Enzymologisch onderzoek in Duitsland
Schröder et al. (1985) onderzocht, vanuit fysisch, chemisch, microbiologisch, enzymatisch en micromorfologisch oogpunt, zeven profielen van technogene bodems die gevormd werden tijdens de landbouwhercultivering van buit (löss; pH in 0,01 M CaCl2 was 7,1-7,9) die het resultaat waren van de winning van bruinkool in het Rijngebied. De onderzochte bodems bevinden zich in de buurt van Grefrath en Berrenrath., De hercultivering begon ongeveer 20 jaar eerder door het opnieuw plaatsen van opgeslagen löss als droog materiaal, gevolgd door egalisatie (vijf bodems), of als nat materiaal (pompen van water-löss mengsel in depressies, dat wil zeggen polderen van drijfmest), gevolgd door gedeeltelijke verdamping van water (twee bodems). Hercultivering leidde tot accumulatie van humus en K en tot verlies van Na en Mg, maar door de grondbewerking werd de bodemlaag van 30-50 cm verdicht en ondoordringbaar. In de bodems gevormd door herschikking van droge löss, de 50-120-cm laag werd ook vaak verdicht.,
Dehydrogenase-activiteit kon in het algemeen alleen worden waargenomen vanaf de laag van 0-30 cm, maar zelfs in deze laag bereikte de activiteit slechts ongeveer 10% van die van de inheemse bodems. De ademhaling (CO2-evolutie) was intenser in de bovenste lagen dan in de diepere, waarbij de laagste waarden werden geregistreerd in de verdichte lagen. In elke laag van de inheemse bodems was de ademhalingssnelheid hoger in vergelijking met de overeenkomstige lagen van de zeven technogene bodems. Soortgelijke resultaten werden ook verkregen met betrekking tot de ontbinding van cellulose., Voor het verbeteren van de verdichte bodems werden diepe losmaken en drainage aanbevolen.in een zelfde Mijnstreek, maar in een andere plaats (Gustorf bij Grevenbroich), bepaalden Lessmann en Krämer (1985) in 1983 enkele enzymatische en microbiologische parameters in een nagebootste bederf (löss) die gedurende 2 jaar opnieuw met alfalfa werd gecultiveerd. Ter vergelijking gebruikten ze een inheemse, begroeide leemachtige riviergrond. Deze studieplek was gelegen in Kirchhoven (op ongeveer 33 km van Gustorf)., Het perceel Gustorf is nooit bemest en het perceel Kirchhoven is de laatste 2 jaar niet met minerale meststoffen behandeld. Beide percelen dienen als controle voor een experiment met organische bemesting. De studies zullen nog vele jaren worden voortgezet, en ook de biologisch bevruchte percelen zullen worden geanalyseerd.
de onbevruchte percelen verschilden van elkaar in de enzymatische en microbiologische parameters van hun laag van 10-20 cm., In deze laag had de löss-plot lagere dehydrogenase-en urease-activiteiten, bevatte minder bacteriën, beademde minder sterk (produceerde minder CO2) en afbrak de cellulose langzamer dan de plot van inheemse grond. In de laag van 35-45 cm waren er geen significante verschillen tussen de twee percelen. De profieldifferentiatie zoals aangegeven door enzymatische en microbiologische gegevens was verminderd in de löss-plot.,met betrekking tot de problemen in verband met de bodembeoordeling in het opnieuw gecultiveerde bruinkoolmijngebied in de “Niederrheinische Bucht” vergeleek Schröder (1986) een voor dit gebied kenmerkende inheemse bodem met twee representatieve technogene bodems op löss, waarvan de landbouwhercultivering in 1970 begon. Hercultivering van één van deze twee bodems werd als goed beschouwd en die van de andere als slecht. Dus, in elke horizon, de bulkdichtheid was lager dan 1,65 g cm-3 in de goede hercultiveerde grond en had een hogere waarde in de slechte hercultiveerde grond., In de laag van 0-40 cm vertoonden de dehydrogenase-activiteit, zoals CO2-productie en cellulose-afbraak de volgende volgorde: native soil > good recultivated soil > bad recultivated soil.
