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Zentralinstitut für Engineering, Elektronik und Analytik (ZEA)

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Rhizotronanlage Selhausen

Eine Versuchsanlage zur in-situ-Untersuchung des Wurzelwachstums von Feldpflanzen wird zurzeit auf einem Versuchsfeld in Selhausen fertiggestellt. Beim Bau dieser weltweit einzigartigen Anlage wurde eine eigens für diesen Zweck im ZEA-1 entwickelte Bohranlage eingesetzt.
Bestandteil der Anlage ist ein unterirdischer Raum, von dem ausgehend 54 Plexiglasrohre horizontal in den Boden reichen. Des Weiteren befinden sich 108 Feuchtigkeitssensoren auf verschiedenen Ebenen im Boden. Für die zerstörungsfreie Untersuchung des Wurzelwachstums wird eine Teleskopkamera in die Rohre geschoben, welche die Wurzeln fotografiert und anschließend kartographiert. Außerdem finden Messungen zur Feuchtigkeitsverteilung mit Hilfe von Radarantennen statt. Sie werden ebenfalls in die Rohre eingeschoben. Das Versuchsfeld selbst ist in drei Bereiche unterteilt. Der erste Bereich ist überdacht und simuliert Trockenstress, der zweite Bereich wird zusätzlich bewässert und der dritte Bereich erfährt normale Umgebungsbedingungen.

Die Besonderheit dieser Anlage ist, dass die 7 m langen Plexiglasrohre nicht eingegraben, sondern durch horizontale Erdbohrungen in den Boden eingebracht wurden. Die Rohre haben nach dem Einbau einen sehr guten Bodenanschluss und deren Oberfläche weisen nahezu keine Beschädigung auf. Diese zwei Kriterien sind entscheidend für die visuelle Auswertung.
Mit Hilfe einer exakten Laservermessung erfolgte die Ausrichtung der Bohranlage. Hierdurch wurde die präzise Lage der Rohre garantiert. Dieses Vorgehen erlaubte es auch eng benachbarte Rohre parallel einzubringen. (kleinster Achsabstand zwischen zwei Rohren: 260 mm, maximale Winkelabweichung von der optimalen Lage: 0,7°).

Rhizotronanlage Selhausen, AußenansichtAußenansicht der Versuchsanlage: Einstiegsluke (Pos. 1), Versuchsfeld mit einer Fläche von 11 m x 7 m (Pos. 2)
Quelle: FZJ


Rhizotronanlage Selhausen, InnenansichtInnenansicht der Versuchsanlage: Insgesamt wurden 108 Feuchtigkeitssensoren (Pos. 1) und 54 Plexiglasrohre (Pos. 2) in 6 Schichten in den Erdboden eingebracht.
Quelle: FZJ


Um die hohen Anforderungen beim Einbringen der Plexiglasrohre in den Boden (guter Bodenanschluss/kein Spalt zwischen Rohr und Boden, Erhaltung der Transparenz, geringe Bodenverdichtung um die Bohrung und eine hohe Lagegenauigkeit) gewährleisten zu können wurden vorab Bohrversuche mit verschiedenen Bohrtechniken durchgeführt. Aus drei Bohrverfahren (Rohrpressverfahren, Bohrspülverfahren und Bohrpressverfahren) wurde das Bohrpressverfahren als die geeignetste Variante ausgewählt und im ZEA-1 optimal auf die Umgebungsbedingungen und Erfordernisse angepasst.

Rhizotronanlage Selhausen, BohrversucheBohrversuche, Tauglichkeitsprüfung von 3 Bohrverfahren
Quelle: FZJ


Mit dieser im ZEA-1 neu entwickelten Spezialanlage lässt sich ein Bohrrohr mit einer Kraft von bis zu 13 t einpressen und gleichzeitig der Kern mit einem Schneckenbohrer kontinuierlich freibohren. Steine können mit einem optionalen Steinbohrer beseitigt werden.


Rhizotronanlage SelhausenTest und TÜV-Abnahme der Bohranlage im Labor
Quelle: FZJ



Auf der folgenden Abbildung ist der Bohrvorgang in einer Tiefe von 40 cm dargestellt. Die Bohranlage wurde dazu in dem unterirdischen Raum mit zwei Hubwagen angehoben.

Rhizotronanlage Selhausen, Anfertigen einer ErdbohrungAnfertigen einer Erdbohrung
Quelle: FZJ

Innerhalb von 6 Wochen wurden die Bohrarbeiten abgeschlossen.

Rhizotronanlage Selhausen, MitarbeiterVon links: Herr Rainer Harms (IBG-3), Herr Gaochao Cai (IBG-3), Herr Normen Hermes (IBG-3), Herr Peter Roland (Firma Roland), Herr Richard Roland (Firma Roland), Herr Prof. Jan Vanderborght (IBG-3), Herr Joschka Neumann (ZEA-1)
Quelle: FZJ


Kontaktadresse im ZEA-1: Dipl.-Ing. Joschka Neumann



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