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Anisotropy of the hydraulic conductivity of soils in the geological regions of Schleswig-Holstein (Northern Germany) under arable und grassland use

Anneka Mordhorst
Anneka Mordhorst
, 
Heiner Fleige
Heiner Fleige
, 
Iris Zimmermann
Iris Zimmermann
, 
Bernd Burbaum
Bernd Burbaum
, 
Marek Filipinski
Marek Filipinski
, 
Eckhard Cordsen
Eckhard Cordsen
 and 
Rainer Horn
Rainer Horn
   | Jun 11, 2019
Die Bodenkultur: Journal of Land Management, Food and Environment's Cover Image
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Article Category: Research Article
Published Online: Jun 11, 2019
Page range: 33 - 45
Received: Nov 20, 2018
Accepted: Jan 31, 2019
DOI: https://doi.org/10.2478/boku-2019-0003
Keywords
© 2019 Anneka Mordhorst, Heiner Fleige, Iris Zimmermann, Bernd Burbaum, Marek Filipinski, Eckhard Cordsen, Rainer Horn, published by Sciendo
This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 3.0 License.

Abbildung 1

Übersichtskarte Schleswig-Holsteins (Norddeutschland) mit den vier Hauptnaturräumen und der jeweiligen Anzahl von analysierten Bodenprofilen in der Datenbank. Kartengrundlage: BKG (2010), verändert.Figure 1. Geographical map of Schleswig-Holstein representing the 4 geological regions (North Germany) with the number of sampled soil profiles in the dataset. Map basis, modified: BKG (2010).
Übersichtskarte Schleswig-Holsteins (Norddeutschland) mit den vier Hauptnaturräumen und der jeweiligen Anzahl von analysierten Bodenprofilen in der Datenbank. Kartengrundlage: BKG (2010), verändert.Figure 1. Geographical map of Schleswig-Holstein representing the 4 geological regions (North Germany) with the number of sampled soil profiles in the dataset. Map basis, modified: BKG (2010).

Abbildung 2

Vertikale und horizontale gesättigte hydraulische Leitfähigkeit (kf) in Oberböden unter Grünland (Ah-Horizonte) und in Unterböden (≤ 40 cm Tiefe) unter Grünland- und Ackernutzung mit Tongehalten < und ≥ 12 %. Die Abbildung beinhaltet alle untersuchten Bodenprofile in Schleswig-Holstein (n = 507). In den Tabellen 1 und 2 sind die Anzahl der Wiederholungen pro Box-Plot dokumentiert (Datenbank: LLUR S.-H.). Signifikante Unterschiede zwischen horizontalen und vertikalen kf -Werten sind mit unterschiedlichen Kleinbuchstaben (ab), diejenigen zwischen den Tongehaltsklassen mit unterschiedlichen Großbuchstaben (AB) bei einem Signifikanzniveau von 0,05 gekennzeichnet.Figure 2. Vertical and horizontal hydraulic conductivity (kf ) of top- (A-horizons for grassland) and subsoil horizons (≤ 40 cm depth for arable and grassland soil horizons) with clay contents < and ≥ 12 % of all sampled soil profiles in Schleswig-Holstein (507 soil profiles in total). For number of replicates per boxplot see Tables 1 and 2 (Data basis: LLUR S.-H.). Significant differences between kf values are documented by lowercases (ab), those between clay content classes by uppercases (AB) with a significance level of 0.05.
Vertikale und horizontale gesättigte hydraulische Leitfähigkeit (kf) in Oberböden unter Grünland (Ah-Horizonte) und in Unterböden (≤ 40 cm Tiefe) unter Grünland- und Ackernutzung mit Tongehalten < und ≥ 12 %. Die Abbildung beinhaltet alle untersuchten Bodenprofile in Schleswig-Holstein (n = 507). In den Tabellen 1 und 2 sind die Anzahl der Wiederholungen pro Box-Plot dokumentiert (Datenbank: LLUR S.-H.). Signifikante Unterschiede zwischen horizontalen und vertikalen kf -Werten sind mit unterschiedlichen Kleinbuchstaben (ab), diejenigen zwischen den Tongehaltsklassen mit unterschiedlichen Großbuchstaben (AB) bei einem Signifikanzniveau von 0,05 gekennzeichnet.Figure 2. Vertical and horizontal hydraulic conductivity (kf ) of top- (A-horizons for grassland) and subsoil horizons (≤ 40 cm depth for arable and grassland soil horizons) with clay contents < and ≥ 12 % of all sampled soil profiles in Schleswig-Holstein (507 soil profiles in total). For number of replicates per boxplot see Tables 1 and 2 (Data basis: LLUR S.-H.). Significant differences between kf values are documented by lowercases (ab), those between clay content classes by uppercases (AB) with a significance level of 0.05.

