Spannungseinträge unter Holzerntemaschinen und Auswirkungen auf bodenphysikalische Parameter

Riggert, Roland

Auf acht Versuchsstandorten wurden von Oktober 2012 bis April 2014 Überfahrungsversuche mit verschiedenen Forst- und Spezialmaschinen (z. B. John Deere 1270e, Ponsse Buffalo, Rottne F14, EMB Elliator, Hägglunds) in Norddeutschland durchgeführt, um die Auswirkun-gen auf bodenphysikalische Parameter und die technische Befahrbarkeit zu quantifizieren. Zur Auswertung der bodenphysikalischen Parameter wurden Lagerungsdichte (ρB), Vorbelastung (Pv), gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf), Luftleitfähigkeit (kl), Gesamtporenvolumen (GPV) und Luftkapazität (LK) für jeden Standort und jede Maschinenvariante im Vergleich zu einer unbelasteten Referenz analysiert. Die Untersuchungen erfolgten differenziert für die Tiefen 20 cm, 40 cm und 60 cm sowie für unterschiedliche Befahrungsintensitäten (Beprobung z.B. nach der ersten, der fünften und der zehnten Überfahrt). Außerdem sind Spannungsmessungen mit dem Stress State Transducer System (SST) in den genannten Tiefen durchgeführt worden. Die Auswertung der vertikalen Spannungseinträge (σ1) für sich und in Kombination mit Pv geben Auskunft über die Bodenstabilität während der Befahrung. Somit können zusätzlich Aussagen zur technischen Befahrbarkeit an jedem Standort gegeben bzw. abgeleitet werden. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz von Holzerntemaschinen (John Deere 1270e) einen erheblichen Einfluss auf die bodenphysikalischen Parameter hat, welcher besonders von den bodenexternen Faktoren Auflast/Kontaktflächendruck und Befahrungsintensität abhängig ist. Die Auswertung zur Bodenstabilität (Pv/σ1) veranschaulicht, dass je schwerer die Maschine und je häufiger die Überrollung, desto größer und tiefreichender sind die Auswirkungen auf die Bodenstruktur. Die Spannungseinträge der Holzerntemaschinen übersteigen die Eigensta-bilität des Bodens um ein Vielfaches, was bei wiederholter Befahrung in einem Grundbruch resultiert und einen Verlust der technischen Befahrbarkeit nach sich zieht. Als Konsequenz der Befahrung bei besonders feuchten Bedingungen ist eine Homogenisierung der gesamten Bodenstruktur zu beobachten, wie die Versuche mit dem Rottne F14 und die sinkenden Werte von Pv veranschaulichen. Die Spezialmaschine EMB Elliator kann die Spannungseinträge bei gleicher Beladung zur Referenzmaschine um bis zu 65 % reduzieren. Die Versuche mit den Spezial-Bogiebändern zeigen keine positiven Effekte für die bodenphysikalischen Parameter. Jedoch kann zumindest die technische Befahrbarkeit für die Variante Moorband als sicher eingestuft werden. Die Sicherung der technischen Befahrbarkeit und ein geringer Einfluss auf die Bodenfunktionen werden für die Versuche mit den kleineren Maschinen (Hägglunds usw.) beobachtet. Bei den Versuchen zur Wurzelarmierung können keine positiven Effekte des Wurzelgeflechtes zur Spannungsreduktion dokumentiert werden.

From October 2012 to April 2014 wheeling experiments with different forestry machinery (harvester: John Deere 1270e (19 Mg); forwarders: Ponsse Buffalo & Rottne F14 (28 Mg); shredder: New Holland FR 9060 (12 Mg); special tracked machines: EMB Elliator (22 Mg); John Deere 6320, Hägglunds and wood trailer (all about 6 Mg)) were done mainly on Haplic Luvisol, Stagnic Luvisol and Haplic Stagnosol derived from loess. The consequences for physical soil functions and trafficability of skid trails were quantified on eight study sites in Northern Germany. Furthermore bogie tracks and the reinforcement of roots were investigat-ed. To evaluate consequences on physical soil functions undisturbed soil samples were ana-lyzed. Bulk density, precompression stress, saturated hydraulic conductivity, air conductivity, total pore volume and air capacity were determined for every single study site in 20 cm, 40 cm and 60 cm depth and were compared with samples after different number of wheeling (for example after first and fifth wheeling) for each tested machine. In addition stress measure-ments with Stress State Transducer System (SST) were carried out in known depth for every machine variant. Evaluation of stress impacts for itself and in combination with precompres-sion stress of soil are indicators for soil stability and allow a statement for trafficability of skid trails. The results show a considerable impact of forestry machinery on physical soil functions, which is mainly affected by load/ground pressure and number of wheeling. The heavier the machines and the higher the number of wheeling, the higher is the impact on soil functions and the deeper are the consequences on soil structure. The saturated hydraulic conductivity can be characterized as the most sensitive parameter. After first wheeling values of it decrease about 98 % in comparison to an unloaded reference profile. Results for soil stability and de-velopment of stress impacts indicate unstable conditions for every study site. The consequence is a failure of bearing capacity and a loss of trafficability. At wetter conditions a ho-mogenization and a complete destruction of soil structure can be predicted, as tests with Rott-ne F14 confirm. The investigations with special machine EMB Elliator demonstrate, that stress impacts can be reduced about 65 %. Tests with bogie tracks show negative effects for soil functions, but one track (moor-bogie track) is able to reduce stress impacts and to save trafficability. The influence on soil functions of tested smaller machines (John Deere 6320 etc.) is limited to top soil. There are also no negative consequences for trafficability. A rein-forcement of roots and a reduction of stress impacts were not observed, due to the high wheel loads of tested New Holland Fr 9060.

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Riggert, Roland: Spannungseinträge unter Holzerntemaschinen und Auswirkungen auf bodenphysikalische Parameter. 2015.

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