Haubold et al. (1987) maakte een vergelijkbare vergelijking met 15 goede en 15 slechte hercultiveerde bodems op löss, ook uit het bruinkoolgebied in het Rijngebied. Ze vonden dat dehydrogenase-activiteit, microbiële biomassa en cellulose-afbraak in de laag van 0-40 cm in het algemeen ongeveer 50-100% lager waren in de hercultiveerde bodems dan in de inheemse bodems., Tegelijkertijd gaven de gemiddelde waarden van deze microbiële parameters en die van de geanalyseerde chemische parameters (C, N, Na, K, Mg, Ca en kationenuitwisselingscapaciteit) geen opmerkelijke verschillen aan tussen de goede en slechte hercultiveerde bodems. Wij denken dat deze bevinding, hoewel geldig voor dehydrogenase-activiteit (een activiteit afhankelijk van de tijdelijke proliferatie van micro-organismen), niet kan worden toegepast op die enzymen die in staat zijn om zich op te hopen in de bodem en om, in de geaccumuleerde toestand, onafhankelijk te zijn van de tijdelijke microbiële proliferatie., De activiteit van dergelijke enzymen werd door deze onderzoekers niet onderzocht.
In andere studies uitgevoerd in hetzelfde mijngebied, Schröder et al. (1987a) en Schroder (1988a, b) hebben onder meer de dehydrogenase-activiteit vastgesteld in de laag van 0-40 cm van 13 technogene leem-slibige löss-bodems gevormd na het polderen van drijfmest van buit gevolgd door hun landbouwhercultivering gedurende 6-25 jaar, en hebben vastgesteld dat de activiteit aanzienlijk hoger was in de oudere bodems dan in de jongere., De C -, N -, K-en Ca-gehalten, de kationenuitwisselingscapaciteit en de microbiële biomassa namen ook aanzienlijk toe in de loop van de tijd, terwijl de tijdsafhankelijke afname van carbonaat -, Na-en Mg-gehalten en de toename van de ontbinding van cellulose onbeduidend waren. De significante correlaties tussen leeftijd en microbiële en chemische parameters van de technogene bodems hadden de volgende coëfficiënten. 0,82 (dehydrogenase-activiteit), 0,72 (microbiële biomassa). 0,95 (C-inhoud), 0,59 (n-inhoud), 0,87 (K-inhoud), 0,74 (Ca-inhoud) en 0,70 (kation-uitwisselingscapaciteit).,
een Veralgemening van de resultaten verkregen in een vergelijkende studie van 29 technogenic bodems gevormd na het terugstorten van loess als droog materiaal (16 bodems) of nat materiaal (13 bodems) en van de aangrenzende native bodem onder compacte plant met deksel, alle gelegen in de bruinkool gebied van de Rijn-regio, Schröder (1988b) trok de conclusie dat dehydrogenase activiteit van de microbiële biomassa en cellulose afbraak in de bebouwde laag van de technogenic bodem, met inbegrip van de oude, bereikt slechts ongeveer 30-50% van de waarden zoals opgenomen in de overeenkomstige laag van de oorspronkelijke bodem.,
Müller et al. (1988) bestudeerde in 1987 de biologische eigenschappen, naast de chemische en fysische eigenschappen, van 12 technogene bodems in de zone Köln-Bergheim (binnen het bruinkoolgebied in het Rijngebied). Deze bodems werden 20 jaar geleden opnieuw gecultiveerd na herplaatsing van löss als droog materiaal. Sindsdien werden er vier gebruikt als esdoorn-en haagbeukbos, Vier als weilanden en vier als akkerland.,
Dehydrogenase-activiteit en microbiële biomassa waren het hoogst in de laag van 0-10 cm van de weidegrond, intermediair in dezelfde laag van de bosbodem en het laagst in de geploegde laag (0-30 cm) van de bouwgrond. Accumulatie van humus en N was ook duidelijker in de 0-10-cm laag van de bos-en weidegrond dan in de 0-30-cm laag van de akkerbouwgrond. Dehydrogenase-activiteit en microbiële biomassa werden ook bepaald in de laag van 10-30 cm weiland en bosgrond en de verkregen waarden waren lager dan die in de laag van 0-10 cm., Het Humus-en N-gehalte daalde met de bemonsteringsdiepte in alle bodems. Er zij aan toegevoegd dat in de bos-en weidegronden tal van grondwormholen werden waargenomen, maar dat er slechts enkele in de bouwgrond voorkwamen.
