Phyllosphere Bacteria Improve Animal Contribution to Plant Nutrition

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Metilação de mercúrio em águas da região amazônica na presença e ausência de macrófitas: experimentos em microcosmos

Pós-graduação em Química - IQ

Estudo da distribuição e do potencial de metilação do mercúrio em solos e sedimentos de áreas a serem inundadas para aproveitamento hidrelétrico: Vinicius Marques Gomes. -

Pós-graduação em Química - IQ

Tetraethylortossilicate plasma thin film with hydrophilic and hydrophobic characteristics: Use on passive mixers

This work aims to obtain plasma thin film composites with hydrophobic/hydrophilic alternated regions, which are useful for the production of miniaturized mixers. These regions were acquired by two different strategies: either the codeposition of TEOS and HFE plasma thin films or the exposition of TEOS plasma films to ultraviolet radiation (UVA and UVC). These films were characterized by several chemical and physical techniques. The refractive indexes vary from 1.4 to 1.7; infrared and photoelectron spectroscopy detect Si-O-Si and CHn species. Silicone-like structures with high or low number of amorphous carbon microparticles and with fluorinated organic clusters were produced. Cluster dimensions were in the 1-5 mm range and they are made of graphite or COF (carbon/oxygen/fluorine) compounds. Scanning electron and optical microscopy showed rough surfaces. Water contact angles were 90º; however, for TEOS films that value changed after 6 hr of UVC exposure. Moreover, after UV exposure, organic polar compounds could be adsorbed in those films and water was not. The passive mixer performance was simulated using the FemLab 3.2® program and was tested with 20 nm thick films on a silicon wafer, showing the capacity of these films to be used in such devices.

On the formation of carbonate adducts of fatty alcohols, sterols, and sugars in biological conditions

The formation and properties of carbonate adducts of some organic hydroxy compounds in aqueous medium were investigated. Fatty alcohols and sugars were chosen as representative classes of biological interest, and the medium was carbonated aqueous solution with pH ranging from 3.0 to 8.3. Capillary electrophoresis with two capacitively coupled contactless conductivity detectors (C4Ds) was used for quantitation and to obtain the mobility of the monoalkyl carbonates (MACs), which were used to determine the equilibrium and kinetic constants of the reaction as well as the diffusion coefficients. For increasing chain length of the alcohols, the equilibrium constant tends to the unit, which suggests that fatty alcohols can form the corresponding MACs. The formation of MACs for cyclohexanol and cyclopentanol also suggest the existence of similar species for sterols. Carbonate adducts of fructose, glucose, and sucrose were also detected, which suggests that these counterparts of the well-known phosphates can also occur in the cytosol. Our calculations suggest that one in 1000 to one in 10 000 molecules of these hydroxy compounds would be available as the corresponding MAC in such a medium. Experiments carried out at pH values less than 3.0 showed that there is a catalytic effect of hydronium on the interconversion of bicarbonate and a MAC. Taking into account the great number of hydroxy compounds similar to the ones investigated and that bicarbonate is ubiquitous in living cells, one can anticipate the existence of a whole new class of carbonate adducts of these metabolites.

Konzeptionelle Entwicklung von Mikrokosmos-Experimenten zur Untersuchung der speziesspezifischen Transformationsprozesse des Quecksilbers mittels Isotopenverhältnisbestimmungen

