Auftretende Kräfte und physikalisch-mechanische Auswirkungen bei Kontakt zwischen Fahrwerken/Reifen landwirtschaftlicher Maschinen und ausgewählten Ackerflächen-Bodengefügen

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• Publisher: Cuvillier Verlag
• Year: 2009
• Print ISBN: 9783869550893
• eBook ISBN: 9783736930896
• Edition: 1

In der Landwirtschaft ist der Boden neben Pflanzenstandort auch Fahrbahn für landwirtschaftlicheFahrzeuge. Durch die intensive Mechanisierung der pflanzlichen Produktion im20. Jahrhundert sind zunehmend mechanische Belastungen als Folge stark gestiegenerFahrzeuggesamtmassen bedeutend. Das Zusammenwirken von Fahrwerk und Boden währendder Befahrung beeinflusst das Bodengefüge im Kontaktbereich in Form von Verdichtungen.Verdichtungen, die nachhaltigen negativen Auswirkungen auf die natürliche Bodenfruchtbarkeitnach sich ziehen, werden als Bodenschadverdichtungen bezeichnet und stehenim Widerspruch zu den Zielen des Bundesbodenschutzgesetzes. Disziplinübergreifendgelten dabei vor allem die tiefreichenden Unterbodenschadverdichtungen als besondersproblematisch. Diese werden durch jährlich wiederkehrende Bodenbearbeitungsmaßnahmennicht und auch durch natürliche biotische und abiotische Umweltfaktoren nur über längereZeiträume gelockert. Die Aktualität der Problematik Unterbodenschadverdichtung basiertzudem auf einem fortwährenden Wissenschaftsstreit bezüglich der Entstehungsmechanismensowie der daraus abgeleiteten Strategien zu deren Vermeidung.Ein Ziel der vorliegenden Arbeit ist deshalb eine intensive Auseinandersetzung mit dengrundlegenden bodenphysikalisch-mechanischen Wechselwirkungen von Belastung, Beanspruchung, Gefügestabilität und Verformungsverhalten. Durch die detaillierte, im Literaturteildurchgeführte Darstellung der mechanischen Wechselwirkungen von bodenexogenen undbodenendogenen Belastungsfaktoren wird zu einem naturwissenschaftlich basierten Verständnisfür die Entstehungsmechanismen von Bodenschadverdichtungen beigetragen. Dabeiwird die Komplexität der Interdependenz der Belastungsfaktoren bei der Entstehung vonBodenschadverdichtungen hervorgehoben, nicht zuletzt wegen der Vielzahl der Faktorenund deren Interaktion.Ausgehend von diesen grundlegenden Erkenntnissen ist ein weiteres Ziel die rechnerischeQuantifizierung der mechanischen Belastung beim Fruchtartenanbau unter deutschenPflanzenproduktionsverhältnissen. Zur Abbildung der Pflanzenbaupraxis in der BRD werdenFruchtarten entsprechend ihrer Anbaubedeutungen ausgewählt, fruchtartenspezifische Produktionsprozessein Abhängigkeit der drei bedeutenden Bodenbearbeitungssysteme geplantund drei beispielhafte Mechanisierungsvarianten unterschiedlichen Leistungsvermögenszusammengestellt. Die Beschreibung der mechanischen Belastung des Ackerbodens durchdie landwirtschaftliche Pflanzenproduktion erfolgt anhand der Belastungsfaktoren Überrollhäufigkeit, Spurflächensumme, Radlast und Kontaktflächendruck, indem ihre flächige Verteilungauf der Ackerfläche ermittelt wird. Durchgeführt wird dabei die Differenzierungzwischen Kernfläche und Vorgewende. Dies gelingt durch die Erstellung eines Berechnungsmodellszur Simulation der Fahrzeugbewegung während der Bewirtschaftungsmaß256nahmen und Wendevorgänge auf dem Vorgewende, sowie durch die exakte Bestimmungder Radspurlagen in Abhängigkeit technischer Fahrzeugparameter. Durch die Berücksichtigungvon Rollwiderstand, Stützkraft, Zugkraftbedarf, Zugpunktlage und Bunkerfüllung könnenreale Radlasten und mittlere Kontaktflächendrücke fahrzeug- und maßnahmenspezifischermittelt und den Fahrspuren zugeordnet werden.Die Auswertung zeigt das fruchtartenspezifische Reduktionspotential der mechanischenBodenbelastung über die gesamte Ackerfläche durch die Minderung der Bodenbearbeitungsintensitätund der Verwendung leistungsfähigerer Verfahrenstechnik mit größeren Arbeitsbreiten.Bedingt durch den Fahrwerksaufbau und die Arbeitsbreiten beim Einsatz leitungsfähigererMechanisierungsvarianten (Verfahrenstechnik) nimmt die unbefahrene Fläche absolutzu, gleichzeitig nehmen die Spurflächensumme sowie die prozentualen Flächenanteileder Klassen hoher Überrollungshäufigkeiten, Radlasten und Kontaktflächendrücke ab. Durchdie Reduktion der Bodenbearbeitungsintensität lassen sich innerhalb der Mechanisierungsvariantendie durch die Bodenbearbeitung belasteten Flächenanteile in gleicher Weiseschonen, während die durch Ernte- und Transportfahrzeuge belasteten Flächenanteile unbeeinflusstbleiben. Auf dem Vorgewende sind die Überrollungshäufigkeit sowie die Spurflächensummeca. doppelt so hoch wie auf der Kernfläche. Auch die prozentualen Flachenanteileder Klassen hoher Radlasten und Kontaktflächendrücke sind größer als auf der Kernfläche.Es kann gezeigt werden, wie durch die Verwendung moderner Bewirtschaftungsverfahreneine schnelle und weitreichende Schonung des Bodens erreicht werden kann.Im Kapitel Diskussion werden vor dem Hintergrund der bodenphysikalischen und bodenmechanischenGrundlagen (Kapitel 2) die Wechselwirkungen bodenexogener und bodenendogenerBelastungsfaktoren bei der Entstehung von Bodenschadverdichtungen anhandphysikalischer Größen kritisch betrachtet. Es werden Unzulänglichkeiten bei den bishergenutzten und standardisierten Untersuchungsmethoden herausgearbeitet. Die eindeutigeIdentifikation der Wirkungskette von Belastung, Beanspruchung, Gefügestabilität, Verformungsverhaltenund Auswirkung in Form von Bodenschadverdichtungen mittelsphysikalischer Größen erscheint noch unzureichend gelöst. Die Ableitung gesetzlicherRegelungen für einen zielgerichteten und wirkungsvollen physikalischen Bodenschutz aufder Basis der bisher ermittelten und veröffentlichten Ergebnisse ist infolgedessen zu hinterfragen.Abschließend werden in der Diskussion durch theoretische Überlegungen zurSpannungsfortpflanzung im Boden und mechanischen Bodenbelastung im Fruchtartenanbautechnische und strukturelle Möglichkeiten zur Bodenschonung erarbeitet.