methoden der Bodenphysik. Skript 

zum bodenphysikalischen Laborpraktikum, Abteilung Bodenphysik, Universität 

Bayreuth. 

Klute A. (Hrsg.), 1986. Methods of Soil Analysis, Part 1, 2nd Ed. Agronomy Monogr. 9, ASA 

and SSSA, Madison, WI. 

Kretschmar, R. 1996. Kulturtechnisch-bodenkundliches Praktikum. Ausgewählte Labor- und 

Feldmethoden. Inst. für Wasserwirtschaft und Landschaftsökologie, Christian- 

Albrechts-Universität Kiel. 

Scheffer/Schachtschabel 1998. Schachtschabel, P., Blume, H.-P., Brümmer, G., Hartge, K.- 

H., Schwertmann, U. (Hrsg.), Lehrbuch der Bodenkunde, 14. Auflage. Ferdinand Enke 

Verlag Stuttgart.

Probenahme und Probenvorbereitung 

1. Allgemeines 

Die Festlegung einer geeigneten Probenahmestrategie ist im Rahmen von Umweltuntersuchungen 

jeder Art von größter Bedeutung für einen Projekterfolg, da Fehler im 

Ansatz, oder Fehler und Nachlässigkeiten in der Durchführung der Probenahme in späteren 

Schritten nicht mehr korrigiert werden können. Die Probenahmestrategie definiert die Zeit, die 

Methodik und die Technik der Probenentnahme, die Festlegung von Ort und Tiefen, den 

Probentransport, die Probenlagerung und die Probenaufbereitung. 

Grundsätzlich ist zu unterscheiden zwischen einer gestörten Probenahme, bei dem Material 

für chemische Analytik und für Batch-Versuche gewonnen wird, und einer „ungestörten“ 

Probenahme, die dazu dient, Proben zur Bestimmung bodenphysikalischer Parameter und für 

Perkolationsversuche zu gewinnen. Auf die spezifische Problematik der ungestörten 

Probenahme und der räumlichen Variabilität werden wir im fünften Semester (Bodenphysik I) 

näher eingehen. 

Ja nach Zielstellung, Vorarbeiten, Zugänglichkeit des Standorts, Zeit- und Geldaufwand 

können gestörte Probematerialien aufgrund von Punktmessungen (Bohrstockeinschläge; 

Rammkernsondierungen; Bohrungen) oder an Profilwänden („Schürfen“) erfolgen. Ungestörte 

Probenahmen erfolgen fast ausschließlich über eingerammte Stechzylinder, wobei für die 

Probenahmen in größeren Tiefen entsprechende Freilegungen erfolgen müssen. In 

Einzelfällen werden ungestörte Proben auch über die Freilegung von Monolithen oder über 

Kernbohrungen an gefrorenem Material gewonnen. 

1.1.1 Stichprobenauswahl, - Grösse, und -Repräsentativität 

Probenahme bedeutet allgemein die Auswahl einer Stichprobe aus einer möglichen Zahl von 

Objekten, der Grundgesamtheit. Die Grundgesamtheit im Rahmen dieses Praktikums ist ein 

Bodenbereich, der in Hinblick auf Ort (d.h. seine räumliche Ausdehnung in den drei 

Raumkoordinaten) und in der Zeit (d.h. den Zeitpunkt oder Zeitraum des Interesses) konkret 

eingegrenzt werden muss. Diese Grundgesamtheit wird oft einfach mit dem Wort „Standort“ 

bezeichnet. 

Unsere "Objekte" sind gestörte oder ungestörte Bodenproben. Die Proben, die wir gewinnen, 

sollen die Eigenschaften, die wir daran messen wollen, in einer für den Standort typischen 

Weise repräsentieren. Da Böden alles andere als homogene Objekte sind, und Eigenschaften 

gerade in der ungesättigten Bodenzone auf extrem kurzen Distanzen erheblich variieren 

können, ist eine repräsentative Stichprobenauswahl für dieses Umweltkompartiment 

außerordentlich schwierig. Um einen halbwegs objektivierbaren Standard zu erreichen, ist es 

nötig, die Probenahme nach akzeptierten Regeln der Technik durchzuführen, und sich dabei 

an bewährte Probenahmeprotokolle zu halten. 

Erster Schritt ist die genaue Identifikation der interessierenden Grundgesamtheit. Ist es ein 

lokal eng begrenzter Bodenkörper, ein Schlag, ein Acker, eine Region? Interessiert im 

Wesentlichen der Oberboden, der verwitterte Boden bis zum C-Horizont, oder die gesamte


ungesättigte Zone? 

Im zweiten Schritt muss man sich darüber klar werden, was genau an dieser in Zeit und 

Raum spezifizierten Grundgesamtheit interessiert: Sind es darin vorhandene Massen an 

bodeneigenen Stoffen wie organischem Kohlenstoff, an Nährstoffen, an Schadstoffen ? Ist es 

Verhalten des Bodens in Hinblick auf den Wasser-, Gas- und Stoffaustausch mit der 

Atmosphäre oder dem Grundwasser? Im ersten Fall ist die Erhaltung der Bodenstruktur bei 

der Probenahme nicht wichtig, es können „gestörte“ Proben genommen werden, und die 

Bildung von Mischproben kann den analytischen Aufwand beträchtlich mindern. 

Probenahmen für die zweite Fragestellung, die Charakterisierung der Transportfunktionen 

des Bodens, sind in ihrer Schwierigkeit in zweierlei Hinsicht enorm gesteigert: Da die Proben 

nun als ungestörte Ausschnitte des natürlich gelagerten Bodens entnommen werden müssen, 

ist keine Mischprobenbildung möglich. Dies hat zur Folge, dass die Frage nach der 

geeigneten Probengröße eine zentrale Bedeutung einnimmt. Ziel ist, eine Bodenprobe in 

einer Größe zu nehmen, welche die durchschnittlichen Eigenschaften des natürlich 

gelagerten Bodens in Hinblick auf die interessierenden Prozesse charakteristisch 

widerspiegelt (Wassertransport, Stofftransport). Näheres zu theoretischen Konzepten 

(Stichwort „REV“) und Probenahmestrategien in diesem Zusammenhang werden wir im 

Hauptstudium kennen lernen. 

1.1.2 Beprobungsprotokolle und Qualitätskontrolle 

Wenn wir ein Beprobungsschema entwerfen, bauen wir in der Regel auf gewachsene 

Erfahrungen mit ähnlichen Messungen und auf eventuell vorliegenden Kenntnissen über den 

Standort auf. Damit besitzen wir eine a priori - Vorstellung über die zu erwartende 

Größenordnung der Messungen und über die Variabilität der Messungen. Für viele 

Beprobungszwecke liegen schematisierte Beprobungsprotokolle vor, die eine adäquate 

Handhabung von Beprobungstechniken, eine lückenlose Protokollierung, und die 

Vergleichbarkeit der erhaltenen Ergebnisse mit anderen Studien gewährleisten. 

Im Rahmen unsers Praktikums wollen wir versuchen, „typische“ Standortseigenschaften zu 

erfassen. Den Aspekt der horizontalen räumlichen Variabilität auf größerer Skala werden wir 

aus Aufwandsgründen ausklammern. Allerdings interessieren uns - basierend auf unserem 

Wissen über typischen Horizontierungen aufgrund von Bodenbildungsprozessen - die 

Tiefengradienten von Bodeneigenschaften. Sofern dies möglich ist, ist es deshalb vernünftig, 

das einer Bodenschicht oder einem Bodenhorizont zugeordnete Material aus mehreren 

Einschlägen oder Einzelentnahmen zu gewinnen und zu einer Mischprobe zu vereinen, um 

somit zu tiefendifferenzierten, aber flächengemittelten Aussagen zu gelangen. 

Das Beprobungsprotokoll sollte die folgenden Punkte umfassen: 

1 Beprobungs-Strategie 

Anzahl und Art der Proben, genauer Ort der Beprobung, Tiefenbereiche, Zeiten, 

Dauer, Namen der Bearbeiter, besondere Vorkommnisse. 

2 Methoden 

Beprobungstechniken und benutzte Ausrüstung. 

3 Lagerung 

Art und evtl. Konditionierung der Behältnisse, Maßnahmen zur Präservierung der 

Proben, Lagerzeiten. 

4 Analytische Methoden 

Eine Liste aller verwendeten analytischen Methoden und ihrer Messgenauigkeit 

(physikalische Messungen) bzw. Nachweisgrenzen (chemische Methoden). 

2. Probenahme gestörter Bodenproben 

Zur Messung von Gesamt-Stoffkonzentrationen oder Wassergehalten in Bodenproben ist es

8 Probenahme und Probenvorbereitung 

nicht nötig, die natürliche Bodenstruktur zu erhalten. Die Probenahme kann in solchen Fällen 

unkompliziert durch Entnahme eines gewünschten Bodenvolumens und Überführung in ein 

Transportbehältnis erfolgen. Die zu messenden Bodeneigenschaften werden auf die 

Bodenmasse bezogen, und können über begleitende Messungen der Lagerungsdichte auf 

Bodenvolumen umgerechnet werden. 

2.1 Probenahmetechnik 

Die Probenahme von gestörtem Bodenmaterial im oberflächennahen Bereich ist relativ 

problemlos, und erfolgt durch Anlegen einer Beprobungsgrube. Bei der Probenahme aus 

größeren Tiefen erfolgt die Materialgewinnung je nach vorhandener Ausrüstung Beprobungstiefe 

und Beprobungszweck mit Kernbohrern (Nmin-Bohrer, Pürkhauer, Rammkernsonde) 

oder mit Gewindebohrern (Edelmann). 

Zu beachten ist, dass Material aus verschiedenen Tiefen leicht verschleppt wird. 

Insbesondere die Verschleppung von höhergelegenem Material in die tieferen Horizonte ist 

relativ häufig, und stellt bei der Probenahme mit dem Pürkhauer oder der Rammkernsonde 

ein nicht zu unterschätzendes Problem dar. Nehmen Sie deshalb Proben aus den ersten 50 

cm des Bodens - wenn praktikabel - besser mit dem Spaten! 

Zu beachten ist weiterhin, dass für die Probenahmegeräte und die Transportbehältnisse 

Materialien verwendet werden, die keine Interaktion zu den interessierenden Stoffen 

aufweisen. In der Spurenanalytik bedeutet dies, dass für Probenahmen zum Zweck der 

Schwermetallanalyse metallische Geräte und Gefäße vermieden werden, während für 

organische Spurenanalytik die Verwendung von Kunststoffgeräten zu vermeiden ist. 

Verbreitet ist die Verwendung von PE-Tüten und -flaschen, Weithals-Glasflaschen, und von 

Aluminiumgefäßen. Wählen Sie die Transportbehältnisse für ihre Analysezwecke groß und 

robust genug (Reißfestigkeit bei Tüten!), versuchen Sie durch Mischprobenbildung die 

Repräsentativität für die untersuchte Bodenzone zu maximieren, und vergessen sie nicht die 

sorgfältige, wischfeste Beschriftung (Edding) mit allen relevanten Daten (Gruppe, Datum, 

Standort, Tiefenbereich). 

Beachten Sie, dass durch den Transport in den Gefäßen leicht verfälschende Entmischungen 

stattfinden. Durch Vibrationen erfolgt immer ein Absetzen von kleinen Teilchen und eine 

Häufung von großen Teilchen im oberen Bereich und an Gefäßwandungen. Vor der Analytik 

ist daher sicherzustellen, dass die Gesamtmenge verwendet wird, oder aber eine 

repräsentative Untermenge gewonnen wird (dies ist nicht trivial!). Weiterhin findet man in PE- 

Tüten oft eine Kondensation von Bodenwasser an der Plastikoberfläche. Wird der Boden aus 

der Tüte dann zur Trocknung im Trockenschrank in ein Trocknungsgefäß überführt, so ist die 

Wassermenge im Boden selbst bereits reduziert. In solchen Fällen ist es besser, die Probe 

bereits unmittelbar bei der Probenahme in ein geeignetes Gefäß (vorgewogene Alu-Dose) zu 

überführen. 

Versuchen Sie bei unvermeidlichen Fehlern in jedem Fall die Größenordnung und die 

Auswirkung auf das Ergebnis der Bestimmung abzuschätzen! 

2.2 Geräte-Liste für gestörte Probenahmen 

• Spaten (ev. aus Kunststoff), ggf. Schaufel, Handschaufel 

• Beutel, Beschriftungs- und Protokolliermaterial 

• ggf. Aluschalen oder Alu-Schälchen 

• Meterstab 

• ggf. Pürkhauer und/oder geeignete Bohrer mit Zubehör (Hammer, Ziehgestänge)


3. Probenahme „ungestörter“ Bodensäulen 

3.1 Vorgehensweise 

Bei der Probenahme ungestörter Säulen ist unbedingt zu vermeiden, dass Verfälschungen 

am "gewachsenen" Porensystem eintreten. Verfälschungen entstehen im Wesentlichen durch 

Rissbildungen in der Probe, durch Randeffekte (Spalte aufgrund von Verkippungen der Säule 

während der Probenahme), durch Verschmierungen, und aufgrund von Verdichtungen durch 

das vorherige Betreten der Probenahmestelle oder den nachfolgenden Transport. 

Die Qualität der Probenahme hängt maßgeblich vom Wassergehalt des Bodens ab. Sowohl 

die Probenahme in einem völlig durchnässten Boden, als auch die Probenahme im trockenen 

Boden ist schwierig bis unmöglich. Im durchnässten Boden ist die Kohäsion der Teilchen so 

schwach, dass bereits geringste Erschütterungen zu Sackungen und damit zum Kollaps des 

Sekundärporensystems führen. Für Sande gilt, dass sowohl im stark durchnässten als auch 

im stark trockenen Boden der Zusammenhalt so schwach wird, dass die Probe schlicht und 

einfach aus dem Probenzylinder fällt. Für feinkörnige Böden ist im trockenen Zustand der 

Widerstand gegen die eindringende Schnittkante so hoch, dass beim Versuch des 

Eintreibens starke Vibrationen auftreten, die oft zu einer völligen Strukturzerstörung führen. In 

solchen Fällen ist ca. 48 Stunden vor Probenahme eine eingehende Wässerung des 

Probenahmeortes (ev. mit nachfolgender Abdeckung) nötig. 

Im Rahmen des Praktikums sollen pro Bodenhorizont jeweils fünf Stechzylinder und zwei 

Bodensäule genommen werden. 

3.2 Probenahme der Bodensäule 

Die Probenahme einer ungestörten Bodensäule (500 cm³ oder 1000 cm³) umfasst folgende 

Schritte: 

- Vorbereiten des Probenahmeortes (Schneiden der Vegetation; Entfernen von 

Streu, eventuell Freilegen einer Eben in der gewünschten Probenahmetiefe) 

- Einrammen der Bodensäule mit vorgeschalteter Schnittkante und Aufsatz; Prüfen 

möglicher Verdichtung (s.u.) 

- Heben des gefüllten Zylinderverbundes 

- Abtrennen von Schnittkante und Aufsatz 

- Präparieren der oberen und unteren Fläche 

- Aufsetzen und fixieren der Transportschutzkappen 

- Beschriften und Einpacken (senkrechte Lagerung!) 

Die Bodenprobe wird in einem Metallzylinder mit 10 cm Außendurchmesser und 3 mm 

Wandstärke (Material: V2*A-Stahl) oder einem entsprechenden Plexiglaszylinder gefasst. 

Dem eigentlichen Zylinder wird ein angeschärfter Schneidevorsatz aus V2*A-Stahl exakt 

zentriert aufgesetzt. Auf der oberen Seite des Zylinders wird in gleicher Weise ein 5cm hoher 

Vorsatz aufgesetzt. Der Schneidevorsatz ist mit drei Drahtseilen verbunden, welche die 

spätere Hebung des Zylinders ermöglichen. 

An der Probenahmestelle wird mittels eines geeigneten Stechzylinders (ca. 12 cm 

Durchmesser) zunächst die Vegetation ausgestochen, abgehoben, und in einer Wanne oder 

auf einer Folie abgelegt. Gegebenenfalls wir nun durch weiteres Abteufen eines 

Stechzylinders die Bodenschicht bis knapp oberhalb des oberen Randes des angestrebten 

Beprobungs-Tiefenintervalls sorgfältig abgehoben. Zur eigentlichen Probenahme wird nun 

oberhalb der Probenahmestelle ein Dreibein aufgestellt, das zur spielfreien Führung eines 

Schlagrohres dient. Dadurch wird die Gefahr von Randklüften im entnommenen Zylinder 

minimiert. Besteht für einen Boden die Gefahr der Verdichtung durch Sackung, so wird zur 

Kontrolle vom Führungsrohr des Dreibeins der Abstand zur Bodenoberfläche gemessen und 

notiert.


Fallgewicht 

Führung für Fallgewicht 

Schlagrohr 

Dreibein 

Schlaghaube 

Bajonett-Abziehvorsatz 

Metallzylinder 

Schneidevorsatz 

Abb. 1: Geräte-Aufbau zur Probenahme der ungestörten Bodensäule. 

Das Schlagrohr kann nun in die Führung eingesteckt werden. Es mündet am unteren Ende in 

eine Schlaghaube, die ihrerseits auf den Aufsatz des Zylinderverbundes gesteckt wird. Der 

gesamte Verbund (Zylinderverbund, Haube, Schlagrohr) wird nun vorsichtig und genau 

zentriert unterhalb des Dreibeins auf die Probenahmestelle abgesenkt. Bei Probenahme 

durch mehrere Personen ist dabei anzuraten, dass die Enden des Dreibeins durch 

Draufstehen beschwert werden. Auf das obere Ende des Schlagrohrs wird nun eine 

Führungsstange mit Amboss für ein Fallgewicht aufgesteckt und das Fallgewicht selbst auf 

die Führung geschoben 4 . Durch wiederholtes Hochheben und Fallenlassen des Fallgewichtes 

wird der Zylinderverbund nun in Stößen in den Boden getrieben (Abb. 2). Die vorgesehene 

Probentiefe ist erreicht, wenn der oberste Aufsatz des Zylinderverbundes ca. 2 cm in den 

Boden eingedrungen ist (Es ist ratsam, die Zieltiefe von vornherein als Soll-Überstand des 

Schlagrohrs zu berechnen, und während des Einrammens kontinuierlich zu messen). 

Das Fallgewicht, die Führungs- und Schlagstange sowie die Schlaghaube können nun 

entfernt werden. Die Höhe der nun frei liegenden Bodenoberfläche im Zylinder wird mit dem 

Wert vor Einrammen des Zylinders verglichen; ist der Boden im Zylinder im Vergleich etwas 

abgesenkt, so ist eine Kompaktion eingetreten, und der Praktikumsleiter über die 

Konsequenzen zu befragen. 

Zum Gewinnen der Bodensäule setzt man nun ein Abziehgestänge in die Öse der Abzieh- 

Stahldrähte ein und zieht den eingeschlagenen Zylinderverbund mit viel Gefühl senkrecht 

nach oben aus dem Boden. In der Regel wird der gewachsene Boden im Bereich des 

Schnittvorsatzes brechen, und der Boden im Mittelteil des Zylinders ungestört gewonnen 

4 VORSICHT: Verletzungsgefahr! Mit Schutzhandschuhen arbeiten! Das Fallgewicht sollte nur von 

Personen mit genügend Körperkraft gehoben werden!