Zur Untersuchung der speziesspezifischen Transformationsprozesse des Quecksilbers in der Umwelt wurden erstmalig Mikrokosmosexperimente unter Verwendung von isotopenangereicherten Verbindungen durchgeführt. Es wurden naturrelevante Bedingungen simuliert, um eine spätere Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den biogeochemischen Kreislauf des Quecksilbers zu gewährleisten. Die aufgebauten Mikrokosmen bestanden aus Boden/Pflanzen/Luft-Kompartimenten. Der Boden der Mikrokosmen wurde mit isotopenangereicherten Quecksilberspezies dotiert. Durch die Verwendung von isotopenangereicherten Verbindungen, verbunden mit gleichzeitiger ICP/MS-Detektion, konnten auftretende Transformationsprozesse beobachtet werden. Die Messung der Quecksilberspezies erfolgte mittels GC-ICP/MS nach vorheriger Derivatisierung mit Natriumtetraethylborat und Anreicherung per 'purge and trap'.Die Massenspuren der einzelnen Quecksilberisotope wurden für alle Quecksilberspezies gemessen und daraus dann für jede Spezies die Isotopenverhältnisse gebildet. Bei einer Änderung des Isotopenverhältnisses kann von einer Speziestransformation ausgegangen werden.Aus den Mikrokosmosexperimenten, denen Methylquecksilber als angereicherte Isotopenverbindung zugegeben wurde, konnte gefolgert werden, dass Methylquecksilber im Boden zunächst zu anorganischem Quecksilber demethyliert wurde. Im Anschluss daran erfolgte eine Reduktion zu elementarem Quecksilber. Dieses gebildete elementare Quecksilber verflüchtigte sich nahezu vollständig (ca. 90-100%) vom Boden in die Atmosphäre.Bei der Zugabe von anorganischem Quecksilber als angereicherte Isotopenverbindung in den Boden wurde vorwiegend eine Reduktion zu elementarem Quecksilber beobachtet, das dann in die Atmosphäre emittiert. Es konnte aber auch eine geringe Methylierung (ca. 5%) zu Methylquecksilber beobachtet werden. Daraus kann gefolgert werden, dass die methylierten Quecksilberverbindungen eine wesentliche Rolle im natürlichen Kreislauf des Quecksilbers spielen.Parallel zu den Mikrokosmosexperimenten wurden Feldversuche in einem flussnahen Feuchtgebiet, aus dem auch der Boden für die Mikrokosmosexperimente entnommen worden war, durchgeführt. In den Feldversuchen wurden Quecksilberkonzentrationen und der Quecksilberfluss zwischen dem Boden und der Atmosphäre mit Hilfe von Flusskammerexperimenten bestimmt. Es konnten mit Hilfe von Mikrokosmen, die natürliche Verhältnisse simulieren sollten, und mit Hilfe verschieden angereicherter Isotopenspikes erstmals Speziestransformationen des Quecksilbers direkt beobachtet werden. Die GC-ICP/MS-Methode ermöglichte eine eindeutige Identifikation von Edukt und Produkt der jeweiligen Umwandlung. Allerdings wurde die Untersuchung eingeschränkt durch die irreversiblen biologischen Veränderungen in den eingesetzten Mikrokosmen nach über einer Woche und durch die Notwendigkeit, vergleichsweise hohe Konzentrationen der Spikes einzusetzen, um eine statistisch signifikante Auswertung der Veränderung der Isotopenverhältnisse zu erreichen. Somit sind Mikrokosmosexperimente nur eingeschränkt für Untersuchungen des Quecksilberverhaltens geeignet.Im Rahmen dieser Arbeit ist es aber gelungen, die Mikrokosmenexperimente unter Verwendung von isotopenangereicherten Verbindungen und der GC-ICP/MS-Methode als leistungsstarkes Verfahren zur Beobachtung von Speziestransformationsprozessen des Quecksilbers zu etablieren.

Weiterentwicklung einer GC/AFD-Methode zur Bestimmung von Methylquecksilberverbindungen in der Umwelt und deren Anwendung in anthropogen beeinflussten und unbeeinflussten Regionen

Zusammenfassung Quecksilber kommt in der Natur in seinen vier umweltrelevanten Spezies Hg0, Hg2+, Me2Hg, MeHg+ vor. Die methylierten Spezies wurden dabei in der Vergangenheit aufgrund ihres relativ geringen Anteils am Gesamtquecksilber oft vernachlässigt. Me2Hg und MeHg+ spielen aber eine wichtige Rolle als intermediäre Transportspezies im Quecksilberkreislauf, und eine richtige Analytik dieser Verbindungen ist daher notwendig. Die GC/AFD-Methode (Gaschromatographie/Atomfluoreszenzdetektion) in Verbindung mit einem Purge&Trap-Probenaufgabesystem ermöglicht eine nachweisstarke Analytik dieser Verbindungen in Umweltproben. Dabei müssen die ionischen Quecksilberverbindungen MeHg+ und Hg2+ derivatisiert werden, um sie einer gaschromatographischen Trennung zugänglich zu machen.Das bestehende Verfahren wurde im Rahmen dieser Arbeit mit Hilfe einer alternativen Derivatisierungsmethode verbessert. Das optimierte Verfahren erlaubt auch eine Analyse von MeHg+-Gehalten in Proben mit hoher Chloridbelastung. Solche Proben konnten mit der herkömmlichen Ethylierung als Derivatisierungsmethode nicht analysiert werden, da während der Derivatisierung eine Umwandlung des MeHg+ zu Hg0 auftritt. Bei der Propylierung findet keine solche Transformation statt und sie ist daher eine hervorragende Ergänzung der bestehenden Methode.Die GC/AFD-Methode wurde zur Quecksilberspeziation in der Antarktis als Beispiel für ein anthropogen unbeeinflusstes Gebiet verwendet. Dabei konnten methylierte Quecksilberverbindungen im Meerwasser, in der Atmosphäre und erstmals im antarktischen Schnee nachgewiesen werden und somit die bedeutende Rolle der methylierten Quecksilberspezies am biogeochemischen Stoffkreislauf des Quecksilbers in dieser Region gezeigt werden. Vergleiche mit einer kontinentalen Region zeigten, dass dort MeHg+ und Me2Hg wesentlich weniger produziert bzw. schneller abgebaut werden.

