Kinetics of the release of dissolved organic matter (DOM) from air‐dried and pre‐moistened soil materialSchaumann, Gabriele Ellen; Siewert, Christian; Marschner, Bernd
doi: 10.1002/(SICI)1522-2624(200002)163:1<1::AID-JPLN1>3.0.CO;2-Npmid: N/A
In this study, the kinetics of soil organic matter (SOM) dissolution from soil samples in different states of moisture was investigated, using a continuous extraction method. The investigation distinguished three processes of SOM dissolution. They include an initial, fast process (probably hydrophilic dissolved organic matter) and two slow, rate limited processes, which probably correspond to hydrophobic dissolved organic matter (DOM). The second process indicates a slow, continuous release of DOM, whereas the third process is determined by a power law. The rate of the third process strongly depends on temperature and state of moisture. It is diffusion limited, with the diffusion control probably being located in the solid soil organic matter. This was explained by a gel structure, which slowly forms in the hydrating SOM and allows diffusion of mobile particles of SOM. The results show the importance of considering the moisture state of SOM for the kinetics of DOM dissolution.
Prüfung von 3 Verfahren zur Vorhersage der hydraulischen Leitfähigkeit ungesättigter Böden aus Wasserretentionsdaten oder aus der BodenartBohne, Klaus; Zacharias, Steffen; Wessolek, Gerd
doi: 10.1002/(SICI)1522-2624(200002)163:1<7::AID-JPLN7>3.0.CO;2-#pmid: N/A
Anhand von 1176 Meßwerten der ungesättigten hydraulischen Leitfähigkeit, die aus 60 Bodenhorizonten der Datenbank UNSODA (Leij et al., 1996) stammen, werden Vorhersagen der hydraulischen Leitfähigkeit nach Renger et al. (1999) und nach Mualem (1976)/vanGenuchten (1980) mit Meßwerten verglichen. Die erforderlichen Parameter für das Mualem/vanGenuchten‐Verfahren stammen entweder aus gemessenen Wasserretentionsdaten oder wurden durch bodenartabhängige Richtwerte vorgegeben. Bei der Vorhersage nach Mualem/vanGenuchten mit Richtwerten der benötigten Parameter ergibt sich der Anwendungsvorteil, daß keine neuen Messungen der Wasserretention erforderlich sind. Ein Vorteil des Verfahrens nach Renger et al. (1999) liegt in seiner Fähigkeit zur Vorhersage der gesättigten hydraulischen Leitfähigkeit. Als Standardabweichung zwischen gemessenen und berechneten Werten der hydraulischen Leitfähigkeit wurde bei dem Verfahren nach Mualem/vanGenuchten ein Wert von 0,93 lg (K) gefunden. Die Vorhersage nach Renger et al. (1999) führte demgegenüber zu einer Standardabweichung von 1,3 lg (K).
Water and bromide transport in a heterogeneous glacial sandWessolek, Gerd; Gross, Jochen; Hammel, Klaus
doi: 10.1002/(SICI)1522-2624(200002)163:1<13::AID-JPLN13>3.0.CO;2-3pmid: N/A
We investigated water flow and bromide transport under agricultural field conditions, using TDR and tensiometer measurements as well as a bromide tracer experiment. The soil, an Albic Luvisol consisting of sand covering glacial loam, is highly heterogeneous with polygon nets formed by sand‐filled frost wedges. Water flow and bromide transport are influenced by the thickness of the glacial sand horizon and the soil structure. Both cause a variation of the actual evapotranspiration up to ± 25 mm/yr. Water and bromide are preferentially transported on the inclined soil layer boundaries into the sand wedges. From there infiltrating water may be redistributed into the surrounding glacial till. Approximately, the depths of the bromide centers of mass can be deduced using the piston flow concept. Small‐scale mass balances of the tracer show that vertical sections with bromide deficits and bromide surpluses are well balanced within a horizontal range of 1.8 m to 2.8 m. This distance is interpreted as the lateral influence of the sand wedges.
