Wassertransport in Böden

Wie gut oder schlecht ein Boden Wasser aufnimmt und transportiert, ist von entscheidender Bedeutung für die Vegetation. Die Wasserbewegung in der oberflächennahen Boden- und Verwitterungszone, wo sich zumeist die Wurzeln der Pflanzen befinden, lässt sich bislang nur unzureichend vorhersagen. Ein wesentlicher Faktor ist die Benetzbarkeit der Bodenpartikel.

Je nach Zusammensetzung können die kleinen Teilchen das Wasser anziehen oder abstoßen. Wirken die Partikel adhäsiv, werden die Kapillareffekte positiv beeinflusst und somit das Wasser an die Pflanzen weitergeleitet. Bei kohäsiver Reaktion perlt das Wasser dem Lotus-Effekt gleich von den Bodenteilchen ab und gelangt nicht zu den Wurzeln.

Die Oberflächeneigenschaft der Partikel wird unter anderem vom Gehalt organischer Substanz im Boden beeinflusst. Die entsteht aus den Umwandlungsprozessen der Mikroorganismen, die abgestorbene Pflanzen und Tiere im Boden zu kohlenstoffhaltigen Bausteinen zerlegen. Der Kohlenstoffgehalt wiederum scheint je nach Menge und Zusammensetzung Einfluss darauf zu haben, ob der Boden wasseranziehend (hydrophil) oder –abweisend (hydrophob) reagiert. Das kann je nach Jahreszeit oder Witterungsbedingungen für ein und denselben Boden durchaus unterschiedlich sein. So reagiert etwa ein mitteleuropäischer Kiefernwald mit saurem, sandigem Boden eher hydrophob.

Tritt Starkregen auf, kann der Boden dann die große Wassermenge nicht schnell genug aufnehmen. Der meiste Niederschlag fließt oberflächlich ab. Dabei strömt ein Teil auf bevorzugten Fließwegen durch größere Porenkanäle schnell durch den Boden hindurch. Das Wasser verbleibt somit kaum in der Wurzelzone, der Boden durchnässt nicht genügend, sondern bleibt weitgehend trocken. Weil der Niederschlag nur unzureichend gespeichert wird, kann dies Überschwemmungen und Hochwasser begünstigen.

Das Phänomen ist zwar bekannt, doch fehlen bislang Methoden, um die Wirkung der Benetzbarkeit auf die Wasserbewegung genau zu bestimmen. Die zeitlich variierende Hydrophobie in natürlichen Böden genau zu erfassen und mit Hilfe von Computermodellen richtig vorherzusagen, ist das Ziel der Geoökologen und Bodenphysiker des NTH-Projektes. Eine numerische Modellierung ist von großer Bedeutung, um die Folgen der Klimaveränderung auf den Bodenwasserhaushalt und damit die Neubildung von Grundwasser und die Entwicklung der Vegetation künftig genauer abschätzen zu können.