The influence of soil gravel content on compaction behaviour and pre-compression stress

AbstractMany arable soils have significant horizon-specific gravel content levels. Just how these influence compaction behaviour, and in particular precompression stress as an important criterion of a soil's susceptibility to compaction, has yet to be sufficiently clarified. This article is intended to contribute towards answering this question.Firstly, three different fine earths, from the “Clay”, “Silt Loam” and “Sandy Loam” soil texture classes were mixed with staggered proportions (0, 10, 20, 30, 40% by volume) of a quartz gravel (the shape of which was subrounded to rounded, average weighted diameter 6mm). Soil core samplers were filled with the mixtures at a typical density for a natural site. In the case of the 30% by volume variant only, in addition to the quartz gravel an angular to subangular limestone gravel with the same size graduation was also used. The tests were supplemented by 20 samples from a natural site; the gravel content of these varied between 0.1 and 23.5% by volume. All of the disturbed and natural samples were adjusted to a water content at a matric potential of −6kPa. Subsequently, an oedometer test was used to apply loads to them in stages (5–550kPa). Precompression stress was calculated using the resulting stress–bulk density functions.While fine earth bulk density remained constant, the staggered addition of quartz gravel led to an increase in the whole soil density after packing, and thus also to a vertical shift in overall stress–bulk density functions. However, the stress–density functions of the fine earth do show that the overall compaction of fine earth decreased as gravel content increased. In the case of low gravel content levels of no more than 10% by volume, the increase in precompression stress (log) in the disturbed samples was, on the whole, very low. In the disturbed samples, however, as gravel content increased precompression stress (log) increased exponentially. Contrary to this, a continuous linear increase in precompression stress (log) could be observed with increasing gravel content in the natural samples. The angular to subangular shape of the gravel only resulted in greater precompression stress (log) in the “Silt Loam”.At gravel-rich sites, gravel content influences soil compaction behaviour and precompression stress very strongly. For this reason, it is essential that it be considered when assessing such sites' risk of compaction damage

Die Stauchbarkeit von gegossenem Zink in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen Stauchrichtung und Hauptwachstumsrichtung der Kristalle

The compressibility of cast zinc-plates was measured under the drop hammer in temperatures between 20 and 400 degrees C. When perpendicularly compressed this material offers a resistance against deformation by several times higher than when compressed parallel or inclined by 45 degrees to the plain of plate. This observation is derived from the texture of cast zinc bars on the basis of the crystal translation and mechanical twinning

The Case Against Cold, Dark Chromospheres

Is the solar chromosphere always hot, with relatively small temperature variations ($\delta T/T\sim0.1$); or is it cold most of the time, with temperature fluctuations that reach $\delta T/T\sim 10$ at the top of the chromosphere? Or, equivalently: Is the chromosphere heated continually, or only for a few seconds once every three minutes? Two types of empirical model, one essentially time independent and always hot, the other highly time dependent and mostly cold, come to fundamentally different conclusions. This paper analyzes the time-dependent model of the quiet, nonmagnetic chromosphere by Carlsson & Stein (1994: CS94) and shows that it predicts deep absorption lines, none of which is observed; intensity fluctuations in the Lyman continuum that are much larger than observed; and time-averaged emission that falls far short of the observed emission. The paper concludes that the solar chromosphere, while time dependent, is never cold and dark. The same conclusion applies for stellar chromospheres. A complete, time-dependent model of the nonmagnetic chromosphere must describe two phenomena: (1) dynamics, like that modeled by CS94 for chromospheric bright points but corrected for the geometrical properties of shocks propagating in an upward-expanding channel; and (2) the energetically more important general, sustained heating of the chromosphere, as described by current time-independent empirical models, but modified in the upper photosphere for the formation of molecular absorption lines of CO in a dynamical medium. This model is always hot and, except for absorption features caused by departures from local thermodynamic equilibrium, shows chromospheric lines only in emission.Comment: 22 pages, 5 figures (in 6 files

Einfluss langjähriger differenzierter K-Gehalte auf Parameter des Bodenwasserhaushaltes

Auf Basis langjähriger K-Steigerungsversuche aus Deutschland, Tschechien und Ungarn wurde der Einfluss unter-schiedlicher Bodenkaliumgehalte auf die Wasserbindung untersucht. Mit Steigerung der Kaliumgehalte nahmen dabei die Feldkapazität und die nutzbare Feldkapazität zu. Durch die K-Aufdüngung von K-Nullstufen vergleichbarer Böden wurde nachgewiesen, dass diese Effekte auf die langjährige Akkumulation der organi-schen Bodensubstanz infolge der er-tragssteigernden K-Wirkung zurückzuführen sind und weniger auf der kurzzeitigen Erhöhung der K-Gehalten basieren

Ein einfaches Modell zur Abschätzung der Veränderung der mechanischen Vorbelastung als Funktion des Wassergehaltes auf Basis der Vorbelastung bei Feldkapazität