Einfluss des Porenwasserdruckes auf die Zugfestigkeit von BodenprobenJunge, Thorsten; Gräsle, Werner; Bensel, Gisela; Horn, Rainer
doi: 10.1002/(SICI)1522-2624(200002)163:1<21::AID-JPLN21>3.0.CO;2-Dpmid: N/A
Anhand von direkten Zugversuchen mit Erfassung der Wasserspannung wird der Frage nachgegangen, welcher Zusammenhang zwischen der Zugfestigkeit und dem Porenwasserdruck besteht. Die Untersuchungen erfolgten an einem homogenisierten Geschiebemergel und einem ebenso behandelten Beckenton. Im Zentrum der Betrachtung steht der Zusammenhang zwischen Materialdehnung und Wasserspannungsentwicklung sowie eine Betrachtung des χ‐Faktors der effektiven Spannungsgleichung nach Bishop (1959). Dieser wurde aus der Beziehung zwischen Zugfestigkeit und korrespondierender Wasserspannung errechnet und mit den volu metrischen χ‐Faktoren der untersuchten Materialien verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass die für den Moment des Zugbruchs relevante Wasserspannung von den initialen Wasserspannungen der getesteten Proben abweicht und die Beziehung zwischen Wasserspannung und Zugfestigkeit eines Bodens nur auf der Grundlage dieser aktuellen Wasserspannung dargestellt werden darf. Darüber hinaus führte die Verwendung des volumetrischen χ in der effektiven Spannungsgleichung, verglichen mit dem experimentell für den Zugbruch bestimmten, zu einer 1,6‐ bis 2,8‐fachen Überschätzung des Beitrages der Wasserspannung zur Zugfestigkeit der getesteten Substrate.
Biological Sources of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in the Amazonian Rain ForestWilcke, Wolfgang; Amelung, Wulf; Martius, Christopher; Garcia, Marcos V. B.; Zech, Wolfgang
doi: 10.1002/(SICI)1522-2624(200002)163:1<27::AID-JPLN27>3.0.CO;2-Epmid: N/A
Hazardous polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) widely occur in the environment and are believed to be mainly anthropogenic. Here we present strong indications for large biological sources of the PAHs naphthalene, perylene, and possibly also phenanthrene in the Amazonian basin. Termite nests, plant wood, and soils were sampled. Naphthalene is detected in plant wood and is accumulated in the nests of termites from the genus Nasutitermes. Perylene is found in all studied termite nests including six different genera. Phenanthrene occurs at substantial concentrations in wood, soil, and termite nests.
Ground water preservation by soil protection: Determination of tolerable total Cd contents and Cd breakthrough timesIngwersen, Joachim; Streck, Thilo; Utermann, Jens; Richter, Jörg
doi: 10.1002/(SICI)1522-2624(200002)163:1<31::AID-JPLN31>3.0.CO;2-Bpmid: N/A
Taking Cd as an example we introduce a procedure to estimate tolerable total content of heavy metals in soils with regard to a specific ground water quality criterion. Furthermore, we present a piston‐flow approach to estimate breakthrough times of a sorptive solute to the ground water. Both procedures are applied to the sandy soils in the 4300 ha wastewater irrigation area Braunschweig, Germany. Applicability of these procedures is tested by numerical simulations. The calculated breakthrough times of Cd for an input concentration of 3 μg L−1 and a mean water flux density of 570 mm yr−1 varies, as a function of depth of water table and sorption characteristics, between 10 and 805 years (mean = 141 years). The deviation between the piston‐flow approach and the numerical simulation is on the average 1.6%. We determined a mean tolerable total Cd content of 0.61 mg kg−1 with regard to a ground water quality criterion of 3 μg L−1. The limit of the German sewage sludge regulation (AbfKlärV, 1992) of 1 mg Cd kg−1 exceeds the calculated tolerable total content in 90% of the investigated Ap horizons. Moreover, the results of the numerical simulations show that the limit of 1 mg Cd kg−1 would lead to a concentration in seepage water significantly above 8 μg Cd L−1. We conclude that in the sandy soils of the wastewater irrigation area the current limit of 1 mg Cd kg−1 is not sufficient to keep the Cd concentration in seepage water below 3 μg L−1 and, thus, to ensure ground water protection in the long run.
The effect of farming system on labile fractions of organic matter in Calcari‐Epileptic RegosolsFriedel, Jürgen K.
doi: 10.1002/(SICI)1522-2624(200002)163:1<41::AID-JPLN41>3.0.CO;2-9pmid: N/A
Total soil organic carbon (TOC) and nitrogen (Nt) and labile soil N and C fractions were investigated in a field experiment in the Swabian Mountains, Germany. The plots used had been farmed conventionally or organically since 1972 and treated with either mineral or organic fertiliser. There were no significant differences between organic and conventional plots in terms of TOC, Nt, C and N mineralisation potentials (Cpot, Npot) and microbial C/N ratio. Microbial biomass C and N, however, were significantly higher on organic plots in spring. There was only a weak correlation between Npot and microbial N. It is proposed that limitations in microbial N availability, as reflected in the microbial N/C ratio, control net N mineralisation rates in the incubation experiments, as indicated by the highly significant correlations between both Npot and Npot/Cpot ratios and microbial N/C ratios. The conclusion reached is that, under these field conditions, the positive effect of organic farming on the microbial biomass N pool does not contribute to an (relative or absolute) increase in the N available to plants.