Development of analytical methodologies for iodine species in gaseous and particulate phases of the coastal atmosphere

It has been demonstrated that iodine does have an important influence on atmospheric chemistry, especially the formation of new particles and the enrichment of iodine in marine aerosols. It was pointed out that the most probable chemical species involved in the production or growth of these particles are iodine oxides, produced photochemically from biogenic halocarbon emissions and/or iodine emission from the sea surface. However, the iodine chemistry from gaseous to particulate phase in the coastal atmosphere and the chemical nature of the condensing iodine species are still not understood. A Tenax / Carbotrap adsorption sampling technique and a thermo-desorption / cryo-trap / GC-MS system has been further developed and improved for the volatile organic iodine species in the gas phase. Several iodo-hydrocarbons such as CH3I, C2H5I, CH2ICl, CH2IBr and CH2I2 etc., have been measured in samples from a calibration test gas source (standards), real air samples and samples from seaweeds / macro-algae emission experiments. A denuder sampling technique has been developed to characterise potential precursor compounds of coastal particle formation processes, such as molecular iodine in the gas phase. Starch, TMAH (TetraMethylAmmonium Hydroxide) and TBAH (TetraButylAmmonium Hydroxide) coated denuders were tested for their efficiencies to collect I2 at the inner surface, followed by a TMAH extraction and ICP/MS determination, adding tellurium as an internal standard. The developed method has been proved to be an effective, accurate and suitable process for I2 measurement in the field, with the estimated detection limit of ~0.10 ng∙L-1 for a sampling volume of 15 L. An H2O/TMAH-Extraction-ICP/MS method has been developed for the accurate and sensitive determination of iodine species in tropospheric aerosol particles. The particle samples were collected on cellulose-nitrate filters using conventional filter holders or on cellulose nitrate/tedlar-foils using a 5-stage Berner impactor for size-segregated particle analysis. The water soluble species as IO3- and I- were separated by anion exchanging process after water extraction. Non-water soluble species including iodine oxide and organic iodine were digested and extracted by TMAH. Afterwards the triple samples were analysed by ICP/MS. The detection limit for particulate iodine was determined to be 0.10~0.20 ng•m-3 for sampling volumes of 40~100 m3. The developed methods have been used in two field measurements in May 2002 and September 2003, at and around the Mace Head Atmospheric Research Station (MHARS) located at the west coast of Ireland. Elemental iodine as a precursor of the iodine chemistry in the coastal atmosphere, was determined in the gas phase at a seaweed hot-spot around the MHARS, showing I2 concentrations were in the range of 0~1.6 ng∙L-1 and indicating a positive correlation with the ozone concentration. A seaweed-chamber experiment performed at the field measurement station showed that the I2 emission rate from macro-algae was in the range of 0.019~0.022 ng•min-1•kg-1. During these experiments, nanometer-particle concentrations were obtained from the Scanning Mobility Particle Sizer (SMPS) measurements. Particle number concentrations were found to have a linear correlation with elemental iodine in the gas phase of the seaweeds chamber, showing that gaseous I2 is one of the important precursors of the new particle formation in the coastal atmosphere. Iodine contents in the particle phase were measured in both field campaigns at and around the field measurement station. Total iodine concentrations were found to be in the range of 1.0 ~ 21.0 ng∙m-3 in the PM2.5 samples. A significant correlation between the total iodine concentrations and the nanometer-particle number concentrations was observed. The particulate iodine species analysis indicated that iodide contents are usually higher than those of iodate in all samples, with ratios in the range of 2~5:1. It is possible that those water soluble iodine species are transferred through the sea-air interface into the particle phase. The ratio of water soluble (iodate + iodide) and non-water soluble species (probably iodine oxide and organic iodine compounds) was observed to be in the range of 1:1 to 1:2. It appears that higher concentrated non-water soluble species, as the products of the photolysis from the gas phase into the particle phase, can be obtained in those samples while the nucleation events occur. That supports the idea that iodine chemistry in the coastal boundary layer is linked with new particle formation events. Furthermore, artificial aerosol particles were formed from gaseous iodine sources (e.g. CH2I2) using a laboratory reaction-chamber experiment, in which the reaction constant of the CH2I2 photolysis was calculated to be based upon the first order reaction kinetic. The end products of iodine chemistry in the particle phase were identified and quantified.

