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Ziel dieser Arbeit ist es, ein sequentielles Extraktionsverfahren zur Erfassung unterschiedlich stabiler Anteile der orgnischen Bodensubstanz (OBS) zu entwickeln und zu klären, ob ein Zusammenhang zwischen Löslichkeit und Stabilität besteht. Darüber hinaus sollen der Einfluss von Bewirtschaftungsmaßnahmen auf Menge und Zusammensetzung dieser OBS-Anteile und Zusammenhänge zwischen Fourier Transform Infrarot (FT-IR)-Spektroskopiedaten und der Kationenaustauschkapazität (KAK) der OBS analysiert werden. Für die Untersuchungen wurden Böden der Langzeitfeldexperimente (LFE) in Halle, Bad Lauchstädt und Rotthalmünster beprobt. Zur Erfassung unterschiedlicher OBS-Fraktionen wurden im ersten Schritt die wasserlöslichen OBS-Anteile (OBS(W)-Fraktion) aus den Böden isoliert. Im zweiten Schritt wurden aus den Extraktionsrückständen der Wasserextraktion OBS-Anteile mit einer Natrium (Na)-Pyrophosphatlösung extrahiert (OBS(PY)-Fraktion). Die Stabilität der OBS-Fraktionen wurde anhand von δ13C-Bestimmungen und 14C-Messungen untersucht. Die Charakterisierung der Zusammensetzung der OBS-Fraktionen erfolgte mittels FT-IR Spektroskopie. Generell wird mit der OBS(PY)-Fraktion ein größerer Anteil am organischen Kohlenstoffgehalt der Böden erfasst als mit der OBS(W)-Fraktion. Die δ13C- und 14C-Daten zeigen, dass die OBS(W)-Fraktion höhere Anteile jungen organischen Materials als die OBS(PY)-Fraktion enthält. Das entwickelte sequentielle Extraktionsverfahren ist also prinzipiell geeignet unterschiedlich stabile OBS-Anteile anhand ihrer Löslichkeit zu isolieren. Mittels FT-IR spektroskopischer Untersuchungen wird festgestellt, dass Bewirtschaftungsmaßnahmen, wie die Düngung, sowie Standorteigenschaften die Zusammensetzung der OBS-Fraktionen beeinflussen. Für die OBS(PY)-Fraktion ist dies stärker ausgeprägt als für die OBS(W)-Fraktion. Die KAK der OBS(PY)-Fraktion aus den Böden der LFE in Halle und Bad Lauchstädt ist positiv mit der Absorptionsintensität der C=O-Bande in den FT-IR Spektren dieser OBS-Fraktion korreliert.
Separation of coarse organic particles from bulk surface soil samples by electrostatic attraction
(2009)
Different separation procedures are suggested for studying the stability and functionality of sod organic matter (OM). Density fractionation procedures using high-molarity, water-based salt solutions to separate organic particles may cause losses or transfers of C between particle and soluble OM fractions during separation, which may be a result of solution processes. The objective of this study was to separate coarse organic particles (>0.315 mm) from air- dried surface soil samples to avoid such solution processes as far as possible. Air-dried surface soil samples (<2 mm) from nine adjacent arable and forest sites were sieved into five soil particle size fractions (2-1.25, 1.25-0.8, 0.8- 0.5, 0.5-0.4, and 0.4-0.315 mm). Coarse organic particles were separated from each of these fractions using electrostatic attraction by a charged glass surface. The sum of the total dry matter content of the electrostatically separated coarse organic particles ranged from 0.05 to 140 g kg(-1). Scanning electron microscopy images and organic C (OC) analyses indicated, however, that the coarse organic particle fractions were also composed of 20 to 76% mineral particles (i.e., 200-760 g mineral kg(-1) fraction). The repeatability of the electrostatic attraction procedure falls within a range similar to that of accepted density fractionation methods using high-molarity salt solutions. Based on the similarity in repeatability, we suggest that the electrostatic attraction procedure will successfully remove coarse organic particles (>0.315 mm) from air-dried surface soil samples. Because aqueous solutions are not used, the electrostatic attraction procedure to separate coarse organic particles avoids C losses and transfers associated with solution-dependent techniques. Therefore, this method can be used as a pretreatment for subsequent density- or solubility-based soil OM fractionation procedures.
Land use and mineral characteristics affect the ability of surface as well as subsurface soils to sequester organic carbon and their contribution to mitigation of the greenhouse effect. There is less information about the effects of land use and soil properties on the amount and composition of organic matter (OM) for subsurface soils as compared with surface soils. Here we aimed to analyse the long-term (>= 100 years) impact of arable and forest land use and soil mineral characteristics on subsurface soil organic carbon (SOC) contents, as well as on amount and composition of OM sequentially separated by Na pyrophosphate solution (OM(PY)) from subsurface soil samples. Seven soils with different mineral characteristics (Albic and Haplic Luvisol, Colluvic and Haplic Regosol, Haplic and Vertic Cambisol, Haplic Stagnosol) were selected from within Germany. Soil samples were taken from subsurface horizons of forest and adjacent arable sites continuously used for > 100 years. The OM(PY) fractions were analysed for their OC content (OC(PY)) and characterized by Fourier transform infrared spectroscopy. Multiple regression analyses for the arable subsurface soils indicated significant positive relationships between the SOC contents and combined effects of the (i) exchangeable Ca (Ca(ex)) and oxalate-soluble Fe (Fe(ox)) and (ii) the Ca(ex) and Al(ox) contents. For these soils the increase in OC (OC(PY) multiplied by the relative C=O content of OM(PY)) and increasing contents of Ca(ex) indicated that OM(PY) mainly interacts with Ca2+. For the forest subsurface soils (pH < 5), the OC(PY) contents were related to the contents of Na-pyrophosphate-soluble Fe and Al. The long-term arable and forest land use seems to result in different OM(PY)-mineral interactions in subsurface soils. On the basis of this, we hypothesize that a long-term land-use change from arable to forest may lead to a shift from mainly OM(PY)-Ca2+ to mainly OM(PY)-Fe3+ and -Al3+ interactions if the pH of subsurface soils significantly decreases to < 5.