Suchergebnis in den Forschungsaktivitäten der Entscheidungshilfevorhaben
| Titel: | Verfahren zur Ermittlung des Nährelementpotenzials des Gesamtbodens unter besonderer Berücksichtigung des Bodenskeletts und deren Integration in die Bodenzustandserhebung im Wald (BZE II) |
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| Beschreibung (dt.): | Beim bundesweiten forstlichen Umweltmonitoring werden bei der Bodenzustandserhebung im Wald (BZE) bodenchemische Kennwerte zur Beschreibung/Bewertung des Waldbodenzustandes und daraus ableitend wichtige Komponenten für die Analyse von Ursachen und Ausmaß der immissionsbedingten Veränderungen der Waldökosysteme erfasst. Jüngste Erkenntnisse haben für den Grobboden eine generell beachtliche Austauschkapazität gezeigt, dessen Beitrag bei der Erfassung aktueller Nährelementpotenziale bislang vernachlässigt wird. Bisherige Methoden zur direkten Erfassung von verfügbaren Nährelementpotenzialen aus der Verwitterung des Grobbodens sind aufwändig, teuer und für den Routineeinsatz im Bodenmonitoring ungeeignet. Zur Vorbereitung der BZE II (u.a. Methodenhandbücher für Außenaufnahmen, Laboranalytik) sollen geeignete Verfahren zur Erfassung des Nährelementpotenzials des Grobbodens über 2 Ansätze erarbeitet werden. a) Erarbeitung von Pedotransferfunktionen: Einfach zu bestimmende Bodenkenngrößen werden auf deren Eignung als Prädiktoren der skelettbürtigen Austauscherleistung geprüft. In Vorstudien für den Südschwarzwald (kristalline Gesteine) ließen sich mittels geeigneter Prädiktoren und kausal plausibler Transferfunktionen 30-50% der Austauschkapazität des Grobbodens erklären. b) Direkte Erfassung der Austauschkapazität des Grobbodens über ein Verfahren zur Bestimmung der skelettbürtigen Ake (analog zur Routinebestimmung der Ake des Feinbodens). Vorarbeiten zeigten die prinzipielle Eignung einer konzipierten Methode, deren generelle Anwendbarkeit im regionalen und bundesweiten Maßstab der BZE II an für beide Verfahren repräsentativen Probenkollektiven für die wichtigsten Ausgangssubstrate noch zu bestätigen ist. Damit wird außerdem der Fehler durch die Homogenisierung (Siebung) des Feinbodens bei der Bestimmung der Ake abschätzbar. Die Ergebnisse sind zudem für eine direkte Anwendung zur Prognose der flächenbezogenen skelettbürtigen Nährelementvorräte im Rahmen eines Bodenmonitorings wie der BZE II nutzbar. |
| Ergebnis (dt.): | Im Rahmen des Projektes wurde eine Labormethode zur direkten Bestimmung der Austauschkapazität des Bodenskeletts entwickelt und anhand einer Perkolationsmethode unter natürlichen Fliessbedingungen validiert. Der Kationenaustausch erfolgt dabei als 24h-Extrakt im batch-Ansatz mit 0,5 M NH4Cl-Lösung bei einem Feststoff:Lösungsverhältnis von 1:5. Da die gewichtsbezogene Ake von der Korngröße der analysierten Partikel abhängt, wurden diskrete Korngrößenklassen aller untersuchten Standorte analysiert und daraus Schätzfunktionen ermittelt, anhand derer bei Kenntnis der Korngrößenverteilung und der Ake einer bestimmten (kleinen) Durchmesserklasse die Ake des Gesamtskeletts errechnet werden kann. Die Methode wurde in das „Handbuch forstliche Analytik“ aufgenommen. In einem zweiten Ansatz wurden einfach zu ermittelnde Parameter (Wasseradsorption trockener Steine und Elementgehalte des Feinbodens) auf ihre Eignung als Prädiktoren der skelettbürtigen Austauschereigenschaften geprüft. Der Prädiktor „Wasseradsorption der Skelettpartikel“ erklärt 56–61% der Varianz der Austauschkapazität. Valide Schätzfunktionen anhand feinbodenbürtiger Austauschereigenschaften können aufgrund vorliegender Datenverteilungen nur für K, Al und die Ake ermittelt werden (R˛ 30-51%). Die beste Vorhersagegüte erzielen die Parameter (Wasseradsorption x austauschbare Elementgehalte des Feinbodens)0,5. Diese konnten wiederum nur für K, Al und die Ake ermittelt werden und erklären 57–72% der Varianz der entsprechenden Gehalte im Skelett. Die Berechnung flächenbezogener austauschbarer Kationgehalte in Feinboden und Skelett ergab relevante Beiträge des Skeletts von über 10 % zu austauschbaren K-Vorräten bei 65 % der untersuchten Standorte. Entsprechende Beiträge zu Ca- und Mg-Vorräten finden sich bei 46 bzw. 48 % der Standorte. Mit relevanten skelettbürtigen Nährelementbeiträgen ist bei Standorten aller Ausgangsgesteine mit Skelettgehalten ab 20 % zu rechnen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Beitrag des Bodenskeletts eine wichtige Größe für eine realistische Ermittlung von Nährelementpotenzialen des Gesamtbodens darstellt und mittels einfacher Verfahren in ein Bodenmonitoring eingebunden werden kann. |
