Help from under ground: soil biota facilitate knotweed invasion

Soil biota can be important drivers of plant community structure. Depending on the balance between antagonistic and mutualistic interactions, they can limit or promote the success of plant species. This is particularly important in the context of exotic plant invasions where soil biota can either increase the biotic resistance of habitats, or they can shift the balance between exotic and native plants towards the exotics and thereby greatly contribute to their dominance. Here, we explored the role of soil biota in the invasion success of exotic knotweed (Fallopia × bohemica), one of the world's most noxious invasive plants. We created artificial native plant communities that were experimentally invaded by knotweed, using a range of substrates where we manipulated different fractions of soil biota. We found that invasive knotweed benefited more from the overall presence of soil biota than any of the six native species. In particular the presence of the full natural soil biota strongly shifted the competitive balance in favor of knotweed. Soil biota promoted both regeneration and growth of the invader, which suggests that soil organisms may be important both in the early establishment of knotweed and possibly its later dominance of native communities. Addition of activated carbon to the soil made the advantage of knotweed disappear, which suggests that the mechanisms underlying the positive soil biota effects are chemically mediated. Our study demonstrates that soil organisms play a key role in the invasion success of exotic knotweed.

Judgments of duration, figure-ground contrast, and size for words and nonwords

Does the word-superiority effect on letter discrimination result in a word-superiority effect on duration judgments? We examined this question in five experiments. In the first four experiments, we have demonstrated that (1) words shown for 32-80 msec were judged as presented longer than non-words shown for the same duration; (2) this word-superiority effect persists if the stimuli are shown for an objective duration of up to 250 msec; and (3) these effects can be extended to judgments of figure-ground contrast and letter size. These findings extend existing data on effects of processing fluency on perceptual judgments. In Experiment 5, we found that duration judgments were higher for words than for pronounceable nonwords, and duration judgments were higher for pronounceable non-words than for nonpronounceable nonwords. We discuss the implications of this finding for the discrepancy-attribution hypothesis.

Probing Charge Transfer in Benzodifuran-C-60 Dumbbell-Type Electron Donor-Acceptor Conjugates: Ground- and Excited-State Assays

Rigid electron donor-acceptor conjugates (1-3) that combine -extended benzodifurans as electron donors and C-60 molecules as electron acceptors with different linkers have been synthesized and investigated with respect to intramolecular charge-transfer events. Electrochemistry, fluorescence, and transient absorption measurements revealed tunable and structure-dependent charge-transfer processes in the ground and excited states. Our experimental findings are underpinned by density-functional theory calculations.

Validation of middle-atmospheric campaign-based water vapour measured by the ground-based microwave radiometer MIAWARA-C

Middle atmospheric water vapour can be used as a tracer for dynamical processes. It is mainly measured by satellite instruments and ground-based microwave radiometers. Ground-based instruments capable of measuring middle-atmospheric water vapour are sparse but valuable as they complement satellite measurements, are relatively easy to maintain and have a long lifetime. MIAWARA-C is a ground-based microwave radiometer for middle-atmospheric water vapour designed for use on measurement campaigns for both atmospheric case studies and instrument intercomparisons. MIAWARA-C's retrieval version 1.1 (v1.1) is set up in a such way as to provide a consistent data set even if the instrument is operated from different locations on a campaign basis. The sensitive altitude range for v1.1 extends from 4 hPa (37 km) to 0.017 hPa (75 km). For v1.1 the estimated systematic error is approximately 10% for all altitudes. At lower altitudes it is dominated by uncertainties in the calibration, with altitude the influence of spectroscopic and temperature uncertainties increases. The estimated random error increases with altitude from 5 to 25%. MIAWARA-C measures two polarisations of the incident radiation in separate receiver channels, and can therefore provide two measurements of the same air mass with independent instrumental noise. The standard deviation of the difference between the profiles obtained from the two polarisations is in excellent agreement with the estimated random measurement error of v1.1. In this paper, the quality of v1.1 data is assessed for measurements obtained at two different locations: (1) a total of 25 months of measurements in the Arctic (Sodankylä, 67.37° N, 26.63° E) and (2) nine months of measurements at mid-latitudes (Zimmerwald, 46.88° N, 7.46° E). For both locations MIAWARA-C's profiles are compared to measurements from the satellite experiments Aura MLS and MIPAS. In addition, comparisons to ACE-FTS and SOFIE are presented for the Arctic and to the ground-based radiometer MIAWARA for the mid-latitude campaigns. In general, all intercomparisons show high correlation coefficients, confirming the ability of MIAWARA-C to monitor temporal variations of the order of days. The biases are generally below 13% and within the estimated systematic uncertainty of MIAWARA-C. No consistent wet or dry bias is identified for MIAWARA-C. In addition, comparisons to the reference instruments indicate the estimated random error of v1.1 to be a realistic measure of the random variation on the retrieved profile between 45 and 70 km.

