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  • 1
    Language: English
    In: Catena, 2004, Vol.56(1), pp.67-83
    Description: Soils conforming to Andosols in the World Reference Base (WRB) of Soil Resources have not yet been recognised in Germany. The aims of this study were to (i) show whether some German soils developed in volcanic parent materials are Andosols, (ii) investigate their pedogenetic development and (iii) determine their local distribution. We selected a soil on Quaternary basalt in the Eifel region (the "Windsborn" profile), and a soil from the summit of the Tertiary basaltic stratovolcano Vogelsberg (the "Kohlerwald" profile) northwest of Frankfurt am Main. The Windsborn soil is classified as a Silic Andosol. Allophane contents are near 10%, and allophane globules were identified by transmission electron microscopy (TEM). By progressively constraining field parameters in GIS-generated maps, we found that Andosols in the Mosenberg chain are confined to a few isolated occurrences. The Kohlerwald profile in the Tertiary Vogelsberg is an acid, base-poor and strongly weathered Aluandic Luvisol. Metal-humus complexes are the dominant colloidal phase. In the topsoil, both Fe (sub p) and Al (sub p) are in excess of Fe (sub o) and Al (sub o) values. Our data suggest the presence of phases like hydroxy-Al (e.g. from Al-interlayers or poorly ordered gibbsite) and opaline silica that are easily attacked by the alkaline (pH 9.5-10.5) pyrophosphate extractant, but may be resistant to the acid (pH 3) oxalate procedure. We conclude that there are limited occurrences of silandic Andosols in the Eifel area, Germany. The Windsborn soil is in an early pedogenetic development stage, but pedogenesis in the Kohlerwald soil has advanced beyond the Andosol phase to the stage of clay translocation. Therefore the existence of aluandic Andosols in Germany seems possible, but remains to be proven.
    Keywords: Volcanic Soils ; Pedogenesis ; Soil Classification ; Allophane ; Andosols ; Sciences (General) ; Geography ; Geology
    ISSN: 0341-8162
    E-ISSN: 1872-6887
    Library Location Call Number Volume/Issue/Year Availability
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  • 2
    Language: English
    In: Organic Geochemistry, 2004, Vol.35(3), pp.269-276
    Description: The dependence of dissolved organic carbon (DOC) retention on mineral phase properties is uncertain where soil solution pH is neutral. Therefore, ten soil and phyllosilicate clay fractions were used (after carbon oxidation) to investigate relationships between DOC retention at pH 7 and content of dithionite-extractable iron (Fe (sub d) ), specific surface area (SSA) and cation exchange capacity (CEC). DOC sorption sites were identified by blocking reactive hydroxyl groups with phosphate on subsamples. Reversibility of DOC sorption was determined by desorption experiments. Soil clay fractions sorbed about twice as much DOC as phyllosilicates. A positive relationship between DOC sorption and Fe (sub d) content suggests that this is due to pedogenic oxides in soil clays. Positive trends were also observed with SSA or CEC. Sorption of 9-44 mu g DOC m (super -2) indicates that DOC interacts only with fractions of the mineral surfaces. Phosphate treatment of subsamples reduced DOC sorption by 39-64% indicating a contribution of reactive hydroxyl groups as well as of siloxane surfaces of phyllosilicate clay minerals to DOC sorption. Desorption experiment removed 13-50% of sorbed DOC. Samples with and without phosphate treatment desorbed similar absolute amounts of DOC indicating that DOC associations with siloxane surfaces may be weaker than interactions with hydroxyl groups. Abstract Copyright (2004) Elsevier, B.V.