Zur Bewertung der Verdichtungsgefährdung von Ackerböden sollte die mechanische Vorbelastung für eine breite Spanne des Bodenwassergehaltes bekannt sein. Die standortspezifische Bestimmung von Beziehungen zwischen der Vorbelastung und dem Wassergehalt ist jedoch sehr aufwändig. Deshalb wird die Ableitung sowie Überprüfung eines einfachen Modells vorgestellt, mit dem die Vorbelastung stufenlos für abnehmende Bodenwassergehalte in Prozent der Feldkapazität und der Ausgangsvorbelastung bei Feldkapazität berechnet werden kann. Das Modell basiert zunächst auf der Auswertung zahlreicher Literaturarbeiten, in denen die Vorbelastung bei unterschiedlichen Wasserspannungen bestimmt wurde. Analog dazu wurden im Labor Beziehungen zwischen der Vorbelastung bei einer Wasserspannung von -6 kPa und dem relativen Wassergehalt in % der Feldkapazität bei höheren Wasserspannungen abgeleitet. Aus diesen Daten wurde ein mathematisches Modell für vier Texturklassen und insgesamt für „Alle Böden“ entwickelt. Das Modell wurde durch Druck-Setzungsversuche und die Bestimmung der Vorbelastung an 25 Standorten überprüft. Alle Druck-Setzungsversuche wurden zunächst bei einer Wasserspannung von -6 kPa durchgeführt. Parallel dazu erfolgten Versuche mit höheren Wasserspannungen (-10 bis -1500 kPa). Die Genauigkeit des vorgestellten Modellansatzes ist sowohl bei der Nutzung der Gleichungssysteme für „Alle Böden“ als auch nach differenzierten Texturklassen gut

Einfluss langjähriger Bodenbearbeitung auf Corg-Gehalte bei Löß-Schwarzerde und pseudovergleyter Parabraunerde

Nichtwendende Bearbeitung führt im Vergleich zum Pflügen zur C-Anreicherung im oberflächennahen Einarbeitungsbereich (0-15 cm) der Pflanzenreststoffe und zur Verminderung der C-Gehalte in der langjährig unbearbeiteten Unterkrume. Auf den bindigen Standorten nehmen bei konservierender Bodenbearbeitung und Direktsaat die gespeicherten C-Mengen in der Ackerkrume insgesamt zu. Mit den Untersuchungen wird zugleich deutlich, dass die derzeit vorliegenden Ergebnisse für eine standortbezogene Präzisierung der VDLUFA-Humusbilanzierungskoeffizienten nach unterschiedlichen Bearbeitungsintensitäten nicht ausreichend sind

Lumbricidenvorkommen unter schnellwachsenden Baumarten im Kurzumtrieb auf einer Schwarzerde im mitteldeutschen Trockengebiet

Der Anbau von Energieholz im Kurzumtrieb führt auf dem Schwarzerde Standort Bad Lauchstädt zu Veränderungen in Artenspektrum, Abundanz, Biomasse und Dominanzstruktur der Lumbriciden. Die mehrjährige Bodenruhe fördert in den ersten Jahren nach der Aufforstung das Lumbricidenvorkommen bei den schnellwachsenden Bäumen Pappel und Korbweide. Im weiteren Versuchsverlauf treten zwischen den Baumarten signifikante Unterschiede in Bezug auf Lumbricidenabundanz und -biomasse auf

Zur Wirkung von schnellwachsenden Baumarten im Kurzumtrieb auf ausgewählte biologische Bodeneigenschaften

Der Anbau von Energieholz im Kurzumtrieb führt auf dem Schwarzerde-Standort Bad Lauchstädt bereits nach kurzer Versuchsdauer zu Veränderungen der biologischen Eigenschaften im Boden. Die mikrobielle Biomasse zeigt einen deutlich ausgeprägten Tiefengradienten und signifikant erhöhte Werte für die Gehölze. Die mehrjährige Bodenruhe fördert in Verbindung mit der anfallenden Streu das Lumbricidenvorkommen bei den Dauerkulturen

Einfluss des Grobbodengehaltes in Böden auf das Verdichtungsverhalten und die mechanische Vorbelastung