Abb. 2: Einrammen des Zylinder-Verbundes 

werden. 

Bei losen Sanden oder sehr spröden Böden (Bsv-Horizont von Podsolen) kann es passieren, 

dass die Füllung des Zylinders bei Herausheben nicht im Zylinder bleibt. In diesem Fall muss 

die eingetriebene Säule untergraben und von unten her hochgehoben werden. Eine minimalinvasive 

Probenahme ist in diesem Fall nicht möglich. 

Steine oder stärkere Wurzeln im Boden bewirken, dass der Zylinderverbund nicht zentriert 

oder gar nicht in den Boden dringt. In diesen Fällen ist die Probenahme abzubrechen und an 

einem benachbarten Ort zu wiederholen. Die angewendete Technik kann nicht für steinige 

Böden angewendet werden. Dagegen kann die Probenahme ohne weiteres mehrmals 

nacheinander an derselben Abteufung erfolgen, so dass auch eine Serie von tiefengestaffelten 

Säulen aus dem selben Bohrloch entnommen werden kann. 

3.3 Präparation der Bodensäule 

Zur weiteren Präparation wird der Innenteil des Zylinderverbundes – die eigentliche 

Bodensäule – freigelegt. Hierzu wird der Aufsatz unter Gegendruck(!) auf den Bodenkörper 

vorsichtig abgezogen. Der Gegendruck ist unbedingt nötig, damit es zu keinem Strukturbruch 

der Bodensäule im Kernbereich kommt. Der nach Abziehen des Aufsatzes über den 

Säulenkern überstehende Boden kann nun mit einem scharfen Messer abgenommen werden, 

so dass am Ende eine absolut plane, unverschmierte Bodenfläche freiliegt. Kleine 

überstehende Steine werden entfernt, der entstandene Hohlraum mit losem Bodenmaterial 

geflickt. An den Außenrändern darf keinerlei Spalt erkennbar sein; wenn doch, dann ist die 

Probe zu verwerfen. Auf die präparierte Fläche wird nun die Transport-Schutzhaube 

aufgesetzt. Die Bodensäule kann nun umgedreht werden. Die andere Seite wird in analoger 

Weise präpariert.


3.4 Transport und Lagerung 

Für die Bodensäulen, aber auch für die Stechzylinder, ist zu beachten, dass durch Transport 

und Lagerung keine Verfälschungen der Bodenstruktur hervorgerufen werden dürfen. Dies ist 

insbesondere kritisch für die Bodensäulen, die aufgrund ihrer größeren Eigenmasse nach der 

Entfernung aus dem Bodenverbund leicht durch Erschütterungen kollabieren können. Dies ist 

an einer Setzung der Probenhöhe zu erkennen. Das Kollabieren hinterlässt eine nutzlose 

Probe, da mit den strukturellen Poren die wichtigsten transportrelevanten Strukturen in der 

Bodenprobe eliminiert werden, sowohl für den wasser- als auch für den Stofftransport. In der 

Praxis ist beim Transport auf eine strikt senkrechte Lagerung sowie auf Erschütterungsfreiheit 

zu achten. Dies kann beim Transport mit KFZ entweder mit Hilfe eines speziell gefederten 

Transportbehältnisses gewährleistet werden oder durch den Transport auf dem Schoß einer 

Person. 

Boden lebt. Bei der Lagerung ist zu beachten, dass die Bodenstruktur einer ungestörten 

Bodenprobe durch biologische Aktivität verändert werden kann. Regenwürmer sind in der 

Lage, unter den warmen Bedingungen im Labor eine Bodenprobe völlig umzugraben. 

Mikrobielles Wachstum und mikrobielle Mortalität kann durch den Wärmeeinfluss im Labor 

auf ein Vielfaches ansteigen, was z.B. ein Zusetzen von Feinporen nach sich ziehen kann. 

Für Langzeitstudien ist deshalb die frühe Spülung der Probe (z.B. im Rahmen der Ks- 

Messung) unter Verwendung eines Biozides 5 oder eines Biozidcoctails anzuraten, wobei in 

Nebenversuchen geklärt werden muss, dass keine Interaktion mit den interessierenden 

Größen (z.B. Transport eines Pestizides) auftritt. Für kurzzeitige Studien genügt die Lagerung 

bei 0 bis 4°C. Die eigentlichen Transport-Versuche finden in der Regel bei Umgebungstemperatur 

statt. 

3.5 Geräte-Liste 

• Dreibein (zerlegbar, 4 Teile) 

• Schlagrohr(e), Schlagrohraufsatz, Fallgewicht, Schlaghaube, Schneidkante, Aufsatz 

• Zylinder (Plexi oder V2*A; 500cm³ oder 1000 cm³) 

• Ausziehgestänge (Hammer mit Querhebel) 

• Messer (groß, mit einer absolut geraden Kante) zur Präparation der Probenoberfläche 

• Säulendeckel, Transportbehältnis zum erschütterungsfreien Transport 

• Spaten, Maurerkelle, Spachtel 

• Meterstab, Schere, Klebeband, Beschriftungsmaterial (Edding), 

• Protokoll 

4. Probenahme für Stechzylinder 

4.1 Probenahmetechnik 

Die im vorigen Abschnitt stehenden Ausführungen zur Probenahme von Bodensäulen gelten 

im Prinzip in gleicher Weise für die Probenahme von Stechzylindern, da beides in gleicher Art 

ungestörte Bodensäulen darstellen sollen. In der Praxis werden Standard-Stechzylinder (100 

cm³) jedoch mit etwas geringerem Aufwand gewonnen. 

Die Stechzylinder werden in der gewünschten Tiefe auf den freigelegten Boden aufgesetzt, 

mit Hilfe einer passenden Schlaghaube und eines mittelgroßen Hammers möglichst ohne 

Verkantung in den Boden eingetrieben (vertikal oder horizontal), und mit Messer oder Spaten 

vorsichtig wieder ausgegraben. Das anschließende Glattschneiden der Stechringflächen hat 

mit einem scharfen Messer ohne Verschmierung der Poren zu erfolgen. 

In der Regel werden Stechzylinder zum Zweck der Bestimmung der Lagerungsdichte und der 

Retentionskurve in wenigstens 6 - 10-facher Wiederholung genommen. 

5 Bewährt hat sich z.B. eine 40µM AgNO3-Lösung.



• Koffer mit Stechzylindern (eingravierte Nummern!) und Stechzylinderdeckeln 

• passende Schlaghaube 

• mittelgroßer Hammer 

• Meterstab 

• Messer, Kleiner Spaten, Kelle, Spachtel 

• Schere 

5. Bodenansprache (Texturbestimmung) 

Im Rahmen des Praktikums sollen Sie für die gewonnenen Bodenproben mit Hilfe der 

Fingerprobe die Textur bestimmen. Sie benötigen diese Information für die nachfolgende 

Abschätzung der hydraulischen Eigenschaften mit dem Neuronale Netz-Programm 

ROSETTA (im Rahmen der LV Bodenphysik I im fünften Semester). Den Skelettanteil (in 

Gew. %) bestimmen Sie nach Schätzung im Gelände sowie über die Siebung des Bodens. 

Grundlage der Fingerprobe bilden die Ausführungen in der Bodenkundlichen Kartieranleitung 

(AG Boden, 1994; Kapitel 5.8.14.2), die nachfolgend rezitiert sind. Auslassungen sind durch 

„[...]“ angezeigt, Einfügungen sind kursiv gesetzt. 

5.1 Bodenart 6 

„Mit der Bodenart wird die Korngrößenzusammensetzung des mineralischen Bodenmaterials 

gekennzeichnet. Die Korngrößenanteile werden im Labor nach DIN 19683 Teil 2 

(Dispergierung mit Natriumpyrophosphat und Humuszerstörung) festgestellt. Im Gelände 

bestimmt man die Bodenart durch die Fingerprobe und nach sichtbaren Merkmalen [...]. 

Kornfraktionen 

Bei der Kennzeichnung der Bodenart wird zwischen den Kornfraktionen des Feinbodens 

(Korndurchmesser < 2 mm) und des Grobbodens (O> 2 mm) unterschieden. Häufig wird für 

Grobboden synonym der Begriff Bodenskelett verwendet. 

Definition der Bodenarten des Feinbodens 

Für die Definition der einzelnen Bodenarten des Feinbodens sind die drei Fraktionen Sand, 

Schluff und Ton maßgebend. Nach dem Vorherrschen der einen oder anderen Fraktion 

werden Sande, Schluffe und Tone unterschieden. Hinzu kommen [...] die Lehme als Sand- 

Schluff-Tongemische, die in ihren Eigenschaften zwischen den drei erstgenannten 

Bodenarten stehen. Die Bezeichnung "Lehm" wird nur für Dreikorngemenge verwendet, bei 

denen die Fraktionen Sand, Schluff und Ton in deutlich erkennbaren und fühlbaren 

Gemengeanteilen auftreten. 

Die Bodenarten werden eingeteilt in Bodenartenhauptgruppen, Bodenartengruppen, und 

-untergruppen. Die Bodenartenuntergruppen, ihre Kurzzeichen und die Grenzwerte ihrer 

Fraktionsanteile werden in Tabelle 26 [in AG Boden(1994); Im Skript: Tab. 1] und in einem 

rechtwinkligen Dreiecksdiagramm (Abb. 3) dargestellt. 

Aus dem Diagramm kann bei bekannten prozentualen Anteilen der Kornfraktionen Schluff 

und Ton die entsprechende Bodenart ermittelt werden. 

Die Kurzzeichen der Bodenartenuntergruppen bestehen aus einem Großbuchstaben und 

einem nachgestellten Kleinbuchstaben sowie meist einer Kennziffer (2 = schwach, 3 = mittel, 

4 = stark) bzw. einem zweiten Kleinbuchstaben. 

6 

Der Text dieses Kapitels ist ein wortgetreuer Auszug aus Bodenk. Kartieranleitung, AG Boden, 1994, 

Kap. 5.8.2.14.


Tab. 1: Kornfraktionen des Feinbodens (Faksimile der Tab. 24 aus AG Boden, 1994). 

Abb. 3: Diagramm der Bodenartenuntergruppen des Feinbodens (aus AG Boden, 1994). 

5.2 Bodenartenansprache im Gelände 

Die Bestimmung der Bodenartenuntergruppe des mineralischen Feinbodens im Gelände 

erfolgt durch die Fingerprobe. Das Bodenmaterial wird dabei zwischen Daumen und 

Zeigefinger gerieben und geknetet. Körnigkeit, Bindigkeit und Formbarkeit des Materials 

können mit ausreichender Sicherheit am schwach feuchten Bodenmaterial festgestellt 

werden. Tabelle 1.2 und 1.3 geben die Definition der Bindigkeits- und Formbarkeitsstufen. Die 

Bodenartenuntergruppen des Feinbodens können nach Tabelle 29 der Kartieranleitung 

(=Tab. 1.4) bestimmt werden. Die Mitnahme von Wasser zum Befeuchten trockener Böden ist 

zweckmäßig. Hinweise auf weitere fühl- und sichtbare Merkmale sowie Eigenschaften der 

Fraktionen des Feinbodens bei unterschiedlichen Mengenanteilen gibt ebenfalls Tabelle 29. 

Für die Unterteilung der Sandfraktion können Messlupen verwendet werden. 


• Salzsäure 

• Wasser 

• Bodenkundliche Kartieranleitung, AG Boden, 1994. 

• Ev. weißes Papier und Farbtafeln 

• Ev. Handtuch


Tab. 2: Definition der Bindigkeitsstufen (aus Bodenkundl. Kartieranleitung, AG Boden, 1994) 

Kennzeichnung 

der Stufen 

Zusammenhalt der 

Bodenprobe 

Bezeichnung/Kennzeichnung 

0 kein sofort 

zerbröselt/zerbricht 

1 sehr gering sehr leicht 

2 gering leicht 

3 mittel nicht 

4 stark nicht 

5 sehr stark nicht 

Tab. 3: Definition der Formbarkeitsstufen (aus Bodenkundl. Kartieranleitung, AG Boden, 

1994). 

Ausrollbarkeit: Bewertung der Ausrollbarkeit einer Probe bis auf halbe 

Bleistiftstärke 

0 Probe nicht ausrollbar; zerbröckelt beim Versuch 

1 nicht auf halbe Bleistiftstärke ausrollbar, da die Probe vorher 

reißt und bricht 

2 Ausrollen auf halbe Bleistiftstärke schwierig, da die Probe 

starke Neigung zum Reißen und Brechen aufweist 

3 ohne größere Schwierigkeiten auf halbe Bleistiftstärke 

ausrollbar, da die Probe nur noch schwach reißt oder bricht 

4 leicht auf halbe Bleistiftstärke ausrollbar, da die Probe nicht 

reißt oder bricht 

5 auf dünner als halbe Bleistiftstärke ausrollbar


Tab. 4: Schlüssel zur Bestimmung der Bodenarten des Feinbodens im Gelände mittels 

Fingerprobe (Faksimile der Tabelle 29 der Bodenkundlichen Kartieranleitung)


Tab. 4 – Fortsetzung.


6. Literatur 

AG Boden. 1994. Bodenkundliche Kartieranleitung, 4. Auflage. Schweizerbart'sche 

Verlagsbuchhandlung, Stuttgart. 

Hartge K.-H., und R. Horn. 1992: Die physikalische Untersuchung von Böden. 3. Auflage. 


Kretschmar, R. 1996. Kulturtechnisch-bodenkundliches Praktikum. Ausgewählte Labor- und 



7. Aufgaben Probenahme 

Für einen der beiden im Praktikum untersuchten Standorte (FAL) wurde die Probenahme 

bereits im Vorfeld durchgeführt, für den anderen Standort erfolgt sie mit einer kleinen Gruppe 

„Freiwilliger“. Wir verzichten im Rahmen des Praktikums auf die Erfassung der Variabilität für 

eine größere Fläche, und beschränken uns auf einen lokalen Standort. Es soll anhand einer 

Profilgrube eine Bodenansprache und Horizonteinteilung vorgenommen werden. 

Für jeden Horizont werden Proben in folgendem Umfang genommen. 

1. Zwei ungestörte Bodensäulen mit einem Volumen von 500cm³ (ca. 7.5 cm hoch, ca. 

9.4 cm Innendurchmesser). Die Säulen soll je Gruppe aus einem Horizont entnommen 

werden. Sie dient der Bestimmung folgender Größen: 

• Lagerungsdichte und Porosität 

• Wassergehalt bei Probenahme 

• Sättigungswassergehalt 

• Gesättigte und eventuell ungesättigte hydraulische Leitfähigkeit 

2. Fünf Stechzylinder mit einem Volumen von 100cm³ (ca. 4 cm hoch, ca. 5 cm 

Durchmesser). Sie dienen der Bestimmung folgender Größen: 

• Lagerungsdichte und Porosität 

• Wassergehalt bei Probenahme 


• Wassergehalt bei Feldkapazität 

3. Gestörtes Bodenmaterial (ca. 5 kg). Das Material dient zur Bestimmung folgender 

Größen: 

• Gehalt an organischen Kohlenstoff, Carbonat, Nährstoffen, austauschbare Kationen, 

Basensättigung, Kalkbedarf, KAK, Elektrolytkonzentration, pH. Weiterhin wird das 

Material zur Befüllung von Stechringen verwendet. 

4. Fingerprobe zur Körnungsbestimmung 

• Stellen Sie die Bodenunterart nach Tabelle 29 der Bodenkundlichen Kartieranleitung 

fest (z.B. Su2). 

• Lesen Sie aus dem Körnungsdreieck für die bestimmte Bodenart die Zusammensetzung 

in den Grundkörnungen Sand (%), Schluff (%), und Ton (%) ab. Geben sie 

sinnvolle Bandbreiten für diese Anteile an. 

Zusätzlich werden vom Standort mitgenommen: 

5. Gestörtes Oberbodenmaterial (eine Wanne) zur Bestimmung folgender Größen: 

• Biologische Umsetzungsrate 

Man achte generell auf die eindeutige Protokollierung und Probenbeschriftung! Die 

entsprechenden Verantwortlichkeiten sollten in jeder Gruppe klar abgesprochen sein.


8. Aufgaben: Probenvorbereitung 7 

7.1 Unmittelbar nach Rückkehr ins Labor 

Nach der Rückkehr ins Labor werden die genommenen Proben wie folgt aufbereitet: 

1. Ungestörte Bodensäulen 

• Wägung (eindeutige Beschriftung und Protokollierung des Vorgangs; Deckelgewicht 

und Säulengewicht separat feststellen) 

• Lagerung im Kühlschrank 

2. Stechzylinder 

• Wägung (eindeutige Beschriftung und Protokollierung des Vorgangs; Deckelgewicht 

und Säulengewicht separat feststellen). Stechzylinder haben eingeäzte Kennungen. 

• Lagerung im Kühlschrank 

3. Gestörtes Bodenmaterial 

• In Teile trennen. Ein Teil Auslegen zur Trocknung, ein weiterer Teil wird gefriergetrocknet, 

ca. 50 g verbleiben feldfrisch in Beuteln zur Packung der Stechringe. 

4. Gestörtes Oberbodenmaterial 

• Übergabe an die TA. 

7.2 Ungestörte Bodensäulen und Stechzylinder auf Aufsättigung 

• Proben wiegen (eindeutige Beschriftung und Protokollierung des Vorgangs; 

Deckelgewicht und Säulengewicht separat feststellen) 

• Aufsetzen auf die Aufsättigung 

7.3 Stechringe in Drucktopf 

• Packen Sie insgesamt 15 Stechringe mit ihrem Bodenmaterial und setzen Sie jeweils 

5 Stechringe in die Drucktöpfe für die Drücke 1bar, 3bar, 15 bar ein. Achten Sie 

darauf, dass Sie ihre Stechringe bei der Entnahme aus den Drucktöpfen wieder 

eindeutig identifizieren können. Nach Einsetzen aller Ringe werden die Drucktöpfe 

verschlossen und unter Druck gesetzt (NUR DURCH QUALIFIZIERTES PERSONAL 

ODER UNTER AUFSICHT!). 

7.4 Mörsern für bodenchemische Analysen 

Die bodenchemischen Versuche erfolgen an gemörsertem Bodenmaterial (Da das Mörsern 

an getrockneten Böden erfolgen muss, kann diese Probenvorbereitung nicht unmittelbar im 

Anschluss an die Probenahme erfolgen). Das Mörsern von ca. 500 g Probenmaterial erfolgt 

deshalb am ersten Donnerstagstermin des Praktikums. Einzelheiten für das Mörsern sind mit 

dem Technischen Assistenten abzusprechen. 

7.5 Zerstören der organischen Substanz 

Die Durchführung der Körnungsanalyse (Versuch 1) erfordert das Vorliegen von 

dispergiertem Bodenmaterial. Hierzu müssen nach Abtrennung einer geeigneten 

Bodenmenge die organische Substanz oxidiert und eventuell Karbonate und Fe- 

Verbindungen aufgelöst werden. Die konkreten Arbeiten hierzu sind in Kapitel 2.3 

beschrieben. 