In Situ Monitoring of Free-Phase Gas Accumulation and Release in Peatlands Using Ground Penetrating Radar (GPR)

We tested a set of surface common mid-point (CMP) ground penetrating radar (GPR) surveys combined with elevation rods ( to monitor surface deformation) and gas flux measurements to investigate in-situ biogenic gas dynamics and ebullition events in a northern peatland ( raised bog). The main findings are: ( 1) changes in the two-way travel time from the surface to prominent reflectors allow estimation of average gas contents and evolution of free-phase gas (FPG); ( 2) peat surface deformation and gas flux measurements are strongly consistent with GPR estimated changes in FPG content over time; ( 3) rapid decreases in atmospheric pressure are associated with increased gas flux; and ( 4) single ebullition events can induce releases of methane much larger ( up to 192 g/m(2)) than fluxes reported by others. These results indicate that GPR is a useful tool for assessing the spatial distribution, temporal variation, and volume of biogenic gas deposits in peatlands.

Spatial Variability in Biogenic Gas Accumulations in Peat Soils Is Revealed By Ground Penetrating Radar (GPR)

We performed surface and borehole ground penetrating radar (GPR) tests, together with moisture probe measurements and direct gas sampling to detect areas of biogenic gas accumulation in a northern peatland. The main findings are: (1) shadow zones (signal scattering) observed in surface GPR correlate with areas of elevated CH4 and CO2 concentration; (2) high velocities in zero offset profiles and lower water content inferred from moisture probes correlate with surface GPR shadow zones; (3) zero offset profiles depict depth variable gas accumulation from 0-10% by volume; (4) strong reflectors may represent confining layers restricting upward gas migration. Our results have implications for defining the spatial distribution, volume and movement of biogenic gas in peatlands at multiple scales.

Schmiede ─ Heiligtum ─ Wassermühle. Cham-Hagendorn (Kanton Zug) in römischer Zeit. Ausgrabungen 1944/45 und 2003/04

