Wolfgang Nebe

Veränderung der Stickstoff- und Magnesiumversorgung immissionsbelasteter älterer Fichtenbestände in ostdeutschen Mittelgebirgen

ZusammenfassungIn den vergangenen drei Jahrzehnten sind in ostdeutschen Mittelgebirgen Veränderungen im Ernährungszustand der Fichte eingetreten. Dies geht aus Nadelanalysen hervor, die im Zusammenhang mit Düngungsdiagnosen im Zeitraum 1960 bis 1967, Düngungsversuchen nach 1968 und Untersuchungen zum Nachweis und zur regionalen Abgrenzung der Hochlagenerkrankung der Fichte ausgeführt wurden. Bei den diagnostisch wesentlichen Elementen N wurde eine steigende, bei Mg eine fallende Tendenz der Nadelspiegelwerte über Silikatgesteinsstandorten festgestellt. Die Stickstoffernährung verbesserte sich auf den bisher mangelhaft versorgten armen Standorten zunehmend, während ein Mg-Mangel zu Beginn des Beobachtungszeitraumes auf allen untersuchten Standorten unbekannt war.SummaryVariations of the nutrient supply in spruces have occurred in the East German subalpine mountains during the past three decades. This is evident from the needle analyses that were carried out in connection with fertilization diagnoses from 1960 to 1967, fertilization trials after 1968, as well as investigations for detecting and determining the regional boundaries of the high-altitude decline of spruce. In the case of diagnostically important elements, N shows a rising trend with respect to the nutrient content in needles of spruces growing on silicate rock sites, whereas Mg shows a declining one. Nitrogen nutrition increasingly became better on the hitherto deficiently supplied poor sites, while at the beginning of the observation period Mg deficiency was unknown on all sites investigated.

Nutrition-physiological responses of spruce to different levels of sulfur dioxide stress in the Erzgebirge Mountains and the Thüringian Forest.

ZusammenfassungIn einer Freilandstudie wurden 11 mittelalte Fichtenbestände (Picea abies (L.) Karst) auf vergleichbaren Bodenformen des Thüringer Waldes und Erzgebirges bei unterschiedlichen SO2-Depositionen untersucht. In den Nadeln wurden Gesamtelementgehalte und wasserlösliche Elementgehalte gemessen. Energiedispersive Röntgenmikroanalyse (EDR) in Verbindung mit Kryo-Rasterelektronenmikroskopie (REM) ermöglichte die direkte Bestimmung der Elementgehalte in Mesophyll- und Endodermisvakuolen an gefrorenen Proben.Die chemische Analyse der Elementgehalte der Nadeln ergab, dass der Gehalt an Sulfatschwefel, an organischem Schwefel und an Kalium von der SO2-Belastung der Luft abhängt. Die Bodenparameter hatten keinen signifikanten Einfluss auf den Ernährungsstatus der Fichten.Die EDR-Analysen bestätigen, dass an den SO2-belasteten Standorten des Erzgebirges vor allem Kaliumionen dem Ladungsausgleich der Sulfationen dienen. In geringerem Ausmaß sind Magnesium und bei hohen Gehalten im Boden Mangan an der Neutralisation der bei der oxidativen Entgiftung gebildeten Schwefelsäure beteiligt.SummaryEleven middled-aged Norway spruces (Picea abies (L.) Karst) growing in stands in the two highlands Erzgebirge Mountains and Thuringian Forest which have been subject to different SO2 deposition were investigated in a field study. Measurements were made of total element contents and the water-soluble proportions of the element contents. Low-temperature scanning-electron microscopy (LTSEM) techniques were used for structural observations. Energy dispersive microanalyses (EDX) on bulk-frozen hydrated samples led to the direct determination of element contents in the vacuoles of both the mesophyll and endodermis.Chemicals analysis of the element contents of needles revealed a significant dependency of sulphate sulphur, organic sulphur, and potassium on the SO2 pollution of the air. However, a significant influence of soil parameters on the nutrient status of the spruce growing on the different plots could not be verified.The EDX-analyses proved that potassium is the chief ion for neutralisation of the sulphate ions at the SO2 loaded sites of Erzgebirge Mountains. To a lower extent, magnesium and, at sites rich in manganese, also manganese are involved in sulphuric acid neutralisation.Eleven middled-aged Norway spruces (Picea abies (L.) Karst) growing in stands in the two highlands Erzgebirge Mountains and Thuringian Forest which have been subject to different SO₂ deposition were investigated in a field study. Measurements were made of total element contents and the water-soluble proportions of the element contents. Low-temperature scanning-electron microscopy (LTSEM) techniques were used for structural observations. Energy dispersive microanalyses (EDX) on bulk-frozen hydrated samples led to the direct determination of element contents in the vacuoles of both the mesophyll and endodermis.Chemicals analysis of the element contents of needles revealed a significant dependency of sulphate sulphur, organic sulphur, and potassium on the SO₂ pollution of the air. However, a significant influence of soil parameters on the nutrient status of the spruce growing on the different plots could not be verified.The EDX-analyses proved that potassium is the chief ion for neutralisation of the sulphate ions at the SO₂ loaded sites of Erzgebirge Mountains. To a lower extent, magnesium and, at sites rich in manganese, also manganese are involved in sulphuric acid neutralisation.