7.6 Eintragen aller Messdaten in Excel-Dateien 

Das Eintragen aller Daten in EXCEL-Dateien unmittelbar nach der Probennahme und 

7 Mit Ausnahme von 7.1 werden diese Arbeiten zum ersten Praktikumstermin durchgeführt.


Datenerfassung gehört zu den ersten Schritten der Probenaufbereitung. Die Erfahrung zeigt, 

dass nur auf diese Art das in Praktika nicht unübliche Verschwinden von Daten minimiert 

werden kann. Für die einzelnen Versuche werden Vorlagen erstellt. Nähere Informationen 

zum Speicherort der Dateien werden zum Praktikumsbeginn mitgeteilt.

Körnungsanalyse 21 

Versuch 1: Körnungsanalyse 

1.1 Grundlagen 

Als Körnung (Textur, Bodenart, Korngrößenverteilung) bezeichnet man den bei der Bodenbildung 

durch Verwitterung entstandenen Zerteilungsgrad der Gesteinsbruchstücke und 

Bodenminerale 8 . Die Textur ist – neben der Farbe – das augenfälligste Merkmal eines 

Bodens, und wird bei jeder Ansprache als eines der ersten Merkmale bestimmt. Die Textur 

prägt direkt oder indirekt alle wesentlichen bodenphysikalischen Standorteigenschaften und 

Materialfunktionen, wie Lagerungsdichte, Porosität, Luftraumvolumen, Wasserspeichereigenschaften, 

Wasser- und Luftdurchlässigkeit, Kompressibilität, Fließverhalten, Erodierbarkeit, 

Temperaturleitvermögen. Zwischen der Körnung und der Mineralogie der 

Einzelkörner besteht in der Regel ein Zusammenhang. Sie hängt deshalb eng mit Sekundärgrößen 

wie Benetzungseigenschaften oder Oberflächenaktivitäten zusammen, und bestimmt 

maßgeblich den Nährstoffhaushalt von Böden. Besonders wichtig ist der Einfluss der Textur 

für die Strukturausbildung von Böden. Dies bedeutet, dass der gesamte Wasser-, Luft- und 

Stoffhaushalt, und davon abgeleitet wiederum das mikrobielle, biochemische und chemische 

Milieu eines Standortes von der Korngrößenverteilung abhängen. 

Der Zweck der Körnungsanalyse besteht in der Feststellung der Mengenanteile unterschiedlich 

großer Teilchengrößen eines Bodens. Da sich die Körnung des Bodens im Laufe 

der Zeit sehr viel geringfügiger als viele andere Bodeneigenschaften ändert, gilt sie als 

„Materialkonstante“, und somit als zeitlich invariante Grundeigenschaft eines Standortes. Die 

Ergebnisse einer Körnungsanalyse sind somit fast ausschließlich von der Durchführung der 

Bestimmung abhängig, insbesondere von den Methoden zur Auftrennung der Fraktionen und 

von der Art der dispergierenden Vorbehandlung. Daher ist die Verwendung standardisierter 

Verfahren sehr wichtig, da nur so die Vergleichbarkeit von Untersuchungsergebnissen 

gewährleistet ist. 

Entsprechend der grundlegenden Bedeutung der Körnungsanalyse existieren eine ganze 

Reihe von Verfahren, die z.T. bereits Ausgang des 19. Jahrhunderts entwickelt wurden. Basis 

der Auftrennung von großen Korngrößen (Steine, Kies, Sand) ist die Siebung (nass oder 

trocken), d.h. die Passage durch (quadratische) Maschen. Für Korngrößen kleiner 63 µm 

kommen Verfahren zum Zuge, die auf dem von Stokes 1951 aufgestellten 

Sedimentationsgesetz beruhen. Hierbei wird ausgenutzt, dass Teilchen mit höherer Dichte als 

Wasser in einer Wassersäule als Folge der Dichtedifferenz in Abhängigkeit von ihrer Größe 

unterschiedlich schnell sedimentieren. Das Stokes’sche Gesetz beschreibt die 

Sedimentationsgeschwindigkeit v von kugelförmigen Teilchen des Durchmessers d in 

Abhängigkeit vom Dichteunterschied zum Fluid 

g 

v = 

( ρ f − ρw 

) 2 

18η 

mit ρf = Dichte des Partikels, ρw = Dichte der Lösung, g = Erdbeschleunigung, η = 

8 Eng verwandt mit dem Begriff der Körnung ist der Begriff der „Dispersität“, dem Größenspektrum aller 

Partikel, also sowohl der Mineral- als auch der Humusstoffe (vgl. Schlichting et al., 1995, S. 111). 

⋅ d

22 Körnungsanalyse 

dynamische Viskosität der Lösung. 

Wegen der Abweichung der Form der Primärteilchen von der Kugelform (Sand: rund, Ton: 

plattig) müssen Korngrößen, die nach Sedimentationsmethoden bestimmt werden, als 

„Äquivalentgrößen“ 9 gesehen werden. Als Dichte der sedimentierenden Teilchen wird die des 

Quarz (2,65 g⋅cm -3 ) angenommen, da Quarz meist dominierend ist. Die auf dem Stokes’schen 

Gesetz beruhenden Methoden messen die Sedimentmengenanteile, die sich nach definierten 

Sedimentationszeiten noch in bestimmten Tiefen von Messzylindern befinden. Die 

Partikelgrößenverteilung ergibt sich durch Differenzbildung: die Partikel mit größerem 

Durchmesser als einem jeweilig errechneten Grenzwert gelten als absedimentiert. 

Die zum Einsatz kommenden Methoden sind: 

1. Spülverfahren nach Kopecky und Kraus 

2. Sediment und Schlämmverfahren nach Atterberg (= Referenzmethode) 

3. Pipettmethode nach Köhn und Köttgen 

4. Zentrifugenverfahren nach Svedberg und Nichols 

5. Dekantierungsverfahren 

6. Aräometermethode nach Casagrande und De Lehnheer 

7. Lasergestützte Zählverfahren und Verfahren auf Basis von 

Laserstreuungsmessungen 

Bei der Korngrößenanalyse bestehen nach Hartge und Horn (1992) zwei prinzipielle 

Probleme: 

(1) Die weite Spanne der Korngrößen hat zur Folge, dass nicht der ganze Bereich mit einer 

einzigen Methode abgedeckt werden kann. Wegen ihres großen Durchmessers besitzen die 

Sandfraktionen (d>63µm) so hohe Sedimentationsgeschwindigkeiten, dass eine Diskriminierung 

in die Unterfraktionen durch Sedimentation in wässriger Lösung aufgrund ihrer hohen 

Sinkgeschwindigkeiten schwierig ist. Die Partikelgröße erlaubt hier aber eine Abtrennung der 

Sandfraktionen durch Siebverfahren (DIN 19683, Blatt 1). Im Praktikum wird die Siebung für 

Partikelgrößen >63 µm und das Aräometerverfahren für Partikelgrößen < 63 µm eingesetzt 

werden. 

(2) Da Körner verschiedene Festigkeiten haben, ist es nicht möglich, zwischen Primärteilchen 

und Aggregaten mit letzter Genauigkeit zu unterscheiden. Deswegen werden Bodenproben 

für wissenschaftliche Vergleichszwecke sorgfältigen und genau genormten Vorbehandlungen 

unterworfen, die darauf abzielen, Aggregate zu zerstören, Primärteilchen aber unzerstört zu 

belassen. 

In der Regel wird die Körnungsanalyse nach einer Vorbehandlung an Proben vorgenommen. 

Ziel der Vorbehandlung ist die Auflösung von „Kittsubstanzen“, die im Rahmen der 

Bodenbildung anfielen und zu einer Verkittung von Primärteilchen führen. Darunter fallen 

Salze, Biokalke, Kieselsäuren, Eisenverbindungen, Sesquioxide, Pilzmycele und 

Bakterienschleime. Die flockende Wirkung der Tonminerale wird durch Umladung bzw. 

Besetzung der Austauscherplätze mit einwertigen Ionen (Lithium- (Li+) oder Natrium-Ionen 

(Na+) ) aufgehoben. Üblich ist die Behandlung mit Salzsäure (HCl) zur Lösung anorganischer 

Kittsubstanzen, Wasserstoffperoxid (H2O2) zur Oxidation organischer Substanzen, und 

Natriumpyrophosphat (Na2P2O7 ·10 H2O) zur Oxidation von Kittsubstanzen und zur 

Tonmineralbeladung mit Na+. Ungelöst ist nach Kretzschmar (1996) die Vorbehandlung zur 

Körnungsanalyse von Kalkböden. Schwierigkeiten machen auch Orterde- und Ortsteinböden 

(Podsole!). 

Die Vorbehandlungsschritte mit oben genannten Substanzen ergeben wissenschaftlich 

definierte und wiederholbare Aussagen zur Korngrößenverteilung der Primärpartikel. Für 

praktische landwirtschaftliche und kulturtechnische Belange braucht die Bodenstruktur jedoch 

9 Dies bedeutet: als äquivalente Teilchengröße wird der Durchmesser einer Kugel gleicher Dichte 

angesehen, die eine entsprechende Sedimentationsgeschwindigkeit besitzt.


Tab. 5: Korngrößenklasseneinteilung nach bodenkundlicher Kartieranleitung (1994) 

nicht so gründlich bis zum Einzelkorn zerlegt zu werden, zumal die ökologisch wirksame 

Kornverteilung eher durch die Analyse einer unbehandelten Probe repräsentiert wird. Nach 

Kretzschmar (1996) genügt die einfache Wasserdispergierung in siedendem Wasser. 

1.2 Prinzip 

Feinboden (


Abb. 4: Körnungssummenkurven für Kies, Ton und Lehm (aus DIN 18123). 

statistische Maßzahlen charakterisieren. Die allgemein gebräuchlichsten Maßzahlen für Lage 

und Streuung, der arithmetische Mittelwert und die Standardabweichung, sind zur 

Charakterisierung von Korngrößenverteilungen allerdings ungeeignet, da sie für lognormalverteilte 

Größen wenig aussagekräftig sind, und stark von den Enden der Verteilungsfunktion 

beeinflusst werden. 

Die wichtigsten Maßzahlen zur Charakterisierung der Korngrößenverteilung sind: 

• Median d50 (=Äquivalentdurchmesser, der von 50 Masse% der Körner über bzw. 

unterschritten wird) 

F ( d 50 ) = 

0. 

5 

• Sortierung So (=Wurzel aus dem Verhältnis des Massenanteils beim 75%-Quantil 

zum Massenanteil beim 25%-Quantil) 

So = 

d 

d 

75 

25 

• Ungleichförmigkeitsgrad U (=Verhältnis des Massenanteils beim 60%-Quantil zum 

Massenanteil beim 10%-Quantil) 

d 

U = 

d 

60 

10


Sortierung und Ungleichförmigkeit drücken beide das Ausmaß der Sortierung aus, haben also 

ungefähr den gleichen Informationswert. 

U-Werte >15 bedeuten ein sehr ungleichförmiges Körnungsspektrum. Mit starker 

Verschlämmungsneigung ist zu rechnen. 

U-Werte zwischen 15 und 5 kennzeichnen ein ungleichförmiges Körnungsspektrum, mit 

mittlerer bis mäßiger Verschlämmungsneigung des Bodens. 

U-Werte 6 für Filtersande (Brunnenfilter, Filterbetten) ergeben sich 

vorzeitige Verstopfungen im Filterkörper (Kretzschmar, 1996). Nach DIN 19623 darf die U- 

Zahl höchstens 1.5 betragen. 

Die Bestimmung der Korngrößenverteilung des Feinbodens erfolgt in 5 Stufen: 

1. Abtrennung des Skelettanteils: Sieben auf


1.3.3 Entfernen von Karbonaten und Lösen von Fe-Verbindungen 

An die Wasserstoffperoxid-Behandlung anschließend kann eine Salzsäurebehandlung erfolgen, 

durch die Carbonate und Eisenhydroxide bzw. Eisenoxidhydrate entfernt werden. Die 

Behandlung ist zwingend erforderlich, wenn Carbonate und Eisenverbindungen zusammen 

mehr als 4 Gewichtsprozent ausmachen. Durch die Salzsäurebehandlung entstehen 

Chloride, durch die die Dichte der Lösung erhöht wird, und die in der Körnungsanalyse zu 

berücksichtigen sind („Salzfehler“). 

Die Zugabe von 4-5%iger HCl erfolgt in kleinen Portionen von 5 bis 10 ml. Die Reaktion der 

Carbonate, z.B. des CaCO3 mit HCl macht sich durch Aufbrausen und Zischen bemerkbar. 

Die Zugabe ist so lange notwendig, bis kein Brausen mehr wahrnehmbar ist. Empfehlenswert 

ist die vorherige Bestimmung des Salzsäureverbrauchs des Bodens (Säurebindungsvermögen) 

durch Titration einer Parallelprobe bis auf pH 4.2, um einer Salzsäureüberdosierung 

vorzubeugen. 

Nach der Behandlung mit H2O2 und HCl ist die vorbehandelte Probe auf einem Filter mit Aq. 

deion. salzfrei zu waschen. Nach Kretzschmar (1996) kann bei Zugeständnissen an die 

Genauigkeit der Analyse auf diesen Schritt auch verzichtet werden, da der „Salzfehler“ durch 

die Differenzenbildung bei den Korngrößenfraktionen weitgehend eliminiert wird. 

1.3.4 Dispergieren 

Die Feinteilchen in der Suspension neigen zur Koagulation (Flockenbildung). Tritt sie bei der 

Sedimentationsanalyse auf, so wird ein zu geringer Anteil der Feinstkornfraktionen 

gemessen. Die Probe wird deshalb mit 25 ml 4 N Na4P2O7-Lösung versetzt und über Nacht 

stehen gelassen. Am nächsten Morgen wird auf ≈ 250 ml aufgefüllt und die Probe mit einem 

Rührwerk gerührt. Wahlweise kann die Probe auch 6 h geschüttelt werden.


Abb. 5: Auswertung einer Trockensiebung (aus DIN 18683). 

1.4 Siebung (nach DIN 19683, Blatt 1 und 2, DIN 18123) 

Die Sandfraktionen größer 630µm, >200µm, und >63µm werden durch Sieben gewonnen. 

Die Siebung kann am dispergierten, getrockneten Material vorgenommen werden (Trockensiebung) 

oder als Nasssiebung (bei bindigen Böden vorzuziehen). 

Bei der Nasssiebung ist die Suspension, soweit erforderlich (BetreuerIn fragen!), zu 

dekantieren (1 l Schlämmzylinder), der Rückstand auf noch vorhandene Aggregate zu untersuchen, 

diese (aber nicht Gesteinsgrus) werden schonend zerdrückt (nicht zerrieben !!!). 

Anschließend werden Rückstand und Suspension wieder vereinigt und über einen Siebsatz 

(0,63 mm, 0,2 mm, 0,063 mm Maschenweite) in einen 1 l Schlämmzylinder überführt. Dabei 

wird mit demineralisiertem Wasser nachgespült, bis der Schlämmzylinder fast 1 l Inhalt 

aufweist. Dabei ist darauf zu achten, dass zum Überführen des Schlämmkorns in den 

Zylinder nicht mehr als 1 l Wasser verwendet werden darf (siehe Markierung!). 

Die Siebrückstände werden auf noch vorhandene Aggregate geprüft, die dann wie oben 

behandelt werden. Die Siebrückstände werden vollständig in getrennte Trocknungsgefäße 

überführt. Nach Trocknung bei 105 °C bis zur Gewichtskonstanz wird die Masse der 

jeweiligen Kornfraktionen durch Wägen ermittelt.


1.5 Kettenaräometer-Methode 

1.5.1 Meßprinzip 

Mit Hilfe geeigneter Aräometer (Tauchkörper) wird die Dichte der Suspension in zweckmäßig 

festgelegten Zeitabständen gemessen. Die Dichte der Suspension ergibt sich aus der Dichte 

des Fluids plus dem Anteil der suspendierten Partikel. Da die Substanzdichte der Partikel 

größer ist als die Dichte von Wasser, kommt es durch Suspension zu einer Dichteerhöhung, 

wodurch ein Tauchkörper einen höheren Auftrieb erfährt als in reinem Wasser. Aus den 

Dichten und den Eintauchtiefen des Aräometers wird die Korngrößenverteilung berechnet. 

Das Verfahren ist für Kornanteile nicht über 0,125 mm und nicht unter 0,001 mm anwendbar. 

1.5.2 Durchführung 

Die Suspension im Schlämmzylinder ist einige Minuten lang gut durchzuschütteln, wobei der 

Zylinder wiederholt vollständig umgekippt werden muss. Dabei ist jedoch darauf zu achten, 

dass keine Teile des Inhalts verloren gehen. Um solche Verluste zu verhindern, werden die 

Zylinder sorgfältig mit Parafilm verschlossen. 

Nach Beendigung des Umschüttelns wird der Zylinder mit der Suspension auf den Tisch 

gestellt und unmittelbar danach mit der Zeitmessung begonnen (beim Abstellen des Zylinders 

darf kein Bodensatz mehr vorhanden sein!). 

Das Aräometer wird so in die Suspension eingetaucht, dass es frei schwimmt. Nach 30, 60 

und 120 s wird der Teilwert des Aräometers am oberen Rand des Meniskus abgelesen. 

Danach wird das Aräometer aus dem Zylinder genommen, mit demineralisiertem Wasser abgespült 

und bis zur nächsten Messung in einem Zylinder mit demineralisiertem Wasser 

aufbewahrt. 

Weitere Messungen sind nach 5, 15, 30, 45, 60 und 90 min durchzuführen. 

Die Temperatur der Suspension ist innerhalb der ersten 15 min einmal, danach unmittelbar 

nach jeder Messung festzuhalten. Bei jeder Aräometerablesung ist die Koagulation zu 

überprüfen. Eine Flockenbildung größeren Ausmaßes ist an der Ausbildung einer scharfen 

Grenzschicht zwischen Bereichen stark unterschiedlicher Trübung erkennbar. Unterhalb 

dieser Grenzschicht können Flocken sichtbar sein. Kann eine Koagulation trotz Zusatz des 

Dispergierungsmittels nicht verhindert werden, so sind andere Bestimmungsverfahren zur 

Korngrößenverteilung anzuwenden. 

Es ist hilfreich, vor Beginn der Messung eine Tabelle mit folgendem Inhalt anzulegen: 

Uhrzeit Zeitspanne vom 

Versuchsbeginn 

bis zur Ablesung 

Aräometerwert Temperatur der 

Suspension 

Außerdem sollte, ebenfalls vor Beginn der Messung, die Skala des Aräometers genauer 

studiert werden. 

Korrektur der Aräometerablesung: 

Beim Versuch wird das Aräometer am oberen Meniskusrand abgelesen (d` bzw. R`), die 

Skalierung des Aräometers ist jedoch für den ebenen Wasserspiegel gültig. Daher ist ein 

Korrekturwert zur Ablesung zu addieren. 

Weiterhin ist die Dichte des Wassers, bedingt durch die Zugabe des Dispergierungsmittels, 

etwas größer als die des demineralisierten Wassers, daher ist eine weitere Korrektur der 

Ablesung erforderlich.


Die Summe der beiden erforderlichen additiven Korrekturen muss gemeinsam mit einer u.U. 

erforderlichen Korrektur des Nullpunktfehlers des Aräometers experimentell ermittelt werden. 

Dazu ist eine Stammlösung von Na4P2O7 (20,00 g/l H2O) zu verwenden (Sie finden diese 

Stammlösung bereits vor). Von dieser Lösung werden 25 ml mit H2O auf 1 l aufgefüllt, gut 

umgerührt, auf Raumtemperatur (20°C) gebracht und in den Schlämmzylinder gefüllt. In diese 

Lösung wird das Aräometer getaucht und am oberen Meniskusrand der Skalenwert R 

abgelesen, welcher der Negativwert der gesuchten Korrektur Cm ist (Abb. 7). 