Vorliegende Arbeit soll einen Beitrag zu der Frage leisten, inwieweit zunehmende Grobbodengehalte das Verdichtungsver-halten und die mechanische Vorbelastung beeinflussen. Dazu wurden drei unterschiedliche Feinböden (Tu2, Ut3, Sl3) mit gestaffelten Anteilen (0, 10, 20, 30, 40 Vol.-%) eines Quarzkieses versetzt und mit standortüblicher Dichte des Feinbodens in Stechzylinder gefüllt. Ergänzt wurden die Versuche durch Proben eines natürlichen Standortes Grobbodengehalte 0,1-23,5 Vol.-%). Alle Proben wurden auf einen Wassergehalt bei einer Wasserspannung von 6 kPa eingestellt und im Ödometer stufenweise belastet (5-550 kPa). An den resultierenden Druck-Dichtefunktionen wurde die Vorbelastung bestimmt. Die gestaffelten Grobbodenanteile führten sowohl bei den künstlichen wie bei den natürlichen Proben bei konstanter Feinbodendichte zur Zunahme der Trockenrohdichte des Gesamtbodens und damit zur Verschiebung der gesamten Druck-Dichtefunktionen. Die Druck-Dichtefunktionen des Feinbodens zeigen bei den künstlichen Proben jedoch eine mit zunehmendem Grobbodenanteil ab-nehmende Gesamtverdichtung des Feinbodens. Bei geringen Grobbodenanteilen von maximal 10-20 Vol.-% ist die Zunahme der Vorbelastung (log) bei den gestörten Proben insgesamt sehr gering. Mit steigendem Grobbodenanteil nimmt die Vorbelastung (log) bei diesen Proben jedoch exponentiell zu. Abweichend davon ist bei den natürlichen Proben eine kontinuierlich lineare Zunahme der Vorbelastung (log) zu verzeichnen

Effect of energy forestry on physical, chemical and biological soil properties on a Chernozem in continental dry climate conditions in central Germany

In den vergangenen Jahren hat das Interesse an nachwachsenden Rohstoffen zur Energiegewinnung stetig zugenommen. Dabei erlebt der Rohstoff Holz eine Renaissance als Energieträger. Mit der vorliegenden Studie sollen die Auswirkungen des Anbaus von Pappel (Populus nigra ssp.) und Weide (Salix viminalis ssp.) im Kurz­umtrieb auf ökologisch relevante physikalische, chemische und biologische Bodenparameter einer Schwarz­erde im Mitteldeutschen Trockengebiet mitgeteilt werden. Grundlage der Untersuchungen bildet ein Langzeitversuch, der im Jahr 2000 am Standort Bad Lauchstädt angelegt wurde. Als Vergleichsbasis dient eine repräsentative Ackerfläche. Bereits nach vier Versuchsjahren lassen die bodenphysikalischen Untersuchungen erste nutzungsbedingte Differenzierungen erkennen. Durch die unterlassene Bodenbearbeitung steigt bei den Dauerkulturen die Trockenrohdichte in der Oberkrume an, die Wasserleitfähigkeit nimmt dagegen ab. In Unterkrume und Krumenbasis treten meist nur geringe Differen­zierungen zwischen den Varianten auf. Die Oberkrume weist unter Weide signifikant höhere organische und heißwasserlösliche Kohlenstoffgehalte auf. Im Vergleich zur Ackernutzung sind bei der Pappel noch keine Veränderungen sichtbar. Mikrobielle Biomasse und Enzymaktivitäten (ß-Glucosidase, Arginin-Ammonifikation) zeigen einen deutlich ausgeprägten Tiefengradienten und weisen in 0–5 cm Bodentiefe für die Gehölze signifikant erhöhte Werte auf. Auch bei den Lumbriciden werden bereits wesentliche Unterschiede deutlich. Pappel und Korbweide sind durch eine große Artenvielfalt und Individuendichte gekennzeichnet. Insgesamt belegt die Untersuchung eine günstige Beeinflussung wichtiger ökologisch relevanter Bodenparameter durch den Anbau schnellwachsender Hölzer am Standort Bad Lauchstädt.The last years have seen a growing interest in renewable resources for energy production. Especially the use of wood has increased considerably. Most studies, however, have only looked into agricultural or production aspects, thus we focus on ecologically relevant soil properties of poplar (Populus nigra ssp.) or willow (Salix viminalis ssp.) in short rotation forestry on a Chernozem located in the continental dry climate of central Germany. The results are based upon measurements in a long-term field experiment, which commenced in 2000 at Bad Lauchstädt experimental station near Halle, comparing various energy crops. Reference for all measurements is always an adjacent arable crop rotation. Even only after four years of short rotation forestry some soil physical parameters were affected. Without any tillage in the energy forestry the bulk density increased and the saturated hydraulic conductivity decreased. Those differences were limited to the uppermost layer of the topsoil. In deeper soil layers no differences were observed. Under willows the uppermost soil layers showed a significant increase in soil organic carbon and hot water carbon. In contrast, no differences in soil organic carbon were measured under poplar. Microbial biomass and various enzyme activities like ß-Glucosidase, Arginin-Ammonification were significantly higher in the topsoil under energy forestry and also showed a steep gradient. Additionally the lumbricides did respond substantially to the different cropping systems. Under poplar and willow parameters like abundance, biomass and species diversity of lumbricides increased significantly. In conclusions, our results demonstrate a positive effect of the fast growing tree species poplar and willow on a number of important soil quality parameters at the experimental site on a Chernozem in central Germany