1944/1945 wurde in Cham-Hagendorn eine Wassermühle ausgegraben, die dank ihrer aussergewöhnlich guten Holzerhaltung seit langem einen prominenten Platz in der Forschung einnimmt. 2003 und 2004 konnte die Kantonsarchäologie Zug den Platz erneut archäologisch untersuchen. Dabei wurden nicht nur weitere Reste der Wassermühle, sondern auch Spuren älterer und jüngerer Anlagen geborgen: eine ältere und eine jüngere Schmiedewerkstatt (Horizont 1a/Horizont 3) sowie ein zweiphasiges Heiligtum (Horizonte 1a/1b). All diese Anlagen lassen sich nun in das in den neuen Grabungen erkannte stratigraphische Gerüst einhängen (s. Beil. 2). Dank der Holzerhaltung können die meisten Phasen dendrochronologisch datiert werden (s. Abb. 4.1/1a): Horizont 1a mit Schlagdaten zwischen 162(?)/173 und 200 n. Chr., Horizont 1b um 215/218 n. Chr. und Horizont 2 um 231 n. Chr. Ferner konnten in den neuen Grabungen Proben für mikromorphologische und archäobotanische Untersuchungen entnommen werden (Kap. 2.2; 3.11). In der vorliegenden Publikation werden der Befund und die Baustrukturen vorgelegt, (Kap. 2), desgleichen sämtliche stratifizierten Funde und eine umfassende Auswahl der 1944/1945 geborgenen Funde (Kap. 3). Dank anpassender Fragmente, sog. Passscherben, lassen sich diese zum Teil nachträglich in die Schichtenabfolge einbinden. Die mikromorphologischen und die archäobotanischen Untersuchungen (Kap. 2.2; 3.11) zeigen, dass der Fundplatz in römischer Zeit inmitten einer stark vom Wald und dem Fluss Lorze geprägten Landschaft lag. In unmittelbarer Nähe können weder eine Siedlung noch einzelne Wohnbauten gelegen haben. Die demnach nur gewerblich und sakral genutzten Anlagen standen an einem Bach, der vermutlich mit jenem Bach identisch ist, der noch heute das Groppenmoos entwässert und bei Cham-Hagendorn in die Lorze mündet (s. Abb. 2.4/1). Der antike Bach führte wiederholt Hochwasser ─ insgesamt sind fünf grössere Überschwemmungsphasen auszumachen (Kap. 2.2; 2.4). Wohl anlässlich eines Seehochstandes durch ein Überschwappen der Lorze in den Bach ausgelöst, müssen diese Überschwemmungen eine enorme Gewalt entwickelt haben, der die einzelnen Anlagen zum Opfer fielen. Wie die Untersuchung der Siedlungslandschaft römischer Zeit rund um den Zugersee wahrscheinlich macht (Kap. 6 mit Abb. 6.2/2), dürften die Anlagen von Cham-Hagendorn zu einer in Cham-Heiligkreuz vermuteten Villa gehören, einem von fünf grösseren Landgütern in diesem Gebiet. Hinweise auf Vorgängeranlagen fehlen, mit denen die vereinzelten Funde des 1. Jh. n. Chr. (Kap. 4.5) in Verbindung gebracht werden könnten. Diese dürften eher von einer der Überschwemmungen bachaufwärts weggerissen und nach Cham-Hagendorn eingeschwemmt worden sein. Die Nutzung des Fundplatzes (Horizont 1a; s. Beil. 6) setzte um 170 n. Chr. mit einer Schmiedewerkstatt ein (Kap. 2.5.1). Der Fundanfall, insbesondere die Schmiedeschlacken (Kap. 3.9) belegen, dass hier nur hin und wieder Geräte hergestellt und repariert wurden (Kap. 5.2). Diese Werkstatt war vermutlich schon aufgelassen und dem Verfall preisgegeben, als man 200 n. Chr. (Kap. 4.2.4) auf einer Insel zwischen dem Bach und einem Lorzearm ein Heiligtum errichtete (Kap. 5.3). Beleg für den sakralen Status dieser Insel ist in erster Linie mindestens ein eigens gepflanzter Pfirsichbaum, nachgewiesen mit Pollen, einem Holz und über 400 Pfirsichsteinen (Kap. 3.11). Die im Bach verlaufende Grenze zwischen dem sakralen Platz und der profanen Umgebung markierte man zusätzlich mit einer Pfahlreihe (Kap. 2.5.3). In diese war ein schmaler Langbau integriert (Kap. 2.5.2), der an die oft an Temenosmauern antiker Heiligtümer angebauten Portiken erinnert und wohl auch die gleiche Funktion wie diese gehabt hatte, nämlich das Aufbewahren von Weihegaben und Kultgerät (Kap. 5.3). Das reiche Fundmaterial, das sich in den Schichten der ersten Überschwemmung fand (s. Abb. 5./5), die um 205/210 n. Chr. dieses Heiligtum zerstört hatte, insbesondere die zahlreiche Keramik (Kap. 3.2.4), und die zum Teil auffallend wertvollen Kleinfunde (Kap. 3.3.3), dürften zum grössten Teil einst in diesem Langbau untergebracht gewesen sein. Ein als Glockenklöppel interpretiertes, stratifiziertes Objekt spricht dafür, dass die fünf grossen, 1944/1945 als Stapel aufgefundenen Eisenglocken vielleicht auch dem Heiligtum zuzuweisen sind (Kap. 3.4). In diesen Kontext passen zudem die überdurchschnittlich häufig kalzinierten Tierknochen (Kap. 3.10). Nach der Überschwemmung befestigte