Abb. 6: Aräometer (aus DIN 18123). 

1.5.3 Auswertung 

Die Ablesungen werden in einen Vordruck übertragen (Abb. 7), der Korndurchmesser d wird 

mit Hilfe eines Nomogrammes (Abb. 8) bestimmt. Der Massenanteil a entspricht dem 

Siebdurchgang der Nasssiebung und wird als Körnungslinie in Abhängigkeit von der 

Korngröße aufgetragen (Abb. 4). Dabei ist die Korndichte bei Tonböden ρs als 2.69 g/cm 3 , bei 

Sand- und Schluffböden als 2.65 g/cm 3 anzunehmen.


Abb. 7: Vordruck zur Aräometer-Auswertung (aus DIN 18123) und Temperaturkorrektur CT.


Abb. 8: Nomogramm zur Aräometermessung-Auswertung (aus DIN 18123).


Abb. 9: Beispiel zur Aräometer-Auswertung (aus DIN 18123). 

Aus den Ergebnissen der Körnungsanalyse hat die Einordnung der untersuchten Proben in 

ein Dreiecksdiagramm (Abb. 3) und die damit verbundene Klassifizierung des Bodens nach 

DIN 4220 (identisch zur bodenkundlichen Kartieranleitung) zu erfolgen. 

Hinweis: Die in DIN 18123 beschriebene Ermittlung der Kennwerte des Aräometers ist in der 

Regel nicht mehr erforderlich. Ein geeichtes Nomogramm liegt am Praktikumsplatz aus bzw. 

wird verteilt. 

1.6 Literatur 

Bartel W. (1964): Einführung in die Korngrößenmesstechnik. Springer, Heidelberg. 

DIN 18123 (April 1983): Bestimmung der Korngrößenverteilung. 

DIN 19683, Blatt 1 (April 1973): Bestimmung der Korngrößenzusammensetzung durch 

Siebung. 

DIN 19683, Blatt 2 (April 1973): Bestimmung der Korngrößenzusammensetzung nach 

Vorbehandlung mit Natriumpyrophosphat. 

Hartge K.-H., und R. Horn (1992): Die physikalische Untersuchung von Böden. Enke Verlag, 

Stuttgart. 

Kretschmar, R. (1996): Kulturtechnisch-bodenkundliches Praktikum. Ausgewählte Labor- und 



Scheffer/Schachtschabel (1998): Schachtschabel, P., Blume, H.-P., Brümmer, G., Hartge, K.- 

H., Schwertmann, U. (Hrsg.), Lehrbuch der Bodenkunde, 14. Auflage. Ferdinand Enke 

Verlag Stuttgart. 

Schlichting E., H.-P. Blume und K. Stahr (1995): Bodenkundliches Praktikum. 2. Auflage. 

Blackwell, Berlin.


1.7 Aufgabe 

1. Führen Sie mit „ihrem“ Boden eine Körnungsanalyse durch (Siebung + Sedimentation). 

2. Stellen Sie die Sand, Schluff- und Tonanteile in einer Balkengrafik dar. 

3. Bestimmen Sie aus dem Körnungsdreieck der bodenkundlichen Kartieranleitung die 

entsprechende Bodenart. Vergleichen Sie das Resultat mit ihrer Fingerprobe bei der 

Probenahme. 

4. Übertragen Sie das Ergebnis in eine Körnungssummenkurve gemäß Abb. 4. 

5. Tragen Sie die Körnungssummenkurve in ein Wahrscheinlichkeitsnetz ein 11 (Ordinate: 

Wahrscheinlichkeitsachse; Abszisse: log d). Liegt ein lognormaler Verteilungstyp vor? 

6. Berechnen Sie Median d50 und Ungleichförmigkeitsgrad U ihres Bodens und interpretieren 

Sie das Ergebnis. 

11 Das können Sie mit Hand auf ein entsprechendes Wahrscheinlichkeitspapier, oder eleganter mit 

einem vernünftigen Plot-Programm. EXCEL bietet Ihnen diese Möglichkeit nicht ohne weiteres.

34 Lagerungsdichte, Porosität, Feldkapazität, Porengrößenverteilung 

Versuch 2: Lagerungsdichte, Porosität, 

Feldkapazität, Porengrößenverteilung 


Zur Beurteilung der Standorteigenschaften eines Bodens unter ackerbaulicher Hinsicht sind 

das Porenvolumen und die Porengrößenverteilung im Boden markante Größen, die den 

Wasserhaushalt des Bodens wesentlich bestimmen. Die Porengrößenverteilung ist ein 

bestimmender Faktor für das Ausmaß der Speicherung des Wassers in der Bodenmatrix 

sowie für die Dynamik des Wassertransports. 

Das Gesamtporenvolumen korreliert direkt mit der Lagerungsdichte des Bodens. Der Anteil 

des Porenvolumens am Gesamtvolumen des Bodens ist sowohl von Körnung (und Kornform), 

vom Gehalt an organischer Substanz, dem Stadium der Bodenentwicklung sowie von der 

Nutzungsgeschichte abhängig. 

Die Hohlräume im Boden werden in Primärporen und Sekundärporen eingeteilt. Primärporen 

sind Packungshohlräume, die aus Form und Packung der Einzelkörner oder Aggregate 

resultieren. Die Porenverteilung von Primärporen ist somit sehr eng korreliert mit der 

Partikelgrößenverteilung. Sekundärporen entstehen als Resultat hohlraumerzeugender 

Prozesse (Schrumpf- und Schwundrisse, Wurzelkanäle und Röhren, Kammern, Gänge, 

Kammern bodenbewohnender Tiere). Sie besitzen größere und weniger stark variierende 

Durchmesser (>60 µm) als Primärporen, sind weniger gewunden als diese und liegen meist in 

vertikaler Richtung. Daher sind in ihnen Transportvorgänge für Wasser und Inhaltstoffe 

besonders effizient, jedoch sind diese sekundären Strukturmerkmale weniger stabil als 

primäre und als Ergebnis des dynamischen Prozesses der Gefügebildung anzusehen. 

Die Porengrößenverteilung stellt, wie auch die Körnung, ein Kontinuum dar, das in 

konventionell festgelegte Bereiche unterteilt wird. Mit den Grenzen dieser Porengrößen- 

Bereiche (Tab. 6) sind charakteristische Kennwerte des Wasserhaushaltes im Boden 

verbunden. Primärporen werden nach der Intensität der Wasserbindung in den Poren in Fein- 

, Mittel- und Grobporen eingeteilt. 

Während die Grobporen des Bodens das Wasser nur schwach binden, d. h. in solchen Poren 

dräniert das Wasser unter dem Einfluss der Schwerkraft rasch, sind in Mittelporen und 

Feinporen Kapillarkräfte wirksam, die das Wasser unterschiedlich stark an die Matrix binden. 

Nur in Poren mit Durchmessern < 10 µm sind die Kapillarkräfte stark genug, um das Wasser 

Tab. 6: Einteilung der Porengrößenbereiche nach dem Porendurchmesser, Tension 

(= Negativwert des Matrixpotentials) und pF-Wert. 

Porengrößenbereiche Porendurchmesser 

(µm) 

Tension 

(hPa) 

Grobporen, weite > 50 0 - 63 0 - 1,8 

Grobporen, enge 50 - 10 63 - 316 1,8 - 2,5 

Mittelporen 10 - 0,2 316 - 15000 2,5 - 4,2 

Feinporen < 0,2 > 15000 > 4,2 

pF

Lagerungsdichte, Porosität, Feldkapazität, Porengrößenverteilung 35 

entgegen der Schwerkraft im Boden zu halten. Dabei ist die Stärke der Bindung dem Porendurchmesser 

umgekehrt proportional. Während das in den Mittelporen (0.2 - 50 µm ∅) 

gebundene Wasser von Wurzeln genutzt werden kann, sind die Wurzeln und 

Mikroorganismen nicht zugänglichen Feinporen (∅ < 0.2 µm) unter humiden Bedingungen 

praktisch immer wasserführend und binden das Wasser so stark, dass es für die meisten 

Pflanzen nicht mehr verfügbar ist. 

2.2 Begriffsdefinitionen 

2.2.1 Feldkapazität 

In einer verbreiteten Definition wird als „Feldkapazität“ die Wassersättigung eines Bodens 

bezeichnet, die sich etwa drei Tage nach vollständiger Wassersättigung einstellt. Der Boden 

ist dann durch die Schwerkraft so weit dräniert, dass das Wasser aus den Grobporen 

abgeflossen ist. In einer realen Feldsituation ist dieser Wert von vielen Faktoren beeinflusst: 

dem Abstand zum Grundwasser und der Geländeneigung, die Dränintensität beeinflussen, 

der Körnung, dem Gehalt an organischer Substanz und dem Gefüge, die alle die hydraulische 

Leitfähigkeit beeinflussen, sowie der Horizontabfolge und evtl. schräg einfallenden 

Horizontgrenzen, die den auftretenden Wasserfluss beeinflussen. In der Praxis wird als 

„Feldkapazität“ deshalb meist nicht der anhand der obigen Feldsituation festgestellte 

Wassergehalt, sondern als empirische Abschätzung ein im Labor an Bodenproben 

gemessener Wassergehalt angegeben. In der Regel wird dabei der Wassergehalt bei pF 1.8 

verwendet, bei einer grundwasserfernen Situation der Wassergehalt bei pF 2.5. Der pF-Wert 

entspricht dem dekadischen Logarithmus des Unterdrucks, gemessen in cm Wassersäule, 

der notwendig ist, um das dem Boden anhaftende Wasser aus Poren oberhalb eines 

bestimmten Durchmessers zu entfernen. Die Äquivalentporendurchmesser 50 µm (weite 

Grobporen) und 10 µm (enge Grobporen) entsprechen somit den Entwässerungsgrenzen der 

Feldkapazität bei grundwasserfernem bzw. grundwassernahem Standort, 0.2 µm dem permanenten 

Welkepunkt (pF 4.2). 

Es folgen Kurzdefinitionen einiger Begriffe in diesem Kontext: 

• Feldkapazität (FK): Wassergehalt 12 (!) bei pF=1.8 (vgl. AG Boden, 1994): 

FK = θ pF = 1. 

8 

(1) 

Nach Konvention wollen wir diese Definition der Feldkapazität für „grundwassernahe“ 

Verhältnisse benutzen. Für „grundwasserferne“ Böden dagegen wählen wir den Wassergehalt 

bei pF=2.5. 

• Permanenter Welkepunkt (PWP): Tensionsmaß pF = 4.2; ab diesem pF-Wert ist das 

Wasser im Boden so schlecht verfügbar, dass viele Kulturarten zu welken beginnen 

(ursprünglich bestimmt an Sonnenblumen im Gefäßversuch ⇒ keine Naturkonstante, 

sondern Konvention! Der Welkepunkt ist grundsätzlich kulturartspezifisch). 

• Welkepunktwasserkapazität (WWK): Wassergehalt θ bei pF=4.2; dieser Wassergehalt 

wird häufig auch als Totwasser bezeichnet: 

WWK = θ pF = 4. 

2 

(2) 

12 Achten Sie bitte auf folgende „Feinheit“, die in Klausuren und Prüfungen allzu oft zu Fehlern führt: 

Feldkapazität ist nicht der pF 1.8, sondern der Wassergehalt beim pF 1.8!


• Nutzbare Feldkapazität (nFK): 

nFK = FK −WWK 

(3) 

• Luftkapazität (LK): Luftgehalt bei Feldkapazität; es gilt: 

LK = PV − FK 

(4) 

PV ( - ) ist hierbei die Porosität (Porenvolumen, Gesamtporengehalt), definiert durch 

Volumen der Poren 

PV = 

. 

Gesamtvolumen 

eines Bodenausschnitts 

Multipliziert man die nFK eines Bodens mit der Tiefe des durchwurzelten Raums, so erhält 

man ein für den Pflanzenanbau wichtiges Maß für die effektiv nutzbare Wassermenge an 

einem Standort, die sogenannte nutzbare Feldkapazität des effektiven Wurzelraums 

(nFKWe). 

• nutzbare Feldkapazität des effektiven Wurzelraums (nFKWe): 

z nFK 

nFKWe ∆ ⋅ = (5) 

mit W z ∆ = tiefste Lage der horizontalen Wasserscheide im Boden für eine bestimmte 

Kulturart (s. AG Boden, 1994). Die nFKWe wird sinnvollerweise in mm angegeben. 

2.2.2 Lagerungsdichte ρB (Synonyme: Dichte des Bodens, Bodendichte, Raumgewicht, 

Volumengewicht, scheinbare Dichte, Schüttgewicht) 

Die Lagerungsdichte ρB ergibt sich aus dem Verhältnis von Masse der festen Bestandteile 

(mf) zum gesamten Volumen des Bodens (Vg). Da jedoch die Bodenporen wechselnde Anteile 

von Luft und Wasser enthalten, wird die Masse auf einen genormten Zustand (Trockenmasse 

nach DIN 19683, Blatt 4) bezogen. Damit folgt zur Berechnung der Lagerungsdichte: 

f 

B 

Vg 

W 

m 

ρ = 

(6) 

mf - Masse der festen Bestandteilchen 

Vg - Bodenvolumen, gesamt 

Anmerkung 1: ρB ist von der Dichte der festen Bodensubstanz ρf zu unterscheiden, ρf beträgt 

2.65 für Quarz, für Tonminerale 2.2 – 2.9, für organische Substanz wie Rohhumus und Torf ≈ 

1.4. Für Böden mit geringem Gehalt an organischer Substanz kann ρf als 2.65 g/cm 3 

angenommen werden, da Quarz in der Regel den Hauptanteil der Festsubstanz bildet. 

Anmerkung 2: Eine Korrekturtabelle für verschiedene Anteile von organischem Material gibt 

Harte und Horn (1992, Kap. 6.6). 

2.2.3 Porenvolumen (PV) (Synonyme: Porenanteil, Porosität) 

Es bezeichnet den Anteil des Porenvolumens (Vp) am Gesamtvolumen (Vg) 

V 

p 

PV = (7) 

V 

g


Meist wird das Porenvolumen in % angegeben (Multiplikation von 3.6 mit 100). Das 

Porenvolumen kann bei bekannter Dichte der Festsubstanz ρf aus der Lagerungsdichte 

berechnet werden 

2.2.4 Porenziffer (ε) 

⎛ ⎞ 

⎜ 

ρB 

PV = 1 − ⎟ 

(8) 

⎜ ⎟ 

⎝ ρ f ⎠ 

Sie gibt den Volumenanteil der Poren (Vp) bezogen auf das Feststoffvolumen (Vf) an. 

V 

V 

P ε = 

(9) 

f 

Die Porenziffer ist zur Beschreibung von Gefügeänderungen, z.B. bei Lockerungs- oder 

Verdichtungsvorgängen dem Porenvolumen vorzuziehen, da sie nur eine Variable enthält. 

Die Gleichung (3.9) kann mit Porenvolumen und Lagerungsdichte mathematisch verknüpft 

werden 

2.3 Versuchsdurchführung 

PV ρ f 

ε = = −1 

(10) 

1− 

PV ρ 

Die porengrößenabhängigen Unterschiede in der Bindungsstärke zwischen Wasser und 

Bodenmatrix bilden die Grundlage der Verfahren zur Bestimmung der Porengrößenverteilung 

in ungestörten Bodenproben. Das Prinzip dieser Methoden besteht in der Ermittlung der 

Gewichtsdifferenzen von Bodenproben vor und nach definierter Entwässerung, dabei kann 

die der Probe entzogene Wassermenge direkt mit dem Porenvolumen korreliert werden. Die 

mittleren Durchmesser der entwässerten Poren können aus dem Kapillaritätsgesetz 

hergeleitet werden. 

Zur Bestimmung der Saugspannung (pF-Wert) sind je nach Höhe der anzulegenden 

Saugspannung unterschiedliche Verfahren anzuwenden (DIN 19683, Blatt 5). 

Saugspannungen bis pF 2,5 

Die Bodenprobe wird in ungestörter Lagerung mit dem Stechzylinder entnommen und 

feldfrisch gewogen. Vor der Messung wird die Probe am unteren Rand in Kontakt mit einer 

freien Wasseroberfläche gebracht und dadurch aufgesättigt 13 . Dabei muss das Wasser 

ungehindert von unten zutreten können (der Stechzylinder ist auf ein Filterpapier zu stellen). 

Nach der Aufsättigung wird der Stechzylinder mitsamt einem Filterpapier auf eine keramische 

Platte gesetzt, die auf der Unterseite einem definierten Unterdruck ausgesetzt ist. Dieser 

Unterdruck kann über eine hängende Wassersäule oder über einen geregelten Unterdruck 

hervorgerufen werden. Der Stechzylinder verbleibt bis zur Gleichgewichtseinstellung auf der 

Platte und wird dann gewogen. Die Wägung erfolgt nach Absprache mit den Betreuern mit 

oder ohne das Filterpapier. Zur Bestimmung der nächsten pF-Stufe wird der Stechzylinder auf 

13 Für eine vollständige Aufsättigung müsste die Probe bis zum oberen Rand gesättigt werden. Aus 

praktischen Gründen wird darauf allerdings oft verzichtet. 

B


eine entsprechende weitere Platte gesetzt und in gleicher Weise verfahren. 

Aus dem Gewicht des Stechzylinders im Gleichgewicht, dem Gewicht nach 24 h Trocknung 

bei 105°C 14 und dem Volumen des Stechzylinders lässt sich der Wassergehalt errechnen: 

WStechzylinder −WTrocken 

θ = 

(11) 

V 

Stechzylinder 

Dieser Wassergehalt wird dem Marixpotential zugeordnet, das im hydrostatischen 

Gleichgewicht in der Mitte des Stechzylinders anliegt. 15 

Bemerkungen 

wassergefüllter 

Raum 

Stechzylinder mit Bodenprobe 

hängende Wassersäule 

keramische Platte 

Abb. 10: Unterdruckmethode zur Messung der Retentionscharakteristik (aus Huwe, 1999). 

Berechnungsbeispiel: 

Gewicht Stechzylinder+Probe feucht (g) 270 

Gewicht Stechzylinder+Probe trocken (g) 245 

Volumen (cm³) 100 

Wassergehalt (-) 0.25 

Probenhöhe (cm) 4 

Druck am oberen Ende der keramischen Platte (cm) –20 

Matrixpotential der Probe (cm) –22 

1. Die Zeit bis zur Gleichgewichtseinstellung beträgt in der Praxis 1 - 10 Tage; sie ist 

maßgeblich abhängig von Höhe des Stechzylinders und Druckstufe, sowie von der 

Bodenart. Generell gilt die Regel, dass die Zeit zur Gleichgewichtseinstellung quadratisch 

mit der Probenhöhe wächst. Ein Stechzylinder von 20 cm Höhe wird also 100 mal länger 

14 Diese Trocknung entfernt nach Jury et al., (1992) nur das „interparticle water“, nicht das Wasser an 

Tonmineralen („Kristallwasser“). Die Definition des Wassergehalts Null ist also operationell! 

