Die integrale Suspensions-Druck-Methode (ISP) -- ein neues Verfahren zur präzisen und automatisierten Schlämmkornanalyse

Die Schlämmkornanalyse ist ein Verfahren, um die Partikelgrößenverteilung von Böden in der Schluff- und Tonfraktion zu bestimmen. Hierbei wird auf Grundlage des Stokes'schen Gesetzes die Partikelgröße aus der Absetzgeschwindigkeit in einer wässrigen Suspension abgeleitet. Bisher gab es zwei etablierte Methoden zur Schlämmkornanalyse: das Pipettverfahren und das Aräometerverfahren. Beide Verfahren beruhen darauf, die zeitliche Änderung der Partikelkonzentration oder Dichte der Suspension in einer bestimmten Tiefe innerhalb der Suspension zu messen. Wir haben eine neuen Methode entwickelt, die auf einer Druckmessung in der Suspension in einer ausgewählten Tiefe basiert. Dieser Druck ist ein integrales Maß für alle Partikel in Suspension oberhalb der Meßtiefe. Wir simulieren die Druckabnahme aufgrund des Absetzens von Partikeln als Funktion der Partikelgrößenverteilung und versuchen durch Variation der Verteilungsparameter eine bestmögliche Anpassung an die Messdaten zu erreichen (inverse Simulation mit globaler Optimierung). Die neue Methode liefert die Partikelgrößenverteilung in sehr hoher Auflösung. Die experimentelle Realisierung vermeidet im Gegensatz zu Pipett- und Aräometermethode jegliche Störung durch den Messvorgang. Eine Sensitivitätsanalyse für verschiedenen Materialien zeigt, dass das Verfahren die Schlufffraktionen präzise bestimmt. Bei Vorgabe von Sandfraktionen aus der Siebung ist entsprechend auch die Schätzung der Tonfraktion sehr genau

Test des neuen PARIO-Gerätes zur automatisierten Schlämmkornanalyse auf Basis der ISP-Methode

Die Partikelgrößenverteilung ("particle size distribution", PSD) kennzeichnet eine der wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Böden. Das Referenzverfahren zur Bestimmung des PSD beruht auf der durch Gravitation bedingten Sedimentation von Partikeln in einer anfänglich homogenen Suspension. Herkömmliche Methoden messen manuell (i) den Auftrieb eines schwimmenden Körpers in der Suspension zu verschiedenen Zeiten (Aräometer-Methode) oder (ii) die Feststoffmasse in extrahierten Suspensionsvolumina zu vorgegebenen Zeiten (Pipett-Methode). Beide Verfahren führen zu einer Störung des Sedimentationsprozesses und liefern nur wenige diskrete Daten der PSD. Durner et al. (2017) haben kürzlich eine neue automatisierte Methode zur Bestimmung der Partikelgrößenverteilung von Böden und Sedimenten aus Gravitationssedimentation enwickelt. Das "Integrale Suspensiondruckverfahren" (ISP) schätzt kontinuierliche Partikelgrößenverteilungen aus Sedimentationsexperimenten, indem die zeitliche Entwicklung des Suspensionsdrucks bei einer bestimmten Meßtiefe in einem Sedimentationszylinder aufgezeichnet wird. Das Verfahren erfordert keine manuelle Interaktion nach dem Start und somit keine spezialisierte Ausbildung des Laborpersonals und vermeidet jegliche Störung des Sedimentationsprozesses. Die Technik zur Durchführung dieser Experimente wurde von der Firma UMS AG, München, entwickelt und steht als Instrument mit der Bezeichnung PARIO zur Verfügung, das von der METER Group AG gehandelt wird. In diesem Vortrag wird die grundlegende Funktionsweise von PARIO aufgezeigt und Schlüsselkomponenten und Parameter der Technologie erläutert

Bodenhydrologische Untersuchungen in verschiedenen Skalen für eine nachhaltige Landwirtschaft (Langfassung)

Eine umfassende Analyse von interaktiven Prozessen zwischen Boden, Wasser, Pflanze, Tiere und Atmosphäre für eine nachhaltige Landwirtschaft erfordert Kenntnisse von hydrologischen Parametern und Prozessen in unterschiedlichen Skalen. Methoden und Ergebnisse aus bodenhydrologischen Studien in Nordostdeutschland werden vorgestellt. Die Untersuchungen erfolgten im Labor, Lysimeter, Feld und Einzugsgebiet

Bodenhydrologisches Mikrosystem (BODMI). Teilprojekt: Bodenhydrologisches Steuerungssystem Abschlussbericht

Available from TIB Hannover: DtF QN1(71,19) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekSIGLEBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman

High-resolution estimation of the water balance components from high-precision lysimeters

Lysimeters offer the opportunity to determine precipitation, evapotranspiration and groundwater-recharge with high accuracy. In contrast to other techniques, like Eddy-flux systems or evaporation pans, lysimeters provide a direct measurement of evapotranspiration from a clearly defined surface area at the scale of a soil profile via the built-in weighing system. In particular the estimation of precipitation can benefit from the much higher surface area compared to typical raingauge systems. Nevertheless, lysimeters are exposed to several external influences that could falsify the calculated fluxes. Therefore, the estimation of the relevant fluxes requires an appropriate data processing with respect to various error sources. Most lysimeter studies account for noise in the data by averaging. However, the effects of smoothing by averaging on the accuracy of the estimated water balance is rarely investigated. In this study, we present a filtering scheme, which is designed to deal with the various kinds of possible errors. We analyze the influence of averaging times and thresholds on the calculated water balance. We further investigate the ability of two adaptive filtering methods (the Adaptive Window and Adaptive Threshold filter (AWAT-filter) (Peters et al., 2014) and the consecutively described synchro-filter) in further reducing the filtering error. On the basis of the data sets of 18 simultanously running lysimeters of the TERENO SoilCan research site in Bad Lauchstädt, we show that the estimation of the water balance with high temporal resolution and good accuracy is possible