Entwicklung einer GC-MS-Methode zur Bestimmung von Iodspezies in wässrigen und gasförmigen Umweltproben

In der Vergangenheit wurde die Wichtigkeit von Iodverbindungen im Bezug auf die Aerosolbildung in Küstennähe wiederholt bestätigt. Durch Photolyse von flüchtigen iodorganischen Verbindungen (VOIs) können in der Atmosphäre Iodatome gebildet werden. Diese hochreaktiven Radikale wiederum können mit Ozon und/oder OH-Radikalen reagieren. Es werden so unter anderem schwerflüchtige Iodoxide gebildet, die in die Partikelphase übergehen können. Um ein Verständnis für die Mechanismen und chemischen Reaktionen zu bekommen, die zur Bildung von iodhaltigen Aerosolpartikeln führen, müssen auch Vorläufersubstanzen qualitativ und quanitativ bestimmt werden. Ob diese Reaktionen und chemischen Verbindungen auch über dem offenen Ozean einen Beitrag zu Aerosolbildung und somit zur Beeinflussung des weltweitem Klimas leisten, soll in dem EU-Projekt MAP geklärt werden, diese Arbeit ist Teil dieses Projekts. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode entwickelt, die es zum einen möglich macht, anorganisches Iod in Meerwasser zu bestimmen. Zum anderen sollte eine Methode entwickelt werden, um elementares Iod in der maritimen Atmosphäre zu bestimmen. Es wurde eine Derivatisierungsmethode entwickelt, die es möglich macht elementares Iod in Anwesenheit von Stärke, a-Cyclodextrin oder RAMEA zu derivatisieren. Die Derivatisierung erfolgt zu 4-Iodo-N,N-Dimethylanilin. Durch Extraktion wird der Analyt in die organische Phase überführt. Die Quantifizierung erfolgt anschließend über die Analyse mit GC/MS und externer Kalibrierung. Die absolute Nachweisgrenze für Iod in Wasser beträgt 0,57nmol, für Iodid 0,014nmol und für Iodat 0,115nmol. Die absoluten Nachweisgrenzen für Iod in Anwesenheit eines Absorptionsmittel betragen für Stärke 0,24nmol, für a-Cyclodextrin 0,9nmol und für RAMEA 0,35nmol. Die Analysenmethoden wurden zunächst im Labor entwickelt und anschließend zur Analyse von Realproben verwendet. An verschiedenen Orten wurden Meerwasserproben (auf der Celtic Explorer und in der Nähe der Mace Head Messstation) genommen und deren Iod-, Iodid- und Iodatgehalt bestimmt. Keine der Proben enthielt elementares Iod. Iodid konnte in allen Proben detektiert werden. In Proben, die auf dem offenen Ozean an Bord der Celtic Explorer genommen wurden variierte die Menge zwischen 12µg/L und 90µg/L. Auffällig war hierbei, dass die Proben, die in Küstennähe genommen wurden höhere Iodidkonzentrationen aufwiesen. Ein Einfluss der Küste und der dort vorhandenen Makroalgen ist sehr wahrscheinlich. Meerwasserproben, die in der Nähe der MHARS genommen wurden wiesen höhere Konzentrationen und einen größeren dynamischen Bereich der Iodidkonzentrationen auf. Die Konzentrationen variierten von 29µg/L bis 630 µg/L. Der Iodatgehalt der Meerwasserproben wurde ebenfalls bestimmt. 1µg/L bis 90µg/L Iodat konnte in den Proben vom offenen Ozean detektiert werden. Die Küstenproben wiesen mit 150µg/L bis 230µg/L deutlich höhere Iodatkonzentrationen auf. Es konnte kein Zusammenhang zwischen der Tageszeit und den Iodid- oder Iodatkonzentrationen gefunden werden. Es konnte ebenso kein Zusammenhang zwischen der Fluoreszenz des Meerwassers und den Iodid- oder Iodatkonzentrationen gefunden werden. Auf der Celtic Explorer, wie auch in Mace Head wurden außerdem beschichtete Denuder zur Anreicherung von elementarem Iod aus Luft eingesetzt. Die Denuder, die auf dem Schiff verwendet wurden waren mit Stärke bzw. mit a-CD beschichtet. Die mit Stärke beschichteten Denuder geben so einen Überblick über die Iodkonzentration in Luft über einen längeren Zeitraum (ca. 2-3h), während die mit Cyclodextrin beschichteten Denuder die Iodkonzentration in der letzten halben Stunde der Probennahme widerspiegeln. In fast allen Denudern, die mit Stärke beschichtet waren, konnte mehr Iod nachgewiesen werden, als in denen, die mit a-CD beschichtet waren. Im Allgemeinen konnten in den Proben höhere Iodkonzentrationen gefunden werden, die nachts genommen wurden. Der Grund hierfür liegt in der sehr hohen Photolyserate des elementaren Iods während des Tages. Ein Zusammenhang zwischen der Konzentration von VOIs und dem Iodgehalt konnte nicht gefunden werden. Anhand der genommen Denuderproben von Mace Head konnte festgestellt werden, dass die Iodkonzentration in Denudern, deren Probenahme während Ebbe beendet wurde hoch deutlich höher sind, als die in anderen Denudern. Das lässt sich dadurch erklären, dass Makroalgen während Ebbe in direktem Kontakt zur Luft sind und somit mehr Iod in der Luft zu finden ist. Eine wichtige Frage, die im Zusammenhang mit der Iodchemie in maritimer Umgebung steht konnte im Rahmen dieser Arbeit geklärt werden. In der maritimen Grenzschicht über dem Nordatlantik konnte elementares Iod detektiert werden, d.h. es deutet sich an, dass Iod auch auf dem offenen Ozean einen Beitrag zur Partikelbildung liefern kann und es sich nicht ausschließlich um einen Küsteneffekt handelt.

