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(GPV): Das Gesamtporenvolumen stellt die Summe aller Hohlräume dar und entspricht dem Wassergehalt bei Sättigung, d.h., die Wasserspannung ist gleich null. Das GPV variiert zwischen ca. 48–50 Vol.-% in Tonböden, 40–45 Vol.-% in Schluffen und 38–42 Vol.-% in Sanden.

      Feldkapazität (FK): Feldkapazität herrscht dann vor, wenn die Grobporen eines Bodens durch die Wirkung der Schwerkraft entwässert sind, d.h., nur noch Wasser in den Mittel- und Feinporen gegen die Schwerkraft im Boden gehalten wird. In Abhängigkeit von den Klimabedingungen entspricht der Wassergehalt zumeist im Winter FK, wenn das Wasserdefizit des Sommers (Verdunstung > Niederschlag, im Winter umgekehrt) wieder aufgefüllt ist. Die FK nimmt pF-Werte < 2,5 ein und liegt zumeist im Bereich von pF = 1,8 bis pF = 2,5.

      Nutzbare Feldkapazität (nFK): Den Porenanteil der Mittelporen, der das pflanzenverfügbare Wasser enthält, bezeichnet man als nutzbare Feldkapazität (nFK): Sie ist die Wassermenge zwischen Feldkapazität und permanentem Welkepunkt und als Porenraum zwischen pF = 1,8 (pF = 2,0) und pF = 4,2 definiert.

      Luftkapazität (LK): Der Porenanteil zwischen dem Gesamtporenvolumen und der Feldkapazität wird als Luftkapazität (< pF = 1,8) bezeichnet. Er umfasst den Anteil der weiten Grobporen. Diese Poren enthalten aufgrund der Wirkung der Schwerkraft nur dann kurzzeitig Wasser, wenn infiltrierendes Niederschlagswasser zu einem zwischenzeitlichen Wasserüberschuss oder sogar zu Bodensättigung führt. Ein Boden sollte mindestens 7–8 Vol.-% Luftkapazität haben, damit eine ausreichende Durchlüftung gewährleistet ist.

       Merksatz: Die Kennwerte Gesamtporenvolumen, Luftkapazität, Feldkapazität und nutzbare Feldkapazität beschreiben den Porenraum im Boden.

      Permanenter Welkepunkt (PWP): Beim permanenten Welkepunkt sind die Grob- und Mittelporen entwässert. Der verbleibende Restwasseranteil befindet sich in den Feinporen, in denen er mit einer Wasserspannung von pF > 4,2 (entspricht > 15 000 hPa) fest gebunden ist. Ab diesem Punkt beginnen Pflanzen irreversibel zu welken, weil die Wurzeln nicht in der Lage sind, diesen Poren das Wasser zu entziehen. Dieses restliche, aber nicht mehr pflanzenverfügbare Wasser bezeichnet man als Totwasser. Tab. 5-2 gibt einen Überblick über die Größenordnungen der o.g. Parameter sowie eine Bewertung durch fünf Stufen. Aus den oben dargelegten Zusammenhängen ergeben sich folgende einfache Beziehungen:

      Tab. 5-2 | Einstufung bodenphysikalischer Kennwerte der Wasserbindung in Vol.-% (nach AG Boden 2005).

       Box 5.1

       Bestimmung der pF-Kurve

      Die Bestimmung der pF-Kurve erfolgt häufig nach DIN/ISO 11274. Für den Bereich pF < 2,0 werden wassergesättigte Bodenproben schrittweise mittels Unterdruck entwässert. Dabei setzt man einen mit Boden gefüllten Stechzylinder auf eine keramische Platte oder Membran und entwässert die Probe bei einer bestimmten Druckstufe, bis sich der Wassergehalt nicht mehr ändert. Dann wird über eine Wägung der verbleibende Wassergehalt im Boden bestimmt. Danach wird die Entwässerung bis zur nächsten Druckstufe weitergeführt etc. In höheren pF-Stufen werden die Proben in einen speziellen Drucktopf (vgl. Abb. 5-2) eingebracht und mit Überdruck entwässert.

      Abb. 5-2 | Drucktopfapparatur (Foto: Gerd Wessolek).

      Abb. 5-3 | HYPROP© Verdunstungsverfahren (Foto: Gerd Wessolek; HYPROP© UMS GmbH München).

