Messnetz Bodenfeuchte

Die Messstationen der Fachstelle Bodenschutz liefern Daten über den aktuellen Wassergehalt der Zürcher Böden. Nur genügend trockene Böden dürfen befahren werden, um eine Verdichtung des Bodens zu verhindern.

Inhaltsverzeichnis

Aktuelle Messwerte

Die Saugspannungswerte werden während der Vegetationsperiode (1. März bis 15. November) jeweils am Montag, Mittwoch und Freitag abgelesen. Die automatischen Stationen (*) liefern das ganze Jahr hindurch täglich aktuelle Werte.

Die Saugspannung:
ein Mass für Feuchte und Tragfähigkeit des Bodens

Die Saugspannung ist ein wichtiges Kriterium bei allen baulichen Erdarbeiten. Ob der Einsatz einer Baumaschine zulässig ist oder nicht, lässt sich direkt von der Saugspannung ableiten.

Trockener Boden ist tragfähig und darf befahren werden. Nasser Boden ist wenig belastbar und verdichtet sich beim Befahren.

Nur genügend abgetrocknete und tragfähige Böden dürfen befahren und bearbeitet werden.

Das Befahren des Bodens auf Baustellen muss grundsätzlich unter Einhaltung der Nomogrammwerte erfolgen (vgl. Einsatzgrenzen für Baumaschinen).

  • Ideal für Bodenarbeiten sind Saugspannungen über 20 Zentibar
  • Unter 10 Zentibar darf Boden nie befahren werden
  • Unter 6 Zentibar ruhen alle Bodenarbeiten

Böden mit Tongehalten über 30 Prozent sind besonders empfindlich. Sie dürfen erst ab 20 Zentibar befahren und ab 15 Zentibar bearbeitet werden.

In der Landwirtschaft kann das Verdichtungsrisiko mit dem Simulationsmodell Terranimo ermittelt werden. 

Ansprechperson

Reto Mani

Bodeninformation

reto.mani@bd.zh.ch
+41 43 259 31 98
Walcheplatz 2, 8090 Zürich

Das Messnetz

Seit Juni 2004 betreibt die Fachstelle Bodenschutz ein Netz mit elf Stationen zur Messung der Bodenfeuchte (Saugspannung).

  • Vier Standorte werden von Hand abgelesen. Sie sind mit je fünf Tensiometern im Oberboden (20 Zentimeter Tiefe) und im Unterboden (40 Zentimeter Tiefe) ausgerüstet. Die Messwerte werden während der Vegetationsperiode jeweils am Montag, Mittwoch und Freitag abgelesen.
  • An sieben Standorten wird die Saugspannung automatisch jede Stunde in drei Tiefen (20, 40 und 70 Zentimeter) gemessen.

Zweck der Messungen

Die Saugspannung ist ein Mass für die Feuchte und die Tragfähigkeit des Bodens. Sie hat bei Erdarbeiten eine zentrale Bedeutung. Von der Saugspannung kann direkt abgeleitet werden, ob Maschineneinsätze für bodenschonendes Arbeiten zulässig sind.

Der Betrieb des Messnetzes hat folgende Ziele:

  • Bereitstellen von Saugspannungsdaten als Dienstleistung für alle Interessenten
  • Bereitstellen eines Hilfsmittels zur realistischen Planung von Bodenrekultivierungen nach den kantonalen Richtlinien
  • Besseres Verstehen des Abtrocknungsverhaltens von Böden
  • Förderung der schonenden Bearbeitung von Böden
  • Motivation aller Akteure (Bauleute, Landwirte, Planer und Berater), die Saugspannung als «handliches» Kriterium selbstverständlich in die Planung und Durchführung von Erdarbeiten einzubeziehen

Aussagekraft der Messdaten

Die Bodenfeuchte wird nicht nur vom Niederschlag, sondern auch massgeblich von den Bodeneigenschaften am Messort beeinflusst. Messungen an einem einzelnen Standort sind streng genommen nur für diesen Standort aussagekräftig. Bei der Übertragung der Resultate auf die Standortgemeinde oder eine ganze Region ist daher Vorsicht geboten. Die Daten aus dem Messnetz erlauben aber Rückschlüsse auf saisonal- oder witterungsbedingte Tendenzen.

Standorte

Die Stationen repräsentieren die verschiedenen Klimazonen des Kantons Zürich. Alle Standorte werden als Dauerwiese genutzt. Die Böden sind normal durchlässig und tiefgründig.

Bodenfeuchte Messstation mit je fünf Tensiometern im Ober- und im Unterboden
Bodenfeuchte Messstation mit je fünf Tensiometern im Ober- und im Unterboden Quelle: FaBo ZH Bild «Bodenfeuchte Messstation mit je fünf Tensiometern im Ober- und im Unterboden» herunterladen

Was wir messen

Ein Boden besteht aus festen Bestandteilen und dazwischenliegenden Hohlräumen (Poren), die ein zusammenhängendes System für den Gas- und Wasserhaushalt bilden. Bei Wassersättigung (z.B. nach einem starken Niederschlag) sind alle Poren mit Wasser gefüllt. Durch die Schwerkraft entleeren sich grosse Poren sehr schnell. Mittlere und feine Poren dagegen halten das Bodenwasser aufgrund von Kapillarkräften zurück.

