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Entwicklung der Niederschlags‐Deposition von Schwermetallen in West‐Deutschland. 1. Blei und Cadmium
Authors: Schulte Andreas , Balazs Arpad , Block Joachim , Gehrmann Joachim 
Published: December 2011

AbstractAuf 25 Meßflächen in 4 Bundesländern Deutschlands wurde von 1984 bis 1993 die Deposition von Blei und Cadmium mit dem Niederschlag gemessen. Die absolute Höhe der Deposition von Blei und Cadmium schwankt in Abhängigkeit vom Standort und der jährlichen Niederschlagshöhe bzw. Emission.Auf allen untersuchten Meßflächen nimmt die Blei‐Deposition mit dem Niederschlag im Beobachtungszeitraum signifikant ab. Im Durchschnitt aller untersuchten Meßflächen verringerte sich die Blei‐Deposition mit dem Niederschlag von 142 g ha−1 im Jahr 1984 auf 31 g ha−1 im Jahr 1993 (r = −0.934***). Die Abnahme der Blei‐Deposition entspricht der prognostizierten Abnahme der Blei‐Emission in Deutschland im gleichen Zeitraum insbesondere in Folge der Einführung unverbleiter Kraftstoffe im Jahre 1984.Im Durchschnitt aller Meßflächen nahm die Cadmium‐Deposition von 3.4 g ha−1 im Jahr 1984 auf 2.0 g ha−1 ab (r=‐0.900***). Eine signifikante Abnahme der Cadmium‐Deposition konnte jedoch im Gegensatz zum Blei nur an 11 von 25 Meßstationen beobachtet werden. Die relative Abnahme der Cadmium‐Deposition mit dem Niederschlag ist wesentlich geringer als die prognostizierte Emissionsminderung von Cadmium im etwa gleichen Zeitraum.
Effect of potassium application on the transformation of zinc fractions in soil and on the zinc nutrition of wetland rice
Authors: Mandal Biswapati , Pattanayak P. S. Das , Samanta A. , Chatterjee A. K. 
Published: December 2011

AbstractThe effect of different levels of K application on the transformation of native as well as applied Zn fractions in a rice‐growing soil was studied under two moisture regimes viz. waterlogged and alternate waterlogged and saturation. Application of K caused an increase in the water‐soluble plus exchangeable, organically complexed and carbonates, and other acid‐soluble mineral fractions of native soil Zn. Application of K also caused an increase in the transformation of applied Zn into all the above three fractions of the element in soil. The above effects of K were more pronounced in soil under waterlogged than under alternate waterlogged and non‐waterlogged moisture regimes.The results of a greenhouse experiment showed that K application caused an increase in Zn uptake and per cent utilization of both native and added Zn by rice. This was attributed to the increase in the water‐soluble plus exchangeable and organically complexed forms of Zn in soil due to K application.
Schätzung der Denitrifikation in landwirtschaftlich genutzten Böden. I. Grundlagen
Authors: Hermsmeyer Dirk , Van Der Ploeg Rienk R. 
Published: December 2011

AbstractDas Datenmaterial eines vom Bundesministerium für Forschung und Technologie in den Jahren 1988–1992 geförderten Forschungsvorhabens über den Nitratumsatz unterhalb der Wurzelzone in einem landwirtschaftlch genutzten Trinkwassereinzugsgebiet wurde analysiert. Ziel der Analyse war die Entwicklung eines Verfahrens zur Abschätzung der Denitrifikation in den Böden des Untersuchungsgebietes. Das vorhandene Datenmaterial wurde durch eigene Feld‐ und Labormessungen ergänzt. Mit Hilfe des erweiterten Datenmaterials wurde ein semi‐quantitatives Punktbewertungsverfahren zur Abschätzung der Denitrifikation entwickelt. Als Eingabegrößen werden für das Schätzverfahren die folgenden Bodenkenngrößen benötigt: Menge und C/N‐Verhältnis der organischen Substanz, Bodenart, Bodengefüge, Lagerungsdichte, Porosität, Feldkapazität, Luftkapazität, Grundwasserflurabstand und pH‐Wert. Zusätzlich werden im Schätzverfahren das Wärmeregime und die Durchlüftung des Bodenprofils berücksichtigt. Da über diese beiden Bodeneigenschaften keine Meßdaten Vorlagen, wurden die benötigten Daten errechnet. In der vorliegenden Arbeit werden die Entwicklung des Schätzverfahrens und die Erhebung der notwendigen Daten besprochen. In einer zweiten Arbeit werden anschließend die mit dem Schätzverfahren erzielten Ergebnisse diskutiert.
Schätzung der Denitrifikation in landwirtschaftlich genutzten Böden. II. Ergebnisse und Bewertung
Authors: Hermsmeyer Dirk , Van Der Ploeg Rienk R. 
Published: December 2011

