Flüsse, Umsatz und Haushalt der postmortalen organischen Substanz und ihrer Stoffgruppen in Streudecke und Bodenkörper eines Buchenwald-Ökosystems auf Kalkgestein:
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| Veröffentlicht: |
Göttingen
Anst. für Bodenkunde
1987
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| Schriftenreihe: | Göttinger bodenkundliche Berichte
91 |
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INHALTSVERZEICHNIS
SEITE
1. PROBLEMSTELLUNG ............ 1
1.1. ÖKOSYSTEM UND ÖKOSYSTEMFORSCHUNG .......... 1
1.2. WALDÖKOSYSTEME ALS TERRESTRISCHE ÖKOSYSTEME .... 2
1.3. STOFF-FLÜSSE DER ORGANISCHEN VERBINDUNGEN
ZWISCHEN UND IN DEN KOMPARTIMENTEN
DES ÖKOSYSTEMS KALKBUCHENWALD 7~.......... 3
14. ZIELSETZUNG DER EINZELNEN TEILASPEKTE....... 6
2. ANALYSEN-METHODEN ........... 8
2.1. UNTERSUCHUNG DER FESTSUBSTANZEN .......... 8
2.1.1. Bodenmaterial und Kalkgestein ........ 8
2.1.1.1. Probenaufbereitung
des Bodenmaterials ......... 8
2.1.1.2. Probenaufbereitung
des Kalksteins........... 8
2.1.1.3. Trockendichte ........... 8
2.1.14. Farbe............... 9
2.1.1.5. Boden-pH .............. 9
2.1.1.6. Korngrößen-Zusammensetzung ..... 9
2.1.1.7. Carbonat-Gehalt .......... 9
2.1.1.8. Nicht-Carbonat-Gehalt
(Carbonat-Zerstörungs-Rückstand) . . 10
2.1.1.9. Carbonat-Zusammensetzung ...... 10
2.1.1.10. Anorganischer Stickstoff ..... 10
2.1.1.10.1. Austauschbares
Ammonium und Nitrat . . 10
2.1.1.10.2. Fixiertes Ammonium
(AMft)........ 10
2.1.1.10.3. Fixiertes hydrolysier-
bares Ammonium (AMfhy) 11
2.1.1.104. Fixiertes nicht
hydrolysierbares
Ammonium....... 11
2.1.2. Pflanzensubstanz .............. 11
2.1.2.1. Probenaufbereitung ......... 11
2.1.2.2. Trockensubstanz .......... 12
2.1.2.3. Asche-Gehalt ............ 12
2.1.2.U. Kationen .............. 12
2.1.2.5. Schwefel .............. 12
- II -
SEITE
2.1.3. Analyse der Boden- und Pflanzenproben .... 13
2.1.3.1. Gesamt-C und Gesamt-N ....... 13
2.1.3.2. Aminosäuren und Aminozucker .... 13
2.1.3.2.1. Hydrolyse mit HC1 .... 13
2.1.3.2.2. Chromatographische
Trennung........ 15
2.1.3.3. Zucker und Zuckersäuren ...... 16
2.1.3.3.1. Hydrolyse mit H2S0» ... 16
2.1.3.3.2. Chromatographische
Trennung........ 17
2.1.4. Fraktionierungs-Schemata .......... 20
2.1.4.1. Hydrolytische Fraktionierung mit HC1 20
2.1.4.2. Extraktiv-hydrolytische
Fraktionierung
(incl. Heißwasser-Extraktion) ... 26
2.1.4.2.1. Pflanzensubstanz .... 26
2.1.4.2.2. Bodenmaterial ...... 27
2.1.4.3. Extraktiv-hydrolytische
Fraktionierung
(inel. Kaltwasser-Extraktion) ... 27
2.1.4.4. Extraktiv-hydrolytische
Fraktionierung
(incl. KOH-Extraktion) ....... 27
2.2. WASSER....................... 28
2.2.1. Probenaufbereitung ............. 28
2.2.2. N-Bestimmung ................ 28
2.2.3. C-Bestimmung ................ 29
2.2.4. Kationen .................. 29
2.2.5. Anionen ................... 29
2.3. STATISTIK..................... 29
2.3.1. Entnahme-Parallelen der Proben ....... 29
2.3.2. Analysen-Parallelen ............. 31
2.3.3. Auswertung der Schwund-Versuche ....... 31
2.4. KRITERIEN DER METHODENWAHL ............. 32
2.4.1. Fraktionierungs-Schemata .......... 32
2.4.1.1. Hydrolytische Fraktionierung mit HC1 32