Untersuchungen mit Bodenpilzen aus der Rebstock-Rhizosphäre unterschiedlich bewirtschafteter Rebanlagen des Rheingaus unter besonderer Berücksichtigung ihrer Pathogenität

Ziel der Untersuchungen war, Pilze aus geschädigtem und ungeschädigtem Wurzelmaterial konventionell und ökologisch bewirtschafteter Weinbergsböden zu isolieren und diese auf ihre Durchsetzungsfähigkeit gegenüber den anderen Arten bzw. deren Pilzmetabolitsuspensionen unter unterschiedlichen Nahrungsbedingungen zu prüfen und eine eventuelle substratabhängige Verhaltensänderung bei den Spezies in Interaktion festzustellen. Zudem wurde in weiteren In-vitro- Versuchen das pathogene Potenzial der gefundenen Arten gegenüber Vitis spp. getestet. Hintergrund dieser Untersuchungen war die Hypothese, dass Absterbeerscheinungen in Rebanlagen nicht durch die Reblaus per se verursacht werden, sondern dass ein Zusammenhang zwischen der Bewirtschaftungsmethode und dem Schadbild in reblausbefallenen Rebanlagen besteht und dessen Entstehung auf pathogenkonduktive und –suppressive Eigenschaften des Bodens zurückgeführt werden kann. Aus rund 2400 Wurzelproben konnten insgesamt 49 Pilzarten isoliert und bestimmt und mehr als die Hälfte davon in Wurzeln beider Versuchsflächen nachgewiesen werden. Ein Großteil der Pilze wurde sowohl in geschädigten als auch in ungeschädigten Wurzelgeweben identifiziert. Darunter waren Arten, die in der Literatur als Parasiten und Saprobier beschrieben werden, aber auch Arten, die eine andere Lebensweise pflegen oder deren Lebensweise nicht bekannt ist. Mit Hilfe von Interaktionsversuchen auf unterschiedlichen Nährmedien (einem Voll- und einem Mangelmedium) konnte bei den untersuchten Arten teilweise starke substratabhängige Verhaltensänderung in Interaktion mit bestimmten Pilzkolonien festgestellt und auf die Verfügbarkeit von organischem Kohlenstoff zurückgeführt werden. Starke Konkurrenz um organischen Kohlenstoff und dadurch entstehende fungistatische und antibiotische Effekte können in diesem Zusammenhang pathogenkonduktive bzw. pathogensuppressive Bodeneigenschaften fördern oder hemmen. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass alle 15 in vitro an Vitis spp. inokulierten Pilze (Absidia glauca, Acremonium kiliense, Aspergillus ustus, Cylindrocarpon magnusianum, Cylindrocarpon sp., Fusarium culmorum, F. detonianum, F. oxysporum, F. sacchari, F. semitectum, Gliocladium roseum, Leptosphaeria coniothyrium, Penicillium expansum, Trichoderma harzianum, T. pseudokoningii), unter denen sich auch als Saprobier bekannte Arten befanden (P. expansum, T. harzianum), selbst bei Verfügbarkeit organischer Kohlenstoffverbindungen im Substrat, gegenüber Vitis spp. ein fakultativ pathogenes Potenzial besitzen. Diese aus In-vitro-Interaktionsversuchen gewonnenen Erkenntnisse geben Hinweise darauf, welchen Einfluss die Bewirtschaftung, insbesondere die Versorgung der Weinbergsböden mit organischem Kohlenstoff, auf fakultativ pathogene Sekundärparasiten in Form von Bodenpilzen und folglich auf die Entwicklung von Schadbildern an durch die Reblaus prädispositionierten Rebpflanzen in vivo haben kann.

Sources and pathways of methane formed in oxidative environments

Methane is the most abundant reduced organic compound in the atmosphere. As the strongest known long-lived greenhouse gas after water vapour and carbon dioxide methane perturbs the radiation balance of Earth’s atmosphere. The abiotic formation of methane requires ultraviolet irradiation of organic matter or takes place in locations with high temperature and/or pressure, e.g. during biomass burning or serpentinisation of olivine, under hydrothermal conditions in the oceans deep or below tectonic plates. The biotic methane formation was traditionally thought to be formed only by methanogens under strictly anaerobic conditions, such as in wetland soils, rice paddies and agricultural waste. rnIn this dissertation several chemical pathways are described which lead to the formation of methane under aerobic and ambient conditions. Organic precursor compounds such as ascorbic acid and methionine were shown to release methane in a chemical system including ferrihydrite and hydrogen peroxide in aquatic solution. Moreover, it was shown by using stable carbon isotope labelling experiments that the thio-methyl group of methionine was the carbon precursor for the methane produced. Methionine, a compound that plays an important role in transmethylation processes in plants was also applied to living plants. Stable carbon isotope labelling experiments clearly verified that methionine acts as a precursor compound for the methane from plants. Further experiments in which the electron transport chain was inhibited suggest that the methane generation is located in the mitochondria of the plants. The abiotic formation of methane was shown for several soil samples. Important environmental parameter such as temperature, UV irradiation and moisture were identified to control methane formation. The organic content of the sample as well as water and hydrogen peroxide might also play a major role in the formation of methane from soils. Based on these results a novel scheme was developed that includes both biotic and chemical sources of methane in the pedosphere.rn

Seasonally aggregated values of dissolved inorganic phosphorus in soil solution of the Jena Experiment (Main Experiment, year 2006)

This data set contains measurements of inorganic phosphorus in samples of soil solution collected in 2006 from the main experiment plots of a large grassland biodiversity experiment (the Jena Experiment; see further details below) that have been aggregated to seasonal values. In the main experiment, 82 grassland plots of 20 x 20 m were established from a pool of 60 species belonging to four functional groups (grasses, legumes, tall and small herbs). In May 2002, varying numbers of plant species from this species pool were sown into the plots to create a gradient of plant species richness (1, 2, 4, 8, 16 and 60 species) and functional richness (1, 2, 3, 4 functional groups). Plots were maintained by bi-annual weeding and mowing. Glass suction plates with a diameter of 12 cm, 1 cm thickness and a pore size of 1-1.6 µm (UMS GmbH, Munich, Germany) were installed in April 2002 in depths of 10, 20, 30 and 60 cm to collect soil solution. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. The sampling bottles were continuously evacuated to a negative pressure between 50 and 350 mbar, such that the suction pressure was about 50 mbar above the actual soil water tension. Thus, only the soil leachate was collected. Cumulative soil solution was sampled biweekly and analyzed for dissolved inorganic P (PO4P). Here volume-weighted mean values are provided as aggregated seasonal values (spring = March to May, summer = June to August, fall = September to November, winter = December to February) for 2006 in spring. To calculate these values, the sampled volume of soil solution is used as weight for P concentrations of the respective sampling date. Inorganic phosphorus concentrations in the soil solution were measured photometrically with a continuous flow analyzer (CFA Autoanalyzer [Bran&Luebbe, Norderstedt, Germany]). Ammonium molybdate catalyzed by antimony tartrate reacts in an acidic medium with phosphate and forms a phospho-molybdic acid complex. Ascorbic acid reduces this complex to an intensely blue-colored complex. As the molybdic complex forms under strongly acidic conditions, we could not exclude the hydrolysis of labile organic P compounds in our samples. Furthermore, the molybdate reaction is not sensitive for condensed phosphates. The detection limits of both TDP and PO4P were 0.04 mg P l-1 (Autoanalyzer, Bran&Luebbe).

Dissolved phosphorus in soil solution of the Jena Experiment (Main Experiment, year 2003)

This data set contains measurements of dissolved phosphorus (total dissolved nitrogen: TDP, dissolved inorganic phosphorus: PO4P and dissolved organic phosphorus: DOP) in samples of soil water collected in 2003 from the main experiment plots of a large grassland biodiversity experiment (the Jena Experiment; see further details below). In the main experiment, 82 grassland plots of 20 x 20 m were established from a pool of 60 species belonging to four functional groups (grasses, legumes, tall and small herbs). In May 2002, varying numbers of plant species from this species pool were sown into the plots to create a gradient of plant species richness (1, 2, 4, 8, 16 and 60 species) and functional richness (1, 2, 3, 4 functional groups). Plots were maintained by bi-annual weeding and mowing. Glass suction plates with a diameter of 12 cm, 1 cm thickness and a pore size of 1-1.6 mm (UMS GmbH, Munich, Germany) were installed in April 2002 in depths of 10, 20, 30 and 60 cm to collect soil solution. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. The sampling bottles were continuously evacuated to a negative pressure between 50 and 350 mbar, such that the suction pressure was about 50 mbar above the actual soil water tension. Thus, only the soil leachate was collected. Cumulative soil solution was sampled bi-weekly, in 2003 at the 07.03.2003; 24.03.2003; 07.04.2003; 22.04.2003; 07.05.2003; 20.05.2003; 03.06.2003; 28.07.2003; 12.09.2003; 22.09.2003; 07.10.2003; and 21.10.2003, and analyzed for dissolved inorganic P (PO4P) and total dissolved phosphorus (TDP). Inorganic phosphorus concentrations in the soil solution were measured photometrically with a continuous flow analyzer (CFA SAN++, Skalar [Breda, The Netherlands]). Ammonium molybdate catalyzed by antimony tartrate reacts in an acidic medium with phosphate and forms a phospho-molybdic acid complex. Ascorbic acid reduces this complex to an intensely blue-colored complex. Total dissolved P in soil solution was analyzed by irradiation with UV and oxidation with K2S2O8 followed by reaction with ammonium molybdate (Skalar catnr. 503-553w/r). As the molybdic complex forms under strongly acidic conditions, we could not exclude the hydrolysis of labile organic P compounds in our samples. Furthermore, the molybdate reaction is not sensitive for condensed phosphates. The detection limits of both TDP and PO4P were 0.02 mg P l-1 (CFA, Skalar). Dissolved organic P (DOP) in soil solution was calculated as the difference between TDP and PO4P. In a low number of samples, TDP was equal to or smaller than PO4P; in these cases, DOP was assumed to be zero.

Dissolved phosphorus in soil solution of the Jena Experiment (Main Experiment, year 2004)