AbstractDas in Teil 1 beschriebene Verfahren wird im vorliegenden Beitrag zur Bewertung der relativen potentiellen Denitrifikation an den Untersuchungsstandorten genutzt. Die erhaltenen maximalen potentiellen Denitrifikationsraten dieser Standorte werden auf die Verbreitungsareale der Bodentypen im Untersuchungsgebiet regionalisiert. Schlagspezifische Schätzwerte aktueller Denitrifikationsraten werden durch die Berücksichtigung von Daten zum Stickstoffhaushalt der landwirtschaftlich genutzten Flächen erhalten.Das Schätzmodell ergibt Denitrifikationsraten von < 10 kg N/(ha·a) für die sandigen Braunerden und Braunerde‐Gleye des Untersuchungsgebietes, in denen die günstigste Kombination der Einflußfaktoren im Sinne geringer Denitrifikationsverluste angetroffen wurde. Hohe Verluste bis 50 kg N/(ha·a) sind in Niedermooren, Auenböden und Gleyen zu erwarten, die durch hohe Gehalte organischer Substanz und geringe Flurabstände des Grundwassers gekennzeichnet sind. Schluffige Parabraunerden und Plaggenesche nehmen eine mittlere Stellung ein; die potentiellen Stickstoffverluste dieser Böden durch Denitrifikation werden auf 20 bis 35 kg N/(ha·a) geschätzt. Diese Werte erscheinen aufgrund einer Plausibilitätskontrolle an Daten der Anionenkonzentration an der Grundwasseroberfläche realistisch; eine Eichung des Schätzmodells steht jedoch bislang aus.
Cadmiumverfügbarkeit für Gemüsepflanzen in Kleingartenböden
Authors: Heymann Hardy , Wiechmann Horst 
Published: December 2011

AbstractZur Ermittlung der Mobilität und Pflanzenverfügbarkeit von Cadmium im Boden wurden umfangreiche Gefäßversuche mit unterschiedlichem, unmittelbar Hamburger Kleingärten entstammendem Bodenmaterial und verschiedenen Gemüsearten durchgeführt. Es wurden die Cd‐Gesamtgehalte der Böden in Kombination mit anderen Bodeneigenschaften sowie die mit 0.1 M CaCl2 und I M NH4NO3 extrahierbaren Cd‐Gehalte der Böden im Hinblick auf die Prognosemöglichkeit der Cd‐Aufnahme von Pflanzen überprüft. Dabei stand ein direkter Methodenvergleich zwischen der CaCI2− und der NH4NO3−Extraktion im Vordergrund. Aus den Verfügbarkeitsuntersuchungen wurden Bodenschwellenwerte für die Cd‐Aufnahme in die Pflanzen abgeleitet, oberhalb derer Überschreitungen der momentan gültigen Lebensmittelrichtwerte für Cd in der Pflanze wahrscheinlich sind. Die Schwellenwerte wurden alternativ für die drei Untersuchungsmethoden Cd‐Gesamtgehalt in Kombination mit dem pH‐Wert sowie Cd‐Gehalt des 0.1 M CaCl2− und des 1 M NH4NO3−Lösungsextraktes aufgestellt.
Anwendung des Agrarökosystemmodells EPIC zur Prognose des Wasser‐ und Nährstoffhaushaltes von landwirtschaftlich genutzten Flächen auf Sandböden in Ost‐Brandenburg
Authors: Wegehenkel Martin 
Published: December 2011