Abbildung 3

Vertikale und horizontale hydraulische gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf) der Unterbodenhorizonte (≤ 60 cm Tiefe) von repräsentativen Bodentypen Schleswig-Holsteins unter Acker- (A) und Grünlandnutzung (G). Zahlen unter den Boxplots geben die Anzahl der Proben wieder (Datenbank: LLUR S.-H.). Signifikante Unterschiede zwischen horizontalen und vertikalen kf -Werten sind mit unterschiedlichen Kleinbuchstaben (ab), diejenigen zwischen den Landnutzungstypen mit unterschiedlichen Großbuchstaben (AB) bei einem Signifikanzniveau von 0,05 gekennzeichnet.Figure 3. Vertical and horizontal hydraulic conductivity (kf) of subsoil horizons (≤ 60 cm depth) from representative soil types in Schleswig-Holstein under arable land (A) and grassland use (G). Number of samples is given below the boxplots (Data basis: LLUR S.-H.) Significant differences between kf values are documented by lowercases (ab), those between land use types by uppercases (AB) with a significance level of 0.05.
Vertikale und horizontale hydraulische gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf) der Unterbodenhorizonte (≤ 60 cm Tiefe) von repräsentativen Bodentypen Schleswig-Holsteins unter Acker- (A) und Grünlandnutzung (G). Zahlen unter den Boxplots geben die Anzahl der Proben wieder (Datenbank: LLUR S.-H.). Signifikante Unterschiede zwischen horizontalen und vertikalen kf -Werten sind mit unterschiedlichen Kleinbuchstaben (ab), diejenigen zwischen den Landnutzungstypen mit unterschiedlichen Großbuchstaben (AB) bei einem Signifikanzniveau von 0,05 gekennzeichnet.Figure 3. Vertical and horizontal hydraulic conductivity (kf) of subsoil horizons (≤ 60 cm depth) from representative soil types in Schleswig-Holstein under arable land (A) and grassland use (G). Number of samples is given below the boxplots (Data basis: LLUR S.-H.) Significant differences between kf values are documented by lowercases (ab), those between land use types by uppercases (AB) with a significance level of 0.05.

Abbildung 4

Horizontale hydraulische Leitfähigkeiten (kf (h)) und Tongehalte von nicht von Natur aus verdichteten Unterbodenhorizonten der untersuchten Böden aus dem Östlichen Hügelland Schleswig-Holsteins unter Ackernutzung in ≤ 40 cm und 60 cm Tiefe im Zeitverlauf (Datenbank: LLUR S.-H.).Figure 4. Horizontal hydraulic conductivity (kf (h)) and clay contents of arable, not naturally compacted subsoil horizons of the analyzed soils of the Weichselian glacial area of Schleswig-Holstein in ≤ 40 cm and ≤ 60 cm over time (data basis: LLUR S.-H.).
Horizontale hydraulische Leitfähigkeiten (kf (h)) und Tongehalte von nicht von Natur aus verdichteten Unterbodenhorizonten der untersuchten Böden aus dem Östlichen Hügelland Schleswig-Holsteins unter Ackernutzung in ≤ 40 cm und 60 cm Tiefe im Zeitverlauf (Datenbank: LLUR S.-H.).Figure 4. Horizontal hydraulic conductivity (kf (h)) and clay contents of arable, not naturally compacted subsoil horizons of the analyzed soils of the Weichselian glacial area of Schleswig-Holstein in ≤ 40 cm and ≤ 60 cm over time (data basis: LLUR S.-H.).

