Bestimmung des Salzgehaltes in Böden

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Robert Fried
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1 Bestimmung des Salzgehaltes in Böden Seminar: Methoden der chemischen, physikalischen und biologischen Bodenanalytik Julia C. Dziallas Landnutzung und Wasserbewirtschaftung 1

2 Gliederung 1. Grundlagen 2. Bestimmungsmethoden 2.1. Leitfähigkeitsanalysen 2.2. Röntgenfluoreszenzanalyse 3. Fallstudie 4. Literaturverzeichnis 5. Tabellen- und Abbildungsverzeichnis 2

3 1. Grundlagen Eigenschaften von Salzen: bei Raumtemperatur meist Feststoffe bilden meist Kristalle aus trockene Salzkristalle leiten nicht (Isolatoren) Salze in wässriger Lösung oder Salzschmelzen leiten den elektrischen Strom (Leitfähigkeitsmessung) auf Grund der frei beweglichen Ionen als Ladungsträger (Elektrolyte) 3

4 1. Grundlagen Vorkommen von Salzen: als Ablagerungen der Urmeere im Boden in den Meeren, Flüssen oder Seen in der Luft atmogene Salze Bedeutung und Funktion von Salzen Lebenswichtig für viele Organismen zu hohe Konzentrationen führen zu Störung bei der Wasseraufnahme Abb. 1: Kochsalz ( 4

5 1. Grundlagen Bodenversalzung: Natürliche Versalzung Salzzufuhr durch Niederschlag atmogene Salze: NaCl, K +, Ca 2+, Mg 2+, SO 4 2- nur unter ariden Klimaverhältnissen Anreicherung durch Verdunstung Salzzufuhr aus dem Grundwasser (Grundwasserversalzung) Aufstieg mit dem Kapillarwasser NaCl, NaSO 4, NaCO 3, CaCl Sekundäre Versalzung (künstliche Versalzung) Salzzufuhr durch Bewässerung mit Flusswasser oder fossilem Grundwasser Streusalzeinsatz unbehandelte Abwässer 5

6 2. Bestimmungsmethoden Übersicht: Quantitative Bestimmung des Salzgehaltes: Leitfähigkeitsanalysen Qualitative und quantitative Bestimmung der elementaren Zusammensetzung: Röntgenfluoreszenzanalyse Reflexionsspektroskopie 6

7 2. Bestimmungsmethoden 2.1. Leitfähigkeitsanalysen Abb. 2: Skizze der konduktiven Messung ( Bedingungen: ausreichende Bodenfeuchte Widerstand der Extraktionsflüssigkeit muss bekannt sein immer gleiche Temperatur bei Messung (25 C) 7

8 2. Bestimmungsmethoden 2.1. Leitfähigkeitsanalysen Berechnung: EC (electrical conductivity) = elektrische Leitfähigkeit (LF) Einheit: Siemens (S) / m abgeleitet vom elektrischen Leitwert Tab. 1: Umrechnen der Einheiten Umrechnen der Einheiten 1 ms/m 10 µs/cm 1 ds/m 1000 µs/cm 1 ds/m 10 ms/cm 8

9 2. Bestimmungsmethoden 2.1. Leitfähigkeitsanalysen TDS (total dissolved solids) = Gesamtheit der gelösten Feststoffe TDS (mg/l) = a EC (µs/cm) mit a = Grobe Faustregel 2 µs/cm 1 ppm (mg/l) Tab. 2: Beispielwerte, EC-Werte Art der Substanz 0,042 µs/cm reinstes Wasser 0,5.. 5 µs/cm destilliertes Wasser µs/cm mineralstoffarme Grundwasser µs/cm Meerwasser > µs/cm Laugen/ Säuren 9

10 2. Bestimmungsmethoden 2.1. Leitfähigkeitsanalysen Messgeräte - Konduktometer: Direktmessung im Boden oder Messung in Extraktionslösung Herstellen einer Extraktionslösung (1:5): 1) 20 g Bodenprobe ml destilliertes Wasser* 2) 1 h schütteln bzw. rühren 3) Min. setzen lassen 4) Elektrische Leitfähigkeit messen *der Widerstand des Wassers muss bekannt sein Abb. 3: Konduktometer, 10