AbstractDie Anwendungsmöglichkeiten des Agrarökosystemmodells EPIC auf grundwasserfernen Sandböden der Grundmoränenlandschaft in Ost‐Brandenburg wurden mit Hilfe von Testrechnungen überprüft. Hierzu wurden mehrjährige Witterungsdaten und Meßreihen von Bodenfeuchte. Nitratgehalt im Boden, oberirdischer Biomasse und Kornerträgen von 2 Feldversuchsflächen herangezogen. Diese Messungen wurden zur Prüfung der Simulationsgüte des Modells mit den entsprechenden Resultaten von EPIC verglichen. Dabei zeigte sich bei der Bodenfeuchte eine gute Übereinstimmung von gemessenen und berechneten Werten. Bei der Simulation des Pflanzenwachstums war trotz der ebenfalls guten Korrelation zwischen gemessenen und simulierten Biomassen eine Unterschätzungstendenz zu Beginn der Wachstumsphase im Früfyahr und eine Überschätzungstendenz gegen Ende der Vegetationsperiode zu erkennen. Bei den Kornerträgen war ein Überschätzungstrend des Modells zu verzeichnen. Der Vergleich gemessener und simulierter Boden‐Nitrat‐Gehalte zeigte keine gute Übereinstimmung. Eine mögliche Ursache dafür ist die auf Langzeitsimulationen ausgerichtete Prozeßbeschreibung für den N‐Haushalt in EPIC. Ein weiterer Grund könnte der Umstand sein, daß die vom Modell berechneten N‐Aufnahmen der Pflanzen im Vergleich zu überschlägigen N‐Bedarfsberechnungen auf der Basis der simulierten Kornerträge zu hoch erscheinen. Letztlich konnte jedoch eine eindeutige Ursache für die unbefriedigende Übereinstimmung zwischen gemessenen und berechneten Boden‐Nitrat‐Gehalten im Rahmen dieser Studie nicht gefunden werden. Hier müssen noch weitere Analysen von EPIC in den Bereichen Mineralisation, N‐Aufnahme der Pflanzen und N‐Auswaschung erfolgen.
Soil chemical properties affecting NH4+ sorption in forest soils
Authors: Matschonat Gunda , Matzner Egbert 
Published: December 2011

AbstractFourteen European forest soils from the boreal to the mediterranean climate on different parent materials were investigated with respect to their ability to store NH4+ in exchangeable form, using sorption isotherms. Distribution coefficients for NH4+ sorption per unit weight of soil were in the range of 0.02 to 0.77. NH4+ sorption coefficients were usually highest in the forest floor of a given soil.NH4+ sorption behaviour of mineral soil horizons was correlated to soil parameters that are determined during routine soil analysis. A combination of CEC and base saturation explained up to 95% of the variability Of NH4+ sorption. In the forest floors, variability in NH4+ sorption could not be explained quantitatively from independent soil parameters. The affinity of the sorption sites for NH4+ was the most important factor for explanation of the variability in NH4+ sorption in the forest floors but was of low importance in mineral soil horizons.As NH4+ exchanges predominantly base cations, susceptibility of NH4+ to transport through the soil profile increases with Iowbase saturation of a soil as well as with low CEC values.
Verlagerung und Dispersion von Chlorid‐, Bromid‐, Nitrat‐ und SulfatTracern in zwei typischen Auenböden
Authors: Schlüter Wilhelm , Hennig Achim , Brümmer Gerhard W. 
Published: December 2011