Zur Ernährung von Umwandlungsbaumarten auf immissionsbelasteten Standorten des Erzgebirges

ZusammenfassungDie bisher flächenmäßig dominierenden Fichtenforsten des Erzgebirges entsprechen nur ausnahmsweise der standortsgemäßen Bestockung. Damit verbundene ökologische und wirtschaftliche Risiken sind hinlänglich bekannt. Sie werden in extremer Weise verschärft durch die hohe Sensibilität der Fichte gegenüber Immissionsbelastungen. Ein Waldumbau ist zwingend notwendig.Dabei gewinnen die wenig immissionsempfindlichen Weichlaubhölzer als Vorwaldbaumarten, gegebenenfalls auch in der natürlichen Sukzessionsfolge, waldbauliches Interesse. Salweide, Aspe, Eberesche und Birke unterscheiden sich nach natürlichem Anflug und Nährstoffaufnahmevermögen aus dem Boden. Vor allem die Salweide enthält in ihrer Blattmasse im Vergleich zur Fichte ein Mehrfaches an Ca und Mg. Die Weichlaubhölzer leiten auf diese Weise eine Verbesserung der Humusform ein und stabilisieren nach Kalkungen langfristig den Erdalkalihaushalt der Standorte auf biologischem Wege. Die Vorwaldfunktion wird ergänzt durch eine Sanierung der für die Bodenfruchtbarkeit entscheidenden Erdalkaliversorgung.SummaryWith few exceptions the spruce forests of the Erzgebirge, hitherto dominant in the area, do not represent an adequate stocking of sites. The ecological and economic risks involved are well-known and are, moreover, heightened to an extreme degree by the great sensitivity of spruce to immissions. A re-structuring of the forest is therefore an absolute necessity.In this context less immission-sensitive soft-wooded broad-leaved species are of silvicultural interest as pioneer species and, where applicable, for natural succession. Sallow (Salix caprea), aspen (Populus tremula), mountain ash (Sorbus) and birch (Betula) have different natural seed dispersal characteristics and nutrient uptake. The leaf mass of sallow, in particular, contains many times the amounts of Ca and Mg as compared to that of spruce. Thus, soft-wooded broad-leaved species initiate an improvement of humus form and, subsequent to liming, effect a long-term biological stabilization of the alkaline earth system of the sites. The pioneer forest effect is supplemented by the remediation of the alkaline supply essential to soil fertility.