Die Kraft, mit der das Wasser in den Poren des Bodens zurückgehalten wird, nennt man Saugspannung. Sie ist ein Mass für die Bodenfeuchte und hat einen direkten Einfluss auf die mechanische Belastbarkeit des Bodens.

  • hohe Saugspannung = trocken
  • niedrige Saugspannung = feucht

Die Saugspannung entspricht auch der Kraft, die Pflanzenwurzeln aufbringen müssen, um dem Boden Wasser zu entziehen.

Die gebräuchliche Masseinheit ist Zentibar (cbar).

Saugspannung (cbar) Bodenzustand
0 bis 6 gesättigt bis sehr nass
6 bis 10 nass bis feucht
10 bis 20 feucht bis abgetrocknet
20 bis 50 trocken
über 50 sehr trocken

Tensiometer

Die Saugspannung wird mit sogenannten Tensiometern gemessen. Ein Tensiometer besteht aus einem porösen Hohlkörper aus Keramik (Keramikkerze), einem wassergefüllten geschlossenen Rohr und einem Unterdruck-Manometer, das mit der Wassersäule im Rohr in Kontakt ist.

In trockenem Boden transportiert die Keramikkerze wegen ihrer Kapillarität Wasser von innen nach außen, so dass im geschlossenen Rohr ein Unterdruck entsteht. Dieser Unterdruck – die Saugspannung – wird am Manometer abgelesen (grosser Wert = hohe Saugspannung).

Der Messbereich der Tensiometer beträgt 0 bis 85 Zentibar. Durch eine andauernde hohe Saugspannung bei sehr trockenen Bodenverhältnissen verliert ein Tensiometer sein Wasser, so dass es periodisch nachgefüllt werden muss.

Aufbau eines Tensiometers mit Unterdruck-Manometer, wassergefülltes Rohr und Keramikkerze
Aufbau und Funktion eines Tensiometers. Quelle: Fachstelle Bodenschutz

Befahren von Boden

Für die natürlichen Funktionen und die Fruchtbarkeit eines Bodens ist ein intaktes Porensystem entscheidend. Bodenverdichtungen durch mechanische Belastungen (Befahren und Erdarbeiten) führen zu Ertragseinbussen und sind grundsätzlich zu vermeiden. 

Grundsätze für Arbeiten mit und auf Boden: 

  • Nur genügend abgetrocknete und tragfähige Böden befahren und bearbeiten. Entscheidend sind die Bodenfeuchte und die Wahl der Maschinen.
  • Boden während der Vegetationsperiode umlagern. Bei Bodenarbeiten ist eine Saugspannung über 20 Zentibar ideal. Unter 10 Zentibar darf Boden nicht befahren werden. Bei Saugspannungen unter 6 Zentibar sind Bodenarbeiten verboten.
  • Böden mit Tongehalten grösser als 30 Prozent sind besonders verdichtungsempfindlich. Sie dürfen erst ab 20 Zentibar befahren und ab 15 Zentibar bearbeitet werden.
  • Möglichst leichte Maschinen mit geringem Kontaktflächendruck einsetzen. Kein direktes Befahren mit Lastwagen und Pneudumpern. 
  • Für die Folgebewirtschaftung frisch geschütteter Böden sind Doppelreifen oder eine Verringerung des Reifendrucks (Traktor: kleiner 1 bar, Anhänger: kleiner 2 bar) angezeigt.

Einsatzgrenzen für Baumaschinen 

Die Beurteilung der Befahrbarkeit von Böden hat unter Einhaltung der Nomogrammwerte zu erfolgen. Die Einsatzgrenze für Maschinen lässt sich anhand der Bodenpressung, des Gesamtgewichts der Maschine und der vor Ort gemessenen Saugspannung berechnen:

Gesamtgewicht [t] x Bodenpressung [bar] x 1.25 = Saugspannungs-Einsatzgrenze [cbar]

Nomogramm: Die horizontale Achse ist das Maschinengesamtgewicht zwischen 5 und 80 Tonnen. Die vertikale Achse die Flächenpressung unter den Reifen zwischen 0,1 und 2 kg pro cm2. An diagonalen Linien kann man ablesen, bis zu welcher Bodenfeuchte eine Maschine eingesetzt werden darf.
Nomogramm für das Befahren von Boden (* Flächenpressung unter den Reifen bzw. Raupen; ** Gesamtgewicht beladener Maschinen) Quelle: Richtlinien zum Schutze des Bodens beim Bau unterirdisch verlegter Rohrleitungen (Bodenschutzrichtlinien), Bundesamt für Energiewirtschaft, Januar 1997

Auswertungen

Verwenden Sie die Akkordeon-Bedienelemente, um die Sichtbarkeit der jeweiligen Panels (unterhalb der Bedienelemente) umzuschalten.

