Field measurements of the CO2 evolution rate under different crops during an irrigation cycle in a mountain oasis of Oman

For millennia oasis agriculture has been the backbone of rural livelihood in the desertic Sultanate of Oman. However, little is known about the functioning of these oasis systems, in particular with respect to the C turnover. The objective was to determine the effects of crop, i.e. alfalfa, wheat and bare fallow on the CO2 evolution rate during an irrigation cycle in relation to changes in soil water content and soil temperature. The gravimetric soil water content decreased from initially 24% to approximately 16% within 7 days after irrigation. The mean CO2 evolution rates increased significantly in the order fallow (27.4 mg C m^−2 h^−1) < wheat (45.5 mg C m^−2 h^−1) < alfalfa (97.5 mg C m^−2 h^−1). It can be calculated from these data that the CO2 evolution rate of the alfalfa root system was nearly four times higher than the corresponding rate in the wheat root system. The decline in CO2 evolution rate, especially during the first 4 days after irrigation, was significantly related to the decline in the gravimetric water content, with r = 0.70. CO2 evolution rate and soil temperature at 5 cm depth were negatively correlated (r = -0.56,n = 261) due to increasing soil temperature with decreasing gravimetric water content.

Salinity-induced changes in the microbial use of sugarcane filter cake added to soil

Five laboratory incubation experiments were carried out to assess the salinity-induced changes in the microbial use of sugarcane filter cake added to soil. The first laboratory experiment was carried out to prove the hypothesis that the lower content of fungal biomass in a saline soil reduces the decomposition of a complex organic substrate in comparison to a non-saline soil under acidic conditions. Three different rates (0.5, 1.0, and 2.0%) of sugarcane filter cake were added to both soils and incubated for 63 days at 30°C. In the saline control soil without amendment, cumulative CO2 production was 70% greater than in the corresponding non-saline control soil, but the formation of inorganic N did not differ between these two soils. However, nitrification was inhibited in the saline soil. The increase in cumulative CO2 production by adding filter cake was similar in both soils, corresponding to 29% of the filter cake C at all three addition rates. Also the increases in microbial biomass C and biomass N were linearly related to the amount of filter cake added, but this increase was slightly higher for both properties in the saline soil. In contrast to microbial biomass, the absolute increase in ergosterol content in the saline soil was on average only half that in the non-saline soil and it showed also strong temporal changes during the incubation: A strong initial increase after adding the filter cake was followed by a rapid decline. The addition of filter cake led to immobilisation of inorganic N in both soils. This immobilisation was not expected, because the total C-to-total N ratio of the filter cake was below 13 and the organic C-to-organic N ratio in the 0.5 M K2SO4 extract of this material was even lower at 9.2. The immobilisation was considerably higher in the saline soil than in the non-saline soil. The N immobilisation capacity of sugarcane filter cake should be considered when this material is applied to arable sites at high rations. The second incubation experiment was carried out to examine the N immobilizing effect of sugarcane filter cake (C/N ratio of 12.4) and to investigate whether mixing it with compost (C/N ratio of 10.5) has any synergistic effects on C and N mineralization after incorporation into the soil. Approximately 19% of the compost C added and 37% of the filter cake C were evolved as CO2, assuming that the amendments had no effects on the decomposition of soil organic C. However, only 28% of the added filter cake was lost according to the total C and d13C values. Filter cake and compost contained initially significant concentrations of inorganic N, which was nearly completely immobilized between day 7 and 14 of the incubation in most cases. After day 14, N re-mineralization occurred at an average rate of 0.73 µg N g-1 soil d-1 in most amendment treatments, paralleling the N mineralization rate of the non-amended control without significant difference. No significant net N mineralization from the amendment N occurred in any of the amendment treatments in comparison to the control. The addition of compost and filter cake resulted in a linear increase in microbial biomass C with increasing amounts of C added. This increase was not affected by differences in substrate quality, especially the three times larger content of K2SO4 extractable organic C in the sugarcane filter cake. In most amendment treatments, microbial biomass C and biomass N increased until the end of the incubation. No synergistic effects could be observed in the mixture treatments of compost and sugarcane filter cake. The third 42-day incubation experiment was conducted to answer the questions whether the decomposition of sugarcane filter cake also result in immobilization of nitrogen in a saline alkaline soil and whether the mixing of sugarcane filter cake with glucose (adjusted to a C/N ratio of 12.5 with (NH4)2SO4) change its decomposition. The relative percentage CO2 evolved increased from 35% of the added C in the pure 0.5% filter cake treatment to 41% in the 0.5% filter cake +0.25% glucose treatment to 48% in the 0.5% filter cake +0.5% glucose treatment. The three different amendment treatments led to immediate increases in microbial biomass C and biomass N within 6 h that persisted only in the pure filter cake treatment until the end of the incubation. The fungal cell-membrane component ergosterol showed initially an over-proportionate increase in relation to microbial biomass C that fully disappeared at the end of the incubation. The cellulase activity showed a 5-fold increase after filter cake addition, which was not further increased by the additional glucose amendment. The cellulase activity showed an exponential decline to values around 4% of the initial value in all treatments. The amount of inorganic N immobilized from day 0 to day 14 increased with increasing amount of C added in comparison to the control treatment. Since day 14, the immobilized N was re-mineralized at rates between 1.31 and 1.51 µg N g-1 soil d-1 in the amendment treatments and was thus more than doubled in comparison with the control treatment. This means that the re-mineralization rate is independent from the actual size of the microbial residues pool and also independent from the size of the soil microbial biomass. Other unknown soil properties seem to form a soil-specific gate for the release of inorganic N. The fourth incubation experiment was carried out with the objective of assessing the effects of salt additions containing different anions (Cl-, SO42-, HCO3-) on the microbial use of sugarcane filter cake and dhancha leaves amended to inoculated sterile quartz sand. In the subsequent fifth experiment, the objective was to assess the effects of inoculum and temperature on the decomposition of sugar cane filter cake. In the fourth experiment, sugarcane filter cake led to significantly lower respiration rates, lower contents of extractable C and N, and lower contents of microbial biomass C and N than dhancha leaves, but to a higher respiratory quotient RQ and to a higher content of the fungal biomarker ergosterol. The RQ was significantly increased after salt addition, when comparing the average of all salinity treatments with the control. Differences in anion composition had no clear effects on the RQ values. In experiment 2, the rise in temperature from 20 to 40°C increased the CO2 production rate by a factor of 1.6, the O2 consumption rate by a factor of 1.9 and the ergosterol content by 60%. In contrast, the contents of microbial biomass N decreased by 60% and the RQ by 13%. The effects of the inoculation with a saline soil were in most cases negative and did not indicate a better adaptation of these organisms to salinity. The general effects of anion composition on microbial biomass and activity indices were small and inconsistent. Only the fraction of 0.5 M K2SO4 extractable C and N in non-fumigated soil was consistently increased in the 1.2 M NaHCO3 treatment of both experiments. In contrast to the small salinity effects, the quality of the substrate has overwhelming effects on microbial biomass and activity indices, especially on the fungal part of the microbial community.

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.

"Thematically Analysing Social Network Content During Disasters Through the Lens of the Disaster Management Lifecycle" & "Investigating Similarity Between Privacy Policies of Social Networking Sites as a Precursor for Standardization"

Abstract 1: Social Networks such as Twitter are often used for disseminating and collecting information during natural disasters. The potential for its use in Disaster Management has been acknowledged. However, more nuanced understanding of the communications that take place on social networks are required to more effectively integrate this information into the processes within disaster management. The type and value of information shared should be assessed, determining the benefits and issues, with credibility and reliability as known concerns. Mapping the tweets in relation to the modelled stages of a disaster can be a useful evaluation for determining the benefits/drawbacks of using data from social networks, such as Twitter, in disaster management.A thematic analysis of tweets’ content, language and tone during the UK Storms and Floods 2013/14 was conducted. Manual scripting was used to determine the official sequence of events, and classify the stages of the disaster into the phases of the Disaster Management Lifecycle, to produce a timeline. Twenty- five topics discussed on Twitter emerged, and three key types of tweets, based on the language and tone, were identified. The timeline represents the events of the disaster, according to the Met Office reports, classed into B. Faulkner’s Disaster Management Lifecycle framework. Context is provided when observing the analysed tweets against the timeline. This illustrates a potential basis and benefit for mapping tweets into the Disaster Management Lifecycle phases. Comparing the number of tweets submitted in each month with the timeline, suggests users tweet more as an event heightens and persists. Furthermore, users generally express greater emotion and urgency in their tweets.This paper concludes that the thematic analysis of content on social networks, such as Twitter, can be useful in gaining additional perspectives for disaster management. It demonstrates that mapping tweets into the phases of a Disaster Management Lifecycle model can have benefits in the recovery phase, not just in the response phase, to potentially improve future policies and activities. Abstract2: The current execution of privacy policies, as a mode of communicating information to users, is unsatisfactory. Social networking sites (SNS) exemplify this issue, attracting growing concerns regarding their use of personal data and its effect on user privacy. This demonstrates the need for more informative policies. However, SNS lack the incentives required to improve policies, which is exacerbated by the difficulties of creating a policy that is both concise and compliant. Standardization addresses many of these issues, providing benefits for users and SNS, although it is only possible if policies share attributes which can be standardized. This investigation used thematic analysis and cross- document structure theory, to assess the similarity of attributes between the privacy policies (as available in August 2014), of the six most frequently visited SNS globally. Using the Jaccard similarity coefficient, two types of attribute were measured; the clauses used by SNS and the coverage of forty recommendations made by the UK Information Commissioner’s Office. Analysis showed that whilst similarity in the clauses used was low, similarity in the recommendations covered was high, indicating that SNS use different clauses, but to convey similar information. The analysis also showed that low similarity in the clauses was largely due to differences in semantics, elaboration and functionality between SNS. Therefore, this paper proposes that the policies of SNS already share attributes, indicating the feasibility of standardization and five recommendations are made to begin facilitating this, based on the findings of the investigation.

Catalase in fluvial biofilms: a comparison between different extraction methods and example of application in a metal-polluted river

Antioxidant enzymes are involved in important processes of cell detoxification during oxidative stress and have, therefore, been used as biomarkers in algae. Nevertheless, their limited use in fluvial biofilms may be due to the complexity of such communities. Here, a comparison between different extraction methods was performed to obtain a reliable method for catalase extraction from fluvial biofilms. Homogenization followed by glass bead disruption appeared to be the best compromise for catalase extraction. This method was then applied to a field study in a metal-polluted stream (Riou Mort, France). The most polluted sites were characterized by a catalase activity 4–6 times lower than in the low-polluted site. Results of the comparison process and its application are promising for the use of catalase activity as an early warning biomarker of toxicity using biofilms in the laboratory and in the field

Semantic-level Visual Content Descriptor combining visual and textual cues as collaterals

In this paper, we introduce a novel high-level visual content descriptor which is devised for performing semantic-based image classification and retrieval. The work can be treated as an attempt to bridge the so called “semantic gap”. The proposed image feature vector model is fundamentally underpinned by the image labelling framework, called Collaterally Confirmed Labelling (CCL), which incorporates the collateral knowledge extracted from the collateral texts of the images with the state-of-the-art low-level image processing and visual feature extraction techniques for automatically assigning linguistic keywords to image regions. Two different high-level image feature vector models are developed based on the CCL labelling of results for the purposes of image data clustering and retrieval respectively. A subset of the Corel image collection has been used for evaluating our proposed method. The experimental results to-date already indicates that our proposed semantic-based visual content descriptors outperform both traditional visual and textual image feature models.

Field trials to assess the uptake of arsenic by vegetables from contaminated soils and soil remediation with iron oxides

The uptake of arsenic (As) by plants from contaminated soils presents a health hazard that may affect the use of agricultural and former industrial land. Methods for limiting the hazard are desirable. A proposed remediation treatment comprises the precipitation of iron (Fe) oxides in the contaminated soil by adding ferrous sulfate and lime. The effects on As bioavailability were assessed using a range of vegetable crops grown in the field. Four UK locations were used, where soil was contaminated by As from different sources. At the most contaminated site, a clay loam containing a mean of 748 mg As kg(-1) soil, beetroot, calabrese, cauliflower, lettuce, potato, radish and spinach were grown. For all crops except spinach, ferrous sulfate treatment caused a significant reduction in the bioavailability of As in some part of the crop. Application of ferrous sulfate in solution, providing 0.2% Fe oxides in the soil (0-10 cm), reduced As uptake by a mean of 22%. Solid ferrous sulfate was applied to give concentrations of 0.5% and 1% Fe oxides: the 0.5% concentration reduced As uptake by a mean of 32% and the 1% concentration gave no significant additional benefit. On a sandy loam containing 65 mg As kg(-1) soil, there was tentative evidence that ferrous sulfate treatment up to 2% Fe oxides caused a significant reduction in lettuce As, but calabrese did not respond. At the other two sites, the effects of ferrous sulfate treatment were not significant, but the uptake of soil As was low in treated and untreated soils. Differences between sites in the bioavailable fraction of soil As may be related to the soil texture or the source of As. The highest bioavailability was found on the soil which had been contaminated by aerial deposition and had a high sand content. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

The influence of different artificial soil types on the acute toxicity of carbendazim to the earthworm Eisenia fetida in laboratory toxicity tests

Field populations of earthworms have shown a varied response in mortality to the fungicide carbendazim, the toxic reference substance used in agrochemical field trials. The aim of this study was to determine the influence of soil conditions as a potential cause of this variation. Laboratory acute toxicity tests were conducted using a range of artificial soils with varying soil components (organic matter, clay, pH and moisture). Batch adsorption/desorption studies were run to determine the influence of the soil properties on carbendazim behaviour. Adsorption was shown to be correlated with organic matter content and pH and this in turn could be linked to Eisenia fetida mortality, with lower mortality occurring with increased adsorption. Overall while E.fetida mortality did vary significantly between several of the soils the calculated LC50 values in the different soils did not cover a wide range (6.04-16.00 mg kg(-1)), showing that under these laboratory conditions soil components did not greatly influence carbendazim toxicity to E.fietida. (c) 2007 Elsevier Masson SAS. All rights reserved.

Degradation of atrazine and isoproturon in surface and sub-surface soil materials undergoing different moisture and aeration conditions

The influence of different moisture and aeration conditions on the degradation of atrazine and isoproturon was investigated in environmental samples aseptically collected from surface and sub-surface zones of agricultural land. The materials were maintained at two moisture contents corresponding to just above field capacity or 90% of field capacity. Another two groups of samples were adjusted with water to above field capacity, and, at zero time, exposed to drying-rewetting cycles. Atrazine was more persistent (t(1/2) = 22-3S days) than isoproturon (t(1/2) = 5-17 days) in samples maintained at constant moisture conditions. The rate of degradation for both herbicides was higher in samples maintained at a moisture content of 90% of field capacity than in samples with higher moisture contents. The reduction in moisture content in samples undergoing desiccation from above field capacity to much lower than field capacity enhanced the degradation of isoproturon (t(1/2) = 9-12 days) but reduced the rate of atrazine degradation (t(1/2) = 23-35-days). This demonstrates the variability between different micro-organisms in their susceptibility to desiccation. Under anaerobic conditions generated in anaerobic jars, atrazine degraded much more rapidly than isoproturon in materials taken from three soil profiles (0-250 cm depth). It is suggested that some specific micro-organisms are able to survive and degrade herbicide under severe conditions of desiccation. (C) 2004 Society of Chemical Industry.

Field trials to assess the uptake of arsenic by vegetables from contaminated soils and soil remediation with iron oxides

The uptake of arsenic (As) by plants from contaminated soils presents a health hazard that may affect the use of agricultural and former industrial land. Methods for limiting the hazard are desirable. A proposed remediation treatment comprises the precipitation of iron (Fe) oxides in the contaminated soil by adding ferrous sulfate and lime. The effects on As bioavailability were assessed using a range of vegetable crops grown in the field. Four UK locations were used, where soil was contaminated by As from different sources. At the most contaminated site, a clay loam containing a mean of 748 mg As kg(-1) soil, beetroot, calabrese, cauliflower, lettuce, potato, radish and spinach were grown. For all crops except spinach, ferrous sulfate treatment caused a significant reduction in the bioavailability of As in some part of the crop. Application of ferrous sulfate in solution, providing 0.2% Fe oxides in the soil (0-10 cm), reduced As uptake by a mean of 22%. Solid ferrous sulfate was applied to give concentrations of 0.5% and 1% Fe oxides: the 0.5% concentration reduced As uptake by a mean of 32% and the 1% concentration gave no significant additional benefit. On a sandy loam containing 65 mg As kg(-1) soil, there was tentative evidence that ferrous sulfate treatment up to 2% Fe oxides caused a significant reduction in lettuce As, but calabrese did not respond. At the other two sites, the effects of ferrous sulfate treatment were not significant, but the uptake of soil As was low in treated and untreated soils. Differences between sites in the bioavailable fraction of soil As may be related to the soil texture or the source of As. The highest bioavailability was found on the soil which had been contaminated by aerial deposition and had a high sand content. (C) 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

The retrieval of ice water content from radar reflectivity factor and temperature and its use in evaluating a mesoscale model

Ice clouds are an important yet largely unvalidated component of weather forecasting and climate models, but radar offers the potential to provide the necessary data to evaluate them. First in this paper, coordinated aircraft in situ measurements and scans by a 3-GHz radar are presented, demonstrating that, for stratiform midlatitude ice clouds, radar reflectivity in the Rayleigh-scattering regime may be reliably calculated from aircraft size spectra if the "Brown and Francis" mass-size relationship is used. The comparisons spanned radar reflectivity values from -15 to +20 dBZ, ice water contents (IWCs) from 0.01 to 0.4 g m(-3), and median volumetric diameters between 0.2 and 3 mm. In mixed-phase conditions the agreement is much poorer because of the higher-density ice particles present. A large midlatitude aircraft dataset is then used to derive expressions that relate radar reflectivity and temperature to ice water content and visible extinction coefficient. The analysis is an advance over previous work in several ways: the retrievals vary smoothly with both input parameters, different relationships are derived for the common radar frequencies of 3, 35, and 94 GHz, and the problem of retrieving the long-term mean and the horizontal variance of ice cloud parameters is considered separately. It is shown that the dependence on temperature arises because of the temperature dependence of the number concentration "intercept parameter" rather than mean particle size. A comparison is presented of ice water content derived from scanning 3-GHz radar with the values held in the Met Office mesoscale forecast model, for eight precipitating cases spanning 39 h over Southern England. It is found that the model predicted mean I WC to within 10% of the observations at temperatures between -30 degrees and - 10 degrees C but tended to underestimate it by around a factor of 2 at colder temperatures.

Seed longevity - moisture content relationships in hermetic and open storage

In seed storage research, moisture content can be maintained by providing a stable relative humidity (e.g. over saturated salt solutions) or by hermetic storage, but the two approaches provide different gaseous environments which might affect longevity. Seeds of timothy (Phleum pratense L.) and sesame (Sesamum indicum L.) were stored at 45 degrees C or 50 degrees C, respectively, with different moisture contents maintained by hermetic storage in laminated-aluminium-foil packets, or by desiccators above either saturated salt solutions or moistened silica gel. Seeds were withdrawn from storage at intervals from 1 to 28 d for up to 480 d and viability estimated. Within a species, the negative logarithmic relation between seed longevity and moisture content did not differ (P> 0.25, timothy; >0.05, sesame) between storage in desiccators over either moistened silica gel or saturated salt solutions, whereas the relation was much steeper (P< 0.005) in hermetic storage: longevity was similar at high moisture contents, but at low values much greater with hermetic storage. This effect of storage method on seed longevity's sensitivity to moisture content implies that oxygen is relatively more deleterious to seeds at lower than at greater moisture contents and confirms that hermetic storage is preferable for long-term seed storage at low moisture contents.

Chemical composition and fermentation characteristics of grain and different parts of the stover from maize land races harvested at different growing periods in two zones of central Mexico

The objective of this work was to determine the rumen fermentation characteristics of maize land races used as forage in central Mexico. In vitro gas production (ml per 200 mg dry matter (DM)) incubations were carried out, and cumulative gas volumes were fitted to the Krishnamoorthy et al. (1991) model. The trial used a split-plot design with cultivation practices associated with maize colour (COL) as the main plot with three levels: white, yellow and black maize; growing periods (PER) were the split plots where PER1, PER2 and PER3 represented the first, second and third periods, respectively and two contrasting zones (Z1 = valley and Z2 = mountain) were used as blocking factors. The principal effects observed were associated with the maturity of the plants and potential gas production increased (P < 0.05) in stems (PER 1 = 51.8, PER2 = 56.3, PER3 = 58.4 ml per 200 mg DM) and in whole plant (PER 1 = 60.9, PER2 = 60.8, PER3= 70.9 ml per 200 mg DM). An inverse effect was observed with fermentation rates in leaves (P < 0.01) with 0.061, 0.053 and 0.0509 (per h) and in whole plant (P < 0.05) with 0.068, 0.057, 0.050 (per h) in PER1, PER2 and PER3 respectively. The digestibility of the neutral-detergent fibre (NDF) decreased with maturity especially in leaves (P < 0.05) with values of 0.71, 0.67 and 0.66 g/kg; in rachis (P < 0.01) 0.75, 0.72, and 0.65 in PER1, PER2 and PER3 respectively. The NDF content in leaves in leaves (668, 705 and 713 g/kg DM for PER1, PER2 and PER3, respectively), stems (580, 594 and 644 g/kg DM) and, husk (663, 774 and, 808 g/kg DM) increased (P < 0.05) with increasing plant maturity, rachis were significantly different between periods (P < 0.01). The structure with-the best nutritive characteristics was the husk, because it had the lowest fibre contents, especially in acid-detergent lignin, with values of 22.6, 28.6 and 37.6 g/kg DM in PER1, PER2 and PER3, respectively.

Enhancing the selenium content of bovine milk through alteration of the form and concentration of selenium in the diet of the dairy cow

Since estimated dietary selenium intake in the UK has declined steadily from around 60 mug day(-1) in 1975 to 34 mug day(-1) in 1997, there is a need to increase selenium intake from staple foods such as milk and milk products. An experiment was therefore done to investigate the relationship between dietary source and concentration of selenium and the selenium content of bovine milk. In a 3 x 3 factorial design, 90 mid-lactation Holstein dairy cows were supplemented over 8 weeks with either sodium selenite (S), a chelated selenium product (Selenium Metasolate(TM)) (C) or a selenium yeast (Sel-plex(TM)) (Y) at three different dietary inclusion levels of 0.38 (L), 0.76 (M) and 1.14 (H) mg kg(-1) dry matter (DM). Significant increases in milk selenium concentration were observed for all three sources with increasing inclusion level in the diet, but Y gave a much greater response (up to +65 mug l(-1)) than the other two sources of selenium (S and C up to +4 and +6 mug l(-1) respectively). The Y source also resulted in a substantially higher apparent efficiency of transfer of selenium from diet to milk than S or C. Feeding Y at the lowest dietary concentration, and thus within the maximum level permitted under EU regulations, resulted in milk with a selenium concentration of 28 mug l(-1). If the selenium concentration of milk in the UK was increased to this value, it would, at current consumption rates, provide an extra 8.7 mug selenium day(-1), or 11 and 14% of daily recommended national intake for men and women respectively. (C) 2004 Society of Chemical Industry.

Sterol content analysis suggests altered eburicol 14 alpha-demethylase (CYP51) activity in isolates of Mycosphaerella graminicola adapted to azole fungicides

The recent decline in the effectiveness of some azole fungicides in controlling the wheat pathogen Mycosphaerella graminicola has been associated with mutations in the CYP51 gene encoding the azole target, the eburicol 14 alpha-demethylase (CYP51), an essential enzyme of the ergosterol biosynthesis pathway. In this study, analysis of the sterol content of M. graminicola isolates carrying different variants of the CYP51 gene has revealed quantitative differences in sterol intermediates, particularly the CYP51 substrate eburicol. Together with CYP51 gene expression studies, these data suggest that mutations in the CYP51 gene impact on the activity of the CYP51 protein.