Volume 166, Issue 5 pp. 625-634
Research Article
Full Access

Water storage, surface, and structural properties of sandy forest humus horizons

Mieczyslaw Hajnos

Mieczyslaw Hajnos

Institute of Agrophysics of Polish Academy of Sciences, Doswiadczalna 4, 20–290 Lublin, Poland

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Grzegorz JozefaciukZofia Sokołowska

Zofia Sokołowska

Institute of Agrophysics of Polish Academy of Sciences, Doswiadczalna 4, 20–290 Lublin, Poland

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Andreas Greiffenhagen

Andreas Greiffenhagen

Institute of Ecology, Dept. of Soil Science, Technical University Berlin, Salzufer 11–12, D-10587 Berlin, Germany

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Gerd Wessolek

Gerd Wessolek

Institute of Ecology, Dept. of Soil Science, Technical University Berlin, Salzufer 11–12, D-10587 Berlin, Germany

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First published: 13 October 2003
Citations: 10

Abstract

en

In this paper, we tried to find interrelations between water retention properties, surface characteristics, and structural features of sandy soils rich in organic matter. Raw humic, epihumic, and endohumic horizons of four acidic sandy forest soils were selected for this study. Specific areas and water adsorption energies were estimated from water vapor adsorption isotherms, micropore (nanometer range) parameters from desorption isotherms, mesopore (micrometer range) parameters from mercury intrusion porosimetry, and macropore (millimeter range) parameters from water retention curves measured using combined suction plate and pressure chamber methods. In the studied soils, pore volumes in all pore ranges were proportional to soil organic matter content. Thin column wicking technique was used to determine migration velocity vs. time dependence in the samples beds for a range of liquids of various surface tensions. From these dependencies the surface free energy and its components were estimated that were used for calculation of water contact angles and forces of interparticle interaction via a water meniscus. The dominant interactions in the studied soils were dispersive Lifshitz-Van der Waals forces. In the two upper horizons polar acid-base interactions were absent, however in the deepest horizons, high input of polar interactions occurred, due practically to electron-donor component of the surface free energy. The electron-acceptor contribution was low. The wettability of the soils was low in upper horizons as indicated by high water contact angles.

Abstract

de

Wasserretention und strukturelle Eigenschaften von sandigen Waldhumushorizonten

Von vier sandigen, sehr stark sauren bis äußerst sauren Waldstandorten wurden die Wasserretention und strukturellen Eigenschaften der Humusauflagen und der darunter befindlichen Ah-Horizonte untersucht. Die Untersuchungen zur spezifischen Oberfläche und zur adsorptiven Wasserbindung erfolgten mittels Wasserdampf-Adsorptionsisothermen. Der Mikroporenraum (Nanometerbereich) wurde mittels Desorptionsversuchen erfasst, während zur Charakterisierung des Mesoporenraums (Mikrometerbereich) die Quecksilberporosimetrie eingesetzt wurde. Die Beschreibung des Makroporenraums (Millimeterbereich) erfolgte anhand der pF-Charakteristik mittels keramischer Platten und Drucktöpfe. Der Energiestatus an den Oberflächen und zwischen den Partikeln wurde durch Migrationsversuche mit Flüssigkeiten unterschiedlicher Oberflächenspannung in kleinen Bodensäulen bestimmt, woraus auf die Kontaktwinkel und Bindungskräfte geschlossen werden konnte. Mit steigendem Gehalt an organischer Substanz nahm das Porenvolumen in allen Bereichen zu. Im Vergleich zu den Ah-Horizonten traten in den Humusauflagehorizonten nur wenig polare Bindungskräfte auf. Als Folge davon war die Benetzbarkeit in den Humusauflagen deutlich herabgesetzt, was wiederum große Wasserkontaktwinkel verursachte. Die dispersiven Lifshitz-Van der Waals-Kräfte spielten eine dominante Rolle.

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