Seit 2004 betreibt die Fachstelle Bodenschutz das Messnetz Bodenfeuchte. Die Abbildung unten zeigt die mittlere Verteilung der Saugspannungswerte im Unterboden. Die Werte variieren allerdings von Jahr zu Jahr (siehe Jahresvergleiche) und weisen markante regionale Unterschiede auf.

Optimale trockene Bedingungen (über 20 Zentibar) finden sich vorwiegend während der Vegetationsperiode von Mitte April bis Mitte Oktober. Im Winterhalbjahr sind die Böden für Bodenarbeiten meistens zu nass (unter 6 Zentibar).

Balkendiagramm: Horizontale Achse sind die Monate Januar bis Dezember. Vertikale Achse sind 0 bis 100 Prozent. Zwischen Dezember und März ist die Saugspannung fast ausschliesslich im Bereich unter 6 cbar. Zwischen April und November gibt es auch Saugspannungen im Bereich über 20 cbar, mit einem Maximum von über 30% im Juli.
Mittlere Saugspannungsverteilung 2004–2018 (Unterboden). Quelle: Fachstelle Bodenschutz

Die Verteilung der Saugspannungswerte variiert von Jahr zu Jahr sehr stark. 

Sechs Saugspannungsdiagramme aus den Jahren 2007, 2009, 2012, 2013, 2014 und 2018. Auffällig sind die hohen Werte im trockenen Jahr 2018.
Vergleich der Saugspannungsverteilung verschiedener Jahre im Oberboden im ganzen Kanton. Quelle: Fachstelle Bodenschutz Bild «Sechs Saugspannungsdiagramme aus den Jahren 2007, 2009, 2012, 2013, 2014 und 2018. Auffällig sind die hohen Werte im trockenen Jahr 2018.» herunterladen

Die hohen Saugspannungswerte im (ausserordentlich kalten) Februar 2012 sind auf Gefrierprozesse im Boden zurückzuführen. 2018 war das trockenste Jahr seit Messbeginn (2004)

Physikalische Umwelteinflüsse ändern sich in Oberflächennähe rascher und stärker als in grösserer Bodentiefe. Die Wärmeeinstrahlung und der Wasserentzug durch Pflanzenwurzeln führen zu einem raschen Anstieg der Saugspannung in 20 Zentimeter Tiefe, während die Austrocknung in 40 und 70 Zentimeter Tiefe wesentlich langsamer und gedämpfter abläuft. Ein markanter Tagesgang macht sich erst nach der Entleerung der Grobporen bei rund 10 Zentibar in allen Bodenschichten deutlich bemerkbar.

Liniendiagramm: horizontale Achse sind die Tage zwischen 29. April und 8. Mai. Vertikale Achse ist die Saugspannung zwischen 0 und 8 cbar. Die drei Kurven der benachbarten Tensiometer zeigen einen ähnlichen ansteigenden Verlauf, die absoluten Werte variieren aber um bis zu 1 cbar.
Variabilität der Saugspannungsmessungen im Oberboden von drei benachbarten Tensiometern in 20 cm Tiefe bei der Station Reckenholz. Quelle: Fachstelle Bodenschutz

Geringe Niederschläge (1) in einer sommerlichen Trockenperiode führen zu keiner nennenswerten Veränderung der Saugspannung.

Mittlere Niederschläge (2) führen zu einem vorübergehenden Abfall der Saugspannungen im Oberboden. Die Wirkung der Niederschläge reicht nicht bis in den Unterboden auf 40 Zentimeter Tiefe. Der Unterboden ist vorübergehend trockener als der Oberboden.

Ein etwas intensiveres Niederschlagsereignis (3) wirkt sich 8 Tage später bis in Bodenschichten unterhalb von 40 Zentimeter aus. Der Boden trocknet in der Folge nur zögerlich ab.

Ein weiterer intensiver Niederschlag (4) führt zur Sättigung aller Bodenschichten und beendet die hochsommerliche Trockenperiode.

Liniendiagramm: Horizontale Achse sind die Tage zwischen 5.  und 25. Juli 2005. Vertikale Achse ist die Saugspannung zwischen 0 und 800 cbar. Drei Linien zeigen den Saugspannungsverlauf in 20, 40 und 70 cm Tiefe. In 20cm Tiefe sinkt die Saugspannung nach wenig Niederschlag nur wenig, aber nach mittlerem Niederschlag schon stark ab, in 40 cm Tiefe nur nach starkem Niederschlag, in 70 cm Tiefe verändert sie sich kaum.
Auswirkung unterschiedlicher Niederschlagsintensitäten auf die Saugspannung. Quelle: Fachstelle Bodenschutz

Kontakt

Amt für Landschaft und Natur – Fachstelle Bodenschutz

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