AbstractAuf zwei schwach bis mäßig sauren Auenböden wurden Chlorid, Bromid, Nitrat und Sulfat als Tracer appliziert. Neben der Gewinnung von Bodenlösungen mit Hilfe von keramischen Saugkerzen bis in 180 cm Tiefe erfolgte an ausgewählten Terminen eine Entnahme von Bodenproben zur Herstellung von Bodensättigungsextrakten. Die Konzentrationen des nicht sorbierten Chlorids, Bromids und Nitrats stimmten in den Saugkerzenlösungen und Bodensättigungsextrakten weitgehend überein, während die Konzentrationen des schwach sorbierten Sulfats z.T. erhebliche Abweichungen aufwiesen. Saugkerzenlösungen und Bodensättigungsextrakte erfassen damit offenbar in Böden saurer Reaktion unterschiedliche Fraktionen des gelösten Sulfats.Aus dem Vergleich der zur selben Zeit in unterschiedlichen Profiltiefen auftretenden Verlagerungspeaks von Sulfat mit denen von Chlorid bzw. Bromid oder Nitrat ließ sich für den Ap‐Horizont einer Auenbraunerde ein Kd‐Wert von 0.16 1/kg und für den Bereich unterhalb von 30 cm ein Kd‐Wert von 0.02 1/kg errechnen.Durch Variation der Dispersivität und Anpassung der mit dem Simulationsmodell DELPHI für verschiedene Untersuchungstermine errechneten Stoff‐Tiefenverteilungen an die erhaltenen Meßwerte konnten für die einzelnen Horizonte der untersuchten Böden Disper‐ sivitäten geschätzt werden. Diese nehmen Werte von 1.0 cm im Ap‐Horizont sowie 1.8 und 10.0 cm in den Unterbodenhorizonten an.
Estimating dissolved organic carbon in natural waters by UV absorbance (254 nm)
Authors: Brandstetter Anton , Sletten Ronald S. , Mentler Axel , Wenzel Walter W. 
Published: December 2011

AbstractA close correlation exists between dissolved organic carbon (DOC) concentration and UV absorbance at 254 nm (A254) in natural waters. DOC and A254 were measured for soil solutions, throughfall, stemflow, and surface waters collected from a forested site located in eastern Austria. The slopes of lines determined by linear regression of DOC versus UV absorbance were very similar to those determined for wet deposition and throughfall samples collected in Nordrhein‐Westfalen, Germany by Bartels (1988). The intercept of the regression line in the current study indicates that approximately 1 mg L1 of non‐UV‐absorbing DOC is present; it is suggested that this is due to saturated aliphatic compounds such as acetate or formate.
Interaction between microbial biomass and activity and the soil chemical conditions and the processes of acid load in coniferous forest soils
Authors: Raubuch Markus , Beese Friedrich 
Published: December 2011

AbstractThe primary aims of the present investigation were to determine the proportion of microbial driven soil processes associated with acidification in coniferous forest soils, and the response of microbial communities with respect to soil acidification and to acidification processes. Lysimeters containing undisturbed soil columns from five forest sites in Europe were installed in a spruce forest in the Soiling (northern Germany) and exposed to the same input and climatic conditions. In the present study root uptake was excluded.Under these conditions, during the 21 months of the experiment, acid load by microbial N‐transformations especially mineralization and subsequent nitrification were the most important processes ranging from 50.2% to 79.1%. Except for one soil the balances showed, that increasing levels of soil acidity decreased the potential of mineralization. This agreed with the observation that microbial biomass Cmic decreased. The biomass Cmic (kg ha−1 a−1) was significantly correlated to N‐output. The caloric quotient qW increased parallel to decreasing pH.During the experiment the PH in all mineral soil horizons decreased significantly. This change in soil chemical conditions did not affect the microbial biomass Cmic but the caloric quotient increased during the experiment, especially in the upper mineral soil.
Enhanced calcium uptake in micropropagated potato plantlets by macroelement dilution
Authors: Abdulnour Jihad E. , Donnelly Danielle J. , Barthakur Nayana N. 
Published: December 2011

AbstractCa deficiency disorders are common in micropropagated plantlets but little is known regarding the uptake of Ca in vitro. Ca uptake by in vitra‐grown potato (Solanum tuberosum L. cvs. Bintje and Norland) plantlets was investigated when Ca levels were maintained but the total macroelement salts or just NH4, the major competing cation, were reduced in Murashige and Skoog (MS) medium. This increased the ratio of Ca:cations or Ca:NH4 as well as the osmotic potential of the medium. The increased Ca‐cations improved Ca uptake of shoot tips, leaves, and stems while increased Ca:NH4 had no effect. MS medium macroelement dilution may improve Ca uptake by micropropagated plantlets and prevent Ca deficiency disorders.
Microbial biomass C‐ and N‐dynamics in grassland soils amended with liquid manure
Authors: Kleber Markus , Jian‐Ping Hong , Stahr Karl 
Published: December 2011