Ernährungsphysiologische Reaktionen der Fichte auf unterschiedliche Schwefeldioxidbelastung im Erzgebirge und im Thüringer Wald

ZusammenfassungIn einer Freilandstudie wurden 11 mittelalte Fichtenbestände (Picea abies (L.) Karst) auf vergleichbaren Bodenformen des Thüringer Waldes und Erzgebirges bei unterschiedlichen SO2-Depositionen untersucht. In den Nadeln wurden Gesamtelementgehalte und wasserlösliche Elementgehalte gemessen. Energiedispersive Röntgenmikroanalyse (EDR) in Verbindung mit Kryo-Rasterelektronenmikroskopie (REM) ermöglichte die direkte Bestimmung der Elementgehalte in Mesophyll- und Endodermisvakuolen an gefrorenen Proben.Die chemische Analyse der Elementgehalte der Nadeln ergab, dass der Gehalt an Sulfatschwefel, an organischem Schwefel und an Kalium von der SO2-Belastung der Luft abhängt. Die Bodenparameter hatten keinen signifikanten Einfluss auf den Ernährungsstatus der Fichten.Die EDR-Analysen bestätigen, dass an den SO2-belasteten Standorten des Erzgebirges vor allem Kaliumionen dem Ladungsausgleich der Sulfationen dienen. In geringerem Ausmaß sind Magnesium und bei hohen Gehalten im Boden Mangan an der Neutralisation der bei der oxidativen Entgiftung gebildeten Schwefelsäure beteiligt.SummaryEleven middled-aged Norway spruces (Picea abies (L.) Karst) growing in stands in the two highlands Erzgebirge Mountains and Thuringian Forest which have been subject to different SO2 deposition were investigated in a field study. Measurements were made of total element contents and the water-soluble proportions of the element contents. Low-temperature scanning-electron microscopy (LTSEM) techniques were used for structural observations. Energy dispersive microanalyses (EDX) on bulk-frozen hydrated samples led to the direct determination of element contents in the vacuoles of both the mesophyll and endodermis.Chemicals analysis of the element contents of needles revealed a significant dependency of sulphate sulphur, organic sulphur, and potassium on the SO2 pollution of the air. However, a significant influence of soil parameters on the nutrient status of the spruce growing on the different plots could not be verified.The EDX-analyses proved that potassium is the chief ion for neutralisation of the sulphate ions at the SO2 loaded sites of Erzgebirge Mountains. To a lower extent, magnesium and, at sites rich in manganese, also manganese are involved in sulphuric acid neutralisation.Eleven middled-aged Norway spruces (Picea abies (L.) Karst) growing in stands in the two highlands Erzgebirge Mountains and Thuringian Forest which have been subject to different SO₂ deposition were investigated in a field study. Measurements were made of total element contents and the water-soluble proportions of the element contents. Low-temperature scanning-electron microscopy (LTSEM) techniques were used for structural observations. Energy dispersive microanalyses (EDX) on bulk-frozen hydrated samples led to the direct determination of element contents in the vacuoles of both the mesophyll and endodermis.Chemicals analysis of the element contents of needles revealed a significant dependency of sulphate sulphur, organic sulphur, and potassium on the SO₂ pollution of the air. However, a significant influence of soil parameters on the nutrient status of the spruce growing on the different plots could not be verified.The EDX-analyses proved that potassium is the chief ion for neutralisation of the sulphate ions at the SO₂ loaded sites of Erzgebirge Mountains. To a lower extent, magnesium and, at sites rich in manganese, also manganese are involved in sulphuric acid neutralisation.