hoewel de biologische en chemische eigenschappen van de laag van 0-10 cm beter waren in de weidegronden dan in de bouwgrond, waren de fysische eigenschappen van weidegronden onbevredigend, omdat de laag van 30-40 cm onder het spoor van de weidegronden werd verdicht omdat de weidegronden nog niet bestand waren tegen mechanische storingen., Concluderend, tijdens de eerste decennia worden de hercultiveerde bodems niet aanbevolen voor gebruik als weiden.
In vervolg op deze onderzoeken, Schumacher et al. (1993) begin maart 1992 bemonsterd twee jonge (< 12 jaar) en vier oude (> 25 jaar) hercultiveerde bederfpercelen (löss). Een van de jonge percelen bevatte akkerland en de andere was onder bosvegetatie. De vier oude percelen werden gebruikt als niet-bebouwde en erf-bebouwde akkerland, bos en grasland, respectievelijk. Een inheemse bouwland löss bodem was de controle., De bemonsteringsdiepte bedroeg 0-15 en 15-30 cm (akkerland), Ah horizon (meestal de 5-10 cm diepte) en Y1 horizon (tot 30 cm Diepte) (bos-en graslandbodem). Dehydrogenase-en invertase-activiteiten en substraatgeïnduceerde ademhaling (CO2-evolutie van glucose-Gewijzigde monsters) waren altijd het hoogst in de oude graslandbodem, en het laagst in de jonge Bouwgrond. Zowel jonge als oude bosgronden waren actiever dan de oude akkers. Verrassend genoeg leidde het beheer van de oude akkerland niet tot een toename van de activiteiten en de ademhaling*., In overeenstemming met deze bevindingen was het gehalte aan organische C laag in akkerbouwgronden en vertoonden belangrijke accumulaties in de volgorde: oude bosgrond > oude graslandgrond > jonge bosgrond.
in een soortgelijke studie, Schneider et al. (1995) vergeleken met ongeveer 10-en 25-jarige hercultivatie bederf (löss) percelen gebruikt als bouwland of bossen. In de voorjaarsmaanden van de periode 1988-1993 zijn monsters genomen. Dehydrogenase-activiteit en substraat-geïnduceerde ademhaling bepaald in beide gehele bodemaggregaten (> 1.,5 cm) en in hun buitenste, middelste en binnenste delen van de 5-10-cm lagen van 10 – en 25-jarige bouwland bederf percelen vertoonden geen significante verschillen afhankelijk van perceel leeftijd en bodem aggregaat delen. Daarentegen waren de dehydrogenase activiteit en ademhaling in de 5-10 cm lagen van de bosgrond significant hoger in de 25 – dan in de 10-jaar oude percelen en stegen, binnen de bodem aggregaten, van de buitenste delen naar de binnenste, in percelen van beide leeftijden., Bij de 20-25 cm lagen van dezelfde bodem, gaven de activiteit en ademhaling lage waarden, waren niet leeftijdsafhankelijk en vertoonden geen duidelijke verschillen in de drie delen van de bodemaggregaten. Het organische C-gehalte werd opnieuw gevonden om zich op te hopen in de bosbodem. De overvloed aan verschillende ongewervelde dieren, waaronder regenwormen, was ook groter in het bos dan in de landbouwgrond., Tot slot werd aanbevolen de landbouwhercultivering van bruinkool in de bestudeerde regio te beginnen met de hercultivering van bossen; onder dergelijke omstandigheden zal de bouwgrond sneller een “rijpheidsfase” bereiken.enkele van de