Adsorption von Pflanzenschutzmitteln und DOC an Saugkerzen aus Glas und KeramikWessel‐Bothe, Stefan; Pätzold, Stefan; Klein, Christine; Behre, Gerhard; Welp, Gerhard
doi: 10.1002/(SICI)1522-2624(200002)163:1<53::AID-JPLN53>3.0.CO;2-Wpmid: N/A
Bei der Gewinnung von Bodenlösung mittels Saugkerzen können die Konzentrationen gelöster Stoffe in Abhängigkeit vom Kerzenmaterial durch Ad‐ und Desorptionsprozesse stark verändert werden. Zum Vergleich der bislang überwiegend üblichen Keramik‐Saugkerzen mit neuartigen Saugkerzen aus Borosilikatglas wurden wässrige Lösungen von Pflanzenschutzmitteln (PSM) und DOC durch diese Kerzentypen geleitet. Dabei zeigte sich, dass die Adsorption der PSM Pendimethalin, Terbuthylazin, Metolachlor und Chlortoluron (Konzentrationen: 2, 20 und 200 μg 1−1) an Saugkerzen aus Borosilikatglas z. T. erheblich geringer war als an Saugkerzen aus Keramik. Während bei der Perkolation durch die Keramik‐Saugkerzen im Mittel 10% (1,1—31%) der Wirkstoffe adsorbiert wurden, betrugen die Verluste bei den Glas‐Saugkerzen im Mittel nur 3,1% (0—11%). Die Unterschiede zwischen den beiden Saugkerzentypen nahmen mit steigender Hydrophobie der PSM‐Wirkstoffe und sinkender Lösungskonzentration deutlich zu. So wurden bei einer Lösungskonzentration von 2 μg 1−1 in den Keramik‐Saugkerzen 31% des gelösten Pendimethalins adsorbiert, während die Verluste in den Glas‐Saugkerzen mit 7,7% deutlich geringer waren. Entsprechende Adsorptionstests mit bodeneigenem gelöstem organischem Kohlenstoff (DOC) führten zu ähnlichen Ergebnissen. Vom DOC verschiedener Bodenextrakte wurden in den Glas‐Saugkerzen durchschnittlich 2,4% adsorbiert, während die Keramik‐Saugkerzen bis zu 50% der gelösten organischen Substanz retardierten. Da bodeneigene gelöste organische Substanzen bedeutende Sorbenten und Carrier für Pflanzenschutzmittel darstellen, wird durch die weitgehende Neutralität des Glas‐Materials gegenüber PSM und DOC die Eignung dieses Werkstoffs für die Gewinnung von Saugkerzen‐Lösungen in Pflanzenschutzmittel‐Studien nachdrücklich unterstrichen.
Wachstum und Ernährung von Eberesche, Buche und Fichte im Gefäßversuch mit immissionsbelasteten Bodensubstraten aus dem ErzgebirgeHeilmeier, Hermann; Baronius, Kristin; Kuhn, Arnd Jochen; Opfermann, Matthias; Nebe, Wolfgang
doi: 10.1002/(SICI)1522-2624(200002)163:1<57::AID-JPLN57>3.0.CO;2-8pmid: N/A
Wachstum und Ernährung der beiden Umwandlungsbaumarten Eberesche und Buche wurden im Vergleich zur Hauptbaumart Fichte in einem zweijährigen Gefäßversuch mit den beiden im Erzgebirge vorkommenden grundbelasteten Substraten Rhyolith und Basalt (Nullvariante) untersucht. Zusätzlich wurden im Ost‐erzgebirge zukünftig zu erwartende Schwefel (S)‐ und Stickstoff (N)‐Immissionsbelastungen mittels Sulfat‐ (100 kg S ha—1 a—1) und Stickstoffgaben (80 kg ha—1 a—1, Ammonium‐Nitrat‐Verhältnis = 1:4 bzw. 4:1) simuliert. Das oberirdische Wachstum aller drei Baumarten war auf Basalt deutlich höher als auf Rhyolith. Die zusätzlichen S‐ und N‐Gaben wirkten sich nur schwach aus. Die Gehalte von N und K in den Blattorganen waren bei allen drei Baumarten auf Rhyolith erhöht, die von P, Ca, Mg und Mn auf Basalt. Das zusätzliche Sulfatangebot und das NH4+:NO3—‐Verhältnis veränderten analog zum Wachstum die Nährelementgehalte kaum. Die Buche zeigte im Vergleich zur Eberesche auf dem Rhyolithsubstrat gute Wuchsleistungen. Sie scheint selbst auf extrem basenarmen und immissionsgeschädigten Böden eine geeignete Zielbaumart zu sein, die Fichte hingegen nur bei geringer S‐Belastung. Allerdings könnte ein durch anhaltende N‐Depositionen gesteigertes Wachstum vor allem bei Fichte, aber auch bei Buche zu Mg‐ und K‐Mangel führen.