Effect of buffer capacity on electrochemical behavior of dopamine and ascorbic acid

It is well known that the electrochemical oxidation of dopamine and ascorbic acid includes the proton and electron transfers at a glassy carbon electrode and their redox potentials are dependent on the pH of solution. When the concentration of the buffer is not enough to neutralize the protons produced by electrochemical oxidation of dopamine and ascorbic acid, two peaks of them can be observed in cyclic voltammograms. The height of the new peak is in proportion to the concentration of proton acceptor including HPO42-, 2,4,6-trimethylpyridine, tris (hydroxymethyl) aminomethane. Moreover, the potential of it is dependent on the type and the concentration of buffer at the same pH of bulk solution. However, this phenomenon cannot be attributed to the interaction between proton acceptor and dopamine or ascorbic acid. So, we think the phenomenon is caused by the acute change of pH at the surface of working electrode. Similar results were also observed in the rotating disk voltammograms. It can be concluded that the electrochemical behavior of some compounds is dependent on the concentration of buffer when this concentration is not enough to neutralize the protons produced in electrochemical oxidation.

Saliva flow rate, buffer capacity, and pH of autistic individuals

The objective of the study was to evaluate saliva flow rate, buffer capacity, pH levels, and dental caries experience (DCE) in autistic individuals, comparing the results with a control group (CG). The study was performed on 25 noninstitutionalized autistic boys, divided in two groups. G1 composed of ten children, ages 3-8. G2 composed of 15 adolescents ages 9-13. The CG was composed of 25 healthy boys, randomly selected and also divided in two groups: CG3 composed of 14 children ages 4-8, and CG4 composed of 11 adolescents ages 9-14. Whole saliva was collected under slight suction, and pH and buffer capacity were determined using a digital pHmeter. Buffer capacity was measured by titration using 0.01 N HCl, and the flow rate expressed in ml/min, and the DCE was expressed by decayed, missing, and filled teeth (permanent dentition [DMFT] and primary dentition [dmft]). Data were plotted and submitted to nonparametric (Kruskal-Wallis) and parametric (Student`s t test) statistical tests with a significance level less than 0.05. When comparing G1 and CG3, groups did not differ in flow rate, pH levels, buffer capacity, or DMFT. Groups G2 and CG4 differ significantly in pH (p = 0.007) and pHi = 7.0 (p = 0.001), with lower scores for G2. In autistic individuals aged 3-8 and 9-13, medicated or not, there was no significant statistical difference in flow rate, pH, and buffer capacity. The comparison of DCE among autistic children and CG children with deciduous (dmft) and mixed/permanent decayed, missing, and filled teeth (DMFT) did not show statistical difference (p = 0.743). Data suggest that autistic individuals have neither a higher flow rate nor a better buffer capacity. Similar DCE was observed in both groups studied.

Live high: train low increases muscle buffer capacity and submaximal cycling efficiency

This study investigated whether hypoxic exposure increased muscle buffer capacity (βm) and mechanical efficiency during exercise in male athletes. A control (CON, n=7) and a live high:train low group (LHTL, n=6) trained at near sea level (600 m), with the LHTL group sleeping for 23 nights in simulated moderate altitude (3000 m). Whole body oxygen consumption (V˙O₂) was measured under normoxia before, during and after 23 nights of sleeping in hypoxia, during cycle ergometry comprising 4×4-min submaximal stages, 2-min at 5.6 ± 0.4 W kg^–1, and 2-min 'all-out' to determine total work and V˙O_2peak. A vastus lateralis muscle biopsy was taken at rest and after a standardized 2-min 5.6 ± 0.4 W kg^–1 bout, before and after LHTL, and analysed for βm and metabolites. After LHTL, βm was increased (18%, P < 0.05). Although work was maintained, V˙O_2peak fell after LHTL (7%, P < 0.05). Submaximal V˙O₂ was reduced (4.4%, P < 0.05) and efficiency improved (0.8%, P < 0.05) after LHTL probably because of a shift in fuel utilization. This is the first study to show that hypoxic exposure, per se, increases muscle buffer capacity. Further, reduced V˙O₂ during normoxic exercise after LHTL suggests that improved exercise efficiency is a fundamental adaptation to LHTL.

Buffer capacity: capturing a dimension of resilience to climate change in African smallholder agriculture

Building resilience to climate change in agricultural production can ensure the functioning of agricultural-based livelihoods and reduce their vulnerability to climate change impacts. This paper thus explores how buffer capacity, a characteristic feature of resilience, can be conceptualised and used for assessing the resilience of smallholder agriculture to climate change. It uses the case of conservation agriculture farmers in a Kenyan region and examines how their practices contribute to buffer capacity. Surveys were used to collect data from 41 purposely selected conservation agriculture farmers in the Laikipia region of Kenya. Besides descriptive statistics, factor analysis was used to identify the key dimensions that characterise buffer capacity in the study context. The cluster of practices characterising buffer capacity in conservation agriculture include soil protection, adapted crops, intensification/irrigation, mechanisation and livelihood diversification. Various conservation practices increase buffer capacity, evaluated by farmers in economic, social, ecological and other dimensions. Through conservation agriculture, most farmers improved their productivity and incomes despite drought, improved their environment and social relations. Better-off farmers also reduced their need for labour, but this resulted in lesser income-earning opportunities for the poorer farmers, thus reducing the buffer capacity and resilience of the latter.

Seawater carbonate chemistry and buffer capacity of the coelomic fluid in echinoderms in a laboratory experiment

The increase in atmospheric CO2 due to anthropogenic activity results in an acidification of the surface waters of the oceans. The impact of these chemical changes depends on the considered organisms. In particular, it depends on the ability of the organism to control the pH of its inner fluids. Among echinoderms, this ability seems to differ significantly according to species or taxa. In the present paper, we investigated the buffer capacity of the coelomic fluid in different echinoderm taxa as well as factors modifying this capacity. Euechinoidea (sea urchins except Cidaroidea) present a very high buffer capacity of the coelomic fluid (from 0.8 to 1.8 mmol/kg SW above that of seawater), while Cidaroidea (other sea urchins), starfish and holothurians have a significantly lower one (from -0.1 to 0.4 mmol/kg SW compared to seawater). We hypothesize that this is linked to the more efficient gas exchange structures present in the three last taxa, whereas Euechinoidea evolved specific buffer systems to compensate lower gas exchange abilities. The constituents of the buffer capacity and the factors influencing it were investigated in the sea urchin Paracentrotus lividus and the starfish Asterias rubens. Buffer capacity is primarily due to the bicarbonate buffer system of seawater (representing about 63% for sea urchins and 92% for starfish). It is also partly due to coelomocytes present in the coelomic fluid (around 8% for both) and, in P. lividus only, a compound of an apparent size larger than 3 kDa is involved (about 15%). Feeding increased the buffer capacity in P. lividus (to a difference with seawater of about 2.3 mmol/kg SW compared to unfed ones who showed a difference of about 0.5 mmol/kg SW) but not in A. rubens (difference with seawater of about 0.2 for both conditions). In P. lividus, decreased seawater pH induced an increase of the buffer capacity of individuals maintained at pH 7.7 to about twice that of the control individuals and, for those at pH 7.4, about three times. This allowed a partial compensation of the coelomic fluid pH for individuals maintained at pH 7.7 but not for those at pH 7.4.

The adaptable buffer algorithm for high quantile estimation in non-stationary data streams

The need to estimate a particular quantile of a distribution is an important problem which frequently arises in many computer vision and signal processing applications. For example, our work was motivated by the requirements of many semi-automatic surveillance analytics systems which detect abnormalities in close-circuit television (CCTV) footage using statistical models of low-level motion features. In this paper we specifically address the problem of estimating the running quantile of a data stream with non-stationary stochasticity when the memory for storing observations is limited. We make several major contributions: (i) we derive an important theoretical result which shows that the change in the quantile of a stream is constrained regardless of the stochastic properties of data, (ii) we describe a set of high-level design goals for an effective estimation algorithm that emerge as a consequence of our theoretical findings, (iii) we introduce a novel algorithm which implements the aforementioned design goals by retaining a sample of data values in a manner adaptive to changes in the distribution of data and progressively narrowing down its focus in the periods of quasi-stationary stochasticity, and (iv) we present a comprehensive evaluation of the proposed algorithm and compare it with the existing methods in the literature on both synthetic data sets and three large 'real-world' streams acquired in the course of operation of an existing commercial surveillance system. Our findings convincingly demonstrate that the proposed method is highly successful and vastly outperforms the existing alternatives, especially when the target quantile is high valued and the available buffer capacity severely limited.

Does recombinant human Epo increase exercise capacity by means other than augmenting oxygen transport?

[EN] This study was performed to test the hypothesis that administration of recombinant human erythropoietin (rHuEpo) in humans increases maximal oxygen consumption by augmenting the maximal oxygen carrying capacity of blood. Systemic and leg oxygen delivery and oxygen uptake were studied during exercise in eight subjects before and after 13 wk of rHuEpo treatment and after isovolemic hemodilution to the same hemoglobin concentration observed before the start of rHuEpo administration. At peak exercise, leg oxygen delivery was increased from 1,777.0+/-102.0 ml/min before rHuEpo treatment to 2,079.8+/-120.7 ml/min after treatment. After hemodilution, oxygen delivery was decreased to the pretreatment value (1,710.3+/-138.1 ml/min). Fractional leg arterial oxygen extraction was unaffected at maximal exercise; hence, maximal leg oxygen uptake increased from 1,511.0+/-130.1 ml/min before treatment to 1,793.0+/-148.7 ml/min with rHuEpo and decreased after hemodilution to 1,428.0+/-111.6 ml/min. Pulmonary oxygen uptake at peak exercise increased from 3,950.0+/-160.7 before administration to 4,254.5+/-178.4 ml/min with rHuEpo and decreased to 4,059.0+/-161.1 ml/min with hemodilution (P=0.22, compared with values before rHuEpo treatment). Blood buffer capacity remained unaffected by rHuEpo treatment and hemodilution. The augmented hematocrit did not compromise peak cardiac output. In summary, in healthy humans, rHuEpo increases maximal oxygen consumption due to augmented systemic and muscular peak oxygen delivery.

Southern Ocean CO2 uptake and buffer factor from model run 2012-2100, with links to model results

The Southern Ocean is a key region for global carbon uptake and is characterised by a strong seasonality with the annual CO2 uptake being mediated by biological carbon draw-down in summer. Here, we show that the contribution of biology to CO2 uptake will become even more important until 2100. This is the case even if biological production remains unaltered and can be explained by the decreasing buffer capacity of the ocean as its carbon content increases. The same amount of biological carbon draw-down leads to a more than twice as large reduction in CO2 (aq) concentration and hence to a larger CO2 gradient between ocean and atmosphere that drives the gas-exchange. While the winter uptake south of 44°S changes little, the summer uptake increases largely and is responsible for the annual mean response. The combination of decreasing buffer capacity and strong seasonality of biological carbon draw-down introduces a strong and increasing seasonality in the anthropogenic carbon uptake.

Fate of potassium fertilisers applied to clay soils under rainfed grain cropping in south-east Queensland, Australia

Negative potassium (K) balances in all broadacre grain cropping systems in northern Australia are resulting in a decline in the plant-available reserves of K and necessitating a closer examination of strategies to detect and respond to developing K deficiency in clay soils. Grain growers on the Red Ferrosol soils have increasingly encountered K deficiency over the last 10 years due to lower available K reserves in these soils in their native condition. However, the problem is now increasingly evident on the medium-heavy clay soils (Black and Grey Vertosols) and is made more complicated by the widespread adoption of direct drill cropping systems and the resulting strong strati. cation of available K reserves in the top 0.05-0.1 m of the soil pro. le. This paper reports glasshouse studies examining the fate of applied K fertiliser in key cropping soils of the inland Burnett region of south-east Queensland, and uses the resultant understanding of K dynamics to interpret results of field trials assessing the effectiveness of K application strategies in terms of K availability to crop plants. At similar concentrations of exchangeable K (K-exch), soil solution K concentrations and activity of K in the soil solution (AR(K)) varied by 6-7-fold between soil types. When K-exch arising from different rates of fertiliser application was expressed as a percentage of the effective cation exchange capacity (i.e. K saturation), there was evidence of greater selective adsorption of K on the exchange complex of Red Ferrosols than Black and Grey Vertosols or Brown Dermosols. Both soil solution K and AR(K) were much less responsive to increasing K-exch in the Black Vertosols; this is indicative of these soils having a high K buffer capacity (KBC). These contrasting properties have implications for the rate of diffusive supply of K to plant roots and the likely impact of K application strategies (banding v. broadcast and incorporation) on plant K uptake. Field studies investigating K application strategies (banding v. broadcasting) and the interaction with the degree of soil disturbance/mixing of different soil types are discussed in relation to K dynamics derived from glasshouse studies. Greater propensity to accumulate luxury K in crop biomass was observed in a Brown Ferrosol with a KBC lower than that of a Black Vertosol, consistent with more efficient diffusive supply to plant roots in the Ferrosol. This luxury K uptake, when combined with crops exhibiting low proportional removal of K in the harvested product (i.e. low K harvest index coarse grains and winter cereals) and residue retention, can lead to rapid re-development of stratified K profiles. There was clear evidence that some incorporation of K fertiliser into soil was required to facilitate root access and crop uptake, although there was no evidence of a need to incorporate K fertiliser any deeper than achieved by conventional disc tillage (i.e. 0.1-0.15 m). Recovery of fertiliser K applied in deep (0.25-0.3 m) bands in combination with N and P to facilitate root proliferation was quite poor in Red Ferrosols and Grey or Black Vertosols with moderate effective cation exchange capacity (ECEC, 25-35 cmol(+)/kg), was reasonable but not enough to overcome K deficiency in a Brown Dermosol (ECEC 11 cmol(+)/kg), but was quite good on a Black Vertosol (ECEC 50-60 cmol(+)/kg). Collectively, results suggest that frequent small applications of K fertiliser, preferably with some soil mixing, is an effective fertiliser application strategy on lighter clay soils with low KBC and an effective diffusive supply mechanism. Alternately, concentrated K bands and enhanced root proliferation around them may be a more effective strategy in Vertosol soils with high KBC and limited diffusive supply. Further studies to assess this hypothesis are needed.

装配系统中缓冲区容量的研究

为了确定装配系统中的缓冲区容量,在建立缓冲区状态数学模型的基础上,根据随机过程的原理,提出了缓冲区被充满概率和缓冲区容量之间的函数关系。以缓冲区被充满概率最小化为目标,确定合理的缓冲区容量。最后给出一种递进算法,通过回归方程计算缓冲区对装配工位生产率的影响,逐步求出由多个工位组成的整个装配系统各个工位之间的缓冲区容量。

On the Relationship Between File Sizes, Transport Protocols, and Self-Similar Network Traffic

Recent measurements of local-area and wide-area traffic have shown that network traffic exhibits variability at a wide range of scales self-similarity. In this paper, we examine a mechanism that gives rise to self-similar network traffic and present some of its performance implications. The mechanism we study is the transfer of files or messages whose size is drawn from a heavy-tailed distribution. We examine its effects through detailed transport-level simulations of multiple TCP streams in an internetwork. First, we show that in a "realistic" client/server network environment i.e., one with bounded resources and coupling among traffic sources competing for resources the degree to which file sizes are heavy-tailed can directly determine the degree of traffic self-similarity at the link level. We show that this causal relationship is not significantly affected by changes in network resources (bottleneck bandwidth and buffer capacity), network topology, the influence of cross-traffic, or the distribution of interarrival times. Second, we show that properties of the transport layer play an important role in preserving and modulating this relationship. In particular, the reliable transmission and flow control mechanisms of TCP (Reno, Tahoe, or Vegas) serve to maintain the long-range dependency structure induced by heavy-tailed file size distributions. In contrast, if a non-flow-controlled and unreliable (UDP-based) transport protocol is used, the resulting traffic shows little self-similar characteristics: although still bursty at short time scales, it has little long-range dependence. If flow-controlled, unreliable transport is employed, the degree of traffic self-similarity is positively correlated with the degree of throttling at the source. Third, in exploring the relationship between file sizes, transport protocols, and self-similarity, we are also able to show some of the performance implications of self-similarity. We present data on the relationship between traffic self-similarity and network performance as captured by performance measures including packet loss rate, retransmission rate, and queueing delay. Increased self-similarity, as expected, results in degradation of performance. Queueing delay, in particular, exhibits a drastic increase with increasing self-similarity. Throughput-related measures such as packet loss and retransmission rate, however, increase only gradually with increasing traffic self-similarity as long as reliable, flow-controlled transport protocol is used.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Effect of pH on the development of acidic sites in clayey and sandy loam Oxisol from the Cerrado Region, Brazil

Titration curves were determined for soil from horizon samples of a clayey and a sandy loam Oxisol by (a) adding NaOH to soil suspensions and (b) incubating moist soils with Ca(OH)(2). The organic fraction was primarily responsible for buffering in both soils. Humic acids were more important than fulvic acids in buffering against NaOH additions. With Ca(OH)(2), greater buffer capacities were found due to carboxyl sites, primarily on fulvic acids, becoming complexed with Ca2+ so that in the clay soil humic and fulvic acids were equally important as buffering components while fulvic acids were more important in the sandy loam soil. The buffer capacity of organic matter against Ca(OH)(2) additions was 1.1 mol(c) kg(-1) pH(-1). In the incubated soils, exchangeable cations were also determined and changes in the amounts of exchangeable and non-exchangeable Ca2+ acidity and effective cation exchange capacity were calculated. Up to half the added Ca2+ became complexed and was nonexchangeable. Aluminum complexed by organic matter appears to be an important buffering component, together with non exchangeable H+. With the increase of pH the dissociated sites from the carboxyl groups could complex Ca2+. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.