15 

Diese Zuordnung ist einfach, aber bei grobkörnigen Böden und bei hohen Stechzylindern fragwürdig 

(vgl. Bemerkung 6)!


zur Gleichgewichtseinstellung benötigen als ein Stechring von 2 cm Höhe! Dies 

beschränkt die Methode in der Praxis auf relativ kleine Probenhöhen von maximal 5 cm. 

Größere Proben können nur noch durch instationäre Verfahren ausgewertet werden. 

Die Bodenart ist insbesondere für die Gleichgewichtseinstellung im Bereich der 

Mittelporen von entscheidender Bedeutung. So ist es praktisch unmöglich, einen Sand 

bei Matrixpotentialen kleiner –200 cm ins hydrostatische Gleichgewicht zu bekommen, da 

die Poren praktisch alle entwässert sind und die hydraulische Leitfähigkeit bereits gegen 

Null geht. Eine fehlende Gleichgewichtseinstellung ist in diesem Fall allerdings nicht sehr 

kritisch, da man sich ohnehin im Bereich befindet, in dem auch die Wasserkapazität 

gegen Null geht, die Wassergehalte sich also zwischen den Druckstufen nicht mehr 

nennenswert unterscheiden. 

Für feinporige Böden (Tone) dagegen muss bezweifelt werden, ob sie je ins 

hydrostatische Gleichgewicht kommen (Dirksen, 1999). Zumindest sollten für solche 

Böden möglichst flache Stechzylinder, z.B. der Höhe 1 cm, verwendet werden. 

2. Der Kontakt Platte - Boden ist für den Ausflussprozess von größter Bedeutung und 

insbesondere bei höheren Druckstufen ein nicht zu unterschätzendes Problem. In jedem 

Fall ist zu vermeiden, dass die Porengrößenweite des Filterpapieruntersatzes so groß ist, 

dass beim anliegenden Unterdruck diese Poren bereits entwässert sind. Auch bei einem 

geeigneten Papierfilter kann an der losgelösten Bodenprobe während des Wägevorgangs 

bereits in kürzester Zeit im Labor eine oberflächliche Austrocknung erfolgen, so dass 

nach dem erneuten Aufsetzen der hydraulische Kontakt unterbrochen ist. Es ist deshalb 

ratsam, vor jedem erneuten Aufsetzen die keramische Platte und das Filterpapier mit 

einem Spray anzufeuchten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die neu auf die Platte 

aufgesetzten Proben am unteren Rand mit Hilfe einer Spritze geringfügig zu bewässern. 

3. Die Wägung der Bodenprobe sollte zügig erfolgen, so dass Verdunstung vom 

Stechzylinder das Probengewicht nicht verändern kann, und – wichtiger – keine 

oberflächliche Abtrocknung zu nachfolgenden Kontaktproblemen Platte - Boden führt. 

Der Gewichtsverlust durch Verdunstung ist für die Standardmessungen nach den 

einzelnen Druckstufen unkritisch, dagegen nach der Trocknung bei 105 °C von 

Bedeutung. Da die Stechzylinder in der Regel vor der Wägung einer längeren 

Abkühlungsphase ausgesetzt sind, kann der Wassergehalt dabei leicht von "trocken: θ = 

0.0) auf "lufttrocken" (θ > 0.0 !) ansteigen, wenn eine Feuchtigkeitsaufnahme aus der 

Laborluft erfolgt. In diesem Fall müssen die Proben im Exsikkator abgekühlt werden. 

Ein weiterer zu beachtender Punkt ist eine eventuelle Verfälschung des Probengewichtes 

durch Verschleppung von Körnern. Generell sollte bei feinkörnigen Böden der 

Zusammenhalt der Bodenmatrix groß genug sein, um Bodenverluste am Filter einerseits, 

aber auch an der Waagenoberfläche andererseits zu vermeiden (bei kritischen Böden im 

feuchten Bereich ist evtl. die Wägung auf einer Teflonoberfläche vorteilhaft). Bei sandigen 

Böden kommt es häufiger zum Anhaften von einzelnen Körnern, z.B. am Deckel des 

Stechzylinders. In solchen Fällen können die Körner leicht auf die Probe abgeklopft 

werden. Die Messgenauigkeit der Wägung sollte auf mindestens 0.1 % Wassergehalt 

erfolgen; bei einem 100 cm³ Stechzylinder bedeutet das eine Genauigkeit von 0.1 

Gramm. 

4. Eines der am meisten unterschätzten Probleme bei der Gleichgewichtseinstellung 

zwischen Stechzylinder und keramischer Platte stellt der Wasserverlust aus dem 

System durch Verdunstung dar. Vor allem bei den höheren Druckstufen kann dies dazu 

führen, dass der Stechzylinder nicht auf das geplante Matrixpotential von z.B. ψ = –300 

cm austrocknet, sonder die Austrocknung auf –500 bis –1000 cm oder noch geringere 

Potentiale weiterschreitet. Es ist deshalb extrem wichtig, den Verdunstungsverlust der 

Stechzylinder auf Null zu reduzieren. Bei den keramischen Platten, die wir im Rahmen 

des Praktikums verwenden, ist dies dadurch gelöst, dass sie von einem Wasserbad 

umgeben sind, so dass die Luftfeuchte stets annähernd gesättigt ist. Im Idealfall herrscht 

ein Potentialgleichgewicht zwischen Luftfeuchte und Platte ( ψ RH = ψ Platte ). 

5. Hysterese. Die θ(ψ)-Charakteristik ist eine hysteretische Funktion, d.h., ihr Verlauf hängt 

davon ab, ob der aktuelle Wassergehalt als Folge eines Entwässerungsprozesses 

("drainage") oder eines Bewässerungsprozesses ("imbibition") im Boden ist. Darüber 

%


hinaus spielt auch die Vorgeschichte der Be- und Entwässerungsvorgänge eine Rolle, so 

dass unter instationären, natürlichen Randbedingungen nicht eine, sondern eine 

unendlich große Anzahl von θ(ψ)-Beziehungen vorliegen. Der Begriff "Retentionskurve" 

impliziert, dass bei der Bestimmung der θ(ψ)-Charakteristik nur ein ganz spezieller Ast 

der hysteretischen Beziehung gemessen wird: die sogenannte 

6. 

Erstentwässerungskurve. Zwar ist mit der vorliegenden Messtechnik denkbar, auch 

einen Bewässerungsast zu messen (indem die Proben wieder von hohen auf niedrigere 

Druckstufen umgesetzt werden, und gewährleistet ist, dass aus den keramischen Platten 

Wasser in die Proben fließen kann). Auf diese Messung wird jedoch in der Regel 

verzichtet. Die Hysterese wird in Simulationen entweder ignoriert oder durch möglichst 

einfache Modelle abgebildet. Tatsächlich sind die bestehenden Modelle und Methoden 

jedoch noch mit gravierenden Mängeln behaftet, und es besteht auf diesem Sektor noch 

erheblicher Forschungsbedarf. 

Ergebniskorrektur. Bei grobkörnigen Materialien und relativ hohen Proben führt die 

Zuordnung einer mittleren Tension zu einem mittleren Wassergehalt zu einer Glättung 

der wahren (auf einen Punkt definierten) Retentionsfunktion, was sich vor allem im 

Bereich des Lufteintrittspunktes als systematischer Fehler äußert. Es ist möglich, diesen 

Fehler nachträglich herauszurechnen (Dane et al., 1999). 

7. Ungestörtheit der Probe: Für die Gültigkeit der Ergebnisse im Bereich nahe Sättigung ist 

es wichtig, einen ungestörten Bodenausschnitt zu beproben. Der Kollaps der größten 

Poren aufgrund von Sackungen wird sich in der Retentionsfunktion allerdings nur 

marginal auswirken, da möglicherweise nur ein sehr geringes Porenvolumen betroffen ist. 

Wird die Retentionsfunktion allerdings benutzt, um – wie in vielen Fällen üblich – daraus 

den Verlauf der hydraulischen Leitfähigkeitsfunktion vorherzusagen, so spielen kleinste 

Nuancen im Verlauf nahe Sättigung bereits eine erhebliche Rolle. Dieses Problem stellt 

sich dagegen nicht bei den höheren Druckstufen, bei denen Poren im Mittel- und 

Feinporenbereich entwässert werden. Da diese Poren texturbedingt sind, können (und 

sollen) höhere Druckstufen (ab –300 cm) an gestörten Proben im Drucktopf gemessen 

werden. Wichtiger als die Ungestörtheit ist nun, dass die Proben möglichst flach sind 

(z.B. 5 mm), um eine schnelle Gleichgewichtseinstellung zu gewährleisten (vgl. nächster 

Abschnitt). 

Saugspannungen im Bereich pF 2,5 - 4,2 

Im Bereich 2.5 < pF < 4.2 können Gleichgewichtswassergehalte erreicht werden, indem man 

feuchtes Bodenmaterial in einem Drucktopf ("pressure membrane apparatus") bringt, bei dem 

die Gasphase unter einem Überdruck ha steht, während die Wasserphase über eine 

feinporige Keramik in Kontakt zu atmosphärischem Umgebungsdruck entwässern kann (Abb. 

11). 

Zu beachten ist hierbei: 

1. Als Bodenmaterial sollte gut angefeuchteter, auf 2 mm gesiebter Feinboden verwendet 

werden. 

2. Eine Bodenmenge von etwa einem Teelöffel wird in kleine Ringe, auf der Keramik 

liegende Ringe eingebracht und an der Keramik etwas festgepresst, so dass ein guter 

Kontakt zwischen Boden und Keramik gewährleistet ist. Wenn die Ringe nicht mit 

eingravierten Kennungen versehen sind, so ist eine sorgfältige Protokollierung der 

Probenzuordnung notwendig. 

3. Wenn alle Proben auf der Keramik aufgebracht sind (kann auch in mehreren Etagen 

geschehen), wird der Drucktopf verschlossen und unter Druck gesetzt. 

ACHTUNG: aus Sicherheitsgründen darf dies nur unter Anleitung und im Beisein 

einer Betreuungsperson geschehen! 

4. Der Druck wird über eine Zeit von einigen Tagen aufrechterhalten (zwischendurch 

prüfen!). Nach dieser Zeit hofft man, dass die Gleichgewichtseinstellung erfolgt ist. Der 

Druck wird nun abgelassen, der Drucktopf wieder geöffnet, die Proben von der


5. 

keramischen Platte entfernt und in saubere beschriftete Alu-Döschen überführt. Diese 

werden gewogen, 24 h im Trockenschrank bei 105°C getrocknet, dann entnommen, im 

Exsikkator abgekühlt, und erneut gewogen. 

Der Wassergehalt errechnet sich zunächst als gravimetrischer Wassergehalt aus dem 

Massenverhältnis des im Boden vorhandenen Wassers gegen das trockene 

Bodengewicht. Die Umrechnung in den volumetrischen Wassergehalt erfolgt unter 

Verwendung der mittleren Lagerungsdichte ρb für den Standort gemäß 

V W ρ W −W 

θ ⋅ 

Wasser Wasser Wasser feucht trocken b 

= = 

= 

(12) 

Vgesamt 

WBoden 

ρb 

Wtrocken 

ρWasser 

Berechnungsbeispiel: 

Gewicht Probe feucht (g) Wfeucht 4.20 

Gewicht Probe trocken (g) Wtrocken 4.00 

Gravimetrischer Wassergehalt (g/g) θgrav 0.05 

Dichte von Wasser bei 20°C (g/cm³) ρWasser ~ 1.00 

Mittlere Lagerungsdichte (g/cm³) ρb 1.50 

Volumetrischer Wassergehalt (cm³/cm³) θ 0.075 

Saugspannungen > pF 4,2 (wird im Praktikum nicht durchgeführt) 

Dieses Verfahren basiert, im Gegensatz zu den bisher beschriebenen, auf chemischer 

Grundlage. Die Wasseraffinität konzentrierter Schwefelsäure ermöglicht die weitere 

Entwässerung von Bodenproben. Die Einstellung der gewünschten pF-Werte erfolgt über die 

Konzentration der zur Gleichgewichtseinstellung vorgelegten Schwefelsäure: 

3.3 Vol.-% H2SO4 -> pF 4,5 

10 Vol.-% " -> pF 4,7 

30 Vol.-% " -> pF 5,6 

50 Vol.-% " -> pF 6,1 

Nach dem Dampfdruckausgleich zwischen Probe und konzentrierter Schwefelsäure wird die 

Probe wie oben beschrieben zur Bestimmung des Wasserverlusts getrocknet und gewogen. 

Stechzylinder 

mit Bodenprobe 

wassergefüllter 

Raum 

15 bar 

ρ 

Manometer 

keramische Platte 

Abb. 11: Überdruckmethode zur Messung der Retentionskurve (Abb. aus Huwe, 1999).


2.4 Literatur 

DIN 19683- 4 (1973): Physikalische Laboruntersuchungen, Bestimmung des Wassergehaltes 

des Bodens, April 1973. 

Hartge K.-H., und R. Horn, 1992. Die physikalische Untersuchung von Böden. 3. Auflage. 


Jalabert M., und J.H. Dane (2001): Correcting laboratory retention curves for hydrostatic fluid 

distributions. Soil Sci. Soc. Am. J. 65: 648-654. 

2.5 Aufgabe 

Ermitteln Sie für „ihren“ Boden die folgenden Kennwerte: 

• Lagerungsdichte 

• Porosität 


• Grob, Mittel- und Feinporenanteil 

• Feldkapazität 

• nutzbare Feldkapazität 

• nutzbare Feldkapazität des effektiven Wurzelraums 

• Luftkapazität 

• Wasserkapazität beim permanenten Welkepunkt 

• Luftvolumen beim permanenten Welkepunkt 

Vorgehensweise 

1. Notieren des Gewichts bei Probenahme Wfrisch (unmittelbar nach Probenahme) 16 . 

2. Packen Sie insgesamt 15 Stechringproben und setzen Sie diese in die Drucktöpfe für 

die Drücke 1, 3, 15 Bar (MUSS UNTER AUFSICHT ERFOLGEN!, 

Probenvorbereitungstag). 

3. Sättigen Sie die Stechzylinderproben durch Aufsetzen in die pF-Apparatur (Platte 

„Aufsättigung“) für mindestens eine Woche auf (Probenvorbereitungstag). 

4. Messung des Probengewichts Wsat bei Sättigung (zur Vermeidung von Wasserverlust 

beim Transfer von der Sättigung zur Waage erfolgt die Wägung in umgedrehten 

Zustand mit Deckel) 

5. Auf- und Umsetzen der Proben auf die Saugplatten der pF-Apparatur auf 

verschiedene Druckstufen gemäß nachstehender Tabelle. 

6. Nach Abschluss aller Wägungen werden die Stechzylinder im Trockenschrank für 24 

Stunden bei 105°C getrocknet. Danach werden Sie für 1 Stunde zur Abkühlung in 

einen Exsikkator eingestellt und danach durch Wägung das Trockengewicht Wtrocken 

festgestellt. 

7. Alle Wägungen erfolgten mit Deckel und Stechring. Nach Entfernen der Probe wird 

das Gewicht des Deckels und des Stechrings (beide sauber!) Wtara gemessen. 

8. Die Stechringproben verbleiben 3 Wochen in den Drucktöpfen, werden dann 

entnommen, und das Bodengewicht W(ψ=−15000) ermittelt. Hierzu werden die 

16 In der Regel wird die Probe mit einem zughörigen Deckel gewogen, der während der gesamten 

Prozedur als der Probe zughörig verbleibt. Messen Sie außerdem das Deckelgewicht separat, um nach 

Abschluss der Messungen die Netto-Gewichte der Proben bestimmen zu können.


Ringinhalte in vorgewogene Aludöschen gefüllt, gewogen 24 Stunden bei 105°C 

getrocknet, im Exsikkator abgekühlt, und rückgewogen. Der so bestimmte 

gravimetrische Wassergehalt wird mit Hilfe der Lagerungsdichten der Stechzylinder 

aus denselben Horizonten schließlich in die volumetrischen Wassergehalte 

umgerechnet. 

Tabelle 00: Druckstufen für die Bestimmung der Retentionskurven an Stechzylindern 

Datum Stechzylinder Stechringe 

Donnerstag 16. Apr 03 Aufsättigung Einsetzen in Drucktopf 

Donnerstag 24. Apr 03 Druckstufe 1 -10 cm � 

Freitag 25. Apr 03 Druckstufe 2 -20 cm � 

Montag 28. Apr 03 Druckstufe 3 -30 cm � 

Freitag 02. Mai 03 Druckstufe 4 -60 cm � 

Donnerstag 08. Mai 03 Druckstufe 5 -100 cm Entnahme aus Drucktopf 

Donnerstag 15. Mai 03 Druckstufe 6 -100 cm 

Donnerstag 22. Mai 03 Druckstufe 7 -300 cm 

Donnerstag 05. Jun 03 “ -300 cm 




Trocknung bei 105°C 

Freitag 27. Jun 03 Trockenwägung 

Ab der Druckstufe –60 cm sollten die Bodenproben vor dem Wiederaufsetzen auf die 

Platte jeweils leicht angefeuchtet (gesprüht) werden, so dass der hydraulische Kontakt 

gewährleistet ist. Ab der Druckstufe –100 sollte das Aufsetzen ohne Filterpapier 

geschehen. Für die Proben auf der letzten Druckstufe wird die Wägung Woche für Woche 

wiederholt, um zu prüfen, wie schnell sich ein konstantes Gewicht einstellt. 

Fragen zur Auswertung 

1. Berechnen Sie die Parameter Lagerungsdichte, Porosität, Grob-, Mittel- und 

Feinporenanteile für ihren untersuchten Bodenhorizont. Versuchen Sie für alle 

Abschätzungen Unsicherheitsbandbreiten anzugeben 

2. Erstellen Sie für ihren Boden eine Grafik der Retentionskurve. 

• Bilden Sie darin alle Punktmessungen θ(ψ) ab. 

• Versuchen Sie eine mittlere Retentionsfunktion durch die Punkte zu zeichnen 

• Quantifizieren Sie die Unsicherheit der Retentionskurve. Sind die Streuungen der 

Wassergehaltsmessungen unabhängig von der Druckstufe und unabhängig von 

der Methodik (Stechzylinder, Stechringe)? 

3. Nach Datenaustausch mit den anderen Gruppen: 

Stellen Sie die Parameter Lagerungsdichte, Porosität, Grob-, Mittel- und Feinporenanteile 

der untersuchten Böden gegen die Tiefe dar. 

• Wie könnte eine geeignete Visualisierung aussehen? 

• Korrelieren die Porenverteilungen mit anderen Parametern? Gibt es deutliche 

Trends mit der Tiefe? 

4. Wie schätzen Sie die Wasserversorgung des Standorts ein? 

• Wie groß ist die Feldkapazität ihres untersuchten Bodens? 

• Wie groß ist die nutzbare Feldkapazität? 

• Wie groß ist die nutzbare Feldkapazität des effektiven Wurzelraums? 

• Passen diese Werte zu den Erwartungen aufgrund der Bodenart?