Abbildung 5

Änderung der horizontalen hydraulischen Leitfähigkeit (kf (h)) in den Unterböden ≤ 60 cm Tiefe von (Pseudogley-)Parabraunerden (n = 14) und Norm-Pseudogleyen (n = 15) aus dem Östlichen Hügelland und der Hohen Geest Schleswig-Holsteins unter Ackernutzung über die Zeit (Datenbank: LLUR S.-H.).Figure 5. Changes of the horizontal hydraulic conductivity (kf (h)) in arable subsoils ≤ 60 cm of (Stagnic) Luvisols (n = 14) and Stagnosols (n = 15) in the Weichselian glacial area and Higher Geest region of Schleswig-Holstein over time (data basis: LLUR S.-H).
Änderung der horizontalen hydraulischen Leitfähigkeit (kf (h)) in den Unterböden ≤ 60 cm Tiefe von (Pseudogley-)Parabraunerden (n = 14) und Norm-Pseudogleyen (n = 15) aus dem Östlichen Hügelland und der Hohen Geest Schleswig-Holsteins unter Ackernutzung über die Zeit (Datenbank: LLUR S.-H.).Figure 5. Changes of the horizontal hydraulic conductivity (kf (h)) in arable subsoils ≤ 60 cm of (Stagnic) Luvisols (n = 14) and Stagnosols (n = 15) in the Weichselian glacial area and Higher Geest region of Schleswig-Holstein over time (data basis: LLUR S.-H).

Horizontale und vertikale gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf) von Unterböden unter Grünlandnutzung (≤ 40 cm; ≤ 60 cm Tiefe) mit Tongehalten < und ≥ 12 % in den vier Hauptnaturräumen von Schleswig-Holstein. n = Anzahl der Bodenproben, Anisotropie = Verhältnis aus horizontaler zu vertikaler Wasserleitfähigkeit (geometrische Mittelwerte), MW Ton = arithmetischer Mittelwert, GeoM = Geometrisches Mittel, n < 3 (−), Datenbank: LLUR S.-H. Signifikante Unterschiede zwischen horizontalen und vertikalen kf-Werten sind mit unterschiedlichen Kleinbuchstaben (ab), diejenigen zwischen den Tongehaltsklassen mit unterschiedlichen Großbuchstaben (AB) bei einem Signifikanzniveau von 0,05 bzw. 0,1 (Buchstaben in Klammern gesetzt) gekennzeichnet.Table 2. Horizontal and vertical hydraulic conductivity (kf) of grassland top- and subsoils (≤ 40 cm; ≤ 60 cm depth) with clay contents < 12 % and ≥ 12 % of the four geological regions of Schleswig-Holstein. n = number of samples, Anisotropy = ratio between horizontal to vertical ks values (geometric mean), MW Ton = arithmetic mean, GeoM = geometric mean, n < 3 (−), data basis: LLUR S.-H. Significant differences between k f values are documented by lowercases (ab), those between clay content classes by uppercases (AB) with a significance level of 0.05 or 0.1 (letters in brackets).

< 12 % Ton≥ 12 % Ton
horizontal (h)vertikal (v)h/vhorizontal (h)vertikal (v)h/v
TiefeHauptnaturraumMW TonGeoM kfnMW TonGeoM kfnAnisotropieMW TonGeoM kfnMW TonGeoM kfnAnisotropie
(%) (cm d-1)(-)(%)(cm d-1)(-)(-)(%)(cm d-1)(-)(%)(cm d-1)(-)(-)
Ah-Horizonte (≤ 40 cm)Östliches Hügelland6,050,5 aA286,985,4 aA150,623,235,1 aA2322,130,8 aA121,2
Niedere Geest5,8125,4 a124,536,4 a243.4-------
Hohe Geest5,884,5 aA366,812,6 bA716,717,362,7 (a)A415,12,0 (b)A831,9
Marsch7,56,6 aA88,14,3 aA71,528,11,9 aA1529,84,2 aA450,5
Gesamt6,059,1846,418,81173,124,413,14226,16,0672,2
Unter­bodenhorizonte (≤ 40 cm)Östliches Hügelland5,561,5 aA146,3151,6 aA50,422,014,2 aB1028,219,6 aA100,7
Niedere Geest--------------
Hohe Geest5,129,2 aA65,028,7 aA141,021,53,8 aA418,10,9 aB114,1
Marsch9,24,7 aA88,29,2 aA140,532,42,0 aA4632,811,6 bA1070,2
Gesamt6,333,6326,524,8341,429,63,26130,99,11320,3
Unterbodenhorizonte (≤ 60 cm)Östliches Hügelland5,062,3 aA226,6105,8 aA90,622,916,9 aA2727,418,9 aA270,9
Niedere Geest3,7402,6 aA103,8147,2 aA122,715,6822,9 aA320,61,5 aB6552,0
Hohe Geest4,761,8 aA155,518,1 aA493,422,14,1 aA819,11,1 aB383,7
Marsch8,23,6 aA127,78,7 aA300,433,21,8 aA7632,88,6 bA1860,2
Gesamt5,347,7596,021,91002,229,53,911429,96,62570,6