Chemie von Quellwässern in bewaldeten Einzugsgebieten des Erzgebirges

Zusammenfassung:Im Osterzgebirge wurden 44 oberflächennahe Quellen und quellnahe Fließgewässer aus bewaldeten Wassereinzugsgebieten auf ihre stoffliche Zusammensetzung untersucht. Die Azidität der Gewässer, ausgedrückt als pH-Wert und Säureneutralisationskapazität, hängt von der Qualität der Bodenformen in ihrem Einzugsgebiet ab. Die kartierten forstlichen Bodenformen, definiert durch den Gesteinszersatz, die periglazialen Deckschichten und die rezente Bodenentwicklung, kennzeichnen Wassereinzugsgebiete und die zu erwartende Quellwasserqualität besser als die abgedeckt kartierten anstehenden Gesteine.Die Quellen der Oberen Berglagen weisen im Vergleich zu den Unteren Berglagen höhere Nitrat-Konzentrationen auf. Beim Sulfat-Schwefel verhalten sich die Höhenstufen umgekehrt. In Gewässern von sauren Gneis-, Rhyolith- und Sandsteinbodenformen im Einzugsgebiet erreichen die Kationensäuren bis zu 50% des Kationenanteiles. Die Aluminium- und Mangangehalte liegen größtenteils über den Grenzwerten der EU -Trinkwasserrichtlinie 1998. Die Basaltbodenformen puffern dagegen die Säuren quantitativ und die typischen Graugneisbodenformen annnähernd quantitativ ab. Sie liefern diesbezüglich mangelfreies Wasser.Die stoffliche Zusammensetzung der Quellen wird durch die Wasserflüsse im Boden modifiziert. Quellen mit oberflächennahem Zufluss unterscheiden sich grundsätzlich von Tiefenquellen mit altem Wasser.Summary:We examined selected chemical parameters of forty-four spring waters in forested watersheds with different soil series in the Eastern Erzgebirge. The acidity of the spring water which is expressed as pH value, acid neutralising capacity, and Ca and Mg content depend on the quality of the soil series. According to our results, the forest soil series defined by the underlying rock debris, the periglacial cover layers, and the actual soil development are suitable for characterising watersheds and the expected water quality rather than the geological mapped bedrocks.The spring waters in the upper mountain regions show a higher nitrate concentration than those in the lower mountain regions, while the sulphate content behaves inversely. Water samples collected from springs in watersheds with acid gneiss, rhyolithe, and sand stone soil series contained acid cations that made-up to 50% of the total cation content. For instance, aluminium and manganese concentrations were found to exceed the critical values recommended for drinking water. Basalt soil-types buffer deposited acids completely, whereas typical gneiss soil-types only partly. Hence, water originating from these soil-type have cations within or below the critical values for drinking water.When studying the chemical characteristics of spring-waters, differences in hydrology must be taken into consideration, because flow paths and retention time have significant influence on the chemical composition. Spring waters with a higher amount of inter-flow are quite different from those with predominantly base flow.

Wachstum und Ernährung von Eberesche, Buche und Fichte im Gefäßversuch mit immissionsbelasteten Bodensubstraten aus dem Erzgebirge

