Heinz-Ulrich Neue

Mercury Volatilization from Three Floodplain Soils at the Central Elbe River, Germany

Wetlands at the riverside of the UNESCO Biosphere Reserve “Central Elbe” are highly contaminated by heavy metals, especially mercury (Hg). The Hg-polluted Elbe floodplain soils turn out to be a source of gaseous mercury via Hg volatilization from soil into the atmosphere. A modified field sampling method was used to measure total gaseous mercury (TGM) volatilization from three different sites at the Elbe River. The modified setup had a reduced chamber size and contained an internal gas circulation system. An in-ground stainless steel cylinder minimizes Hg volatilization from adjacent soil air. Cold vapor atomic absorption spectrometry (CV-AAS) was used to determine TGM amalgamated on gold traps. Sampled TGM amounts ranged between 0.02 and 0.63 ng (absolute), whereas the calculated Hg fluxes varied from 2.0 to 63.3 ng m−2 h−1. The modified system should allow measurements of Hg volatilization at various sites with a high spatial resolution, which should enable the study of interrelations between TGM emission and several key factors influencing Hg emission from floodplain soils at the Elbe River and other riverine ecosystems in the near future.

A New Approach to Determine the Total Airborne N Input into the Soil/Plant System Using 15N Isotope Dilution (ITNI): Results for Agricultural Areas in Central Germany

The atmospheric deposition of nitrogen (N) in the environment is of great concern due to its impact on natural ecosystems including affecting vegetation, reducing biodiversity, increasing tree growth in forests, and the eutrophication of aquatic systems. Taking into account the average annual N emission into the atmosphere in Germany of about 2 million t N (ammonia/ammonium, NOx), and assuming homogeneous distribution throughout Germany, an average N deposition of 45 kg/ha x year can be calculated. Such high atmospheric N deposition could be confirmed by N balances from long-term field experiments in Central Germany (e.g., the Static Fertilization Experiment in Bad Lauchstädt). By contrast, estimates by standard methods indicate a deposition of only about 30 kg N/ha x year. This is because the standard methods are using wet-only or bulk collectors, which fail to take into account gaseous deposition and the direct uptake of atmospheric N by aerial plant parts. Therefore, a new system was developed using N isotope dilution methodology to measure the actual total atmospheric N input into a soil/plant system (Integrated Total Nitrogen Input, ITNI). A soil/plant system is labeled with [N]ammonium-[N]nitrate and the total input of airborne N is calculated from the dilution of this tracer by N from the atmosphere. An average annual deposition of 64 ± 11 kg/ha x year from 1994–2000 was measured with the ITNI system at the Bad Lauchst?dt research farm in the dry belt of Central Germany. Measurements in 1999/2000 at three other sites in Central Germany produced deposition rates of about 60 kg/ha x year. These data clearly show that the total atmospheric N deposition into the soil/plant system determined by the newly developed ITNI system significantly exceeds that obtained from standard wet-only and bulk collectors. The higher atmospheric N depositions found closely match those postulated from the N balances of long-term agricultural field experiments.

Großmaßstäbige bodenkundliche Kartierung im Biosphärenreservat Mittlere Elbe

Das Untersuchungsgebiet „Schleusenheger Wiesen“ bei Worlitz im Biospharen-reservat Mittlere Elbe wird im Rahmen des vom BMBF geforderten Verbund-projektes „Ubertragung und Weiterentwicklung eines robusten Indikations-systems fur okologische Veranderungen in Auen“ (RIVA) bearbeitet. Dabei wird ein interdisziplinarer Forschungsansatz verfolgt, in welchem biotische und abiotische Parameter verknupft werden.

Auenböden im Biosphärenreservat Mittlere Elbe - ihre Klassifikation und Eigenschaften

Auenboden, oder auch Schwemmland- oder Alluvialboden sind Boden meist holozaner Flustaler. Sie werden bei unregulierten Fliesgewassern periodisch uberflutet oder von Druck- bzw. Qualmwasser uberschwemmt. Im Gegensatz zu terrestrischen Boden sind die Eigenschaften und die Dynamik von Auenboden bisher vergleichsweise wenig untersucht worden. Grundsatzliche Erlauterungen finden sich bei Kubiena (1953), Muckenhausen (1985), Rehfuess (1990), Kuntze et al. (1994) sowie Scheffer et al. (1998). Diez und Weigelt (1987) beschreiben einen braunen Auenboden aus lehmig-sandigen Talsedimenten sowie einen Auenpelosol - Pseudogley aus tonigen Talsedimenten. Auenboden der Unteren Elbe untersuchten umfassend Meyer und Miehlich (1983), ihre Schwermetallanreicherung Miehlich (1983). Die Verbreitung der Boden der Mittleren Elbe in der Landschaft erlautern Reichhoff und Reuter (1985). Auenboden des Mains wurden eingehend von Schirmer (1991a, b) untersucht. Im Pleise- Elstergebiet berichtet bereits Neumeister (1964) uber eine deutliche Differenzierung in jungeren und alteren Auelehm.