man für 215 n. Chr. (Kap. 4.2.4) das unterspülte Bachufer mit einer Uferverbauung (Kap. 2.6.1). Mit dem Bau eines weiteren, im Bach stehenden Langbaus (Kap. 2.6.2) stellte man 218 n. Chr. das Heiligtum auf der Insel in ähnlicher Form wieder her (Horizont 1b; s. Beil. 7). Von der Pfahlreihe, die wiederum die sakrale Insel von der profanen Umgebung abgrenzte, blieben indes nur wenige Pfähle erhalten. Dennoch ist der sakrale Charakter der Anlage gesichert. Ausser dem immer noch blühenden Pfirsichbaum ist es ein vor dem Langbau aufgestelltes Ensemble von mindestens 23 Terrakottafigurinen (s. Abb. 3.6/1), elf Veneres, zehn Matres, einem Jugendlichen in Kapuzenmantel und einem kindlichen Risus (Kap. 3.6; s. auch Kap. 2.6.3). In den Sedimenten der zweiten Überschwemmung, der diese Anlage um 225/230 n. Chr. zum Opfer gefallen war, fanden sich wiederum zahlreiche Keramikgefässe (Kap. 3.2.4) und zum Teil wertvolle Kleinfunde wie eine Glasperle mit Goldfolie (Kap. 3.8.2) und eine Fibel aus Silber (Kap. 3.3.3), die wohl ursprünglich im Langbau untergebracht waren (Kap. 5.3.2 mit Abb. 5/7). Weitere Funde mit sicherem oder möglichem sakralem Charakter finden sich unter den 1944/1945 geborgenen Funden (s. Abb. 5/8), etwa ein silberner Fingerring mit Merkurinschrift, ein silberner Lunula-Anhänger, eine silberne Kasserolle (Kap. 3.3.3), eine Glasflasche mit Schlangenfadenauflage (Kap. 3.8.2) und einige Bergkristalle (Kap. 3.8.4). Im Bereich der Terrakotten kamen ferner mehrere Münzen (Kap. 3.7) zum Vorschein, die vielleicht dort niedergelegt worden waren. Nach der zweiten Überschwemmung errichtete man um 231 n. Chr. am Bach eine Wassermühle (Horizont 2; Kap. 2.7; Beil. 8; Abb. 2.7/49). Ob das Heiligtum auf der Insel wieder aufgebaut oder aufgelassen wurde, muss mangels Hinweisen offen bleiben. Für den abgehobenen Zuflusskanal der Wassermühle verwendete man mehrere stehen gebliebene Pfähle der vorangegangenen Anlagen der Horizonte 1a und 1b. Obwohl die Wassermühle den 28 jährlichen Überschwemmungshorizonten (Kap. 2.2) und den Funden (Kap. 4.3.2; 4.4.4; 45) zufolge nur bis um 260 n. Chr., während gut einer Generation, bestand, musste sie mindestens zweimal erneuert werden – nachgewiesen sind drei Wasserräder, drei Mühlsteinpaare und vermutlich drei Podeste, auf denen jeweils das Mahlwerk ruhte. Grund für diese Umbauten war wohl der weiche, instabile Untergrund, der zu Verschiebungen geführt hatte, so dass das Zusammenspiel von Wellbaum bzw. Sternnabe und Übersetzungsrad nicht mehr funktionierte und das ganze System zerbrach. Die Analyse von Pollen aus dem Gehhorizont hat als Mahlgut Getreide vom Weizentyp nachgewiesen (Kap. 3.11.4). Das Abzeichen eines Benefiziariers (Kap. 3.3.2 mit Abb. 3.3/23,B71) könnte dafür sprechen, dass das verarbeitete Getreide zumindest zum Teil für das römische Militär bestimmt war (s. auch Kap. 6.2.3). Ein im Horizont 2 gefundener Schreibgriffel und weitere stili sowie eine Waage für das Wägen bis zu 35-40 kg schweren Waren aus dem Fundbestand von 1944/1945 könnten davon zeugen, dass das Getreide zu wägen und zu registrieren war (Kap. 3.4.2). Kurz nach 260 n. Chr. fiel die Wassermühle einem weiteren Hochwasser zum Opfer. Für den folgenden Horizont 3 (Beil. 9) brachte man einen Kiesboden ein und errichtete ein kleines Gebäude (Kap. 2.8). Hier war wohl wiederum eine Schmiede untergebracht, wie die zahlreichen Kalottenschlacken belegen (Kap. 3.9), die im Umfeld der kleinen Baus zum Vorschein kamen. Aufgrund der Funde (Kap. 4.4.4; 4.5) kann diese Werkstatt nur kurze Zeit bestanden haben, höchstens bis um 270 n. Chr., bevor sie einem weiteren Hochwasser zum Opfer fiel. Von der jüngsten Anlage, die wohl noch in römische Zeit datiert (Horizont 4; Beil. 10), war lediglich eine Konstruktion aus grossen Steinplatten zu fassen (Kap. 2.9.1). Wozu sie diente, muss offen bleiben. Auch der geringe Fundanfall spricht dafür, dass die Nutzung des Platzes, zumindest für die römische Zeit, allmählich ein Ende fand (Kap. 4.5). Zu den jüngsten Strukturen gehören mehrere Gruben (Kap. 2.9.2), die vielleicht der Lehmentnahme dienten. Mangels Funden bleibt ihre Datierung indes ungewiss. Insbesondere wissen wir nicht, ob sie noch in römische Zeit datieren oder jünger sind. Spätestens mit der fünften Überschwemmung, die zur endgültigen Verlandung führte und wohl schon in die frühe Neuzeit zu setzen ist, wurde der Platz aufgelassen und erst mit dem Bau der bestehenden Fensterfabrik Baumgartner wieder besetzt.