Wachstum und Ernahrung der beiden Umwandlungsbaumarten Eberesche und Buche wurden im Vergleich zur Hauptbaumart Fichte in einem zweijahrigen Gefasversuch mit den beiden im Erzgebirge vorkommenden grundbelasteten Substraten Rhyolith und Basalt (Nullvariante) untersucht. Zusatzlich wurden im Ost-erzgebirge zukunftig zu erwartende Schwefel (S)- und Stickstoff (N)-Immissionsbelastungen mittels Sulfat- (100 kg S ha—1 a—1) und Stickstoffgaben (80 kg ha—1 a—1, Ammonium-Nitrat-Verhaltnis = 1:4 bzw. 4:1) simuliert. Das oberirdische Wachstum aller drei Baumarten war auf Basalt deutlich hoher als auf Rhyolith. Die zusatzlichen S- und N-Gaben wirkten sich nur schwach aus. Die Gehalte von N und K in den Blattorganen waren bei allen drei Baumarten auf Rhyolith erhoht, die von P, Ca, Mg und Mn auf Basalt. Das zusatzliche Sulfatangebot und das NH4+:NO3—-Verhaltnis veranderten analog zum Wachstum die Nahrelementgehalte kaum. Die Buche zeigte im Vergleich zur Eberesche auf dem Rhyolithsubstrat gute Wuchsleistungen. Sie scheint selbst auf extrem basenarmen und immissionsgeschadigten Boden eine geeignete Zielbaumart zu sein, die Fichte hingegen nur bei geringer S-Belastung. Allerdings konnte ein durch anhaltende N-Depositionen gesteigertes Wachstum vor allem bei Fichte, aber auch bei Buche zu Mg- und K-Mangel fuhren. Influence of simulated sulphur and nitrogen depositions on biomass and nutrient relationships of mountain ash, European beech and Norway spruce in a pot experiment with two soil substrates from the Ore Mountains Growth and nutrient relationships of mountain ash (Sorbus aucuparia), European beech (Fagus sylvatica) and Norway spruce (Picea abies) were investigated in a pot experiment with the two substrates rhyolithe (acidic) and basalt (alkaline). Additionally, depositions of sulphur (S) and nitrogen (N) as expected to occur in the Ore Mountains (Saxonia, Germany) in the future were simulated in order to test the species′ suitability for forest regeneration. After two years, aboveground biomass was significantly higher on basalt compared to rhyolithe for all species. The amount of S given (0 and 100 kg ha—1 a—1) and the dominant form of N applied (NH4+:NO3— = 1:4 and 4:1; total amount of N given 80 kg ha—1 a—1) were of minor influence only. The contents of N and K in leaves or needles were higher on rhyolithe, whereas P, Ca, Mg and Mn contents were higher on basalt. Nutrient contents were only slightly affected by the amount of S supply and the NH4+:NO3— ratio. In contrast to mountain ash, beech saplings exhibited considerable growth on rhyolite. It is therefore concluded that beech may be a suitable species for forest regeneration even on acidic soils suffering heavily from S and N immissions, whereas spruce will not tolerate high S loads. However, increasing N depositions by stimulating growth may cause deficiencies of Mg and K in both species.

Wachstum und Ernährung von Birke, Buche, Fichte und Tanne bei unterschiedlichem Stickstoff- und Schwefelangebot im Gefäßversuch