5. Wie schätzen Sie die Luftversorgung des Standorts ein?

Gesättigte Wasserleitfähigkeit 45 

Versuch 3: Gesättigte Wasserleitfähigkeit 

In diesem Versuch wollen wir uns der Frage widmen, wie leicht oder schwer Wasser durch 

unseren Boden fließt. Hierzu wiederholen wir einen grundlegenden Versuch der 

Bodenhydrologie: den Versuch von Darcy, der 1856 veröffentlicht wurde. Wir werden Wasser 

als Folge einer Druckdifferenz durch eine Bodensäule fließen lassen und die Wassermenge pro 

Zeit und Querschnitt messen. Als Resultat der Auswertung ergibt sich eine 

Proportionalitätskonstante zwischen antreibender Kraft und Flussmenge – die gesättigte 

hydraulische Leitfähigkeit. Für die Durchführung dieses fast 150 Jahre alten Experimentes 

werden wir einen Aufbau nutzen, wie er für Stofftransportexperimente an Bodensäulen 

verwendet wird. 

3.1 Versuchsdurchführung bei konstantem Überstau 

3.1.1 Aufbau der Messanlage 

Die Messanlage (Abb. 12) besteht aus einem Säulenfuß mit grobporiger poröser Platte 

(Glassinter – zerbrechlich!), die am unteren Rand frei auslaufen kann. Das auslaufende 

Wasser wird über einen Trichter gefasst, und kann in ein Auffanggefäß (eventuell auf einer 

Waage zur Kontrolle der Austrittsrate) geleitet werden. 

Kapillare 

Einfüllstutzen 

Gradierung 

Auslauf 

Abb. 12: Aufbau der Ks-Messung. 

∆L 

Säule 

Lochblech 

Wasserspiegelhöhe 

∆h

46 Gesättigte Wasserleitfähigkeit 

3.1.2 Bestimmung der gesättigten Leitfähigkeit des Bodens 

Die aufgesättigte Bodensäule wird auf die poröse Platte aufgesetzt, und am oberen Rand mit 

einem passenden Aufsatz verbunden (Klebeband). In den Aufsatz mündet der Auslauf einer 

Mariotte’schen Flasche (verschiedene Bauformen denkbar, z.B. wie im Bild). Nach Öffnen der 

Verbindung zwischen Mariotte’scher Flasche und Aufsatz wird der Wasserspiegel ansteigen 

bis ein konstanter Einstau im Aufsatz erreicht ist. Nun ist die Messung stationär. 17 . Ab diesem 

Zeitpunkt sind die Voraussetzungen für eine Messung nach der „constant head“ – Methode 

gegeben. Es erfolgt die Messung der effektiven Leitfähigkeit des Gesamtsystems. Da die 

untere Platte so grobporig gewählt wird, dass ihre Leitfähigkeit weit über der des Bodens liegt, 

ist ihr Widerstand im Fließsystem vernachlässigbar. Die Messung ist beendet, wenn die 

Fließrate über eine gewisse Versuchszeit als stationär registriert ist. Die Säule kann nun 

auslaufen 

Zu notieren sind: 

3.1.3 Hinweise 

• Überstauhöhe 

• Höhe der Bodensäule 

• Querschnittsfläche der Bodensäule 

• Querschnittsfläche der Mariotte’schen Flasche (Innenmaß!) 

Sowie eine Tabelle mit folgenden Daten 

Zeit Wasservorratshöhe Höhe in Mariotte’scher Flasche 

. . . . . . 

. . . . . . 

1. Zur Vermeidung von Lufteinschlüssen in Markoporen sollte die Säule im Idealfall vor 

Überstau bis zum oberen Rand aufgesättigt sein. Dies ist in der Praxis nur erfüllbar, 

wenn sie unten abgedichtet ist. Für die Fragestellung im Praktikum sind Lufteinschlüsse 

jedoch nicht sehr problematisch. Wir verzichten deshalb auf diese Art der kompletten 

Aufsättigung. 

2. Bei Säulen mit extrem hoher gesättigter Leitfähigkeit kann eventuell durch die 

Begrenzung der Wasserzufuhr aus der Mariotte’schen Flasche kein konstanter 

Überstau erreicht werden. Gießen Sie in diesem Fall manuell Wasser aus einem 

Messzylinder zu, und schätzen Sie daraus die Perkolationsrate ab. 

3. Vor allem bei schluffigen Böden besteht die Gefahr der Erosion der Bodenoberfläche 

durch den Einstau. Decken Sie in diesem Fall die Bodenoberfläche mit einem Filter 

oder einer grobporigen Sinterplatte ab. 

4. Die Messung der gesättigten Leitfähigkeit ist extrem empfindlich auf Klüfte im 

Porensystem entlang der Fließrichtung. Am häufigsten und problematischsten sind 

hierbei Störungen durch Randklüfte im Stechzylinder. Sofern Sie nicht ausschließen 

können, dass durch eine geeignete Probennahme und sorgfältige Probenbehandlung 

keine solche Randklüfte existieren, müssen Sie die erzielten Ergebnisse unter großem 

Vorbehalt interpretieren. 

17 Die Sache kann beschleunigt werden durch das manuelle Auffüllen des Überstandes!


3.2 Versuchsdurchführung bei fallendem Überstau 

Bei Versuchen an wenig durchlässigen Proben benötigt die Methode mit konstantem 

Überstau erheblich Zeit. Eine Verkürzung der Versuchszeit wird erreicht durch (a) Erhöhung 

des Potentialgradienten und (b) eine Verringerung des Querschnitts des Gefäßes zur 

Wasserzufuhr (Bürette). 

3.2.1 Aufbau der Messanlage 

Die Messanlage ist im unteren Teil analog zur Messung mit konstantem Überstau. Im oberen 

Teil wird der Aufsatz ersetzt durch eine Haube, die über einen Absperrhahn in eine Bürette 

übergeht. Notiert werden müssen wiederum folgende Angaben: 

• Höhe und Querschnittsfläche der Bodensäule 

• Querschnittsfläche der Bürette (Innenmaß!) 

sowie eine Tabelle mit folgenden Daten 

Zeit Wasservorratshöhe in Bürette. 

. . . . . . 

. . . . . . 

∆L 

Säule 

Abb. 13: Aufbau der Ks-Messung- „falling head“. 

Wasserspiegelhöhe 

Lochblech oder Sinterplatte 

∆h

48 Gesättigte Wasserleitfähigkeit 

Zur Messung ist es notwendig, das System zunächst völlig mit Wasser zu füllen. Dies kann 

z.B. durch das Aufsetzen der Haube auf die Bodenprobe unterhalb eines Wasserspiegels 

geschehen (in einer geeigneten Wanne). 

3.3 Auswertung 

Die Berechnung der hydraulischen Leitfähigkeit bei konstantem Überstau ergibt sich durch. 

k 

eff 

Q ∆L 

= ⋅ 

(13) 

A ∆h 

Boden 

mit Q (cm³) stationäre Strömungsrate aus Mariotte’scher Flasche 

ABoden (cm²) Durchströmte Fläche der Bodensäule 

∆L (cm) Länge der Bodensäule 

∆h (cm) Antreibende Potentialdifferenz 

Die Berechnung der hydraulischen Leitfähigkeit bei fallendem Überstau ergibt sich durch. 

A 

⎛ ⎞ 

Bürette ∆L 

ht 

⋅ ⎜ i 

k = ⋅ 

⎟ 

eff 

ln 

(14) 

A ∆ ⎜ ⎟ 

Bodensäule ti→i 

+ 1 ⎝ 

ht 

i+ 

1 ⎠ 

mit ABürette (cm²) Durchströmte Fläche der Bürette 

ABoden (cm²) Durchströmte Fläche der Bodensäule 

∆L (cm) Länge der Bodensäule 

t (d) Differenz zwischen den zwei Ablesezeiten ti und ti-1 

∆ i→i+ 

1 

hti (cm) Antreibende Potentialdifferenz zum Zeitpunkt ti 

hti+1 (cm) Antreibende Potentialdifferenz zum Zeitpunkt ti+1 

Ist die Leitfähigkeit der porösen Platte kPlatte so gering, dass sie explizit berücksichtigt werden 

muss, so muss sie separat bestimmt werden. Die Leitfähigkeit des Bodens wird dann unter 

Kenntnis der effektiven Leitfähigkeit des Systems Platte-Boden keff errechnet. Da sich die 

Widerstände (R = L/k) der beiden Systeme addieren, gilt 

L 

B 

+ L 

k 

eff 

Platte 

L 

= 

k 

Durch Umformung und Auflösen nach ks folgt 

k 

eff 

B 

s 

L 

+ 

k 

Platte 

Platte 

Platte 

(15) 

B 

s = (16) 

LB 

+ LPlatte 

LPlatte 

k 

L 

− 

k


3.4 Aufgabe 

mit LBoden (cm) Länge der Bodenprobe 

LPlatte (cm) Dicke der Platte 

kPlatte (cm d –1 ) Gesättigte Leitfähigkeit der Platte 

ks (cm d –1 ) Gesättigte Leitfähigkeit der Bodenprobe 

Bestimmen Sie die gesättigte Leitfähigkeit einer Bodensäule mit der Methode mit konstantem 

Überstau und der Methode mit variablem Überstau 

• Geben Sie zu ihrem Ergebnis eine (nachvollziehbare!) Unsicherheitsabschätzung 

(Stichworte: Fehlerabschätzung, grobe, systematische und stochastische Fehler, 

Genauigkeit bei Wiederholung, Repräsentativität für den Standort). 

• Stimmen die Ergebnisse der Methoden überein?

50 Tensiometrie, ungesättigte Wasserleitfähigkeit und Luftleitfähigkeit 

Versuch 4: Tensiometrie, ungesättigte 

Wasserleitfähigkeit und Luftleitfähigkeit 

In diesem Kapitel wollen wir uns der Frage widmen, wie man den Bodenwasserstatus eines 

Bodens messen kann, und wie groß die hydraulische Leitfähigkeit und die Luftleitfähigkeit 

eines Bodens bei einem bestimmten ungesättigten Zustand ist, speichern kann, und wie groß 

jeweils die Luftleitfähigkeit des Bodens bei den verschiedenen Wassergehalten ist. Wir 

werden hierzu in einen Boden, der im Vorfeld auf ein bestimmtes Potential entwässert wurde, 

ein Tensiometer einbauen, und damit die Bodenwasserspannung messen. Durch vorherige 

Wägung werden wir dieser Tension einen Wassergehalt zuordnen können. Im zweiten Schritt 

werden wir Luftleitfähigkeit messen, um somit den Zusammenhang zwischen Wassergehalt, 

Wasserspannung, und Luftleitfähigkeit erkennen. Im dritten Schritt wollen wir die hydraulische 

Leitfähigkeit bei ungesättigtem Wasserdurchfluss messen. Der hierbei verwendetet 

experimentelle Aufbau entspricht dem von Säulenversuchen zur Messung des 

Transportverhaltens von Substanzen in Böden unter ungesättigten Fließbedingungen. 


4.1.1 Wasserretention und Fließdynamik 

Aufgrund von Adsorptions- und Kapillarkräften wird Bodenwasser im ungesättigten Boden 

gebunden (Haftwasser). Anders betrachtet bedeutet dies, dass Arbeit verrichtet werden 

muss, um dem ungesättigten Boden Wasser zu entziehen. Der Entzug von Wasser aus 

einem Boden kann durch Anlegen von Unterdruck erfolgen. Dieses Anlegen von Unterdruck 

ist nicht ganz trivial, da man ja nur Wasser entziehen will, während die Gasphase gleichzeitig 

bei atmosphärischem Druck bleibt. Realisiert wird dies dadurch, dass zwischen den 

Unterdruck und den zu untersuchenden Boden eine poröse Membran oder ein poröser 

Körper (meist Glassinter oder poröse Keramik) zwischengeschaltet wird, in dem alle Poren 

voll wassergesättigt sind. Dadurch ist diese Membran wasserdurchlässig, aber 

luftundurchlässig. Ein auf der einen Seite angelegter Unterdruck wird über die Wasserphase 

übertragen, während keine Gasströmung möglich ist. 

Legen wir nun auf der einen Seite der Membran einen definierten Unterdruck an, und bringen 

auf der anderen Seite einen zunächst wassergesättigten Boden damit in Kontakt, so werden 

wir sehen, dass als Folge des Unterdrucks durch die Membran hindurch eine 

Teilentwässerung des Bodens stattfindet. Je stärker wir ziehen, desto mehr Wasser wird dem 

Boden (wie aus einem Schwamm) entzogen. Er wird zunehmend austrocknen ( 14). 

Die aus einem solchen Experiment zu gewinnende Beziehung zwischen dem Unterdruck 

(oder besser: dem Potential des Wassers) und der im Boden verbleibenden Wassermenge 

(ausgedrückt als Wasservolumen pro Bodenvolumen = Wassergehalt θ) lässt sich als 

Funktion darstellen. Diese Funktion heißt Retentionsfunktion (auch Kapillardruck-Sättigungs- 

Beziehung, pF-Kurve, usw.). Diese Funktion bildet zusammen mit der zweiten 

Materialfunktion, der hydraulischen Leitfähigkeitsfunktion das Grundgerüst, das zur 

mathematischen Beschreibung der Dynamik des Wasserflusses benötigt wird.

Tensiometrie, ungesättigte Wasserleitfähigkeit und Luftleitfähigkeit 51 

4.1.2 Tensiometer 

4.1.3 Luftleitfähigkeit 

Alle Teile des Porenraums von Böden, die nicht mit Wasser gefüllt sind, enthalten Bodenluft. 

Bodenluftgehalt und Wassergehalt des Bodens sind also bei Kenntnis der Porosität 

unmittelbar ineinander umzurechnen. Auch im wassergesättigten Zustand (sofern dieser, wie 

im Laborversuch, nicht über lange Zeit anhält) ist Luft im Porenraum eingeschlossen, 

allerdings nicht in einer zusammenhängenden Phase. Dies bedeutet, dass keine Konvektion 

in der Gasphase stattfinden kann, und die Diffusion stark behindert ist. 

Menge und Zusammensetzung der Bodenluft beeinflussen sowohl den Zustand der Wurzeln 

höherer Pflanzen als auch das mikrobielle Leben. Für die Zusammensetzung der Bodenluft 

ist dabei ein entscheidendes Kriterium, bei welcher Wasserspannung die Luftphase 

zusammenhängend und damit leitend wird. Diese Durchlässigkeit kann sehr sensitiv durch 

einen Luftdurchströmungsversuch bestimmt werden. Die Kenntnis der Luftdurchlässigkeit ist 

auch wichtig bei der Bemessung und Bewertung von Anlagen zur Bodenluftabsaugung, die 

zum Beispiel im Rahmen von Sanierungsverfahren nach Unfällen mit leichtflüchtigen 

chlorierten Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden. 

Da in einem entwässernden Boden zunächst die größten vorhandenen Poren luftdurchlässig 

sein werden, ist die Luftdurchlässigkeit ein sehr sensibler Parameter für den Ausbildungsgrad 

Kumulativer Fluss (cm) 

Potential (cm) 

4 

3 

2 

1 

0 

0 

-20 

-40 

-60 

-80 

Forchheim S2 

unimodal 

gemessen 

simuliert 

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 

Zeit (h) 

Abb. 14: Multi-Step-Experiment: typische Ergebnisse für einen lehmigen Sand.


des Sekundärporensystems, d.h. ein Maß für die Bodenstruktur. Unstrukturierte, aber auch 

verdichtete Böden leiten oft erst Luft, wenn ein erheblicher Teil des Wassers entzogen ist. In 

solchen Böden ist mit schlechtem Pflanzenwachstum und niedrigen Redox-Potentialen zu 

rechnen. 

Nach DIN 19862-9 wird die Luftleitfähigkeit mit einem Luftdurchlässigkeitsmesser ermittelt, 

bei dem nach dem Gasometerprinzip Luft mit geringem Überdruck durch den Boden gedrückt 

und die Leitfähigkeit analog zum Darcy-Gesetz für die Wasserleitfähigkeit erfasst wird. Für 

einen Bodenwassergehalt bei Feldkapazität gelten folgende Stufen (Schlichting et al., 1995; 

DIN 4220): 

Tab. 7: Einteilung der Luftleitfähigkeiten. 

4.2 Versuchsdurchführung 

4.2.1 Tensiometer-Messung 

Stufe Beschreibung Luftleitfähigkei 

t 

(cm/s) 

1 sehr gering


Tauchbürette 

Tauchfass 

Gewicht 

Abb. 16: Bestimmung der Luftleitfähigkeit. 

Druckaufnehmer, hochauflösend 

Druckleitung 

Bodensäule 

Zur Datenaufnahme 

Tensiometer bleiben dabei eingebaut und angeschlossen. 

Auf eine Stirnseite der Bodensäule wird eine Haube aufgesetzt, die mit einem System zur 

Überdruckerzeugung verbunden ist 19 . Die Haube wird luftdicht mit der Bodensäule verbunden 

(Abb. 16). Der Überdruck wird durch die Auflast einer schwimmenden Bürette erzeugt, und 

beträgt (je nach angebrachtem Gewicht) mehrere hPa. Er wird durch ein wassergefülltes U- 

Rohr registriert, das an der Verbindungsleitung über einen Drei-Wege-Hahn angeschlossen 

ist. 

Die Messung beginnt durch Öffnen des Verbindungshahns der Überdruckleitung. Luft strömt 

über die Haube durch den Boden. Durch die entweichende Luft sinkt die schwimmende 

Tauchbürette entsprechend ein, der Druckaufnehmer registriert den Füllstand in der Bürette 

und damit den Volumenstrom von Luft. Die Tensiometer zeigen gleichzeitig das 

Wasserpotential an. Achtung: auf Lage der Druckaufnehmer achten und bei der Berechnung 

des Wasserpotentials in der Säulenmitte berücksichtigen! 

Spätestens wenn der Luftvorrat in der Bürette (ca. 3 Liter) verbraucht ist, ist die Messung 

beendet. Die Überdruckleitung wird von der Haube abgetrennt, so dass atmosphärischer 

Druck an der Oberfläche des Bodens anliegt, die Bodensäule wird wieder auf die auf die 

Multi-Step-Apparatur aufgesetzt (ohne Abdichtungsring), und auf die nächste Druckstufe 

entwässert. 

Die Messungen werden von Entwässerungsschritt zu Entwässerungsschritt so lange 

19 Sofern der Boden bindig ist, wird eine Haube wie in Abb. 16 verwendet. Fall er nicht bindig ist, muss 

vor dem Kippen der Bodensäule eine Platte mit einem Sieb bündig aufgebracht werden, die das 

Herausrieseln des Bodens verhindert. Entsprechend muss dann am anderen Ausgang ein Sieb 

angebracht werden.


weitergeführt, wie die Praktikumszeit erlaubt. 


4.3.1 Multi-Step-Experiment 

Die Ausflussmenge wird in eine Wassergehaltsänderung umgerechnet (Ausflussvolumen 

geteilt durch Säulenvolumen). Die Wassergehaltsänderung, die Entwicklung der zwei 

Tensionsmessungen und der Verlauf des Drucks am unteren Rand werden grafisch gegen 

die gegen die Zeit dargestellt und qualitativ beurteilt (vgl. Fragen in 5.4). Wir werden im 5. 

Semester die Methode der „inversen Simulation“ kennen lernen, mit der aus diesen Daten die 

hydraulischen Funktionen des Bodens bestimmt werden können. 

