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Großmaßstäbige Regionalisierung labiler Bodenkennwerte in standörtlich hochdiversen Kulturlandschaften

Regionalization of Soil Properties of Topsoils on a Large Scale in Highly Diverse Landscapes

Szibalski, Martin


pdf-Format: Dokument 1.pdf (4.169 KB)

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Kulturlandschaft , Bodenkennwert , Regionalisierung
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für Bodenkunde und Bodenerhaltung
Fachgebiet: Geographie
DDC-Sachgruppe: Geografie, Reisen
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 22.12.2000
Erstellungsjahr: 2000
Publikationsdatum: 15.01.2001
Kurzfassung auf Deutsch: Für die flächenhafte Bewertung zahlreicher Boden- und Landschaftsfunktionen werden großmaßstäbige Karten (1:5.000 bis 1:10.000)
zeitlich und räumlich hochvariabler (labiler) Bodenkennwerte benötigt, wie sie der pH-Wert, der organische Kohlenstoff- oder der
EDTA-extrahierbare Cadmiumgehalt darstellen. Für Böden strukturschwacher Mittelgebirgsregionen, die außerhalb des politischen oder
wirtschaftlichen Hauptinteresses stehen, liegen entsprechende Karten jedoch normalerweise nicht vor.


Insbesondere in diesen Regionen wird die laterale Variabilität labiler Bodenkennwerte von kleinräumig wechselnden Relief- und
Bodenunterschieden bestimmt. Zudem ändern sich die labilen Bodenkennwerte an Nutzungsgrenzen meist auf relativ kurzen Distanzen.
Unter diesen Bedingungen sind geostatistische Verfahren zur Erzeugung von großmaßstäbigen Karten der Bodenkennwerte ungeeignet,
da für eine valide Interpolation ein sehr hoher Beprobungs- und Analyseaufwand erforderlich wäre, der mit den personellen, finanziellen und
zeitlichen Ressourcen vieler Projekte nicht realisiert werden kann.


In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, das eine valide Regionalisierung labiler Bodenkennwerte in standörtlich hochdiversen
Regionen mit einer vergleichsweise geringen Probenanzahl ermöglicht. Das Konzept beinhaltet Methoden zur räumlich repräsentativen
Erhebung, Stichprobenermittlung, Klassifizierung und Extrapolation der labilen Bodenkennwerte sowie zur Validierung des
Regionalisierungsmodells und der Regionalisierungsergebnisse. Die Verifizierung des Konzepts erfolgt in drei Testgebieten mit einer
Fläche von etwa 5 bis 10 Quadratkilometern am Beispiel des pH-Werts, des Kohlenstoff- und des EDTA-extrahierbaren Cadmiumgehalts
landwirtschaftlich genutzter Oberböden. Darüber hinaus wird als planungsrelevantes Beispiel die Ausschöpfung nationaler Richtwerte der
Cadmiumbelastung von Oberböden in den Testgebieten flächenhaft dargestellt und bewertet.


Für die Regionalisierung der Bodenkennwerte werden mit dem vorgestellten Verfahren lediglich 0,2 bis 0,3 Bodenproben pro Hektar
benötigt. Die Plausibilität des Modells wird durch die varianzanalytische Auswertung der Regionalisierungsergebnisse bestätigt. Die
Gültigkeit der Ergebnisse selbst wird auf der Grundlage eines unabhängigen Datensatzes überprüft. Demnach kann der pH-, der
Kohlenstoff- und der Cadmium-Status der landwirtschaftlich genutzten Oberböden bei einer Aufteilung in drei bis vier Klassen
durchschnittlich mit einer 75-prozentigen Sicherheit durch das Regionalisierungsmodell beschrieben werden. Die Ergebnisse des
Anwendungsbeispiels zeigen, dass mit den regionalisierten Flächendaten der labilen Bodenkennwerte und unter Einbeziehung einer
numerischen Pedotransferfunktion eine hochauflösende räumliche Beschreibung der Auschöpfung von Richtwerten der
Cadmiumbelastung in den Testgebieten möglich ist.
Kurzfassung auf Englisch: For the spatial valuation of many soil and landscape functions large scale maps (1:5,000 to 1:10,000) of spatio-temporally highly variable
(labile) soil properties, like the pH value, the organic carbon or the EDTA-extractable cadmium content, are needed. In rural mountainous
areas, which are of less political or economical interest, such maps are usually missing.


Especially in these regions the lateral variability of labile soil properties is determined by the spatially very heterogenous soil-forming
factors. Furthermore, the labile soil properties mostly change within short distances near land use boundaries. Under these circumstances,
geostatistical techniques for generating large scale maps of the labile soil properties are not recommened. For a valid geostatistical
interpolation numerous soil samples and chemical analysis would be necessary. However, in most projects manpower, financial and
temporal resources are limited.


In these PhD thesis a concept is presented that allows a valid regionalization of labile soil properties in highly diverse landscapes with a
small number of soil samples. The concept includes methods to determine the sample size, the sampling positions, the classification and
the extrapolation of the labile soil properties. Furthermore, it comprises the validation methods for the regionalization model and results.
The verification of the concept is carried out for the soil properties pH value, organic C, and EDTA-extractable cadmium content in topsoils
of agricultural land in three testing areas with a surface area of 5 to 10 square kilometres. Furthermore, as a practical planning example, the
exhaustion of national approximate figures of cadmium in the topsoils is regionalized and evaluated.


To regionalize the labile soil properties in the testing areas only 0.2 to 0.3 soil samples per 100 square metres are needed. The plausibility
of the model is confirmed with an analysis of variance of the regionalization results. The validation of the regionalization results itself is
proved with an independent random sample. Therefore, with the regionalisation model the pH, carbon and cadmium status of the top soils
can be described with an average certainty of 75 per cent if the soil properties are subdivided into three to four classes. The results of the
practical planning example show that the exhaustion of national approximate figures of cadmium in the testing areas can be described
spatially in a very precise way including the regionalized soil properties and an available pedotransfer function.