| Ergebnis (engl.): | Traditionally, the soil skeletal fraction has been considered as an inert diluent of the reactive fine earth. However, several recent studies show, that the soil skeleton can have a nutrient potentials equalling or even surpassing those of the fine earth. The aim of this study is to integrate the soil skeleton`s cation exchange capacity (CECsk) to the BZE II procedure. Two approaches are followed: (i): The development of an simple batch method for direct measurement of the CECsk in order to replace an existing but expensive percolation method. (ii): Testing of selected parameters as proxies for the skeleton`s cation exchange properties. Furthermore, the relevance of the CECsk for the soils of the BZE sampling grid as well as the effect of sieving soil samples and rejecting the fine earth coatings of the skeleton particles on total soil cation exchange capacity are to be investigated. Skeleton samples were washed to remove adhering fine earth. NH4Cl was used as extracting agent. Cation concentrations were measured by ICP-AES. The CECsk batch method follows the CEC method for fine earth according to Trüby & Aldinger (1989). Core parameters of cation exchange (e.g. duration, molarity) were tested for gneiss and granite samples from the Black Forest. The method was evaluated with a percolation method, embedding the skeleton samples in chemically inert quartz sand for the simulation of natural suction power and fluxes. The validation was conducted using 22 representative samples from different parent materials and soil depths all over Germany. Because of the CECsk decrease with increasing particle size, CECsk of distinct particle size classes was measured. As approximation for the skeleton cation exchange properties, exchange properties of the fine earth and the vapour adsorption of dry skeleton particles at a defined water suction were tested by linear regression. Calculations were conducted using 170 samples from 70 sites within the BZE grid. For soil skeleton, only 2-6,3 mm size fraction was used. A 24h-batch extraction with a solid:liquid ratio of 1:5 corresponds best with the percolation method. The non-linear regression equations from CEC values of skeleton diameter classes relative to CEC of the 2-6,3 mm fraction describe the decrease in weight-based CECsk with increasing particle size. The function follows the form CECsk relative = a * mean diameter ^ b + c. Knowing the CECsk level and the particle size distribution, total skeleton CEC can be calculated. All parameters tested as proxies for CECsk show a significant linear correlation with the respective cation exchange parameter of the skeleton. Because of the inclined value distribution, valid regression equations with cation exchange properties of the fine earth can only be given for CEC (r˛ = 0,31-0,38, depending on depth), K (y = 0,343 x + 0,61; r˛ = 0,42) and Al (r˛ = 0,46). Vapour adsorption is able to predict total CECsk only. Regression equations are y = 2 x (r˛ = 0,86) for 0-10 cm soil depth and y = 1,62 x (r˛ = 0,85) for 10-90 cm soil depth (notice special meaning of r˛ in regressions without intercept). The interaction of the two different types of parameters tested as given by the term (exchangeable cation potential * vapour adsorption)–0,5, shows the best accuracy of prediction. (CEC: r˛ = 0,71, Al: r˛ = 0,72, K: r˛ = 0,57). Sieving and homogenizing soil samples results in a significant overestimation of nutrient cations (especially Mg) by a factor up to 4. The amount of the fine earth coating of the skeleton proved to be negligible. The estimation of volume based nutrient potentials show that the skeleton of all examined parent materials can significantly contribute to the total soil nutrient potential. This is especially true for subsoils with a skeleton content > 20 %. The soil skeleton reveals possible contributions to the total soil nutrient potential and must not be neglected. The batch method developped for direct and simple determination |
| Laufzeit: | Beginn: 01.11.2004 / Ende: 31.05.2006 |
| Ausf. Einrichtung: | Institut für Bodenkunde und Waldernährungslehre Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Freiburg im Breisgau |
| Förderprogramme: | Entscheidungshilfebedarf |
| Stichpunkte: | bodenschutz; bze II; effektive austauschkapazität; verfahrensentwicklung; bodennährstoffe; analyseverfahren; pedotransferfunktion; , Wald- u. Forstwirtschaft |