AbstractTurnover and fluxes of C and N through microbial biomass were investigated on a research site in the grassland region of southwestern Germany. For a period of twelve months, biomass C was determined every 2 weeks and biomass N every 4 weeks (Fumigation‐Extraction). This was done at fertilized plots as well as on plots, which had not been fertilized for eight years. Biomass C and N accounted for 1.5–7.5% of the soil C and 2–9% of the soil nitrogen. Unfertilized plots contained more biomass C and N than fertilized plots. No seasonal influence on the amount of the microbial biomass was visible. C/N ratios were not related to fertilization events. An increase of the C/N ratio with depth suggests a dominance of fungi in the subsurface horizons.Estimates of biomass C and N turnover were calculated by dividing the total measured losses of biomass by the average quantity of biomass present (McGill et al., 1986), annual fluxes of carbon and nitrogen were calculated by dividing annual mean C(N) by the average C(N) in biomass (Jenkinson and Ladd, 1981). Average turnover rates for biomass C varied between 1.4 and 4.5 a−1, turnover rates for nitrogen were slower (1.2–3.3 a−1). Carbon Ruxes through the microbial biomass range from 5000 to 8000 kg ha−1 a−1, while nitrogen fluxes range from 400 to 700 kg ha−1 a−1.
Significance of DOM in the translocation of cations and acidity in acid forest soils
Authors: Guggenberger Georg , Kaiser Klaus 
Published: December 2011

AbstractWe estimated the contribution of dissolved organic matter (DOM) to cation leaching and the translocation of acidity in three acid forest soils. The analysis was based on monitored (2 years) concentrations of dissolved organic carbon (DOC) in the field, measured total acidities of DOM, and measured as well as predicted weighted mean dissociation constants of the organic acids. Although the forest floor solutions were strongly acidic (pH 3.47–4.10), a considerable proportion of the organic acids was dissociated and organic anions represented 22–40% of the total anions in the mineral soil input. The flux of DOM‐associated exchangeable protons from the forest floor to the mineral soil ranged from 0.35 (Wülfersreuth) to 3.72 (Hohe Matzen) kmol ha−1 yr−1. In the subsoil, this organic acidity may be neutralized by microbial decomposition of the organic acids, but a part of the hydrogen ions may dissociate and contribute to acidification of the soil solution and to weathering processes. Due to the pronounced retention of DOM in the mineral subsoil horizons, the contribution of DOM to the output of cations and acidity from the soil is much lower than in the surface horizons but still significant.?
Release of hydroxyl ions during specific adsorption of chloride by variable‐charge soils
Authors: Wang J. H. , Yu T. R. 
Published: December 2011

AbstractThe release of hydroxyl ions during specific adsorption of chloride by variable‐charge soils of China was studied by comparing the difference in pH of the suspension between a HCl‐treated system and a HNO3−treated system. A difference occurred only for the variablecharge soils, but not for the permanent‐charge soil. The release of OH− ions decreased upon removal of free iron oxides. The quantity of released OH was larger for electrodialyzed soils than that for untreated soils. It was less than 10% of the amount of Cl added. The OH/CI ratioincreased with increasing addition of HCl, suggesting that more OH relative to H2O was replaced by CI.
Salts and acids as determinants of the solution composition of acidic forest soils — anion effects
Authors: Kaiser Klaus , Kaupenjohann Martin 
Published: December 2011