    Keywords: Dissolved Organic Carbon ; Sorption of Doc ; Mineral Surfaces ; Hydroxyl Groups ; Desorption of Doc ; Geology
    ISSN: 0146-6380
    E-ISSN: 1873-5290
    Library Location Call Number Volume/Issue/Year Availability
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  • 3
    Language: English
    In: Journal of Plant Nutrition and Soil Science, August 2004, Vol.167(4), pp.439-448
    Description: In Saxony‐Anhalt, Germany, an area of about 6000 ha is covered by lignite‐ash‐derived substrates. In some cases, pollutants like heavy metals or toxic organic compounds had been disposed of together with the lignite ashes. For this reason, we assessed factors influencing the cation exchange capacity (CEC) of lignite‐ash substrates exposed to natural weathering. We chose four research sites reflecting the different methods of disposal: two dumped landfills and two lagooned ashes of different ages. After determining the CEC at pH 8.1 (CEC), we evaluated the influence of the content of silt and clay and the content of total organic C. As lignite‐ash‐derived substrates are rich in oxalate‐extractable Si, Al, and Fe, we performed an oxalate extraction and determined afterwards the CEC to assess the contribution of oxalate‐soluble compounds to the CEC. Moreover, we determined the variable charge of selected samples at pH values ranging from 4 to 7. The lignite‐ash‐derived soils had a high CEC with means ranging from 25.1 cmol kg to 88.8 cmol kg. The influence of the parent material was more important than the degree of weathering. The content of total organic C consisting of pedogenic organic matter and coked lignite particles together with the content of silt and clay played a statistically significant role in determining the CEC. Another property that influenced the amount of CEC in medium textured lignite ashes was the content of oxalate‐soluble silica and aluminum. After oxalate extraction, they lost about 30% of their CEC due to the dissolution of oxalate‐soluble compounds. In coarse textured lignite ashes, oxalate extraction led to higher amounts of CEC, probably due to an increase of surface area resulting either from the disintegration of particles or from etching caused by insufficient dissolution of magnetite and maghemite. Moreover, lignite‐ash‐derived substrates exhibit a high amount of pH‐dependent charge. The CEC decreased by 40% in a topsoil sample and by 51% in a subsoil sample as the pH declined from 7 to 4. Austauscheigenschaften von Böden aus Braunkohlenaschen In Sachsen‐Anhalt bedecken Substrate aus Braunkohlenaschen ca. 6000 ha der Landesfläche. Dabei wurden in einigen Fällen toxische Substanzen wie z. B. Schwermetalle oder organische Schadstoffe zusammen mit den Braunkohlenaschen ausgebracht. Da die Beweglichkeit von Schadstoffen u. a. von der Kationenaustauschbarkeit abhängt, wurden Untersuchungen an verwitterten Braunkohlenaschen durchgeführt, um Erkenntnisse über deren Austauscheigenschaften zu erhalten. Es wurden vier Flächen ausgewählt, welche die unterschiedlichen Verfahren zur Ablagerung der Aschen wiedergeben: zwei Kippdeponien und zwei Spüldeponien unterschiedlichen Alters. An Proben aus diesen Flächen bestimmten wir die potenzielle Kationenaustauschkapazität (KAK, gemessen bei pH 8.1) und überprüften den Zusammenhang von C und dem Gehalt an Schluff und Ton mit der KAK. Da Braunkohlenaschesubstrate große Mengen an oxalatlöslichem Si, Fe und Al enthalten, quantifizierten wir den Einfluss dieser Verbindungen auf die KAK durch eine Oxalat‐Extraktion mit anschließender Bestimmung der KAK an ausgewählten Proben. Darüber hinaus wurde die variable Ladung ausgewählter Proben bei pH‐Werten von 4 bis 7 bestimmt. Die Böden aus Braunkohlenaschen wiesen eine hohe KAK auf, deren Mittelwerte zwischen 25.1 cmol kg und 88.8 cmol kg lagen. Dabei konnte ein Einfluss des Ausgangsmaterials – nicht aber des Alters – auf die KAK festgestellt werden. Sowohl der Gehalt an C, bestehend aus pedogener organischer Substanz und verkokten Braunkohlenpartikeln, als auch die Menge an Schluff und Ton übten einen statistisch nachweisbaren Einfluss auf die KAK aus. Dabei war der durch C und die Menge an Schluff und Ton erklärbare Anteil der KAK bei den Kippdeponien höher als bei den Spüldeponien. Die Gegenwart oxalatlöslicher Bestandteile hatte große Auswirkungen auf die Höhe der KAK in der verspülten Asche mit mittlerer Textur. Nach einer Oxalat‐Extraktion verringerte sich die KAK um ca. 30 %. Dagegen stieg die KAK in Braunkohlenaschen mit hohen Anteilen an Sandfraktionen an, was wahrscheinlich durch eine Vergrößerung der reaktiven Oberfläche bedingt ist. Dies ist entweder durch den Zerfall einzelner großer Partikel in mehrere kleine oder durch eine unvollständige Lösung des in den Aschen vorkommenden Magnetits und Maghemits erklärbar. Die von uns untersuchten Braunkohlenaschen wiesen außerdem eine hohe variable Ladung auf. In einer Oberboden‐ und einer Unterbodenprobe war ein Rückgang der pH‐Werte von 7 auf 4 mit einem 51 %‐ bzw. 40 %igen Rückgang der KAK verbunden.