Einfluß des heißwasserlöslichen Kohlenstoffs auf Redoxpotentialänderungen während simulierter Hochwasserereignisse in Auenböden

In Grunlandbereichen des Biospharenreservates Mittlere Elbe wird im Rahmen des vom BMBF geforderten Verbundprojektes „Ubertragung und Weiterentwicklung eines robusten Indikationssystems fur okologische Veranderungen in Auen“ (RIVA) ein interdisziplinarer Forschungsansatz verfolgt, in welchem biotische und abiotische Parameter verknupft werden. Hierzu werden auch die Auenboden, ihre Wasser- und Nahrstoffdynamik sowie ihre sich andernden Redoxzustande untersucht. Auen sind Retentionsflachen fur Hochwasser. Damit stellen sie Senken fur Sedimente, Nahr- und Schadstoffe dar. Fur den Stoffhaushalt in Auen ist der Einflus periodischer Uberschwemmungen bestimmend. Raumlich und zeitlich haufig variierende Oberflachen- und Grundwasserstande fuhren zu wechselnden anaeroben / aeroben Bedingungen, verbunden mit alternierenden Redoxzustanden.

Bodenkundlich-geochemische und hydrogeologische Untersuchungen an Böden und Sedimenten der Auen der Mittleren Elbe — konzeptioneller Ansatz und erste Ergebnisse

Naturnahe Auenlandschaften besitzen aufgrund ihrer hohen Biodiversitat und ihrer naturraumlichen Vielfalt einen hohen Stellenwert in der Hierarchie der Schutzguter. Auenlandschaften sind durch periodische Uberschwemmungen und stark variierende Grundwasserstande gekennzeichnet. Sie stellen in bezug auf den Wasser- und Stoffhaushalt auserst dynamische Systeme dar. Die Mobilitat und Verfugbarkeit von Nahr- und Schadstoffen wird von zahlreichen Faktoren beeinflust. Redoxpotential, pH-Wert, Sauerstoffgehalt und Temperatur des Bodens und der Bodenlosung sind hierbei von zentraler Bedeutung, da sie als Steuergrosen den Stoffhaushalt masgeblich beeinflussen. Veranderungen der hydrologischen Verhaltnisse ziehen Veranderungen dieser Steuergrosen nach sich, wobei Ereignis und Wirkung zeitlich oft stark versetzt sind. Die wirksamen Faktoren und Prozesse beeinflussen sich raumlich und zeitlich in unterschiedlichem Ausmas wechselseitig. Diese vielfaltigen Abhangigkeiten und Ruckkopplungen stellen in Verbindung mit der hohen raumlichen Variabilitat von Bodeneigenschaften in Auensystemen ein auserst komplexes Ereignis-, Prozes- und Wirkungsgefuge dar.

Einfluß von Redoxreaktionen in Aueböden auf Mobilität und Bioverfügbarkeit von Nähr- und Schadstoffen

Der bestimmende Steuerfaktor fur Auen und Aueboden und ihre Lebensgemeinschaften sind periodische Uberflutungen aufgrund von Hochwasser in Flussen oder an die Oberflache tretendes Grund- oder Druckwasser. Die raumlich und zeitlich haufig variierenden Oberflachenwasser- und Grundwasserstande verandern die chemisch — physikalischen Steuergrosen, wie beispielsweise Sauerstoffgehalt, pH-Wert, Eh-Wert und Temperatur, im Boden und in darunter liegenden Sedimenten. Die Folgen sind dramatische Anderungen der Bodenchemie, insbesondere Bindungsformen, Festlegungen und Mobilisierung von Nahr- und Schadstoffen. Forschungsbedarf besteht, diese Dynamik mechanistisch zu erfassen und die steuernden Prozesse in ihren Abhangigkeiten von Wasserregime, Bodeneigenschaften und Vegetation zu quantifizieren und flachendeckend zu integrieren.