Enzymological Forschung in Deutschland
Schröder et al. (1985) untersuchte aus physikalischer, chemischer, mikrobiologischer, enzymologischer und mikromorphologischer Sicht sieben Profile technogener Böden, die sich während der landwirtschaftlichen Rekultivierung von Böden bildeten (Löss; pH in 0.01 M CaCl2 war 7.1-7.9), die aus dem Streifenabbau von Braunkohle in der Rheinregion resultierten. Die untersuchten Böden befanden sich in der Nähe von Grefrath und Berrenrath., Die Rekultivierung begann etwa 20 Jahre zuvor durch Redeposition von gelagertem Löss entweder als trockenes Material, gefolgt von Nivellierung (fünf Böden) oder als nasses Material (Pumpen von Wasser-Löss-Gemisch in Vertiefungen, d. H. Schlammpoldern), gefolgt von teilweiser Verdampfung von Wasser (zwei Böden). Die Rekultivierung führte zu einer Anhäufung von Humus und K sowie zu Na – und Mg-Verlusten, aber aufgrund der Bodenbearbeitung wurde die 30-50 cm große Bodenschicht verdichtet und undurchlässig. In den Böden, die durch erneutes Auftragen von trockenem Löss gebildet wurden, wurde auch die 50-120-cm-Schicht häufig verdichtet.,
Dehydrogenaseaktivität war im Allgemeinen nur von der 0-30-cm-Schicht nachweisbar, aber selbst in dieser Schicht erreichte die Aktivität nur etwa 10% derjenigen der einheimischen Böden. Die Atmung (CO2-Entwicklung) war in den oberen Schichten intensiver als in den tieferen, wobei die niedrigsten Werte in den verdichteten Schichten aufgezeichnet wurden. In jeder Schicht der nativen Böden war die Atmungsrate im Vergleich zu den entsprechenden Schichten der sieben technogenen Böden größer. Ähnliche Ergebnisse wurden auch hinsichtlich der Zellulosezersetzung erzielt., Zur Verbesserung der verdichteten Böden wurde eine tiefe Lockerung und Drainage empfohlen.
Lessmann und Krämer (1985) ermittelten 1983 an einem anderen Ort (Gustorf bei Grevenbroich) im gleichen Kohlebergbaugebiet, jedoch an einem anderen Ort (Gustorf bei Grevenbroich), einige enzymologische und mikrobiologische Parameter in einem nivellierten Boden (Löss), der 2 Jahre lang mit Luzerne rekultiviert wurde. Zum Vergleich verwendeten sie einen einheimischen, bewachsenen lehmigen Flussboden. Dieser Studienort befand sich in Kirchhoven (ca. 33 km von Gustorf entfernt)., Das Gustorf-Grundstück wurde nie gedüngt und das Kirchhoven-Grundstück wurde in den letzten 2 Jahren nicht mit Mineraldünger behandelt. Beide Parzellen dienen als Kontrollen für ein Experiment zur organischen Düngung. Die Untersuchungen werden noch viele Jahre andauern und auch die organisch befruchteten Parzellen werden analysiert.
Die unbefruchteten Parzellen unterschieden sich in den enzymologischen und mikrobiologischen Parametern ihrer 10-20-cm-Schicht voneinander., In dieser Schicht hatte das Löss-Grundstück geringere Dehydrogenase – und Urease-Aktivitäten, enthielt weniger Bakterien, atmete weniger stark ein (produzierte weniger CO2) und baute die Cellulose langsamer ab als das Grundstück des einheimischen Bodens. In der 35-45-cm-Schicht gab es keine signifikanten Unterschiede zwischen den beiden Parzellen. Die durch enzymologische und mikrobiologische Daten angegebene Profildifferenzierung wurde im Löss-Plot reduziert.,Schröder (1986) verglich einen für dieses Gebiet charakteristischen heimischen Boden mit zwei repräsentativen technogenen Böden auf Löss, deren landwirtschaftliche Rekultivierung 1970 begann.Er beschäftigte sich mit den Problemen der Bodenbewertung im rekultivierten Braunkohletagebaugebiet der Niederrheinischen Bucht. Die Rekultivierung eines dieser beiden Böden galt als gut und das der anderen als schlecht. Somit war in jedem Horizont die Schüttdichte im guten rekultivierten Boden niedriger als 1,65 g cm− 3 und hatte einen höheren Wert im schlechten rekultivierten Boden., In der 0-40-cm-Schicht zeigte Dehydrogenase-Aktivität, wie CO2-Produktion und Zellulose-Zersetzung die folgende Reihenfolge: nativer Boden > guter rekultivierter Boden > schlechter rekultivierter Boden.
Haubold et al. (1987) führte einen ähnlichen Vergleich mit 15 guten und 15 schlechten rekultivierten Böden auf Löss durch, ebenfalls aus dem Braunkohlerevier im Rheingebiet. Sie fanden heraus, dass Dehydrogenaseaktivität, mikrobielle Biomasse und Zellulosezersetzung in der 0-40-cm-Schicht im Allgemeinen in den rekultivierten Böden etwa 50-100% niedriger waren als in den einheimischen Böden., Gleichzeitig zeigten die Mittelwerte dieser mikrobiellen Parameter und die der analysierten chemischen Parameter (C -, N -, Na -, K -, Mg-und Ca-Gehalt sowie Kationenaustauschkapazität) keine bemerkenswerten Unterschiede zwischen den guten und schlechten rekultivierten Böden. Wir sind der Meinung, dass dieser Befund, obwohl er für die Dehydrogenase-Aktivität gilt (eine Aktivität, die von der momentanen Proliferation von Mikroorganismen abhängt), nicht auf jene Enzyme angewendet werden kann, die sich im Boden ansammeln und im akkumulierten Zustand unabhängig von der momentanen mikrobiellen Proliferation sein können., Die Aktivität solcher Enzyme wurde von diesen Forschern nicht untersucht.
In anderen Studien, die im selben Kohlebandabbaugebiet durchgeführt wurden, Schröder et al. (1987a) und Schroder (1988a, b) haben unter anderem die Dehydrogenaseaktivität in der 0-40-cm-Schicht von 13 technogenen lehmschlammigen Lössböden bestimmt, die sich nach dem Aufschlämmen von Beute, gefolgt von ihrer landwirtschaftlichen Rekultivierung für 6-25 Jahre, gebildet haben, und festgestellt, dass die Aktivität in den älteren Böden signifikant höher war als in den jüngeren., Der C -, N -, K-und Ca-Gehalt, die Kationenaustauschkapazität und die mikrobielle Biomasse nahmen im Laufe der Zeit ebenfalls signifikant zu, während die zeitabhängige Abnahme des Carbonat -, Na-und Mg-Gehalts und die Zunahme des Zelluloseabbaus unbedeutend waren. Die signifikanten Korrelationen zwischen Alter und mikrobiellen und chemischen Parametern der technogenen Böden hatten die folgenden Koeffizienten. 0.82 (- dehydrogenase-Aktivität), 0.72 (mikrobielle Biomasse). 0,95 (C-Gehalt), 0,59 (N-Gehalt), 0,87 (K-Gehalt), 0,74 (Ca-Gehalt) und 0,70 (Kationenaustauschkapazität).,
Unter Verallgemeinerung der Ergebnisse einer vergleichenden Untersuchung von 29 technogenen Böden, die sich nach der Neulagerung von Löss als trockenes Material (16 Böden) oder als nasses Material (13 Böden) und der angrenzenden einheimischen Böden unter kompakter Pflanzenbedeckung gebildet hatten, die sich alle im Braunkohlengebiet des Rheins befanden, zog Schröder (1988b) die Schlussfolgerung, dass Dehydrogenase-Aktivität, mikrobielle Biomasse und Zellulosezersetzung in der gepflügten Schicht der technogenen Böden, einschließlich der alten, nur etwa 30-50% der aufgezeichneten Werte erreichten.in der entsprechenden Schicht der einheimischen Böden.,
Müller et al. (1988) untersuchte 1987 neben den chemischen und physikalischen auch die biologischen Eigenschaften von 12 technogenen Böden in der Zone Köln-Bergheim (innerhalb des Braunkohlengebiets im Rheingebiet). Diese Böden wurden rekultiviert, nachdem Löss 20 Jahre zuvor als trockenes Material neu aufgetragen worden war. Seit dieser Zeit wurden vier von ihnen als Ahorn-und Hainbuchenwald, vier als Weiden und vier als Ackerland genutzt.,
Dehydrogenase-Aktivität und mikrobielle Biomasse waren am höchsten in der 0-10-cm-Schicht der Weideböden, Vermittler in der gleichen Schicht der Waldböden und am niedrigsten in der gepflügten Schicht (0-30 cm) der Ackerböden. Die Anhäufung von Humus und N zeigte sich auch in der 0-10-cm-Schicht der Wald-und Weideböden deutlicher als in der 0-30-cm-Schicht der Ackerböden. Dehydrogenaseaktivität und mikrobielle Biomasse wurden ebenfalls in der 10-30-cm-Schicht der Weide-und Waldböden bestimmt, und die erhaltenen Werte waren niedriger als die in der 0-10-cm-Schicht registrierten., Humus-und N-Gehalt nahmen mit der Probenahmetiefe in allen Böden ab. Es sollte hinzugefügt werden, dass zahlreiche Regenwurmhöhlen in den Wald-und Weideböden beobachtet wurden, aber nur wenige in den Ackerböden.
Obwohl die biologischen und chemischen Eigenschaften der 0-10-cm-Schicht in den Weideböden besser waren als in den Ackerböden, waren die physikalischen Eigenschaften der Weideböden unbefriedigend, da ihre 30-40-cm-Schicht unter der Spur der weidenden Tiere verdichtet wurde, da die Kräuterbedeckung noch nicht widerstandsfähig gegen mechanische Störungen war., Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die rekultivierten Böden in den ersten Jahrzehnten nicht als Weiden empfohlen werden.
In Fortsetzung dieser Untersuchungen, Schumacher et al. (1993) anfang März 1992 wurden zwei junge (< 12 Jahre) und vier alte (> 25 Jahre) rekultivierte Plots (löss) abgetastet. Eines der jungen Parzellen enthielt Ackerboden und das andere befand sich unter Waldvegetation. Die vier alten Parzellen wurden als Nichtmist-und Ackerland genutzt-Ackerland, Wald bzw. Ein heimischer Ackerboden war die Kontrolle., Die Probenahmetiefen waren 0-15 und 15-30 cm (Ackerböden), Ah-Horizont (meist die 5-10 cm Tiefe) und Y1-Horizont (bis zu 30 cm Tiefe) (Wald-und Graslandböden). Dehydrogenase – und Invertaseaktivitäten sowie substratinduzierte Atmung (CO2-Entwicklung aus glukoseveränderten Proben) waren im alten Grünlandboden immer am höchsten und im jungen Ackerboden am niedrigsten. Sowohl junge als auch alte Waldböden waren aktiver als die alten Ackerböden. Überraschenderweise führte die Farmyardmanuring des alten Ackerbodens nicht zu erhöhten Aktivitäten und Atmung*., In Übereinstimmung mit diesen Befunden war der organische C-Gehalt in Ackerböden niedrig und zeigte wichtige Ansammlungen in der Reihenfolge: alter Waldboden > alter Grünlandboden > junger Waldboden.
In einer ähnlichen Studie, Schneider et al. (1995) verglichen etwa 10 – und 25-jährige Rekultivierungsflächen (Löss), die als Ackerland oder Wald genutzt werden. Die Proben wurden in den Frühlingsmonaten des Zeitraums 1988-1993 durchgeführt. Dehydrogenase-Aktivität und substratinduzierte Atmung in beiden ganzen Bodenaggregaten bestimmt (> 1.,5 cm) und in ihren äußeren, mittleren und inneren Teilen aus den 5-10 cm langen Schichten von 10-und 25 – jährigen Ackerbaugrundstücken zeigten sich keine signifikanten Unterschiede in Abhängigkeit vom Alter des Grundstücks und den Bodenaggregatteilen. Im Gegensatz dazu waren Dehydrogenaseaktivität und Atmung in den 5-10 cm langen Schichten der Waldböden in den 25-als in den 10 – jährigen Parzellen signifikant höher und nahmen innerhalb der Bodenaggregate von den äußeren Teilen zu den inneren in Parzellen beider Altersgruppen zu., Bei den 20-25-cm-Schichten der gleichen Böden ergab die Aktivität und Atmung niedrige Werte, waren nicht altersabhängig und zeigten keine offensichtlichen Unterschiede in den drei Teilen der Bodenaggregate. Organischer C-Gehalt wurde wieder gefunden, um sich in den Waldböden anzusammeln. Der Überfluss an verschiedenen wirbellosen Tieren, einschließlich Regenwürmern, war auch im Wald größer als in den Ackerböden., Zusammenfassend wurde empfohlen, dass die landwirtschaftliche Rekultivierung von Braunkohleabfällen in der untersuchten Region mit der Waldrekultivierung beginnen sollte; Unter solchen Bedingungen werden die Ackerböden schneller eine „Reifephase“ erreichen.
Einige der Ergebnisse der komplexen Bodenuntersuchungen, einschließlich der enzymologischen, die im Rheinbraunkohlengebiet durchgeführt und oben überprüft wurden, wurden von Schröder und Schneider (1992) und Schneider und Schröder (1995) wiederholt.,
In der Zone Halle-Leipzig analysierten Machulla und Hickisch (1988) enzymologisch und mikrobiologisch die aus dem Braunkohletagebau bei Espenhain resultierenden Erdhaufen (vorwiegend braune Lehm-oder Marlyüberlastungen). 1987 wurden Proben aus der 0-20 cm großen Schicht von 1 -, 9 -, 18-und 27-jährigen Haufen entnommen. Der 1-jährige Haufen wurde nicht mit Kulturpflanzen gesät. Einer der 9-jährigen Haufen wurde mit Luzerne kultiviert, während ein anderer 9-jähriger Haufen und der 18-und 27-jährige Haufen mit verdünntem Flüssigmist gedüngt und zu Getreide geschnitten wurden., Eine Brachfläche am Rande des Bergbaugeländes und ein Grundstück links Brachfläche in einem Getreidefeld waren die Kontrollen.
Katalase – und Dehydrogenase-Aktivitäten und die Anzahl der Bakterien, Actinomyceten, Mikrofungi, zellulolytischen und phosphatmobilisierenden Mikroorganismen sowie Pseudomonas-Fluorescens-Zellen wurden bestimmt. Das Vorhandensein proteolytischer Mikroorganismen, die Häufigkeit von Azotobacter chroococcum und die Intensität der Zellulosezersetzung wurden ebenfalls untersucht.,
Die Ergebnisse zeigten, dass die Enzymaktivitäten zunahmen und die Mikroflora sowohl quantitativ als auch qualitativ parallel zum Alter der Haufen angereichert wurde. Nach 18-27 Jahren Rekultivierung ähnelten Katalaseaktivität und Mikroflora in Haufen denen der Kontrollböden. Im Gegensatz dazu blieb die Dehydrogenase-Aktivität selbst im 27-jährigen Haufen im Vergleich zu der in den Kontrollböden gemessenen Aktivität viel geringer.,
Im Wetterauer Braunkohletagebaugebiet nördlich von Frankfurt am Main wurden komplexe Bodenuntersuchungen von Schröder und Schneider (1992) und Schneider und Schroder (1995) durchgeführt. Zur Rekultivierung von Beute (Löss; pH 7,4-7,7) wurde die Trockenabscheidungsmethode angewendet. Junge (8-11 Jahre) und alte (20-25 Jahre) Bodengrundstücke und ungestörte Bodengrundstücke unter landwirtschaftlicher Nutzung wurden untersucht.
Die Anhäufung von organischem C und Gesamtn im Laufe der Jahre war in der 0-30-cm-Schicht sehr langsam und in den tieferen Schichten der Plots sogar viel langsamer., Aber die Dehydrogenase-Aktivität war in den alten Grundstücken deutlich höher als in den jungen. Das Aktivitätsniveau der ungestörten Böden wurde jedoch nicht erreicht.
Zur Charakterisierung von Beute im Braunkohletagebaugebiet Niederlausitz (Region Cottbus) haben Katzur und Haubold-Rosar (1996) sowie Kolk und Hüttl (1996) auch enzymologische Methoden angewandt.
Diese Beute ist sehr sauer (pH 1,7-3.,5) aufgrund ihres Gehalts an Eisendisulfid (Pyrit, Markasit), aus dem Schwefelsäure durch chemische und bakterielle Verwitterung (Thiobacillus ferrooxydans) entsteht; Ihre Deponien bleiben jahrzehntelang vegetationsfruchtbar, wenn sie nicht mit einer 100 cm dicken kultivierbaren Bodenschicht bedeckt sind oder keiner Verbesserung unterzogen werden. Zur Verbesserung werden die Deponien mit kalk oder basenreicher Braunkohleasche (zur Erhöhung des pH-Werts auf 5,0 in der für die Wiederaufforstung erforderlichen 0-45-cm− Schicht) und mit Mineraldüngern (mit Raten von 100-150 kg N, 25-50 kg P und 100-200 kg K ha-1) behandelt., Der Kalk oder die Asche sollte bis zu einer Tiefe von 60 cm, besser 100 cm, in den Boden eingearbeitet werden. Die Düngemittel werden lediglich in die obere Bodenschicht eingearbeitet. Dann werden die ameliorierten Baumstümpfe mit Waldbaumarten bepflanzt.
Katzur und Haubold-Rosar (1996) fanden heraus, dass Katalaseaktivität und Substrat (Glucose)- induzierte Atmung, die in den organischen Oberflächenschichten und Topsoils auf ameliorierten und forstlich rekultivierten Deponien bestimmt wurden, im Laub höher waren als in den Nadelwaldständen., Für Beispiel, Esche, behandelt verderben, wirft unter verschiedenen Waldbeständen unterschiedlichen Alters, die Werte der Katalase-Aktivität und Atmung erhöht in der folgenden Reihenfolge: Pinus sylvestris (22 Jahre) < P. sylvestris (27 Jahre) < Quercus rubra-Tilia cordata (31 Jahre) < Populus nigra (29 Jahre). Die Anhäufung von C und N war auch die höchste unter dem Pappelständer und die niedrigste unter dem 22-jährigen Kiefernständer.,
Kolk und Hüttl (1996) ermittelten die alkalische Phosphataseaktivität in der 0-10 cm großen Mineralschicht junger (< 5 Jahre) mit schnell wachsenden Pappel-und Weidenklonen bepflanzter Stauden (im Bergwerk Welzow-Süd). Die nicht mit Waldboden bedeckten Grundstücke (am Bergwerk Reichwalde) dienten zum Vergleich. Diese, Kontrollparzellen enthielten keine Kohle oder nur geringe Mengen Kohlepulver.,
Die Reihenfolge der alkalischen Phosphatase-Aktivität in den im April 1996 abgetasteten Beuteln war wie folgt: Kontrolldiagramm, das keine Kohle enthält < Kontrolldiagramm, das kleine Mengen Kohlepulver enthält < Pappeldiagramm ≈ Weidendiagramm.
Es wurde auch festgestellt, dass die alkalische Phosphataseaktivität ein unvergleichlich empfindlicherer Parameter für die Charakterisierung von Beute ist als mikrobielle Biomasse, da mikrobielle Biomasse in der relativ hoch phosphataseaktiven 0-10-cm-Mineralschicht der Pappel-und Weidenparzellen nicht messbar war und sehr klein war.