    Keywords: Lignite Ash ; Anthropic Soils ; Cation Exchange Capacity ; Oxalate Extractable Compounds ; Total Organic Carbon ; Variable Charge
    ISSN: 1436-8730
    E-ISSN: 1522-2624
    Library Location Call Number Volume/Issue/Year Availability
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  • 4
    Language: English
    In: Journal of Plant Nutrition and Soil Science, December 2003, Vol.166(6), pp.737-741
    Description: The dependency of the retention of dissolved organic carbon (DOC) on mineral phase properties in soils remains uncertain especially at neutral pH. To specifically elucidate the role of mineral surfaces and pedogenic oxides for DOC retention at pH 7, we sorbed DOC to bulk soil (illitic surface soils of a toposequence) and corresponding clay fraction (〈 2 μm) samples after the removal of organic matter and after removal of organic matter and pedogenic oxides. The DOC retention was related to the content of dithionite‐extractable iron, specific surface area (SSA, BET‐N method) and cation exchange capacity (pH 7). The reversibility of DOC sorption was determined by a desorption experiment. All samples sorbed 20–40 % of the DOC added. The DOC sorption of the clay fractions explained the total sorption of the bulk soils. None of the mineral phase properties investigated was able to solely explain the DOC retention. A sorption of 9 to 24 μg DOC m indicated that DOC interacted only with a fraction of the mineral surface, since loadings above 500 μg m would be expected for a carbon monolayer. Under the experimental conditions used, the surface of the silicate clay minerals seemed to be more important for the DOC sorption than the surface of the iron oxides. The desorption experiment removed 11 to 31 % of the DOC sorbed. Most of the DOC was strongly sorbed. Retention gelöster organischer Substanz durch illitische Böden und Tonfraktionen: Einfluss der Mineralphase Der Zusammenhang zwischen der Retention von gelöstem organischen Kohlenstoff (DOC) in Böden und den Eigenschaften der Mineralphase bedarf weitergehender Aufklärung v.a. bei neutralen pH‐Werten. Wir haben DOC an Gesamtböden (illitische Oberböden einer Toposequence) und dazugehörige Tonfraktionen (〈 2 μm) nach der Entfernung organischer Substanz und nach der Entfernung organischer Substanz und pedogenen Oxiden sorbiert, um besonders die Rolle der mineralischen Oberfläche und der pedogenen Oxide für die DOC‐Retention bei pH 7 hervorzuheben. Die Beziehungen zwischen DOC‐Retention und Gehalt an Dithionit‐extrahierbarem Eisen, spezifischer Oberfläche (SSA, BET‐N‐Methode) und Kationenaustauschkapazität (pH 7) wurden untersucht. Alle Proben sorbierten 20–40 % der zugegebenen DOC‐Menge. Die DOC‐Sorption der Tonfraktionen erklärte die Sorption der Gesamtböden. Keine der untersuchten Eigenschaften der Mineralphase konnte die Menge an sorbiertem DOC vollständig erklären. Es wurden 9 bis 24 μg DOC m sorbiert. Dies lässt die Vermutung zu, dass DOC nur mit einem Teil der Mineraloberfläche interagierte, da bei einer vollständigen Kohlenstoffbelegung der Oberfläche über 500 μg m zu erwarten w�ren. Die Oberfläche der silikatischen Tonminerale schien für die DOC‐Retention unter den gegebenen experimentellen Bedingungen wichtiger zu sein als die Oberfläche der Eisenoxide. Das Desorptionsexperiment entfernte 11 bis 31 % der sorbierten DOC‐Menge, der überwiegende Anteil des DOCs war somit fest gebunden.
