Dissertation (Metadaten)
Titel (original):Detection and modelling of soil compaction of arable soils: From field survey to regional risk assessment
(übersetzt):Erfassung und Modellierung der Bodenverdichtung ackerbaulich genutzter Böden: Von der Felduntersuchung bis zur regionalen Risikobewertung
 
Autor:Michael Kuhwald ( orcid.org/0000-0003-3346-2888)
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-248112
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:910 Geografie, Reisen
 
Datum der mdl. Prüfung:06.02.2019
 
Referent(in):Prof. Dr. Rainer Duttmann
Korreferent(en) Korreferentin:PD Dr. habil. Joachim Brunotte
 
Beschreibung (original):This thesis focussed on the detection and modelling of soil compaction at different spatial scales. At field scale, fieldwork aimed to analyse and describe the effects of different tillage practices and traffic intensities on the spatial distribution of soil compaction. A one-time inversion tillage was conducted to analyse this measure as a management option to reduce topsoil compaction in conservation tillage. At regional scale, the aim was to develop and apply a new model, which enables a daily assessment of soil compaction risk by considering soil management effects and the dynamic changes of soil properties. The field scale analyses revealed clear patterns of soil compaction depending on the kind of primary tillage practice and traffic intensity as indicated by penetration resistance measurements. Measurements of soil physical properties showed that soil density itself does not allow a functional assessment of soils; i.e. assessment of soil compaction always necessitates the combination of soil density and functionality measurements. The one-time inversion tillage removed the detected dense soil layer in the reduced tilled areas and led to approximately the same soil density as in the continuously conventionally tilled area. The improved soil functionality, which developed during long-term reduced tillage, remained. The SaSCiA-model ("spatially explicit soil compaction risk assessment") was developed to calculate daily soil compaction risk at regional scale by considering soil, weather, crop and machinery information. Spatial crop type information was derived from satellite data and daily soil moisture was calculated by integrating a soil moisture model. SaSCiA was applied to calculate the soil compaction risk on a daily basis for entire years for the two study areas. By considering the dynamic changes of soil moisture, the developed SaSCiA-model enables a detailed spatio-temporal assessment of soil compaction risk, which exceeds all currently available models.
 
(übersetzt):Die vorliegende Dissertation zielte auf die Identifikation und Modellierung der Bodenverdichtung unter Berücksichtigung verschiedener räumlicher Skalen ab. Auf der Feldskala sollten die Auswirkungen verschiedener Grundbodenbearbeitungen und Verkehrsintensitäten auf die räumliche Verteilung der Bodenverdichtung analysiert werden. Anschließend wurde eine einmalige wendende Bodenbearbeitung mit dem Pflug durchgeführt. Auf regionaler Skala war die Entwicklung und Anwendung eines Modells zur täglichen Bewertung des Bodenverdichtungsrisikos unter Berücksichtigung der dynamischen Änderungen der Bodeneigenschaften das Ziel. Die Analysen auf der Feldskala zeigten in Abhängigkeit von der Bodenbearbeitung und der Verkehrsintensität deutliche Muster der Bodenverdichtung, die durch Messungen des Eindringwiderstandes ermittelt wurden. Ergänzende Messungen der bodenphysikalischen Eigenschaften zeigten jedoch, dass der Eindringwiderstand keine funktionale Beurteilung ermöglicht. Die einmalige wendende Bodenbearbeitung mit dem Pflug entfernte die erkannte dichtere Bodenschicht in den reduziert bearbeiteten Flächen. Die verbesserte Bodenfunktionalität blieb jedoch nach dem einmaligen Pflugeinsatz erhalten. Das SaSCiA-Modell ("Spatially explicit Soil Compaction risk Assessment") wurde entwickelt, um das tägliche Bodenverdichtungsrisiko auf regionaler Skala zu berechnen. Dazu wurden Boden-, Wetter-, Pflanzen- und Maschineninformationen berücksichtigt. Räumliche Informationen über die Fruchtarten wurden aus Satellitendaten abgeleitet, die tägliche Bodenfeuchte wurde durch die Integration eines Bodenfeuchtemodells berechnet. Für zwei Untersuchungsgebiete wurde mit SaSCiA das Bodenverdichtungsrisiko für ganze Jahre in täglicher Auflösung berechnet. Durch die Berücksichtigung der dynamischen Veränderungen der Bodenfeuchte ermöglicht das entwickelte SaSCiA-Modell eine detaillierte räumlich-zeitliche Beurteilung des Bodenverdichtungsrisikos, die über alle derzeit verfügbaren Modelle hinausgeht.
 
Schlagworte:soil compaction, soil degradation, modelling, SaSCiA, spatio-temporal
Bodenverdichtung, Bodendegradation, Modellierung, SaSCiA, räumlich-zeitlich
 
Dokumente: