Chloride induced corrosion of steel in alkali activated slag concretes

Alkali activated slag (AAS) is an alternative cementitious material. Sodium silicate solution is usually used to activate ground granulated blast furnace slag to produce AAS. As a consequence, the pore solution chemistry of AAS differs from that of Portland cement (PC). Although AAS offers many advantages over PC, such as higher strength, superior resistance to acid and sulphate environments and lower embodied carbon due to 100% PC replacement, there is a need to assess its performance against chloride induced corrosion duo to its different pore solution chemistry. For PC systems, resistivity measurement, as a type of nondestructive test, is usually used to evaluate its chloride diffusivity and the corrosion rate of the embedded steel. However, due to the different pore solution chemistry present in the different AAS systems, the application of this test in AAS concretes would be questionable as the resistivity of concrete is highly dependent on its conductivity of the pore solution. Therefore, a study was carried out using twelve AAS concretes mixes, the results of which are reported in this paper. The AAS mixes were designed with alkali concentration of 4%, 6% and 8% (Na₂O% of the mass of slag) and modulus (Ms) of sodium silicate solution of 0.75, 1.00, 1.50 and 2.00. A PC concrete with the same binder content as the AAS concretes was also studied as a reference. The chloride diffusion coefficient was determined using a non-steady state chloride diffusion test (NT BUILD 443). The resistivity of the concretes before the diffusion test was also measured. Macrocell corrosion current (corrosion rate) for steel rods embedded in the concretes was measured whilst subjecting the concretes to a cyclic chloride ponding regime (1 day ponded with salt solution and 6 days drying). The results showed that the AAS concretes had lower chloride diffusivity with associated higher resistivity than the PC concrete. The measured corrosion rate was also lower for the AAS concretes. However, unlike the PC, in which a higher resistivity yields a lower diffusivity and corrosion rate, there was no relationship apparent between the resistivity and either the diffusivity or the corrosion rate of steel for the AAS concretes. This is assigned to the variation of the pore solution composition of the AAS concretes. This also means that resistivity measurements cannot be depended on for assessing the chloride induced corrosion resistance of AAS concretes.

Chloride ingress through alkali activated slag concretes

Alkali activated slag (AAS) is a credible alternative to Portland cement (PC) based binder systems. The superior strength gain and low embodied carbon make it a potential binder for next generation concretes. However there is little known about the long term durability of AAS systems, especially the chloride transport and subsequent corrosion of reinforcing steel.
In this study, chloride transport through 12 AAS concretes with different alkali concentrations (Na2O% of mass of slag) and different modulus (Ms) of sodium silicate solution activator was investigated. A non-steady state chloride diffusion test was used for this study due to its similarity to the real exposure environment in terms of chloride transport through concrete. The results showed that the chloride concentration at the surface (Cs) of AAS concretes was higher than that for PC concrete.
However, lower non-steady state chloride diffusion coefficient (Dnssd) was obtained for the AAS concretes. The Dnssd of the AAS concretes decreased with the increase of Na2O% and Ms of 1.50 gave the lowest Dnssd. The results are encouraging and it can be concluded that AAS concrete offers a superior performance in terms of chloride transport.

Differential efficiency of the endocytic machinery in tonic and phasic synapses

Efficient synaptic vesicle membrane recycling is one of the key factors required to sustain neurotransmission. We investigated potential differences in the compensatory endocytic machineries in two glutamatergic synapses with phasic and tonic patterns of activity in the lamprey spinal cord. Post-embedding immunocytochemistry demonstrated that proteins involved in synaptic vesicle recycling, including dynamin, intersectin, and synapsin, occur at higher levels (labeling per vesicle) in tonic dorsal column synapses than in phasic reticulospinal synapses. Synaptic vesicle protein 2 occurred at similar levels in the two types of synapse. After challenging the synapses with high potassium stimulation for 30 min the vesicle pool in the tonic synapse was maintained at a normal level, while that in the phasic synapse was partly depleted along with expansion of the plasma membrane and accumulation of clathrin-coated intermediates at the periactive zone. Thus, our results indicate that an increased efficiency of the endocytic machinery in a synapse may be one of the factors underlying the ability to sustain neurotransmission at high rates.

Chloride transport and the resulting corrosion of steel bars in alkali activated slag concretes

As the relative performance of alkali activated slag (AAS) concretes in comparison to Portland cement (PC) counterparts for chloride transport and resulting corrosion of steel bars is not clear, an investigation was carried out and the results are reported in this paper. The effect of alkali concentration and modulus of sodium silicate solution used in AAS was studied. Chloride transport and corrosion properties were assessed with the help of electrical resistivity, non-steady state chloride diffusivity, onset of corrosion, rate of corrosion and pore solution chemistry. It was found that: (i) although chloride content at surface was higher for the AAS concretes, they had lower chloride diffusivity than PC concrete; (ii) pore structure, ionic exchange and interaction effect of hydrates strongly influenced the chloride transport in the AAS concretes; (iii) steel corrosion resistance of the AAS concretes was comparable to that of PC concrete under intermittent chloride ponding regime, with the exception of 6% Na2O and Ms of 1.5; (iv) the corrosion behaviour of the AAS concretes was significantly influenced by ionic exchange, carbonation and sulphide concentration; (v) the increase of alkali concentration of the activator generally increased the resistance of AAS concretes to chloride transport and reduced its resulting corrosion, and a value of 1.5 was found to be an optimum modulus for the activator for improving the chloride transport and the corrosion resistance.

A thin-layer chromatography-bioautographic method for detecting dipeptidyl peptidase IV inhibitors in plants

A thin-layer chromatography (TLC)-bioautographic method was developed with the aim to detect dipeptidyl peptidase IV (DPP IV) inhibitors from plant extracts. The basic principle of the method is that the enzyme (DPP IV) hydrolyzes substrate (Gly-Pro-p-nitroaniline) into p-nitroaniline (pNA), which diazotizes with sodium nitrite, and then reacts with N-(1-naphthyl) ethylenediamine dihydrochloride in turn to form a rose-red azo dye which provides a rose-red background on the TLC plates. The DPP IV inhibitors showed white spots on the background as they blocked enzymolysis of the substrate to produce pNA. The method was validated with respect to selectivity, sensitivity, linearity, precision, recovery, and stability after optimizing key parameters including plate type, time and temperature of incubation, concentration of substrate, enzyme and derivatization reagents, and absorption wavelength. The results showed good lineary within amounts over 0.01–0.1 μg range for the positive control, diprotin A, with the coefficient of determination (r2) = 0.9668. The limits of detection (LOD) and quantification (LOQ) were 5 and 10 ng, respectively. The recoveries ranged from 98.9% to 107.5%. The averages of the intra- and inter-plate reproducibility were in the range of 4.1–9.7% and 7.6–14.7%, respectively. Among the nine methanolic extracts of medicinal herbs screened for DPP IV inhibitors by the newly developed method, Peganum nigellastrum Bunge was found to have one white active spot, which was then isolated and identified as harmine. By spectrophotometric method, harmine hydrochloride was found to have DPP-IV inhibitory activity of 32.4% at 10 mM comparing to that of 54.8% at 50 μM for diprotin A.

Label-free human chorionic gonadotropin detection at picogram levels using oriented antibodies bound to graphene screen-printed electrodes

Human chorionic gonadotropin (hCG) is a key diagnostic marker of pregnancy and an important biomarker for cancers in the prostate, ovaries and bladder and therefore of great importance in diagnosis. For this purpose, a new immunosensor of screen-printed electrodes (SPEs) is presented here. The device was fabricated by introducing a polyaniline (PANI) conductive layer, via in situ electropolymerization of aniline, onto a screen-printed graphene support. The PANI-coated graphene acts as the working electrode of a three terminal electrochemical sensor. The working electrode is functionalised with anti-hCG, by means of a simple process that enabled oriented antibody binding to the PANI layer. The antibody was attached to PANI following activation of the –COOH group at the Fc terminal. Functionalisation of the electrode was analysed and optimized using Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Chemical modification of the surface was characterised using Fourier transform infrared, and Raman spectroscopy with confocal microscopy. The graphene–SPE–PANI devices displayed linear responses to hCG in EIS assays from 0.001 to 50 ng mL−1 in real urine, with a detection limit of 0.286 pg mL−1. High selectivity was observed with respect to the presence of the constituent components of urine (urea, creatinine, magnesium chloride, calcium chloride, sodium dihydrogen phosphate, ammonium chloride, potassium sulphate and sodium chloride) at their normal levels, with a negligible sensor response to these chemicals. Successful detection of hCG was also achieved in spiked samples of real urine from a pregnant woman. The immunosensor developed is a promising tool for point-of-care detection of hCG, due to its excellent detection capability, simplicity of fabrication, low-cost, high sensitivity and selectivity.

Atrial natriuretic peptides: reproducibility of renal effects and response of liver blood flow.

To assess the variability of the response to exogenous atrial natriuretic peptide (ANP), it was infused at the rate of 1 microgram/min for 2 h in 6 salt-loaded normal volunteers under controlled conditions on 2 occasions at an interval of 1 week. The effect on solute excretion and the haemodynamic and endocrine actions were highly reproducible. The constant ANP infusion caused a delayed and prolonged excretion of sodium, chloride and calcium, no change in potassium or phosphate excretion or in glomerular filtration rate but a marked decrease in renal plasma flow. Blood pressure, heart rate and the plasma levels of angiotensin II, aldosterone, arginine vasopressin and plasma renin activity were unaltered. The effect of a 2-h infusion of ANP 0.5 microgram/min or its vehicle on apparent hepatic blood flow (HBF) was also studied in 14 normal volunteers by measuring the indocyanine green clearance. A 21% decrease in HBF was observed in subjects who received the ANP infusion (p less than 0.01 vs vehicle). Thus, ANP infused at a dose that did not lower blood pressure decreased both renal and liver blood flow in normotensive volunteers. The renal and endocrine responses to ANP were reproducible over a 1-week interval.

Water and electrolyte content and distribution in tissues of thermally-acclimated rainbow trout, Salmo gairdneri

The primary objective of this investigation was that of providing a comprehensive tissue-by-tissue assessment of water-electrolyte status in thermally-acclimated rainbow trout, Salmo gairdneri. To this end levels of water and the major ions, sodium, chloride and potassium were evaluated in the plasma, at three skeletal muscle sites, and in cardiac muscle, liver, spleen, gut and brain of animals acclimated to 2°, 10° and 18°C. The occurrence of possible seasonal variations in water-electrolyte balance was evaluated by sampling sununer and late fall-early winter populations of trout. On the basis of values for water and electrolyte content, estimates of extracellular and cellular phase volumes, cellular electrolyte concentrations and Nernst equilibrium potentials were made. Since accurate assessment of the extracellular phase volume is critical in the estimation of cellular electrolyte concentrations and parameters based on assumed cellular ion levels, [14 C]-polyethylene glycol-4000, which is assumed to be confined to the extracellular space, was employed to provide comparisons with various ion-defined spaces (H20~~s, H20~~/K and H20~~s). Subsequently, the ion-defined space yielding the most realistic estimate of extracellular phase volume for each tissue was used in cellular electrolyte calculations. Water and electrolyte content and distribution varied with temperature. Tissues, such as liver, spleen and brain appeared to be the most thermosensitive, whereas skeletal and cardiac muscle and gut tissue were less influenced. 'Summer' series trout appeared to be more capable of maintaining their water- electrolyte balance than the ~fall-winter' series animals. i The data are discussed in terms of their possible effect on maintenance of appropriate cellular metabolic and electrophysiological functions.

Caractérisation clinique et génétique des myotonies congénitales classiques et atypiques au Saguenay Lac St-Jean

Les syndromes myotoniques congénitaux atypiques dus à des mutations du canal sodé voltage-dépendant Nav1.4 se distinguent des myotonies congénitales classiques (canal chlore ClC-1) par la présence de traits atypiques incluant des myotonies douloureuses aggravées au froid et à l’ingestion de potassium. La caractérisation clinique et moléculaire de plusieurs familles atteintes de ces conditions rares dans la région du Saguenay-Lac-St-Jean nous a permis de découvrir une nouvelle mutation SCN4A à effet fondateur causant un phénotype de myotonies douloureuses aggravées au froid, parfois accompagné de phénomènes dystrophiques ou paralytiques. L’ampleur de notre cohorte nous permet de commenter sur l’hétérogénité phénotypique observée, sur les traits caractéristiques des syndromes associés au gène SCN4A, sur les implications physiologiques probables d’une telle mutation ainsi que sur les facteurs modulant le phénotype observé. Enfin, notre étude nous permet de souligner l’importance du dépistage familial systématique afin de prévenir les complications anesthésiques potentielles associées à ces conditions.

Transport d’iode par le transporteur de sodium/acide monocarboxylique SMCT1

Le transporteur de Na+/ acide monocarboxylique sensible à l’ibuprofène (SMCT1) est exprimé dans la membrane apicale de plusieurs épithélia. Son rôle physiologique dans la glande thyroïde reste cependant obscur mais on présume qu’il pourrait agir comme un transporteur apical d’iode nécessaire pour la synthèse des hormones thyroïdiennes. Récemment, on a montré que SMCT1 possède un courant de fuite anionique sensible à [Na+]e qui permettrait de transporter l’iode de façon électrogénique. Cependant, un efflux d’iode sensible à l’ibuprofène, mais indépendant de la [Na+]e a été aussi observé sur des cultures primaires des thyrocytes porcins, suggérant un autre mécanisme de transport d’iode par SMCT1. Ce travail vise à comprendre les caractéristiques de ce genre de transport en utilisant comme modèle d’expression les ovocytes de Xenopus laevis. Les résultats obtenus des essais de captation d’iode radioactif montrent que SMCT1 présente un transport d’iode sensible à l’ibuprofène de l’ordre de 30nmol/ovocyte/h. Si ce transport est non saturable en iode (0-100 mM), il nécessite du Na+ dans la solution externe. En effet, le remplacement du Na+ extracellulaire par le NMDG inhibe complètement le transport. En outre, on s’est intéressé à exclure la possibilité de différents artefacts. En ayant trouvé que la grande majorité de l’iode radioactif se trouve dans la partie soluble de l’ovocyte, on exclut une liaison non spécifique de l’iode à la membrane cellulaire. Cependant, une bonne proportion de l’iode transporté pourrait être liée à des protéines à l’intérieur de l`ovocyte. En effet, on observe une réduction du transport d’iode dans les ovocytes exprimant SMCT1 de 81,6 ± 2 % en présence de 2 % BSA dans la solution extracellulaire. Également, on écarte la possibilité que le transport d’iode soit le résultat de la surexpression de protéines de transport endogènes dont les canaux chlore. Le transport d’iode semble spécifique à l’expression de SMCT1 et de manière intéressante à l’expression d’un autre transporteur de monocarboxylates, MCT1. L’analyse de l’ensemble des essais, y compris le fait que l’amplitude du transport observé est 20 fois plus grande que celle du courant de fuite nous mène à proposer que SMCT1 puisse transporter l’iode de façon électroneutre. Cependant, le mécanisme par lequel ceci est accompli n’est pas évident à identifier. L’utilisation d’un autre modèle cellulaire serait surement utile pour répondre à cette question.

Spectrophotometric Methods for the Determination of Cafotaxime Sodium In Dosage Forms

Two simple and sensitive spectrophotometric methods(A and B) in the visible region have been developed for the determination of cefotaxime sodium (DFTS) in bulk and in dosage forms. Method A is based on the reaction of CFTS with nitrous acid under alkaline conditions to form a stable violet colored chromogen with absorption maximum of 560 nm and method B is based on the reaction of CFTS with1,10-phenanthroline and ferric chloride to form a red colored chromogen with the absorption maximum of 520 mm.The color obeyed Beer’s law in the concentration range of 100-500 µg/ml for method A and 1.6-16 µg/ml for method B, respectively.When pharmaceutical preparations containing CFTS were analysed, the results obtained by the proposed methods are in good agreement with the labeled amounts and are comparable with the results obtained using a UV spectrophotometric method.

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.

The role of calcite and gypsum in the leaching of potassium in a sandy soil

Pulses of potassium (K+) applied to columns of repacked calcium (Ca2+) saturated soil were leached with distilled water or calcium chloride (CaCl2) solutions of various concentrations at a rate of 12 mm h(-1). With increased Ca2+ concentration, the rate of movement of K+ increased, as did the concentration of K+ in the displaced pulse, which was less dispersed. The movement of K+ in calcite-amended soil leached with water was at a similar rate to that of the untreated soil leached with 1 mM CaCl2, and in soil containing gypsum, movement was similar to that leached with 15 mM CaCl2. The Ca2+ concentrations in the leachates were about 0.4 and 15 mM respectively the expected values for the dissolution of the two amendments. Soil containing native K+ was leached with distilled water or CaCl2 solutions. The amount of K+ leached increased as Ca2+ concentration increased, with up to 34% of the exchangeable K+ being removed in five pore volumes of 15 mM CaCl2. Soil amended with calcite and leached with water lost K+ at a rate between that for leaching the unamended soil with 1 mM CaCl2 and that with water. Soil containing gypsum and leached with water lost K+ at a similar rate to unamended soil leached with 15 mM CaCl2. The presence of Ca2+ in irrigation water and of soil minerals able to release Ca2+ are of importance in determining the amounts of K+ leached from soils. The LEACHM model predicted approximately the displacement of K+, and was more accurate with higher concentrations of displacing solution. The shortcomings of this model are its inability to account for rate-controlled processes and the assumption that K+:Ca2+ exchange during leaching can be described using a constant adsorption coefficient. As a result, the pulse is predicted to appear a little earlier and the following edge has less of a tail than chat measured. In practical agriculture, the model will be more useful in soils containing gypsum or leached with saline water than in either calcareous or non-calcareous soils leached with rainwater.

Potassium leaching in undisturbed soil cores following surface applications of gypsum

Displacement studies on leaching of potassium (K+) were conducted under unsaturated steady state flow conditions in nine undisturbed soil columns (15.5 cm in diameter and 25 cm long). Pulses of K+ applied to columns of undisturbed soil were leached with distilled water or calcium chloride (CaCl2) at a rate of 18 mm h(-1). The movement of K+ in gypsum treated soil leached with distilled water was at a similar rate to that of the untreated soil leached with 15 mM CaCl2. The Ca2+ concentrations in the leachates were about 15 mM, the expected values for the dissolution of the gypsum. When applied K+ was displaced with the distilled water, K+ was retained in the top 10-12.5 cm depth of soil. In the undisturbed soil cores there is possibility of preferential flow and lack of K+ sorption. The application of gypsum and CaCl2 in the reclamation of sodic soils would be expected to leach K+ from soils. It can also be concluded that the use of sources of water for irrigation which have a high Ca2+ concentration can also lead to leaching of K+ from soil. Average effluent concentration of K+ during leaching period was 30.2 and 28.6 mg l(-1) for the gypsum and CaCl2 treated soils, respectively. These concentrations are greater than the recommended guideline of the World Health Organisation (12 mg K+ l(-1)).

The effect of calcium removal from milk on casein micelle stability and structure

The total calcium level of raw skimmed milk was reduced by 10, 19, 29, 40 and 51% using Duolite® ion-exchange resin. The products were examined for concentrations of ionic calcium, sodium and potassium and the pH, ethanol stability, micelle diameter and ζ-potential were also measured. Ionic calcium decreased with removal of calcium and pH increased. Calcium removal resulted in an increase in the ethanol stability from 88% to above 100%. Casein micelle diameter increased as calcium was removed. The ζ-potential of the skimmed bulk milk was -24.4 mV, gradually becoming more negative with calcium removal to -30.6 mV after 51% calcium removal. The milk became more translucent as calcium was removed. To investigate the reversibility of this process, calcium chloride was added back to the depleted samples to restore their original total calcium content. At 51% removal, restoration of the total calcium level resulted in formation of clots. At levels of 10 and 19% calcium removal, the ethanol stability remained above 100%, but at higher levels of calcium removal the alcohol stability was adversely affected when the calcium was added back. Adding back calcium resulted in partial restoration of the original casein micelle diameter.