    Keywords: Carbon Storage ; Dissolved Organic Matter ; Sorption ; Specific Surface Area ; Cation Exchange Capacity ; Pedogenic Oxide
    ISSN: 1436-8730
    E-ISSN: 1522-2624
    Library Location Call Number Volume/Issue/Year Availability
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  • 5
    Language: English
    In: Journal of Plant Nutrition and Soil Science, April 2002, Vol.165(2), pp.141-149
    Description: The influence of the soil mineral phase on organic matter storage was studied in loess derived surface soils of Central Germany. The seven soils were developed to different genetic stages.  The carbon content of the bulk soils ranged from 8.7 to 19.7 g kg. Clay mineralogy was confirmed to be constant, with illite contents 〉 80 %. Both, specific surface area (SSA, BET‐N‐method) and cation exchange capacity (CEC) of bulk soils after carbon removal were better predictors of carbon content than clay content or dithionite‐extractable iron. SSA explained 55 % and CEC 54 % of the variation in carbon content. The carbon loadings of the soils were between 0.57 and 1.06 mg C m, and therefore in the ”︁monolayer equivalent” (ME) level. The increase in SSA after carbon removal (ΔSSA) was significantly and positively related to carbon content (r = 0.77). Together with CEC of carbon‐free samples, ΔSSA explained 90 % of the variation in carbon content.  Clay (〈 2 μm) and fine silt fractions (2—6.3 μm) contained 68—82 % of the bulk soil organic carbon. A significantly positive relationship between carbon content in the clay fraction and in the bulk soil was observed (r = 0.95). The carbon pools of the clay and fine silt fractions were characterized by differences in C/N ratio, δC ratio, and enrichment factors for carbon and nitrogen. Organic matter in clay fractions seems to be more altered by microbes than organic matter in fine silt fractions.  The results imply that organic matter accumulates in the fractions of smallest size and highest surface area, apparently intimately associated with the mineral phase. The amount of cations adhering to the mineral surface and the size of a certain and specific part of the surface area (ΔSSA) are the mineral phase properties which affect the content of the organic carbon in loess derived arable surface soils in Central Germany most. There is no monolayer of organic matter on the soil surfaces even if carbon loadings are in the ME level. Kohlenstoffspeicherung in mitteldeutschen Oberböden aus Löß: Einfluss der Mineralphase In Oberböden mitteldeutscher Ackerstandorte wurde der Einfluss der Bodenmineralphase auf die Speicherung von organischer Substanz untersucht. Die sieben aus Löß entstandenen Böden waren genetisch unterschiedlich weit entwickelt.  Der Kohlenstoffgehalt der Oberböden erreichte Werte von 8,7 bis 19,7 g kg. Die Tonmineralogie war in allen Böden gleich mit Illitgehalten von 〉 80 %. Sowohl die spezifische Oberfläche (SSA, BET‐N‐Methode) als auch die Kationenaustauschkapazität (CEC) der Böden nach Kohlenstoffentfernung waren geeignetere Variablen zur Vorhersage des Kohlenstoffgehaltes als der Tongehalt oder das Dithionit‐extrahierbare Eisen. Durch die SSA war in der Lage, 55 % der Variabilität des Kohlenstoffgehaltes wurden erklärt, durch die CEC 54 %. Die Belegung der Oberfläche mit Kohlenstoff erreichte Werte zwischen 0,57 und 1,06 mg C m und lag somit im Bereich der „monolayer äquivalenten“ (ME) Belegung. Die Beziehung zwischen dem Kohlenstoffgehalt und der Zunahme der spezifischen Oberfläche durch die Entfernung der organischen Substanz (ΔSSA) war signifikant positiv (r = 0,77). Zusammen mit der CEC der Proben nach Kohlenstoffentfernung erklärte ΔSSA 90 % der Variabilität des Kohlenstoffgehaltes.  Die Ton‐ (〈 2 μm) und Feinschluff‐Fraktionen (2—6,3 μm) der Böden enthielten 68—82 % des organischen Kohlenstoffs. Zwischen den Kohlenstoffgehalten der Tonfraktion und des Feinbodens wurde eine signifikant positive Beziehung beobachtet (r = 0,95). Die organische Substanz in der Ton‐ und Feinschluff‐Fraktion war durch unterschiedliche C/N‐Verhältnisse, δC‐Werte und Anreicherungsfaktoren für Kohlenstoff und Stickstoff gekennzeichnet. Die organische Substanz in der Tonfraktion scheint im Vergleich zur Feinschluff‐Fraktion stärker umgesetzt zu sein.  Die Ergebnisse deuten daraufhin, dass sich organische Substanz in den Fraktionen mit der kleinsten Partikelgröße und der höchsten Oberfläche anreichert und dabei scheinbar intensiv mit der Mineralphase assoziiert ist. Der Gehalt an organischem Kohlenstoff in mitteldeutschen Ackeroberböden aus Löß wird in Bezug auf die Mineralphase vor allem durch (1) die Menge der Kationen an der Mineraloberfläche und (2) die Größe eines spezifischen Anteils der Oberfläche (ΔSSA) beeinflusst. Die Kohlenstoffbelegung der Oberfläche entspricht keiner „Monolayer“‐Belegung.
    Keywords: Carbon Storage ; Clay Content ; Illite ; Specific Surface Area ; Cation Exchange Capacity ; Particle Size Fractionation
    ISSN: 1436-8730
    E-ISSN: 1522-2624
    Library Location Call Number Volume/Issue/Year Availability
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  • 6
    Language: English
    In: Journal of Plant Nutrition and Soil Science, August 2004, Vol.167(4), pp.449-456
    Description: Microbial biomass C and soil respiration measurements were made in 17–20 yr old soils developed on sluiced and tipped coal‐combustion ashes. Topsoil (0–30 cm) and subsoil (30–100 cm) samples were collected from three soil profiles at two abandoned disposal sites located in the city area of Halle, Saxony‐Anhalt. Selected soil physical (bulk density and texture) and chemical (pH, organic C, total N, CEC, plant available K and P, and total Cd and Cu) properties were measured. pH values were significantly lower while organic C and total N contents and the C : N ratio were significantly higher in the topsoil than in the subsoil indicating the effects of substrate weathering and pedogenic C accumulation. Likewise, microbial biomass C, KSO‐extractable C, and soil respiration with median values of 786 μg biomass C g, 262 μg KSO‐C g, and 6.05 μg CO‐C g h, respectively, were significantly higher in the topsoil than in the subsoil. However, no significant difference was observed in metabolic quotient between the topsoil and the subsoil. Metabolic quotient with median values of 5.98 and 8.54 mg CO‐C (g biomass C) h for the 0–30 cm and 30–100 cm depths, respectively, was higher than the data reported in the literature for arable and forest soils. Microbial biomass C correlated significantly with extractable C but no relationship was observed between it and total N, Cd, and Cu contents, as well as plant‐available K and P. We conclude that the presence of the remarkable concentration of extractable C in the weathered lignite ashes allowed the establishment of microbial populations with high biomass. The high metabolic quotients observed might be attributed to the heavy‐metal contamination and to the microbial communities specific to ash soils. Mikrobielle Biomasse und Atmung in aus Braunkohleaschen entstandenen Böden – eine Studie an Bodenprofilen Der mikrobielle Biomasse‐C und die Bodenatmung wurden in 17–20 Jahre alten, aus verspülten und verkippten Braunkohleaschen entstandenen Böden charakterisiert. Ober‐ (0–30 cm) und Unterbodenproben (30–100 cm) waren aus drei Profilen an zwei stillgelegten Deponiestandorten im Stadtgebiet von Halle (Sachsen‐Anhalt) entnommen. An diesen Bodenproben wurden ausgewählte physikalische (Lagerungsdichte, Textur) und chemische Eigenschaften (pH, organischer C, Gesamt‐N, KAK, pflanzenverfügbares K und P, Gesamt‐Cd und ‐Cu) ermittelt. Die pH‐Werte waren im Oberboden signifikant niedriger, der organische C, der Gesamt‐N und das C:N‐Verhältnis dagegen signifikant höher als im Unterboden. Dies deutet auf die Substratverwitterung und die Akkumulation von pedogenem C hin. Der mikrobielle Biomasse‐C und der KSO‐extrahierbahre C sowie die Bodenatmung (CO‐C) wiesen mit Medianwerten von 787 μg C g, 270 μg KSO‐C g und 6,63 μg CO‐C g h eine ebenfalls signifikante Erhöhung im Oberboden auf. Bezüglich des metabolischen Quotienten war kein Unterschied zwischen dem Ober‐ und Unterboden festzustellen. Die für den metabolischen Quotienten ermittelten Medianwerte von 6,01 (0–30 cm) und 8,22 (30–100 cm) lagen wesentlich höher als die in der Literatur für Acker‐ und Waldböden angegebenen. Der mikrobielle C korrelierte signifikant mit dem extrahierbaren C, während zu den Gesamtgehalten an N, Cd und Cu sowie zum pflanzenverfügbaren K und P keine Beziehung bestand. Wir folgern, dass das Vorhandensein an extrahierbarem C in beträchtlichen Konzentrationen eine Etablierung mikrobieller Populationen mit einer hohen Biomasse in den verwitterten Braunkohleaschen ermöglicht. Die ebenfalls hohen metabolischen Quotienten könnten in Beziehung zu Schwermetallkontamination und zu für Ascheböden spezifischer mikrobieller Gemeinschaft stehen.
    Keywords: Anthropogenic Soils ; Coal Combustion Ashes ; Topsoil ; Subsoil ; Chemical Characteristics ; Microbiological Properties
    ISSN: 1436-8730
    E-ISSN: 1522-2624
    Library Location Call Number Volume/Issue/Year Availability
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