- Ill -
SEITE
2.4.1.2. Extraktiv-hydrolytische
Fraktionierung ........... 32
2.4.1.2.1. Ether- und Benzol-
Ethanol-Extraktion ... 33
2.4.1.2.2. Heißwasser-Extraktion . . 34
2.4.1.2.3. Weitere Schritte .... 36
2.4.2. Chromatographische Trennungen ........ 37
2.4.2.1. Aminosäuren und Aminozucker .... 37
2.4.2.2. Neutralzucker und Zuckersäuren ... 38
STANDORTBESCHREIBUNG ........ 40
3.1. GEOGRAPHISCHE LAGE................. 40
3.2. GEOLOGISCHE SITUATION ............... 40
3.3. KLIMA....................... 41
3.4. VEGETATION..................... 44
3.5. BODENFAUNA..................... 45
3.6. BODENGESELLSCHAFT ................. 45
3.6.1. Humusform .................. 50
3.6.2. Kohlenstoff-Vorrat ............. 51
3.6.3. Nährstoffversorgung ............. 51
3.6.4. Textur und Struktur ............. 52
3.6.5. Wasserhaushalt............... 52
3.6.6. Gashaushalt ................. 53
3.7. CHARAKTERISTIK ZWEIER TERRA-FUSCA-RENDSINEN .... 54
UMSATZ DER LAUBSTREU ........ 75
4.1. ÜBERBLICK..................... 75
4.1.1. Problemstellung ............... 75
4.1.2. Messung des Streu-Abbaus in Streu-Behältern
(litter bags)................ 76
4.1.3. Zielsetzung ................. 78
4.2. STANDORT UND METHODEN............... 79
4.3. ERGEBNISSE..................... 85
4.3.1. Messungen des Streufalls .......... 85
4.3.2. Inventur der Reststreu ........... 88
4.3.3. Laubstreu-Käfig-Versuche .......... 94
- IV -
SEITE
4.3.3.1. Kohlenstoff-Verluste ........ 94
4.3.3.1.1. Meßergebnisse ...... 94
4.3.3.1 .2. Vergleich 6 Interpretation
mit Hilfe einer e-Funktion 94
4.3.3.1.3. C-Abbau-Konstanten und
maximale
Streu-C-Akkumulation . . 101
4.3.3.1.4. Diskussion verschiedener
Abbau-Rechenmodelle . . . 104
4.3.3.2. Veränderung der N-Menge und der
N-Gehalte in der Streuschicht . . . 108
4.3-3.3. Veränderungen von Asche-Gehalt
und Asche-Henge..........
4.4. ZUSAMMENFASSUNG..................119
LAUBSTREU IM T. ÖSUNGSFLUSS
DES ÖKOSYSTEMS..............120
5.1. OBERBLICK
5.1.1. Aspekte und Fragestellung .......... 120
5.1.2. ökosvstemare Wirkungen* organischer
Streu-Eluate ................ 120
5.1.3. Methodische Fragen ............. 121
5.1.4. MeBprogramm ................. 123
5.2. METHODIK......................123
5.2.1. Standort .................. 123
5.2.2. Kronentrauf-Niederschlag .......... ^25
5.2.3. Laub-Wannen-Lysimeter-Versuche ....... 125
5.2.4. Boden-Platten-Lyslmeter ........... 126
5.3. ERGEBNISSE I: PASSAGE-WASSER DES ÖKOSYSTEMS .... 127
5.3.1. Flußraten .................. 127
5.3.2. pH-Werte .................. 131
5.3-3. Kohlenstoff und Stickstoff .... ..... 133
5.3-4. Kationen und Anionen ............ 143
5.4. ERGEBNISSE II: STOFFLICHE VERÄNDERUNG DER STREU . . 159
5.4.1. Gehalte ................... 160
5.4.2. Mengen ................... 162
5.4.2.1. Kohlenstoff ............ 162
5.4.2.2. Andere Bioelemente ......... 164
5.5 BILANZ DES STOFFHADSHALTS DER STREUAUFLAGE AUS DATEN
DES TRANSPORTS ÜHD DER STOFFLICHE» VErXaÜDERUNGEH T 166
5.6. ZUSAMMENFASSUNG
- V -
SEITE
6. STREU IM WANDEL............. 173
6.1. ÜBERBLICK..................... 173
6.1.1. Faktoren des Streuabbaus .......... 173
6.1.2. Chemische Zusammensetzung als Abbau-Faktor . 174