Diurnal variations in middle-atmospheric water vapor by ground-based microwave radiometry

Abstract. In this paper, we compare the diurnal variations in middle-atmospheric water vapor as measured by two ground-based microwave radiometers in the Alpine region near Bern, Switzerland. The observational data set is also compared to data from the chemistry–climate model WACCM. Due to the small diurnal variations of usually less than 1%, averages over extended time periods are required. Therefore, two time periods of five months each, December to April and June to October, were taken for the comparison. The diurnal variations from the observational data agree well with each other in amplitude and phase. The linear correlation coefficients range from 0.8 in the upper stratosphere to 0.5 in the upper mesosphere. The observed diurnal variability is significant at all pressure levels within the sensitivity of the instruments. Comparing our observations with WACCM, we find that the agreement of the phase of the diurnal cycle between observations and model is better from December to April than from June to October. The amplitudes of the diurnal variations for both time periods increase with altitude in WACCM, but remain approximately constant at 0.05 ppm in the observations. The WACCM data are used to separate the processes that lead to diurnal variations in middle-atmospheric water vapor above Bern. The dominating processes were found to be meridional advection below 0.1 hPa, vertical advection between 0.1 and 0.02 hPa and (photo-)chemistry above 0.02 hPa. The contribution of zonal advection is small. The highest diurnal variations in water vapor as seen in the WACCM data are found in the mesopause region during the time period from June to October with diurnal amplitudes of 0.2 ppm (approximately 5% in relative units).