AbstractThe study aimed at evaluating whether salt‐induced mobilization of acidity may be modified by the type of anion. For this purpose, the effects of different neutral salts on the solution composition of acid soils were investigated. The results were compared with those of the addition of acids. Two topsoil (E and A) and two subsoil horizons (Bs and Bw) were treated with NaCl, Na2SO4, MgCl2, MgSO4, HCl, and H2SO4 at concentrations ranging from 0 to 10 mmol dm−3.With increasing inputs of Cl− the pH of the equilibrium soil solution dropped, the concentrations of Al and Ca increased, and the molar Ca/(Al3+ + AlOH2+ + Al(OH)2+) ratios decreased. These effects were the least pronounced when NaCl was added and the most at the HCl treatments. According to the release of acidity, the topsoils were more sensitive for salt‐induced soil solution acidification whereas on base of the molar Ca/(Al3+ + AlOH2+ + Al(OH)2+) ratios, the salt effect seems to be more important for the subsoils.Addition of S042− salts and H2SO4 induced higher pH and lower Al concentrations than the corresponding Cl− treatments due to the SO42− sorption, especially in the subsoils. The Ca/(Al3+ + AlOH2+ + Al(OH)2+) ratios were higher than those of the corresponding Cl− treatments. In subsoils even after H2SO4 additions these ratios were not higher than those of the NaCl treatments.The results indicate (I) that speculation about the effects of episodic salt concentrations enhancement on soil solution acidification not only need to consider the ionic strength and the cation type but also the anion type, (II) that salt‐induced soil solution composition may be more crucial in subsoils than in topsoils, and (III) that in acid soils ongoing input of HNO3 due to the precipitation load may induce an even more acidic soil solution than the inputs of H2SO4 of the last decade.
Quantitative determination of minerals in acid forest soils of granite
Authors: Fichter Jörg , Bonnaud Pascal , Turpault Marie‐Pierre , Ranger Jacques 
Published: December 2011

AbstractA procedure for quantifying minerals in particle size fractions of fine earth (< 2 mm) is presented. Mineral fractions of the acid forest soils are characterised by various transition products. Transitional minerals between illite and vermiculite or smectite, polyhydroxy‐Al polymers interlayered in smectite and vermiculite, as well as poorly crystalline compounds are present. Normative calculations with standard minerals, generally applied to rocks, cannot be used to quantify precisely minerals of these soil samples. Conventional qualitative and quantitative chemical analyses are therefore completed by microanalyses of well‐identifiable minerals. The calculation procedure is based mainly on a system of simultaneous linear equations. These are set up from the chemical contents of a particle size fraction on the one hand and from the corresponding element contents of single minerals on the other hand. The contribution of single minerals to overall parameters can be calculated by programmed algorithms. The methodology was adjusted to different particle size fractions.
Land‐use effects on organic carbon, nitrogen, and sulphur concentrations in macroaggregates of differently textured Brazilian oxisols
Authors: Lilienfein Juliane , Wilcke Wolfgang , Neufeldt Henry , Ayarza Miguel A. , Zech Wolfgang 
Published: December 2011

AbstractThe objective of this study was to assess the influence of land use on soil aggregate size distribution and the consequences for organic C, N, and S concentrations in bulk soil and macroaggregates. The properties of a loamy and a clayey Oxisol used for continuous cropping, pasture and reforestation were compared with those of the native savannah (“Cerrado”). We measured aggregate size fractionation, C, N, and S concentrations in bulk soil, small (0.25–2 mm, SMA), and large macroaggregates (2–8 mm, LMA), and carried out a mineralization experiment with intact and crushed LMA. The aggregate size distribution of pastures was not different from native Cerrado. Reforestation and plowing caused higher percentages of smaller aggregates which was more pronounced in the loamy than in the clayey soil. Total concentrations of C, N, and S were higher in the clayey (C: 21.5–23.3 g kg−1; N: 1.2–1.4 g kg−1; S: 178–213 mg kg−1) than in the loamy soil (C: 7.8–10.3 g kg−1; N 0.5–0.7 g kg−1; S: 87–132 mg kg−1). LMA of the loamy soil had higher C, N, and S concentrations than the bulk soil. SMA and both macroaggregate fractions of the clayey soil did not differ from the bulk soil. 71 % of potentially mineralizable N in LMA of the loamy soil were only mineralized after aggregate disruption. In contrast, there were only small differences between crushed and intact LMA of the clayey soil. Therefore, we considered conventional tillage suitable for clayey soils. The loamy soil would require a more soil conserving system like no‐till or crop‐pasture rotation to improve sustainability.