Ausgehend von einem Maximalwassergehalt bei Sättigung (der aus den Texturdaten 

abgeschätzt werden kann) kann aus den Wassergehaltsänderungen, der zu jedem 

Druckschritt, bei dem der Ausfluss das Gleichgewicht erreicht hat, der zugehörige 

Wassergehalt θ abgeschätzt werden. Die zu jedem Druckschritt zugehörige Wasserspannung 

(genauer: das mittlere Matrixpotential) ergibt sich am besten aus den Tensiometeranzeigen 

der liegenden Bodensäule (man beachte eventuell nötige Lagekorrekturen und versuche, ggf. 

mit Hilfe des Betreuers, das Potential in der Säulenmitte abzuschätzen). Die Auftragung der 

Wassergehalte gegen die Wasserspannungen ergibt die Retentionskurve im feuchten 

Bereich. 

4.3.2 Luftleitfähigkeit 

Die spezifischen Luftleitfähigkeiten ka(θ) (cm³ cm -2 Pa -1 ) bei jedem Entwässerungsschritt 

berechnen sich als 

k 

a 

Qa 

LBoden 

= ⋅ 

(17) 

A ∆p 

mit LBoden = Länge der Bodensäule, ∆p = Druckdifferenz, Qa = Gasfluss (cm³/s) und A = 

Querschnittsfläche der Bodensäule (cm²). Die Luftleitfähigkeiten sollen in einer Grafik gegen 

die Wassersättigung der Bodensäule aufgetragen werden. Die Wassersättigung ist hierbei 

der errechnete Wassergehalt, normiert auf den maximalen Wassergehalt. 

4.4 Aufgaben 

Erstellen Sie eine Grafik mit dem kumulativen Ausflussvolumen und dem Druck am unteren 

Rand der Bodensäule gegen die Zeit. 

• In welchem Saugspannungsintervall hat der Boden am meisten Wasser 

freigegeben? 

• Wie sieht die Ausflussdynamik nach den Druckwechseln aus? Finden sich in 

verschiedenen Phasen des Multi-Step-Experimentes deutliche Unterschiede? 

• Wurden bei den unterschiedlichen Druckstufen im Boden jeweils die zugehörige 

vollständige Entwässerung erreicht? Wenn nein: ab wann nicht? Kann man auf die 

zu erwartende Entwässerungsmenge extrapolieren? Wie groß sind die jeweiligen 

Entwässerungsmengen in Volumenprozent?


Erstellen Sie folgende Grafiken: 

• Mittlere Wassersättigung gegen mittlere Wasserspannung in der Probe 

(Retentionskurve) 

• Luftleitfähigkeit gegen mittlere Wasserspannung in der Probe 

• Luftleitfähigkeit gegen mittlere Wassersättigung der Probe. 

Werten Sie die Grafiken aus: 

• Sind Funktionsverläufe erkennbar, und können Sie die Beziehungen mit geeigneten 

Funktionen anpassen und mathematisch beschreiben? 

• Passen die Ergebnisse der Retentionskurve zu den Daten, die aus den 

Stechzylindermessungen erhalten werden (Versuch 3)? 

• War die Bodenprobe bereits bei der höchsten Sättigung luftdurchlässig? Wenn nein, 

ab welcher Sättigung nahm die Durchlässigkeit nennenswerte Werte an? Erfolgt der 

Anstieg der Luftleitfähigkeit eher langsam, oder schlagartig? Kann man den 

Wassergehalt, bei dem die Luftleitfähigkeit stark ansteigt, mit einer bestimmten 

Phase des Ausfluss-Experimentes in Beziehung setzen?

56 Gehalt des Bodens an organischer Substanz und biologische Umsetzungsrate 

Versuch 5: Gehalt des Bodens an organischer 

Substanz und biologische Umsetzungsrate 


Nach Scheffer/Schachtschabel (1998) wird die Gesamtheit der organischen Substanz des 

Bodens Humus genannt. Dazu gehören alle in und auf dem Boden befindlichen 

abgestorbenen pflanzlichen und tierischen Stoffe sowie deren organische Umwandlungsprodukte. 

Humus stellt keine einheitliche Bodenfraktion dar, sondern ist die Summe 

unterschiedlich stark zersetzter und polymerisierter organischer Stoffe. Das Edaphon, d.h. die 

lebenden Organismen der Bodenflora und -fauna, wird nicht zum Humus gerechnet. 

Die Bestimmung der Menge an organischer Substanz eines Bodens erfolgt meist über eine 

Ermittlung des Boden-C-Gehaltes (Corg.). Der C org.-Gehalt hängt von der Korngrößen-Zusammensetzung 

des Bodens sowie der Menge an zugeführter organischer Substanz und seiner 

Abbau-Geschwindigkeit ab. Er ermöglicht keine direkten Aussagen über die Qualität der 

Huminstoffe, unter Berücksichtigung der lokalen Bedingungen gibt es jedoch Optimal- 

Gehalte, die als Beurteilungskriterien für Bewirtschaftungsmaßnahmen wichtig sein können. 

Unter der Annahme eines mittleren C-Gehaltes der organischen Substanz im Boden von 58 

% lässt sich daraus durch Multiplikation des C-Gehaltes mit dem Faktor 1,72 der 

Humusgehalt errechnen. 

Ein wesentliches Endprodukt des Humusabbaus ist Kohlendioxyd. Abbau und Veratmung 

äußern sich im Freiland in einem mit dem Tages- und Jahreszyklus periodisch veränderlichen 

CO2-Fluss, der die Grenzfläche Boden-Atmosphäre durchsetzt: man spricht das komplexe 

Phänomen als Bodenatmung an. Diese ist ein wichtiger Prozess im terrestrischen C- 

Kreislauf. Mit der Bodenatmung gelangt ein wesentlicher Teil des photosynthetisch 

gebundenen Kohlenstoffs in die Atmosphäre zurück. 

Neben dem organisch gebundenen Kohlenstoff liegt in vielen Böden ein weiterer Teil in 

anorganischer Form (als Carbonate) vor. CaCO3 besteht zu 12% aus Kohlenstoff (Atommassen: 

Ca: 40, C: 12, O: 16). Bei der Verbrennung der Proben zur Bestimmung des 

organisch gebundenen Kohlenstoffs wird auch das anorganisch gebundene C in Form von 

CO2 freigesetzt. Zur Ermittlung des Corg.-Gehaltes von carbonathaltigen Böden muss daher 

der carbonatisch gebundene Kohlenstoff vom Gesamt-C subtrahiert werden. 

5.2 Ermittlung des Gehaltes an organischer Substanz 

5.2.1 Methoden 

Im wesentlichen gibt es 3 Verfahren zur Humusbestimmung, von denen im Praktikum das 

Verfahren c) angewandt wird.

Gehalt des Bodens an organischer Substanz und biologische Umsetzungsrate 57 

a) Nasse Veraschung der organischen Substanz (Lichterfelder Methode) 

Bei der nassen Veraschung dient Kaliumdichromat K2Cr207 (Kaliumsalz der Dichromsäure) 

als Oxidationsmittel. Das im Kaliumdichromat enthaltene 6-wertige Cr oxidiert die organische 

Substanz zu CO2, wobei es selbst zu 3-wertigem Cr reduziert wird. Unter stöchiometrischen 

Verhältnissen läuft folgende Reaktion ab: 

2 K2Cr(VI)207 + 8 H2S04 + 3 C � 2 K2S04 + 2 Cr (III )2 (S04)3+ 8 H20 + 3 C02 

Der C-Gehalt lässt sich nun auf zwei Arten bestimmen: 

- man bestimmt die Menge an unverbrauchtem Cr(VI) mit Jodometrie 

- man misst spektralphotometrisch die Veränderung der Farbintensität des grünen 

Farbkomplexes. 

b) Ermittlung des Glühverlustes 

Hierbei wird die Bodenprobe bei 105°C getrocknet und eine aliquote Masse bei 600°C 

geglüht. Dabei wird die organische Substanz oxidiert und entweicht gasförmig. Die Gewichts- 

Differenz vor und nach dem Glühen entspricht der Menge an organischer Substanz. Bei 

Böden mit höheren Tongehalten, die bei Erhitzung über 105°C noch mineralisch gebundenes 

Wasser abgeben, werden auf diesem Wege zu hohe Werte erhalten. 

c) Oxidation der organischen Substanz auf trockenem Wege bei etwa 1350°C und 

Bestimmung des gebildeten CO2 durch: 

- Einleitung des Gases in NaOH oder Ba(OH)2 und Messung der veränderten elektrischen 

Leitfähigkeit (Konduktometrische Messung). 

- Einleitung des entstehenden C02 in ein mit Bariumperchlorat-Lösung gefülltes Titriergefäß. 

Im Titriergefäß wird das CO2 absorbiert, wodurch die Alkalität der Lösung sinkt. Durch elektrolytisch 

erzeugtes Ba(OH)2 wird automatisch auf den pH-Ausgangswert der Lösung 

zurücktitriert. Die verbrauchte Elektrizitätsmenge ist gemäß den FARADAYschen Gesetzen 

eine entsprechende Meßgröße für den Kohlenstoffgehalt der Probe (coulometrisches 

Verfahren). 

5.2.2 Aufgabe 

Bestimmung des Kohlenstoff- und Humusgehaltes von Bodenproben aus verschiedenen 

Horizonten nach dem coulometrischen Verfahren 


Vor Beginn der Messung muss das Gerät auf Funktionstüchtigkeit überprüft werden. Das 

geschieht durch Messen einer Probe mit reinem CaCO3 (12% C). Man wiegt ca. 10 mg 

CaCO3 in einem Keramikschiffchen ein. Der berechnete C-Gehalt sollte zwischen 11,6 und 

12,2 % liegen. Sodann können die Bodenproben gemessen werden. 

Die Einwaagen bei den Bodenproben sind so zu wählen, dass die gemessenen Impulse 

zwischen 1000 und 8000 Counts liegen. Für jede Probe werden 2 Wiederholungen 

gemessen. Ca. 50-200 mg (je nach erwartetem C-Gehalt des Bodens) luftgetrockneter und 

gemörserter Boden werden in einem Keramikschiffchen eingewogen und in den Verbrennungsofen 

des C-Analysators eingeschoben. Die Schiffchen wurden vor der Benutzung 

im Muffelofen bei 1000° C geglüht, um eventuell anhaftende C-haltige Substanzen zu 

oxidieren. Der in der Probe enthaltene Kohlenstoff wird dann bei etwa 1350° C unter 02- 

Zufuhr vollständig zu CO2 verbrannt. Der gemessene Wert entspricht dem Gesamt-C-Gehalt 

der Probe, sofern kein anorganischer Kohlenstoff (Carbonat-C) in der Probe enthalten war. 

Nur dann entspricht der Gesamt-C-Gehalt dem Corg.-Gehalt.

58 Gehalt des Bodens an organischer Substanz und biologische Umsetzungsrate 


Die durch die automatische Rücktitrierung auf den pH-Ausgangswert verbrauchte 

Elektrizitätsmenge wird digital auf der Anzeige angegeben. Dabei entspricht jeder 

Zählwerkschritt 3,2 Millicoulomb (= 2 x 10 -7 g C). Für eine beliebige Einwaage gilt: 

% Kohlenstoff = (Impulse * 0,02/Einwaage (mg)). Der Faktor 0,02 bezieht sich auf die volle 

Gasmenge (100%). Bei geteilter Gasmenge (10%) wird der Faktor 0,2 verwendet. 

Berechnung von Humusgehalt und -menge: 

Boden 

Einwaage 

(mg) 

Counts 

(%) C 

٭Horizontmächtigkeiten werden angegeben 

C-Menge 

(t ha -1 )٭ 

Hu. -Gehalt (%) Hu. -Menge 

(t ha -1 )٭ 

5.3 Biologische Umsetzungsrate: Adsorptionsmethode 

nach Isermeyer 

5.3.1 Prinzip der Methode 

Bei der C02-Bestimmung nach Isermeyer wird das sich im Boden entwickelnde und aus ihm 

austretende CO2 in einer Lauge (Barythlauge) quantitativ absorbiert. Man schließt dazu einen 

bestimmten Teil der zu untersuchenden Bodenoberfläche unter einer Auffang-Glocke ab, in 

welcher sich ein Gefäß mit einer bestimmten Menge Lauge befindet. Nach einer definierten 

Zeit wird die Glocke entfernt und die aufgefangene Menge C02 durch Titrieren bestimmt. (Lit.: 

Isermeyer, Z. Pflanzenernaehr. Düngg. Bodenkde. 56, 1952). 


Man füllt mit einer 50 ml Vollpipette 50 ml 0,1 N Ba(OH)2 in eine 100 ml-Weithals- 

Standflasche. Die Flasche wird auf die Bodenprobe gestellt. Sodann wird eine 

Membranpumpe über ein Einleitungsrohr mit Sprudelstein angeschlossen. Der Boden mit 

wird zusammen mit Flasche und Pumpe mit einer transparenten Glocke abgedeckt. Danach 

wird die Pumpe eingeschaltet. Da auch aus der Luft CO2 in die Laugenvorlage gelangt, ist die 

Bestimmung eines Blindwertes erforderlich. Dazu gibt man nochmals 50 ml 0,1 N Ba(OH)2 in 

eine 100 ml-Weithals-Standflasche und setzt dieses Referenzgefäß der Laborluft aus. 

Nach 60 Minuten wird die Glocke entfernt und die Laugenvorlage sofort nach Überführen in 

einen 250 ml Erlenmeyerkolben mit 0,1 N HCl gegen Phenolphtalein als Indikator mit Hilfe 

einer Bürette titriert. Auch die Titration des Blindwertes erfolgt nach 60 Minuten. 

5.3.3 Berechnung 

Die entwickelte Menge CO2 pro Flächen- und Zeiteinheit kann berechnet werden aus der 

Menge an titrierter HCl abzüglich des Blindwertes:

Gehalt des Bodens an organischer Substanz und biologische Umsetzungsrate 59 

a) Angabe in mg C m –2 h –1 : 

MCO2 (mg C m –2 h –1 ) = WC * F * XHCl/CO2 * ∆ HCl 

mit MCO2 entwickelte Menge CO2 pro Flächen- und Zeiteinheit 

WC Atomgewicht von C = 12 

F Umrechnungsfaktor auf m² = 10000/683.5 

XHCl/CO2 Molverhältnis HCl/CO2 = 0.5 

∆ HCl Differenz Messung–Blindwert Differenz im ml 

b) Umrechnung in t C ha -1 a -1 


MCO2 (t C ha -1 a -1 ) = MCO2 (mg C m –2 h –1 ) * F2 * F3 * F4 * F5 

mit MCO2 entwickelte Menge CO2 pro Flächen- und Zeiteinheit 

F2 Umrechnungsfaktor m 2 → ha = 10 4 

F3 Umrechnungsfaktor mg → t = 10 -9 

F4 Umrechnungsfaktor h → a = 8760 

= 0.5 

F5 Temperaturkorrektur 

nach van’t Hoff 20 0 C → 10 0 C 

Versuchen Sie, einen Schätzwert für den Jahresumsatz zu erhalten. Welche Beziehung hat 

dieser Wert zur C-Menge eines humosen Oberbodens (z.B. Ap- bzw. Ahe-Horizont)? 

Entsorgung: Die Bariumlösungen sind in einer gesonderten Bariumabfallflasche zu sammeln 

und nicht in den Ausguss zu geben.

60 pH-Wert, Kalkbedarf und elektrische Leitfähigkeit 

Versuch 6: pH-Wert, Kalkbedarf und elektrische 

Leitfähigkeit 

6.1 Bestimmung des pH-Wertes 

6.1.1 Grundlagen 

Für alle wässrigen Lösungen (Säuren, Laugen, Wasser) gilt, dass das Produkt aus der 

Konzentration an H -Ionen und OH- -Ionen bei einer definierten Temperatur konstant ist. Die 

Größe dieses Ionenproduktes von Wasser ist bei 22° C: 

(H + ) * (OH – ) = 10 -14 (mol l -1 ) 2 

Die Wasserstoff-Ionenkonzentration wird als pH-Wert ausgedrückt. Aufgrund des 

logarithmischen Charakters des pH-Wertes ergeben sich Besonderheiten, die beachtet 

werden müssen. 

1) Das Ionenprodukt des Wassers ist in der logarithmischen Schreibweise eine Summe: 

pH + pOH = 14 

2) In neutralen Lösungen sind die H-Konzentrationen und die OH-Konzentrationen 

gleich: 

(H + )=10 -7 mol l -1 pH = 7 

(OH - )=10 -7 mol l -1 pOH = 7 

3) Je größer der pH-Wert ist, umso niedriger ist die H + -Konzentration und umgekehrt. 

Bei einem pH < 7 ist die Lösung sauer, bei pH > 7 ist sie basisch. 

4) Die H + -Konzentration nimmt um den Faktor 10 bzw. 100 zu, wenn der pH-Wert um 1 

bzw. 2 abnimmt. 

Böden sind Austauschsysteme. Der pH-Wert ist eine wichtige und häufig benutzte Größe zur 

Kennzeichnung des aktuellen Zustandes dieser Systeme. Die Kenntnis des pH-Wertes 

ermöglicht Rückschlüsse auf die Genese von Böden sowie auf Standorteigenschaften und ist 

Planungsgrundlage für Düngungs- und Meliorationsmaßnahmen. 

6.1.2 Prinzipien der Bestimmung 

a) Kalorimetrische Bestimmung 

Bestimmte Farbstoffe (Indikatoren) zeigen oberhalb und unterhalb eines für den jeweiligen 

Farbstoff charakteristischen pH-Wertes unterschiedliche Farben. Einzeln oder in Kombination 

mit der zu messenden Lösung oder Suspension vermischt, erlauben die entstehenden 

Farbtöne eine annähernde Bestimmung des pH-Wertes. 

b) Potentiometrische Bestimmung (wird im Praktikum angewendet !) 

Das Prinzip der pH-Messung besteht darin, dass man eine auf pH 7 gepufferte und von einer 

Glasmembran eingeschlossene Lösung (Innenpuffer) in eine Messlösung taucht. Ist die H + - 

Konzentration zwischen Innenpuffer und Messlösung unterschiedlich, so entsteht an der 

Glasmembran eine elektrische Spannung zwischen den Phasengrenzen Glasmembran/

pH-Wert, Kalkbedarf und elektrische Leitfähigkeit 61 

Innenlösung und Glasmembran/Außenlösung. Diese Spannung ist der H + -Ionenkonzentration 

bzw. dem pH-Wert proportional. 

Als Suspensionsmittel werden destilliertes Wasser (pH Wasser) und 0,01 M CaCl2-Lösung 

verwendet (pH CaCl2). Die in dest. Wasser gemessenen pH-Werte liegen höher als die pH- 

Werte in Salzlösung, da bei letzterer ein Austausch von Kationen gegen H + -Ionen der 

Austauscher eintritt. Somit wird ein Teil der an den Kationenaustauschern gebundenen H + - 

Ionen mit erfasst, was den längerfristigen Vorgängen im Boden am nächsten kommt. 

6.1.3 Durchführung der potentiometrischen pH-Bestimmung 

10,00 g lufttrockenen Bodens werden zweimal in Schüttelgefäßen eingewogen. Eines der 

Gefäße wird mit 25 ml dest. Wasser versetzt, das andere mit 25 ml 0,01 M CaCl2-Lösung. Die 

Proben werden nun alle 10 Minuten kurz von Hand aufgeschüttelt. Nach 1 Stunde wird der 

pH-Wert direkt mit der pH-Elektrode und die Temperatur mit einem Temperaturfühler (PT 

100) gemessen. Der Fehler dieser Bestimmung liegt etwa bei +/- 0,1 pH. 