ZusammenfassungDie Wirkung unterschiedlicher Stickstoff(N)- und Schwefel(S)-Angebote auf Trockenmasse und Mineralstoffernährung der Umwandlungsbaumarten Hängebirke(Betula pendula), Rotbuche(Fagus sylvatica) und Weißtanne(Abies alba) wurde im Vergleich zur Fichte(Picea abies) in einem faktoriellen Versuchsansatz über zwei Vegetationsperioden untersucht. Die Sämlinge wurden auf einem Sand-Lehm-Gemisch in Mitscherlich-Gefäßen angezogen. Die Grunddüngung mit KH2PO4 und Mg-Acetat wurde in den Prüfgliedern in je fünf äquidistanten Stufen jährlich durch NH4NO3-(von 0 bis 0,25 g N pro Topf entsprechend 0 bis 80 kg N ha−1) bzw. H2SO4-Gaben (von 0 bis 0,64 g S pro Topf entsprechend 0 bis 200 kg S ha−1) ergänzt.Die Trockenmasse der oberirdischen Komponenten nahm durch N-Düngung deultich zu, am stärksten bei Birke, am geringsten bei Buche und Tanne. Hohe S-Gaben schränkten das Wachstum bei Buche, Fichte und Tanne ein. Zwischen der Höhe der N- und S-Gaben zeigten sich Wechselwirkungen. N-Düngungen steigerten nur bei geringen S-Gaben, S-Verabreichungen verringerten nur bei mittleren und hohen N-Gaben das Wachstum. Steigende N-Düngung erhöhte in den meisten Falen die Blattgehalte von N und erniedrigte die Gehalte von S, K und Mg. Zunehmende S-Gaben erhöhten durchweg die Gehalte von N, S, K, Mg, Mn und Al. Durch N stimuliertes Wachstum führte nur bei Buche zu einer Verdünnung von S im Blattgewebe und erniedrigte die Gehalte von K (Fichte und Tanne) bzw. Mg (Birke und Buche). Die durch hohe S-Gaben bedingte Wachstumshemmung führte zu erhöhten Blattgehalten von K, Mg und Al bei Buche, Fichte und Tanne. Die Bedeutung von K für den intrazellulären Ladungsausgleich und die Reaktion der Baumarten auf die Wachstumsstimulation durch N werden diskutiert. Die Elementgehalte der Birke werden durch die experimentellen N- und S-Gaben kaum, die der anderen Baumarten dagegen merklich beeinträchtigt.SummaryThe effects of varying nitrogen (N) and sulphur (S) additions on biomass growth and nutrient relationships of silver birch(Betula pendula), European beech(Fagus sylvatica), Norway spruce(Picea abies) and silver fir(Abies alba) were investigated in a two-year factorial experiment. Saplings were grown in pots filled with 7 kg of a sand-loam mixture, to which KH2PO4 and Mg acetate were added. N and S treatments were applied each year in five equidistant levels (0 to 0.25 g N per pot, equivalent to 0 to 80 kg N ha−1 as NH4NO3, and 0 to 0.64 g S per pot, equivalent to 0 to 200 kg S ha− as H2SO4) in order to simulate present and future conditions of soil chemistry with special respect to soil acidification in the Erzgebirge (East Germany).Aboveground growth was markedly enhanced with increasing N fertilization, with maximum response in birch and minimum response in beech and fir trees. High levels of S restricted growth of beech, spruce, and fir. However, the growth-stimulating effect of N was only given for low levels of S addition, and growth restriction due to S was only found under high N fertilization. With rising levels of N fertilization, leaf N contents increased, and contents of S, K, and Mg decreased. The contents of N, S, K, Mg, Mn, and Al in leaves increased consistently with elevated S addition. Growth stimulation by N fertilization resulted in dilution of S only in leaves of beech and reduced contents of K (spruce, fir) or Mg (birch, beech). Growth retardation as a consequence of high S addition increased contents of K, Mg, and Al in leaves of beech, spruce, and fir. Potassium may be an important counterion under sulphate accumulation in needles especially of spruce and fir, and Mg in leaves of beech. Nutritional relationships of birch are only marginally affected by experimental additions of N and S, whereas the nutritional status of beech, spruce, and fir was severely affected.

