Simultaner Transport von Ionen unterschiedlicher Matrixaffinität in Böden aus Löss unter Freilandbedingungen: Messung und Simulation
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Bonn
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2002
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Autor: Wessel-Bothe, Stefan
Jahr: 2002
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
Kurzfassung
Summary
1 Einleitung 1
1.1 Einführung 1
1.2 Zielsetzungen 4
2 Theorie und Modellbeschreibung 5
2.1 Wassertransport 5
2.2 Stofftransport 7
2.2.1 Konvektiv-dispersiver Transport nichtreaktiver Stoffe 7
2.2.1.1 Mobil-immobil-Konzept 8
2.2.1.2 Aufteilung des Gesamtwassergehalts 9
2.2.1.3 Stofftransfer zwischen mobiler und immobiler Wasserphase 10
2.2.2 Transport reaktiver Stoffe 10
2.2.2.1 Adsorption 10
2.2.2.2 Sorptionskinetik und Festkörperdiffusion 12
2.3 Lösung des Gleichungssystems 14
2.3.1 Anfangs-und Rahmenbedingungen 14
2.3.2 Diskretisierung 15
3 Material und Methoden 17
3.1 Untersuchungsstandort 17
3.2 Aufbau der Versuchsstation 19
3.2.1 Konstruktion und Installation der Kunststoffsaugkerzen 22
3.2.2 Installation von Tensiometern und TDR-Sonden 25
3.2.3 Richtigkeit und Reproduzierbarkeit von Tensiometer-und TDR-Messungen 26
3.2.4 Ausstattung der Klimastation 30
3.3 Auswahl und Applikation der Anionen und Kationen 31
3.4 Untersuchungsmethoden 33
3.4.1 Entnahme von Saugkerzenlösungen 33
3.4.2 Entnahme von Sodenproben und Gewinnung von Bodensättigungsextrakten 34
3.4.3 Chemische Analysen der Bodenlösungen 36
3.4.4 Chemische und physikalische Analysen der Bodenproben 36
Inhaltsverzeichnis
4 Messergebnisse zu Bodentemperatur, Klima und Wasserhaushalt 39
4.1 Bodentemperatur 39
4.2 Niederschlag, Wasserspannung und Wassergehalt im Jahresverlauf 44
4.3 Gesättigte Wasserleitfähigkeit 50
5 Darstellung des Beobachteten Stofftransports 53
5.1 Anionentransport 54
5.1.1 ßromid 54
5.1.2 Nitrat 57
5.1.3 Sulfat 60
5.1.4 Phosphat 62
5.1.5 Molybdat 65
5.2 Kationentransport 67
5.2.1 Natrium 67
5.2.2 Magnesium 69
5.2.3 Calcium 71
5.2.4 Kalium 72
5.2.5 Zink 74
5.3 Vergleich von Konzentrations-Tiefenprofilen der applizierten Ionen 77
5.4 Einfluss präferenzieller Flüsse auf den Transport der applizierten Ionen 79
Vergleichende Analyse der Stoffkonzentrationen in Saugkerzenlösungen und
Bodensättigungsextrakten 83
6.1 Labor-Vorversuche 84
6.2 Ursachen der Konzentrationsdivergenzen 85
6.2.1 Matrixaffinität der Ionen 85
6.2.2 Fließbedingungen im Boden 94
6.3 Bewertung der eingesetzten Verfahren zur Bodenlösungsgewinnung 101
Einfluss chemischer Bodenparameter auf Stoffmobilität und Stofftransport 105
7.1 Speziesverteilungen unter dem Einfluss variabler lonenstärke 105
7.1.1 Magnesium 109
7.1.2 Zink 11!
7.1.3 Sulfat 112
7.1.4 Phosphat 113
7.2 pH-Wert und Stoffmobiütät 115
7.2.1 Zink 115
Inhaltsverzeichnis
8 Simulation des Wasser- und Stofftransports 123
8.1 Schätzung bodenphysikalischer Parameter 124
8.1.1 Wassergehalt und Wasserleitfähigkeit 124
8.1.1.1 Parametrisierung 124
8.1.1.2 Verfahren der Parameterschätzung 124
8.1.1.3 Anpassungsergebnisse 125
8.1.1.4 Variabilität der geschätzten Parameter 127
8.1.1.5 Plausibilitätsprüfung und Parameterauswahl 129
8.1.2 Nichtmessbare bodenphysikalische Parameter 133
8.1.2.1 Dispersivitätskoeffizient 134
8.1.2.2 Diffusionskoeffizient gelöster Stoffe in Wasser 135
8.1.2.3 Koeffizient für die Aufteilung des Gesamtwassergehalts (mobil-
immobil) 137
8.1.2.4 Koeffizient für den Stofftransfer zwischen mobiler und immobiler
Wasserphase 138
8.2 Simulation des Wassertransports 139
8.3 Simulation des Stofftransports 141
8.3.1 Transport adsorbierbarer Ionen 142
8.3.1.1 Sulfat 142
8.3.1.2 Natrium 146
8.3.1.3 Magnesium 147
8.3.2 Transport adsorbierbarer und diffundierender Ionen 148
8.3.2.1 Phosphat 149
8.3.2.2 Kalium 153
8.3.2.3 Zink 154
8.4 Schlussfolgerungen 157
9 Zusammenfassung 159
10 Literatur 165
11 Anhang 175
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