6.1.3. Meßprogramm ................. 175
6.1.4-. Probenauswahl und tabellarische Darstellung . 175
6.2. ERGEBNISSE..................... 177
6.2.1. Hydrolytische Fraktionen .......... 177
6.2.1.1. N-Fraktionen............ 177
6.2.1.2. C-Fraktionen ............ 179
6.2.1.3. C/N-Quotienten ........... 180
6.2.1.4. Absolute Änderungen der
N- und C-Fraktionsnengen...... 180
6.2.2. Extraktiv-hydrolytische Fraktionen ..... 191
6.2.2.1. C-Fraktionen ............ 191
6.2.2.1.1. Anteile der C-Fraktionen
in % Gesamt-C...... 191
6.2.2.1.2. C-Gehalte der Fraktionen 197
6.2.2.2. N-Fraktionen
6.2.3. Chromatographische Trennungen ........ 200
6.2.3.1. Aminozucker und Aminosäuren .... 200
6.2.3.1.1. Glucosamin/Galactosamin-
Quotient........ 206
6.2.3.1.2. Aminosäuren-C/Amino-
zucker-C-Quotient .... 208
6.2.3.1.3. Aminosäuren-
Zusammensetzung ..... 209
6.2.3.2. Saccharide ............. 213
6.2.3.2.1. Zuckermonomeren-C .... 213
6.2.3.2.2. Neutralzucker-
Zusammensetzung ..... 228
6.2.3.2.3. Zuckersäuren-
Zusammensetzung ..... 229
6.2.3.2.4- Absolute Änderungen der
Saccharid-Mengen .... 230
6.2.4. Heißwasser-Extraktionsstufen ........ 231
6.2.5. Extraktiv-hvdrolvtische Fraktionierung
mit einem KOH-Extraktionssehritt ...... 236
6.3. ZUSAMMENFASSUNG.................. 238
- VI -
SEITE
7.
D 1 E Ü K G A N i S C H E S n B S T A N Z i N
Z W E I T E R R A - F U S C A - R E N D S H N E H
. 241
7.1. ÜBERBLICK..................... 241
7.1.1. Problemstellung ............... 241
7.1.2. Aminosäuren in Böden
Herkunft, Bedeutung, Bindungsform...... 24-2
7.1.3. Saceharide in Böden ............. 243
7.1.3.1. Herkunft .............. 243
7.1.3.2. Bedeutung der Saceharide für
die Böden............. 245
7.1.3.3. Bindungsform der Saceharide
in Böden.............. 246
7.2. ERGEBHISSE..................... 246
7.2.1. Hydrolytische Fraktionen .......... 248
7.2.1.1. N-Fraktionen ............ 248
7.2.1.2. C-Fraktionen ............ 251
7.2.1.3. C/N-Quotienten ........... 253
7.2.1.4. Hydrolytische Fraktionen der
organischen Substanz in
Kalkstein-Lösungsrückstand ..... 262
7.2.2. Extraktiv-hydrolytische Fraktionen ..... 263
7.2.2.1. C-Fraktionen ............ 263
7.2.2.1.1. Anteile der C-Fraktionen
in * Corg........ 263
7.2.2.1.2. C-Gehalte der Fraktionen 266
7.2.2.2. N-Fraktionen und C/N-Quotienten . . 268
7.2.3. Chromatographisehe Trennungen ........ 272
7.2.3.1. Aminozucker und Aminosäuren .... 272
7.2.3.1.1. Glueosamin/Galactosamin-
Quotient........ 273
7.2.3.1.2. Aminosäuren-C/Amino-
zueker-C-Quotient .... 277
7.2.3.1.3. Aminosäuren-
Zusammensetzung ..... 278
7.2.3.2. Saceharide ............. 283
7.2.3.2.1. Zuckermonomeren-C .... 283
7.2.3.2.2. Zuckersäuren-C ..... 286
7.2.3.2.3. Neutralzucker-
Zusaomensetzung ..... 287
- VII -
SEITE
7.2.3.2.4. Zuckersäuren-
Zusammensetzung ..... 292
7.2.3.2.5. Die relative Akkumulation
von leicht abbaubaren
Kohlenhydraten im Boden . 295
7.3. ZUSAMMENFASSUNG.................. 300
8. SYNTHESE UND AUSBLICK ....... 304
9. ZUSAMMENFASSUNG ............. 313
10. LITERATUR ................... 315
11. ANHANG...................... 353
12. DANKSAGUNG .................. 408
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