Wachstum und Ernährung von Birke, Buche, Fichte und Tanne bei unterschiedlichem Stickstoff- und Schwefelangebot im Gefäßversuch@@@Biomass and nutrient relationships ofBetula pendula, Fagus sylvatica, Picea abies andAbies alba with varying nitrogen and sulphur additions in a pot experiment

ZusammenfassungDie Wirkung unterschiedlicher Stickstoff(N)- und Schwefel(S)-Angebote auf Trockenmasse und Mineralstoffernährung der Umwandlungsbaumarten Hängebirke(Betula pendula), Rotbuche(Fagus sylvatica) und Weißtanne(Abies alba) wurde im Vergleich zur Fichte(Picea abies) in einem faktoriellen Versuchsansatz über zwei Vegetationsperioden untersucht. Die Sämlinge wurden auf einem Sand-Lehm-Gemisch in Mitscherlich-Gefäßen angezogen. Die Grunddüngung mit KH2PO4 und Mg-Acetat wurde in den Prüfgliedern in je fünf äquidistanten Stufen jährlich durch NH4NO3-(von 0 bis 0,25 g N pro Topf entsprechend 0 bis 80 kg N ha−1) bzw. H2SO4-Gaben (von 0 bis 0,64 g S pro Topf entsprechend 0 bis 200 kg S ha−1) ergänzt.Die Trockenmasse der oberirdischen Komponenten nahm durch N-Düngung deultich zu, am stärksten bei Birke, am geringsten bei Buche und Tanne. Hohe S-Gaben schränkten das Wachstum bei Buche, Fichte und Tanne ein. Zwischen der Höhe der N- und S-Gaben zeigten sich Wechselwirkungen. N-Düngungen steigerten nur bei geringen S-Gaben, S-Verabreichungen verringerten nur bei mittleren und hohen N-Gaben das Wachstum. Steigende N-Düngung erhöhte in den meisten Falen die Blattgehalte von N und erniedrigte die Gehalte von S, K und Mg. Zunehmende S-Gaben erhöhten durchweg die Gehalte von N, S, K, Mg, Mn und Al. Durch N stimuliertes Wachstum führte nur bei Buche zu einer Verdünnung von S im Blattgewebe und erniedrigte die Gehalte von K (Fichte und Tanne) bzw. Mg (Birke und Buche). Die durch hohe S-Gaben bedingte Wachstumshemmung führte zu erhöhten Blattgehalten von K, Mg und Al bei Buche, Fichte und Tanne. Die Bedeutung von K für den intrazellulären Ladungsausgleich und die Reaktion der Baumarten auf die Wachstumsstimulation durch N werden diskutiert. Die Elementgehalte der Birke werden durch die experimentellen N- und S-Gaben kaum, die der anderen Baumarten dagegen merklich beeinträchtigt.SummaryThe effects of varying nitrogen (N) and sulphur (S) additions on biomass growth and nutrient relationships of silver birch(Betula pendula), European beech(Fagus sylvatica), Norway spruce(Picea abies) and silver fir(Abies alba) were investigated in a two-year factorial experiment. Saplings were grown in pots filled with 7 kg of a sand-loam mixture, to which KH2PO4 and Mg acetate were added. N and S treatments were applied each year in five equidistant levels (0 to 0.25 g N per pot, equivalent to 0 to 80 kg N ha−1 as NH4NO3, and 0 to 0.64 g S per pot, equivalent to 0 to 200 kg S ha− as H2SO4) in order to simulate present and future conditions of soil chemistry with special respect to soil acidification in the Erzgebirge (East Germany).Aboveground growth was markedly enhanced with increasing N fertilization, with maximum response in birch and minimum response in beech and fir trees. High levels of S restricted growth of beech, spruce, and fir. However, the growth-stimulating effect of N was only given for low levels of S addition, and growth restriction due to S was only found under high N fertilization. With rising levels of N fertilization, leaf N contents increased, and contents of S, K, and Mg decreased. The contents of N, S, K, Mg, Mn, and Al in leaves increased consistently with elevated S addition. Growth stimulation by N fertilization resulted in dilution of S only in leaves of beech and reduced contents of K (spruce, fir) or Mg (birch, beech). Growth retardation as a consequence of high S addition increased contents of K, Mg, and Al in leaves of beech, spruce, and fir. Potassium may be an important counterion under sulphate accumulation in needles especially of spruce and fir, and Mg in leaves of beech. Nutritional relationships of birch are only marginally affected by experimental additions of N and S, whereas the nutritional status of beech, spruce, and fir was severely affected.

Biomass and nutrition of birch, beech, spruce and fir with varying nitrogen and sulfur supplies in a pot experiment.

