Einsatz von TDR bei der Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit von Böden in Abhängigkeit von Wassergehalt, Ionenzusammensetzung und Ionenkonzentration : Methoden zur Bodenfeuchte-Erfassung
Die eingesetzte TDR-SS-Methode liefert als Meßergebnis die apparente Dielektrizitätskonstante und den spezifischen Widerstand einer Sonde. Unter Verwendung einer geeigneten Übertragungsfunktion ist es möglich den volumetrischen Wassergehalt mit einem Standardfehler von absolut 0.01 cm3/cm3 zu ermitteln. Die Ableitung der elektrischen Leitfähigkeit des Bodens aus der spezifischen Widerstandsmessung erfordert eine Kalibrierung der Sonden über Referenzmessungen in Lösungen bekannter elektrischer Leitfähigkeit. Zur Ableitung der elektrischen Leitfähigkeit der Bodenlösung wurde 2 Modelle unter Berücksichtigung der Nichtlinearität der elektrischen Leitfähigkeit des Bodens bei unterschiedlichen Wassergehalten entwickelt. Zur Überprüfung der Modelle sind Laborexperimente an 2 Bodenmaterialien durchgeführt worden. Die Messungen erfolgten mit unterschiedlichen Salzarten und Konzentrationen bei variierenden Lagerungsdichten und für unterschiedliche Wassergehalte. Der Testbereich der elektrischen Leitfähigkeit der verwendeten Salzkonzentrationen variierte zwischen 0.05 mS/cm und 25 mS/cm. Die Spanne der Lagerungsdichten betrug 0.6 g/cm3 und die des Wassergehaltes von 0 bis Sättigung. Mit Hilfe der vorliegenden Datenbank sind die Modelle über einen weiten Bereich getestet worden. Modell I erfordert lediglich die experimentelle Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit der trockenen Bodenmatrix. Ist diese bekannt, so kann unmittelbar aus der TDR-SS-Messung auf die Leitfähigkeit der Bodenlösung geschlossen werden. Das Modell 1 liefert bei Sanden hinreichend genaue Ergebnisse, wobei der absolute Standardfehler < 0.05 mS/cm beträgt. Modell 2 benötigt zusätzlich zur elektrischen Leitfähigkeit der trockenen Bodenmatrix die Bestimmung des Transmissionskoeffizienten. Zum Erhalt von T sind Referenzmessungen der elektrischen Leitfähigkeit der Bodenlösung bei bekanntem Wassergehalt durchzuführen, wobei SigmaWC in der Regel lediglich bei hohem Wassergehalt gemessen wird. Die Funktionsparameter a und b können anschließend mittels linearer Regression bestimmt werden. Das Modell 2 liefert bei Sanden Ergebnisse mit einem absoluten Standardfehler von < 0.03 mS/cm. Weiterhin bestehen Unterschiede in der elektrischen Leitfähigkeit der Bodenlösung in Abhängigkeit von den beteiligten Ionenspezies. So zeigen die leichtlöslichen Salze KCl, CaCl2 und K2SO4 im Boden ein gleiches Verhalten. Die Untersuchungen mit dem schwerer löslichem CaSO4 identifizieren bei abnehmendem Wassergehalt eine Abnahme der elektrischen Leitfähigkeit des Bodens und damit ein sättigungs- bzw. löslichkeitsabhängiges Verhalten.