Horizontale und vertikale gesättigte Wasserleitfähigkeit (kf) von Unterböden unter Ackernutzung (≤ 40 cm; ≤ 60 cm Tiefe) mit Tongehalten < und ≥ 12 % in den vier Hauptnaturräumen von Schleswig-Holstein. n = Anzahl der Bodenproben, Anisotropie = Verhältnis aus horizontaler zu vertikaler Wasserleitfähigkeit (geometrische Mittelwerte), MW Ton = arithmetischer Mittelwert des Tongehalts, GeoM = Geometrisches Mittel, n < 3 (−) (Datenbank: LLUR S.-H). Signifikante Unterschiede zwischen horizontalen und vertikalen kf-Werten sind mit unterschiedlichen Kleinbuchstaben (ab), diejenigen zwischen den Tongehaltsklassen mit unterschiedlichen Großbuchstaben (AB) bei einem Signifikanzniveau von 0,05 gekennzeichnet.Table 1. Horizontal and vertical hydraulic conductivity (kf ) of arable subsoils (≤ 40 cm; ≤ 60 cm depth) with clay contents < 12 % and ≥ 12 % in the four geological regions of Schleswig-Holstein. n = number of samples, Anisotropy = ratio between horizontal to vertical kf values (geometric mean), MW Ton = arithmetic mean of clay content, GeoM = geometric mean, n < 3 (−) (data basis: LLUR S.-H.). Significant differences between kf values are documented by lowercases (ab), those between clay content classes by uppercases (AB) with a significance level of 0.05.

< 12 % Ton≥ 12 % Ton
horizontal (h)vertikal (v)h/vhorizontal (h)Vertikal (v)h/v
TiefeHauptnaturraumMW TonGeoM kfnMW TonGeoM kfnAnisotropieMW TonGeoM kfnMW TonGeoM kfnAnisotropie
(%)(cm d-1)(-)(%)(cm d-1)(-)(-)(%)(cm d-1)(-)(%)(cm d-1)(-)(-)
Unterbodenhorizonte (≤ 40 cm)Östliches Hügelland6,3105,7 aA165,430,8 aA63,421,57,8 aA2924,31,9 aA124,0
Niedere Geest--------------
Hohe Geest5,3177,7 aA105,328,2 aA116,320,214,2 aA317,00,6 aB525,4
Marsch---8,23,6 A6-23,10,9 a628,51,0 aA320,9
Gesamt6,1112,8296,017,3276,521,56,13926,11,2504,9
Unterbodenhorizonte (≤ 60 cm)Östliches Hügelland6,189,7 aA435,453,5 aA161,722,16,2 aB8923,87,1 aB380,9
Niedere Geest3,6259,8 a83,8127,3 aA102,0---14,114,1 aA3-
Hohe Geest5,6119,0 aA305,743,6 aA482,717,812,4 aB1718,61,2 bB2210,2
Marsch9,29,0 aA78,57,2 aA171,323,60,7 aA1329,11,1 aB730,7
Gesamt5,990,6886,036,0912,521,65,612125,62,01362,8
eISSN:
0006-5471
Language:
English
Publication timeframe:
4 times per year
Journal Subjects:
Life Sciences, Ecology, other
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