This data set contains measurements of dissolved phosphorus (total dissolved nitrogen: TDP, dissolved inorganic phosphorus: PO4P and dissolved organic phosphorus: DOP) in samples of soil water collected in 2004 from the main experiment plots of a large grassland biodiversity experiment (the Jena Experiment; see further details below). In the main experiment, 82 grassland plots of 20 x 20 m were established from a pool of 60 species belonging to four functional groups (grasses, legumes, tall and small herbs). In May 2002, varying numbers of plant species from this species pool were sown into the plots to create a gradient of plant species richness (1, 2, 4, 8, 16 and 60 species) and functional richness (1, 2, 3, 4 functional groups). Plots were maintained by bi-annual weeding and mowing. Glass suction plates with a diameter of 12 cm, 1 cm thickness and a pore size of 1-1.6 µm (UMS GmbH, Munich, Germany) were installed in April 2002 in depths of 10, 20, 30 and 60 cm to collect soil solution. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. The sampling bottles were continuously evacuated to a negative pressure between 50 and 350 mbar, such that the suction pressure was about 50 mbar above the actual soil water tension. Thus, only the soil leachate was collected. Cumulative soil solution was sampled bi-weekly, in 2004 at the 15.01.2004; 30.01.2004; 12.02.2004; 27.02.2004; 09.03.2004; 25.03.2004; 21.04.2004; 07.05.2004; and 24.05.2004, and analyzed for dissolved inorganic P (PO4P) and total dissolved phosphorus (TDP). Inorganic phosphorus concentrations in the soil solution were measured photometrically with a continuous flow analyzer (for samples collected until spring 2004: CFA SAN++, Skalar [Breda, The Netherlands]; for samples collected later: CFA Autoanalyzer [Bran&Luebbe, Norderstedt, Germany]). Ammonium molybdate catalyzed by antimony tartrate reacts in an acidic medium with phosphate and forms a phospho-molybdic acid complex. Ascorbic acid reduces this complex to an intensely blue-colored complex. Total dissolved P in soil solution was analyzed by irradiation with UV and oxidation with K2S2O8 followed by reaction with ammonium molybdate (Skalar catnr. 503-553w/r). As the molybdic complex forms under strongly acidic conditions, we could not exclude the hydrolysis of labile organic P compounds in our samples. Furthermore, the molybdate reaction is not sensitive for condensed phosphates. The detection limits of both TDP and PO4P were 0.02 mg P l-1 (CFA, Skalar) and 0.04 mg P l-1 (Autoanalyzer, Bran&Luebbe). Dissolved organic P (DOP) in soil solution was calculated as the difference between TDP and PO4P. In a low number of samples, TDP was equal to or smaller than PO4P; in these cases, DOP was assumed to be zero.

Seasonally aggregated values of dissolved inorganic phosphorus in soil solution of the Jena Experiment (Main Experiment, year 2004)

This data set contains measurements of inorganic phosphorus in samples of soil solution collected in 2004 from the main experiment plots of a large grassland biodiversity experiment (the Jena Experiment; see further details below) that have been aggregated to seasonal values. In the main experiment, 82 grassland plots of 20 x 20 m were established from a pool of 60 species belonging to four functional groups (grasses, legumes, tall and small herbs). In May 2002, varying numbers of plant species from this species pool were sown into the plots to create a gradient of plant species richness (1, 2, 4, 8, 16 and 60 species) and functional richness (1, 2, 3, 4 functional groups). Plots were maintained by bi-annual weeding and mowing. Glass suction plates with a diameter of 12 cm, 1 cm thickness and a pore size of 1-1.6 µm (UMS GmbH, Munich, Germany) were installed in April 2002 in depths of 10, 20, 30 and 60 cm to collect soil solution. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. Manual soil matric potential measurements were used to regulate the vacuum system. The sampling bottles were continuously evacuated to a negative pressure between 50 and 350 mbar, such that the suction pressure was about 50 mbar above the actual soil water tension. Thus, only the soil leachate was collected. Cumulative soil solution was sampled biweekly and analyzed for dissolved inorganic P (PO4P). Here volume-weighted mean values are provided as aggregated seasonal values (spring = March to May, summer = June to August, fall = September to November, winter = December to February) for 2004 in spring, fall, and winter. To calculate these values, the sampled volume of soil solution is used as weight for P concentrations of the respective sampling date. Inorganic phosphorus concentrations in the soil solution were measured photometrically with a continuous flow analyzer (for samples collected until spring 2004: CFA SAN++, Skalar [Breda, The Netherlands]; for samples collected later: CFA Autoanalyzer [Bran&Luebbe, Norderstedt, Germany]). Ammonium molybdate catalyzed by antimony tartrate reacts in an acidic medium with phosphate and forms a phospho-molybdic acid complex. Ascorbic acid reduces this complex to an intensely blue-colored complex. As the molybdic complex forms under strongly acidic conditions, we could not exclude the hydrolysis of labile organic P compounds in our samples. Furthermore, the molybdate reaction is not sensitive for condensed phosphates. The detection limits of both TDP and PO4P were 0.02 mg P l-1 (CFA, Skalar) and 0.04 mg P l-1 (Autoanalyzer, Bran&Luebbe).