      Eine weitere Methode ist das HYPROP© Verdunstungsverfahren (vgl. Abb. 5-3) zur Bestimmung der pF-Kurve und der ungesättigten Leitfähigkeit. In einen 250-ml- Stechzylinder werden dazu zwei Tensiometerzellen in unterschiedlichen Höhen eingebaut und während der Verdunstungsphase sowohl die Gewichtsveränderungen als auch die Wasserspannungen kontinuierlich aufgezeichnet. Somit können in verschiedenen Tiefen gleichzeitig die pF-Kurve und die ungesättigte Wasserleitfähigkeit ermittelt werden.

      Die Bestimmung der pF-Kurve ist aufwendig, kostspielig und erfordert entsprechende Apparaturen. Daher wurden sogenannte Pedotransferfunktionen entwickelt. Dabei handelt es sich um Rechenansätze bzw. Gleichungen, die eine Abschätzung bodenhydraulischer Kennwerte aus einfach zu bestimmenden oder routinemäßig vorliegenden Daten ermitteln. So werden für die Berechnung der pF-Kurve Angaben wie Textur und Lagerungsdichte genutzt.

      Nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum

      Um für Pflanzen den effektiv nutzbaren Bodenwasserspeicher zu beschreiben, werden neben Angaben zur nutzbaren Feldkapazität (nFK) zusätzliche Informationen zur Durchwurzelung des betreffenden Standorts benötigt. Zur Beschreibung der effektiv wirksamen Wasseraufnahme durch Wurzeln hat sich das Konzept des effektiven Wurzelraums (We) bewährt. Es erlaubt eine einfache geometrische Festlegung, bis in welche Tiefe die jeweiligen Pflanzenbestände den Wasservorrat des Bodens vollständig ausschöpfen können. Aus Geländeuntersuchungen zur Durchwurzelung und Wasserentnahme ist bekannt, dass der effektive Wurzelraum ungefähr aus der Tiefe des Hauptwurzelraums (H_w) und des maximalen Wurzeltiefgangs (W_max) abgeschätzt werden kann. Diese Schätzung ist möglich durch:

      Abb. 5-4 verdeutlicht, wie sich der effektive Wurzelraum konzeptionell anhand von Wassergehaltsmessungen am Ende einer trockenen Vegetationsperiode bestimmen lässt. Es sind abhängig von der Bodentiefe links der permanente Welkepunkt (PWP) und rechts die Feldkapazität (FK) eingetragen sowie der tatsächliche Wassergehalt am Ende einer trockenen Vegetationsperiode, dargestellt durch die gestrichelte Linie.

      Abb. 5-4 | Bestimmung des effektiven Wurzelraums am Ende der Vegetationsperiode eines Trockenjahres durch Wassergehaltsmessungen unter Berücksichtigung der bodenphysikalischen Kennwerte «Feldkapazität» und «permanenter Welkepunkt» (nach Renger und Strebel 1982).

      Der Verlauf der aktuellen Bodenfeuchte zeigt, dass im Oberboden der Wassergehalt beim permanenten Welkepunkt (PWP) liegt. Dies liegt u.a. daran, dass Bodenwasser bei starker Erwärmung des Oberbodens auch als Wasserdampf den Boden verlassen kann, also nicht allein durch Wurzelentzug. Ab einer Tiefe von 3,5 dm steigt dann die Bodenfeuchte infolge abnehmender Durchwurzelung kontinuierlich bis zu einer Tiefe von 12 dm an (= tiefster Punkt der Wasseraufnahme durch Wurzeln) und nähert sich langsam dem Wassergehalt bei Feldkapazität. Die horizontale Linie gibt nun die Tiefenlage der effektiven Durchwurzelungstiefe wieder. Unterhalb dieser Linie entspricht die gepunktete Fläche dem bereits aus dem Boden aufgenommenen Wasser. Diese Menge entspricht genau der gestrichelten Fläche des noch verbliebenen Bodenwassers oberhalb der Grenzlinie. Diese einfache geometrische Analyse ermöglicht es, für jeden Boden die für die Pflanzen pro Quadratmeter zur Verfügung stehende Wassermenge, also die nutzbare Feldkapazität im effektiven Wurzelraum, nach Gl. 5.10 zu berechnen:

      In Tab. 5-3 sind Angaben zum effektiven Wurzelraum für unterschiedliche Böden und Kulturpflanzen zusammengestellt, in Tab. 5-4 für Forststandorte

      Der effektive Wurzelraum ist die entscheidende Bezugstiefe zur Beschreibung der Wasserspeicherung im Boden.

      Eine erste ökologische Bewertung der nFK_We, ob