Vor der Benutzung des pH-Meters ist unbedingt zu beachten: 

1) Das Phasengrenzpotential ist temperaturabhängig. Die Temperatur wird über den 

Temperaturfühler gemessen und die Messung wird automatisch korrigiert. 

2) Vor der Benutzung ist das Gerät mit Hilfe von Pufferlösungen bekannten pH-Wertes 

zu kalibrieren. Hierbei wird mit den Kalibrierpuffern pH 7,0 und pH 4,6 die "Steilheit" 

der Elektrode und „offset“ automatisch eingestellt. Dies ist bereits geschehen! 

3) Nach jeder Messung ist die Glaselektrode gründlich mit dest. Wasser abzuspülen. 

4) Die Nachfüllöffnung für den Elektrolyten der Bezugselektrode muss während der 

Messung geöffnet sein. 

Die nachfolgend aufgeführte Tabelle gibt die anzustrebenden pH-Werte für Acker- und 

Grünland in Abhängigkeit vom Ton- und Humusgehalt an (nach LUFA Oldenburg, 1979). 

Die Kenntnis des pH- (CaCl2-) Wertes sowie des anzustrebenden pH-Wertes gibt jedoch 

keinen Hinweis darauf, wie die zum Erreichen dieses pH-Wertes notwendige Kalkmenge 

exakt zu bemessen ist (siehe hierzu Aufgabe 7!).


Tab. 8: Anzustrebende pH-Werte von Acker- und Grünland in Abhängigkeit vom Ton- und 

Humusgehalt (pH in 0,01 M CaCl2 und % CaCO3, nach LUFA Oldenburg, 1979). 

Humusgehalt in Gew.% 

%Ton Bodenart 0-4 4,1-8 8,1-15 15,1 30,1-60 60,1– 

(h) h sh a H H 

Acker, Böden außer Marsch 

0 - 5 S 5,5 5,5 5,0 4,5 4,0 4,0 

5, 1-12 l’S, t’U 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 4,0 

12,1-17 lS, tU 6,5 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 

17,1-25 sL,t’U 6,8 6,5 6,0 5,5 4,5 4,0 

25,1-35 t’L,uT 

0,2% 

CaCO3 

6,8 6,8 6,0 5,5 4,5 4,0 

0,4% 0,2% 

CaCO3 CaCO3 

35,1- tL,uT,T 6,8 6,8 6,0 5,5 4,5 4,0 

Acker, Marsch (entkalkt*) 

1,0% 

CaCO3 

0,4% 

CaCO3 

0 - 5 S 5,5 5,5 5,0 4,5 4,0 4,0 

5,1-12 l’S, t’U 6,5 

12,1-17 lS, tU 6,8 6,5 6,0 5,0 4,5 4,0 

17,1-25 sL,t’U 

0,4% 

CaCO3 

6,8 6,8 6,5 5,5 4,5 4,0 

0,7% 0,3% 

CaCO3 CaCO3 

25,1-35 t’L,uT 6,8 6,8 6,5 5,5 4,5 4,0 

1,0% 0,5% 

CaCO3 CaCO3 

35,1- tL,uT,T 6,8 6,8 6,5 5,5 4,5 4,0 

1,3% 0,7% 

CaCO3 CaCO3 

*) Auf nicht vollentkalkten Marschen sind um 50% höhere Kalkgehalte erstrebenswert 

Grünland 

0 - 5 S 5,0 5,0 5,0 4,5 4,5 

5,1-12 l’S, t’U 5,5 5,0 5,0 4,5 4,5 

12,1-17 lS, tU 6,0 5,5 5,0 4,5 4,5 

17,1- sL,t’U 

t’L,uT tL,T 

6,5 6,0 5,5 5,0 4,5

pH-Wert, Kalkbedarf und elektrische Leitfähigkeit 63 

6.2 Bestimmung des Kalkbedarfs 

6.2.1 Grundlagen: 

Diese Bestimmung wird in der Praxis durchgeführt, um dem Landwirt Ratschläge über die 

Höhe evtl. Kalkgaben erteilen zu können. Andererseits lassen die Ergebnisse aber auch 

Aussagen über das Pufferungsvermögen der einzelnen Böden zu. Dieses ist abhängig vom 

Gehalt an organischer Substanz und vom Tongehalt. 

6.2.2 Prinzipien der Bestimmung: 

a) Elektrochemische Neutralisation (Methode Jensen) 

Durch Zugabe steigender Mengen einer Ca(OH)2- oder KOH-Lösung zum Boden wird die 

Bodenacidität nach und nach neutralisiert. Bestimmungsgröße ist der pH-Wert der einzelnen 

Suspensionen. Die graphische Darstellung des Zusammenhanges von pH und Ca(OH)2-bzw. 

KOH-Menge wird als Pufferungskurve bezeichnet. Aus ihr lässt sich der Kalkbedarf des 

betreffenden Bodens berechnen. 

b) Methode nach Schachtschabel (im Praktikum angewendet!) 

Empirisch ist eine Korrelation gefunden worden zwischen den nach dar Methode Jensen 

ermittelten Kalkbedarfswerten und dem pH-Wert einer Suspension des Bodens mit l n Ca- 

Acetatlösung. Bei einer Bodensuspension mit Ca-Acetat läuft folgende Reaktion ab: 

(1) (Boden) 2H + + Ca(CH3COO)2 Ca ++ (Boden) + CH3COOH 

Je höher die H + -Konzentration des Bodens ist, umso mehr Protonen werden durch Ca ++ 

ausgetauscht und im Acetat (schwache Säure) gebunden. Dadurch steigt der pH-Wert der 

Suspension. 

Der Unterschied zur Suspension des Bodens mit CaCl2 

(2) (Boden) 2H + + CaCl2 Ca ++ (Boden) + 2 HCl 

liegt darin, dass bei der Reaktion (1) das Reaktionsgleichgewicht sehr viel stärker nach rechts 

verschoben ist als bei Reaktion (2), da Acetat eine schwach dissoziierende Säure ist. Daher 

kann Ca-Acetat mehr Protonen austauschen als CaCl2. 

6.2.3 Durchführung der Methode nach Schachtschabel 

10,00 g Boden werden in eine 100 ml PE-Weithalsflasche mit 25 ml 1 n Ca-Acetatlösung am 

Vortag versetzt, gut umgeschüttelt und über Nacht stehengelassen. Nach erneutem 

Umschütteln wird der pH-Wert der Suspension gemessen und aus diesem Ergebnis sowie 

aus dem bereits bekannten pH- (CaCl2-) Wert anhand der folgenden Tabelle die notwendige 

Kalkmenge ermittelt:


Tab. 9: Notwendige Kalkmenge für Oberböden (0 - 20 cm, nach Thun, Herrmann, Knickmann, 

1955; zit. in Finck, 1979). 

potent H- 

Wert 

mval/ 

Acidi- 100g 

tät(Ac 

e- 

Kalkung mit dt/ha CaO* bei 

tat- pH-Ziel=7 pH-Ziel=6,5 pH-Ziel=6,0 pH-Ziel=5,5 pH-Ziel=5,0 

pH) 

pH des Bodens* pH des Bodens* pH des Bodens* pH des Bodens* 

5,7-5,4 4,9- 4,2 3,7- 

6,2 6,0 5,5 5,0

Nährstoffgehalt und -Verfügbarkeit 65 

Versuch 7: Nährstoffgehalt und -Verfügbarkeit 


Zweck und Möglichkeiten der chemischen Boden-Analyse 

Von einer chemischen Boden-Untersuchungsmethode auf pflanzenverfügbare Nährstoffe wird 

einerseits verlangt, dass durch sie die kurz- sowie längerfristige Versorgung der Pflanzen 

angezeigt wird, andererseits, dass sie schnell und einfach ausführbar ist. Zumeist wird eine 

bestimmte Bodenmenge mit einem abgemessenen Volumen einer geeignet erscheinenden 

Lösung einmal geschüttelt. Daraufhin werden die in Lösung gegangenen Nährstoffe 

gemessen. Diese Menge stellt bei leicht löslichen Salzen den Gesamtgehalt des Bodens dar. 

Bei schwer löslichen Salzen, austauschbar adsorbierten Ionen oder chemisch mit dem 

Extraktionsmittel reagierenden Stoffen wird die gelöste Menge durch ein Lösungs-, 

Austausch- oder Reaktionsgleichgewicht bestimmt, vorausgesetzt, der Zeitraum für den 

Boden-Lösungs-Kontakt ist ausreichend. Bei zu kurzer Reaktionszeit kann ein Ungleichgewicht 

bestehen. 

Faktoren, welche die Extrahierbarkeit beeinflussen 

N: In nicht stark sauren und nicht anoxischen Böden wird aller mineralischer Stickstoff schnell 

- 

nitrifiziert. Das Reaktionsprodukt NO3 wird praktisch nicht adsorbiert und bildet keine 

schwerlöslichen Verbindungen. Es liegt bei allen normalen Boden-Wassergehalten als 

gelöstes Salz vor. Die Speicherfähigkeit des Bodens für Nitrat hängt somit wesentlich von der 

Wasser-Speicherfähigkeit ab. 

K: Das K -Ion unterliegt dem Ionenaustausch, wobei aber charakteristische Anomalitäten 

auftreten, d.h. von aufgeweiteten Schichtsilikaten mit hoher Schichtladung (3-Schicht- 

Tonminerale) wird es in mehr oder weniger schwer austauschbarer Form "fixiert". Zerstörung 

der Austauscher mit Säuren erhöht die Extrahierbarkeit. 

Extrahierbarkeit und Pflanzenverfügbarkeit: 

Die Beziehung zwischen der extrahierten Nährstoffmenge und der Pflanzenaufnahme hängt 

davon ab, wie gut die Wirkung der Extraktionslösung mit dem Aufschlußvermögen der 

Pflanzenwurzeln übereinstimmt. Doch selbst im Idealfall ist kein unmittelbarer Zusammenhang 

zu erwarten, da das chemische Verhalten des Nährstoffs nur einen Faktor von 

vielen bei der Aneignung durch die Pflanzen darstellt. Es sind viele unterschiedliche 

Extraktionsmethoden in der Nährstoffuntersuchung angewandt worden und teils noch in Gebrauch. 

Die Ergebnisse lassen sich nur vernünftig auswerten, wenn man die chemischen 

Eigenschaften und die Bindungsform eines Nährstoffs im Boden sowie seine chemischen 

Reaktionen mit der Extraktionslösung und die Einflüsse anderer Bodeneigenschaften 

berücksichtigt.

66 Nährstoffgehalt und -Verfügbarkeit 

7.2 Aufgabe 

Es sollen 2 Böden (humoser Sand und lehmiger Sand) mit 3 Lösungen extrahiert und die 

Ergebnisse interpretiert werden. 

7.3 Durchführung 

A. Extraktion 

20,00 g Boden werden in eine 250 ml PE-Flasche eingewogen und 1 Spatelspitze Aktivkohle 

zugegeben. Mit einem Messzylinder werden 200 ml Extraktionslösung zugegeben. Danach 

werden die Proben liegend 20 min (120 U/min) auf der Schüttelmaschine geschüttelt. 

Anschließend werden die Proben in 250 ml Erlenmeyerkolben filtriert. Dazu gibt man vorher in 

die Faltenfilter (595 ½ S&S) einen gehäuften Löffel geglühten (1000 0 C) und gewaschenen 

(dest. Wasser) Quarzsand (gS). Das Filtrat wird anschließend mit der entsprechenden 

Extraktionslösung auf 250 ml aufgefüllt und homogenisiert. Von jeder Extraktionslösung ist 

auch ein Blindwert zu bestimmen. 

Lösungen: I Dest. Wasser 

II 0,05 m CaCl2 

III 0,05 m H2S04 

B. Bestimmung des mineralischen Stickstoffs 

50 ml des Filtrats werden in 250 ml-Destillierkolben einpipettiert und eine Spatelspitze 

Devardalegierung zugesetzt. Der Kolben wird an die Destillationsapparatur angesetzt und die 

Vorlage von 25 ml 1 %ige H3B03 mit 10 Tropfen Tashiro-Indikator wird unter das 

Gaseinleitungsrohr gestellt. Es ist darauf zu achten, dass das Gaseinleitungsrohr in die 

Lösung eintaucht. Danach lässt man 25 ml 5 %ige NaOH aus dem Tropftrichter in die 

Extraktionslösung laufen. Die Verbindung vom Wasserdampf zur Extraktionslösung wir jetzt 

solange geöffnet, bis in der Vorlange ca. 80 ml Destillat vorhanden ist. Nach Beendigung der 

Destillation ist zunächst die Vorlage, dann der Kolben mit der mit der Extraktionslösung zu 

entfernen und schließlich die Verbindung zum Wasserdampf zu unterbrechen (Vorsicht, 

Verbrühungsgefahr!). 

Entsorgung: Die Extraktionslösungen aus dem Rundkolben (NaOH/Devardalegierung) sind 

gesondert in einem Abfallkanister für Laugen zu sammeln. Bitte nicht in den Ausguss 

gelangen lassen! 

Die Destillate werden mit 0,02 n HCl bis zum Umschlag von grün nach violett titriert und die 

verbrauchte HCl-Menge abgelesen. 

Berechnung des N-Gehaltes: 

mg N = verbrauchte HCl (ml) minus Blindwert * Normalität (HCl) * Atomgewicht N 

C. Kalium-Bestimmung 

Die Filtrate werden unmittelbar unter die Ansaugkapillare des Flammenphotometers gehalten 

und die Anzeige abgelesen. Zuvor wird das Gerät mit zwei Standards aus der Standardreihe 

(low/high) auf Funktionstüchtigkeit überprüft (0,5 und 20,00 mg K l -1 ). 

Standardreihe: 0,5/1,0/2,0/4,0/6,0/10,0/15,0/20,0 mg K l -1 

Wenn die Abweichung > 5% ist, ist eine neue Standardreihe aufzunehmen.

Nährstoffgehalt und -Verfügbarkeit 67 

Umrechnung von mg l -1 auf mg 100 g -1 Boden: 


Schüttellösung 

(ml) 100g mg 

l 

1000 ml Einwaage (g) 100g Boden 

- 

⋅ 

⋅ ⋅ 

= 

(18) 

⋅ 

mg 1 

Stellen Sie die Ergebnisse für beide Böden in geeigneter Weise tabellarisch zusammen; 

Erklären Sie im Protokoll, warum von Extraktionsmittel zu Extraktionsmittel so 

unterschiedliche relative Veränderungen der extrahierten Nährstoffe auftreten! Welchen 

Einfluss hat die Art des Bodens darauf?

68 Austauschbare Kationen und Austauschkapazität 

Versuch 8: Austauschbare Kationen und 

Austauschkapazität 


Böden enthalten adsorptiv gebundene Kationen, von denen Ca, Mg, Na, Al und H 

mengenmäßig bedeutsam sein können. Durch Kontakt der Festsubstanz eines Bodens mit 

einem Elektrolyten, z.B. beim Perkolieren einer Salzlösung, können adsorbierte Ionen einer 

Art durch solche einer anderen Art ausgetauscht werden. Sie können dann in der 

Gleichgewichtslösung bzw. im Perkolat nachgewiesen und quantitativ bestimmt werden. Von 

bodenkundlichem Interesse sind die Art und Menge sowie die Mengenverhältnisse der 

austauschbar adsorbierten Kationen, da diese die chemischen und physikalischen 

Bodeneigenschaften beeinflussen und häufig Aufschluß über die Bodenentwicklung geben. 

Aus dem Austauschverhalten eines Bodens gegenüber bestimmten Kationen lassen 

sich außerdem Rückschlüsse auf die Art und den Zustand der Austauscher ziehen. 

Die wichtigsten Zusammenhänge sollen in zwei Versuchen erarbeitet werden. 

8.2 Technik der Versuchsanstellung 

Für diese Versuche werden Proben in Zentrifugenbechern eingewogen. Daraufhin wird der 

Boden mit frischer Lösung einer Ionenart, die der Boden anfangs nicht enthält, versehen. 

Nach kräftigem Schütteln mit der Hand und anschließendem Zentrifugieren wird der 

Überstand in einem Meßkolben aufgefangen. Der Vorgang wird mehrfach wiederholt. Damit 

kann praktisch vollständiger Austausch herbeigeführt werden. Die hierfür notwendige Menge 

an Austauschlösung ist ein Erfahrungswert. Das in dem Meßkolben aufgefangene Eluat wird 

bis zur Eichmarke aufgefüllt und umgeschüttelt. Die Bestimmung der einzelnen Kationenarten 

geschieht nach Methoden der analytischen Chemie. 

8.3 Durchführung 

Es sollen die durch Ionenaustausch freisetzbaren Mengen an Ca, Mg, K, Na und Al sowie 

deren Summen, die Kationen-Austauschkapazität, bestimmt werden. Eine 5,00 g Bodenprobe 

wird im Zentrifugenbecher mit 25 ml 0,2 n BaCl2 als Austauschlösung von Hand 

aufgeschüttelt und anschließend zentrifugiert. Der Überstand wird in einem 100 ml- 

Messkolben aufgefangen. Dieser Vorgang wird 3 mal wiederholt. Der Messkolben wird 

aufgefüllt und homogenisiert. Anschließend werden ca. 10 ml Extraktionslösung durch einen 

0,45 µm Zellulose-Nitrat-Membranfilter in ein Autosampler-Probengefäß gedrückt.

Austauschbare Kationen und Austauschkapazität 69 

8.4 Bestimmung von K, Na, Ca, Mg und Al 

Die Bestimmung von K, Na, Ca und Mg erfolgt im Atom-Absorptionsspektrometer (AAS). Die 

Standardreihe steht zur Verfügung. 


Aus der Konzentration des Elements in der Lösung wird unter Berücksichtigung des 

Perkolatvolumens und der Bodeneinwaage sein Gehalt in mval 100 g -1 Boden berechnet: 

8.4.2 Bestimmung von Al 

ml Lösung 100g mg 

mg l 

; 

1000 ml Einw.(g) 100g Bd. 

1 − 

⋅ 

⋅ 

= 

⋅ 

mg 

Atomgewicht 

mval 

⋅ Wertigkeit = 

100g Bd. 

50 ml der Extraktionslösung werden mit einer Vollpipette in einen 250 ml Erlenmeyerkolben 

pipettiert und mit 0,02 N NaOH gegen Phenolphtalein als Indikator bis zum Farbumschlag 

nach Rosa titriert. 


Bei der Titration entspricht die verbrauchte Laugenmenge einer äquivalenten Menge Al. 

Multiplikation der Milliliter NaOH mit 0,02 (Normalität) ergibt mval 50 ml -1 Perkolat, weitere 

Multiplikation mit 2 (Aliquot) und 20 (Probengewicht) mval 100 g -1 Boden. 

Angabe: K, Na, Ca, Mg und Al in mval 100 g -1 . 

8.4.4 Auswertung: 

Die Summe aus K, Na, Ca, Mg und Al entspricht der Austauschkapazität in mval 100 g -1 

Boden. Stellen Sie die Ergebnisse in geeigneter Form (tabellarisch) zusammen. 

Entsorgung: Die Bariumlösungen sind in einer gesonderten Bariumabfallflasche zu sammeln. 

Sie dürfen nicht in den Ausguss gelangen! 

(19)

Bodenkundliches Praktikum I - Bodenkunde und Bodenphysik ...

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