11 2. Bestimmungsmethoden 2.2. Röntgenfluoreszenzanalyse Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) X-ray fluorescence spectrometry (XRF) Prinzip: 1) Röntgenstrahlen werden vom Gerät ausgestrahlt 2) Treffen auf Partikel 3) Geben Energie an Elektronen ab 4) Elektronen wechseln die Schale 5) Röntgenfluoreszenzstrahlung wird ausgestrahlt 11

12 2. Bestimmungsmethoden 2.2. Röntgenfluoreszenzanalyse Abb. 4: Skizze ( content/uploads/2014/03/xrf-analyse-prinzip- Messgeraet.jpg) 12

13 2. Bestimmungsmethoden Vergleich der verschiedenen Methoden Tab. 3: Leitfähigkeitsmessung Vorteile schnelle Dateninformation (Direktmessung) vergleichsweise Kostengünstig Tab. 4: Röntgenfluoreszenzanalyse Vorteile veränderungsfreie Probenpräparation Nachteile bestimmt nur den Gesamtsalzgehalt Probe muss ausreichend feucht sein Probe wird verändert (Extraktionslösung) Nachteile mittlere bis hohe Anschaffungskosten hohe Genauigkeit schnelle Dateninformation 13

14 3. Fallstudie Autoren: Aldabaa, A.A, Weindorf, D.C., Chakraborty, S., Sharrma, A., Li, B. (2014): Combination of proximal and remote sensing methods for rapid soil salinity quantification. Geoderma, (2015), Ziel der Studie: Kombination von verschiedenen Bestimmungsmethoden zur schnellen Quantifizierung des Salzgehaltes Aussagen über den Zusammenhang von Salzgehalt und der elementaren Zusammensetzung der Böden Ort: Zwei Standorte in West-Texas, USA Proben: 165 Stück in 0-5cm Tiefe Methoden: Vis NIR DRS, PXRF, RS (remote sensing), EC (1:5) bei 25 C im Labor 14

15 3. Fallstudie Abb. 5: Lokalisierung und Abblidungen der Messstandorte (Aldabaa, A.A, et. al., Geoderma, (2015)) 15

16 3. Fallstudie Abb. 6: Analyseergebnisse elektrische Leitfähigkeit und Röntgenfluoreszenzanalyse (Aldabaa, A.A, et. al., Geoderma, (2015)) 16

17 3. Fallstudie Schlussfolgerung aus der Studie Elementkonzentrationen von S (Schwefel) und Cl (Chlor) in starkem Zusammenhang mit der elektrischen Leitfähigkeit Ranking: Genauigkeit der Methoden: Vis NIR DRS (VisNIR spectroradiometer) > PXRF (X-Ray Fluorescence Spectroscopy) > Remote Sensing Verknüpfung aller drei Verfahren bietet die präzisesten Ergebnisse 17

18 4. Literaturverzeichnis Aldabaa, A.A, Weindorf, D.C., Chakraborty, S., Sharrma, A., Li, B. (2014): Combination of proximal and remote sensing methods for rapid soil salinity quantification. Geoderma, (2015), Scheffler, F., Schachtschabel, P., et al. (2010): Lehrbuch der Bodenkunde. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 16. Auflage. ( , 18:08 Uhr) ( , 19:03 Uhr) ( , 19:16 Uhr) ( , 19:34 Uhr) ( , 19:25 Uhr) ( , 20:04 Uhr) ( , 18:20 Uhr) ( , 19:00 Uhr) 18

19 5. Tabellen- und Abbildungsverzeichnis Abb. 1: ( , 18:20 Uhr) Abb. 2: ( , 20:12 Uhr) Abb. 3: conductometer_913-ph-meter_914-ph_conductometer.jpg?h=265&la&w=470 ( , 11:14 Uhr) Abb. 4: Messgeraet.jpgAbb ( , 13:34 Uhr) Abb. 5: Aldabaa, A.A, Weindorf, D.C., Chakraborty, S., Sharrma, A., Li, B. (2014): Combination of proximal and remote sensing methods for rapid soil salinity quantification. Geoderma, (2015), Abb. 6: Aldabaa, A.A, Weindorf, D.C., Chakraborty, S., Sharrma, A., Li, B. (2014): Combination of proximal and remote sensing methods for rapid soil salinity quantification. Geoderma, (2015), Tab. 1: ( , 11:34 Uhr) Tab. 2: ( , 11:50 Uhr) 19

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