ZusammenfassungDie Wirkung unterschiedlicher Stickstoff(N)- und Schwefel(S)-Angebote auf Trockenmasse und Mineralstoffernährung der Umwandlungsbaumarten Hängebirke(Betula pendula), Rotbuche(Fagus sylvatica) und Weißtanne(Abies alba) wurde im Vergleich zur Fichte(Picea abies) in einem faktoriellen Versuchsansatz über zwei Vegetationsperioden untersucht. Die Sämlinge wurden auf einem Sand-Lehm-Gemisch in Mitscherlich-Gefäßen angezogen. Die Grunddüngung mit KH2PO4 und Mg-Acetat wurde in den Prüfgliedern in je fünf äquidistanten Stufen jährlich durch NH4NO3-(von 0 bis 0,25 g N pro Topf entsprechend 0 bis 80 kg N ha−1) bzw. H2SO4-Gaben (von 0 bis 0,64 g S pro Topf entsprechend 0 bis 200 kg S ha−1) ergänzt.Die Trockenmasse der oberirdischen Komponenten nahm durch N-Düngung deultich zu, am stärksten bei Birke, am geringsten bei Buche und Tanne. Hohe S-Gaben schränkten das Wachstum bei Buche, Fichte und Tanne ein. Zwischen der Höhe der N- und S-Gaben zeigten sich Wechselwirkungen. N-Düngungen steigerten nur bei geringen S-Gaben, S-Verabreichungen verringerten nur bei mittleren und hohen N-Gaben das Wachstum. Steigende N-Düngung erhöhte in den meisten Falen die Blattgehalte von N und erniedrigte die Gehalte von S, K und Mg. Zunehmende S-Gaben erhöhten durchweg die Gehalte von N, S, K, Mg, Mn und Al. Durch N stimuliertes Wachstum führte nur bei Buche zu einer Verdünnung von S im Blattgewebe und erniedrigte die Gehalte von K (Fichte und Tanne) bzw. Mg (Birke und Buche). Die durch hohe S-Gaben bedingte Wachstumshemmung führte zu erhöhten Blattgehalten von K, Mg und Al bei Buche, Fichte und Tanne. Die Bedeutung von K für den intrazellulären Ladungsausgleich und die Reaktion der Baumarten auf die Wachstumsstimulation durch N werden diskutiert. Die Elementgehalte der Birke werden durch die experimentellen N- und S-Gaben kaum, die der anderen Baumarten dagegen merklich beeinträchtigt.SummaryThe effects of varying nitrogen (N) and sulphur (S) additions on biomass growth and nutrient relationships of silver birch(Betula pendula), European beech(Fagus sylvatica), Norway spruce(Picea abies) and silver fir(Abies alba) were investigated in a two-year factorial experiment. Saplings were grown in pots filled with 7 kg of a sand-loam mixture, to which KH2PO4 and Mg acetate were added. N and S treatments were applied each year in five equidistant levels (0 to 0.25 g N per pot, equivalent to 0 to 80 kg N ha−1 as NH4NO3, and 0 to 0.64 g S per pot, equivalent to 0 to 200 kg S ha− as H2SO4) in order to simulate present and future conditions of soil chemistry with special respect to soil acidification in the Erzgebirge (East Germany).Aboveground growth was markedly enhanced with increasing N fertilization, with maximum response in birch and minimum response in beech and fir trees. High levels of S restricted growth of beech, spruce, and fir. However, the growth-stimulating effect of N was only given for low levels of S addition, and growth restriction due to S was only found under high N fertilization. With rising levels of N fertilization, leaf N contents increased, and contents of S, K, and Mg decreased. The contents of N, S, K, Mg, Mn, and Al in leaves increased consistently with elevated S addition. Growth stimulation by N fertilization resulted in dilution of S only in leaves of beech and reduced contents of K (spruce, fir) or Mg (birch, beech). Growth retardation as a consequence of high S addition increased contents of K, Mg, and Al in leaves of beech, spruce, and fir. Potassium may be an important counterion under sulphate accumulation in needles especially of spruce and fir, and Mg in leaves of beech. Nutritional relationships of birch are only marginally affected by experimental additions of N and S, whereas the nutritional status of beech, spruce, and fir was severely affected.

δ13C-Variationen bei einjährigen Fichtensämlingen als Pflanzenphysiologische Reaktion auf S-, Al- und Ca-Gaben

Abstract In this study vessel cultures of spruce seedlings were grown with increased amounts of S, Al and Ca applied to soil. Growth development, mineral distribution and stable carbon isotope ratios were measured in plants after the first growing season. Increased sulphate additions to soil are characterized by reduced growth and lower δ13C-values, but take no effects on mineral composition of the seedlings. δ13C-values of plants rose for 0,4%‰ with higher additions of aluminium into soil. Injured roots suggest water deficits that can explain the shift towards higher δ13C-values. CaCO3 increases the pH of the soil and causes up to 0,6‰ higher δ13C-values of the plants. Furthermore the addition of CaCO3 effects the balance and relations of nutrient composition (Ca, Mg, K). All observed variations in δ13C occur in needles, shoot axis, and in extracted cellulose in common. Changed soil conditions correspond with reactions of the plants in growth, mineral distribution and δ13C.