resultaten van de complexe bodemonderzoeken, waaronder de enzymatische, die in het bruinkoolgebied van de Rijn werden uitgevoerd en hierboven werden besproken, werden herhaald door Schröder en Schneider (1992) en Schneider en Schröder (1995).,in de zone Halle-Leipzig analyseerden Machulla en Hickisch (1988), enzymologisch en microbiologisch, de afvalbergen (voornamelijk bruine leemachtige of marly-overbelasting) die het gevolg waren van de bruinkoolwinning in Espenhain. In 1987 werden monsters genomen van de laag van 0-20 cm van 1-, 9-, 18-en 27-jarige hopen. De 1-jarige hoop werd niet gezaaid met gewassen. Een van de 9-jarige hopen werd gekweekt met alfalfa, terwijl een andere 9-jarige hoop en de 18-en 27 – jarige hopen werden bevrucht met verdunde vloeibare mest en verbouwd tot granen., Een braakliggend gebied aan de rand van de Mijnstreek en een stuk grond dat braakliggend was in een graanveld waren de controles.
Catalase-en dehydrogenase-activiteiten en aantallen bacteriën, actinomycetes, microfungi, cellulolytische en fosfaatmobiliserende micro-organismen en Pseudomonas-fluorescentiecellen werden bepaald. De aanwezigheid van proteolytische micro-organismen, de overvloed van Azotobacter chroococcum, en de intensiteit van de ontbinding van cellulose werden ook bestudeerd.,
de resultaten toonden aan dat de enzymactiviteit toenam en dat de microflora zowel kwantitatief als kwalitatief verrijkt werd parallel met de leeftijd van de spoelhopen. Na 18-27 jaar van hercultivering, catalase activiteit en microflora in hopen werden vergelijkbaar met die van de controle bodems. Daarentegen bleef de dehydrogenase-activiteit zelfs in de 27 jaar oude hoop veel lager in vergelijking met de activiteit gemeten in de controlebodems.,in de bruinkoolstroken van Wetterau, ten noorden van Frankfurt am Main, werden complexe bodemonderzoeken uitgevoerd door Schröder en Schneider (1992) en Schneider en Schroder (1995). Voor de recultivering van de buit (löss; pH 7,4-7,7) werd de droge depositie methode toegepast. Jong (8-11 jaar) en oud (20-25 jaar) bederven percelen en onverstoorde bodempercelen onder agrarisch gebruik werden bestudeerd.
accumulatie van organische C en totaal N gedurende de jaren was zeer traag in de laag van 0-30 cm en zelfs veel langzamer in de diepere lagen van bederfpercelen., Maar dehydrogenase activiteit was duidelijk hoger in de oude bederf percelen dan in de jonge. Het activiteitsniveau van de onverstoorde bodems werd echter niet bereikt.
voor de karakterisering van de buit in de bruinkoolstroken van Niederlausitz (Neder-Lausitz) (Cottbus-regio) hebben Katzur en Haubold-Rosar (1996) en Kolk en Hüttl (1996) ook enzymatische methoden toegepast.
Deze bederf is zeer zuur (pH 1,7-3.,5) door hun gehalte aan ijzerdisulfide (pyriet, marcasiet), waaruit zwavelzuur wordt gegenereerd door chemische en bacteriële verwering (Thiobacillus ferrooxydans); hun stortplaatsen blijven tientallen jaren kaal van vegetatie, indien ze niet bedekt zijn met een 100 cm dikke cultuurgrondlaag of niet worden verbeterd. Voor verbetering worden de stortplaatsen behandeld met kalk of met basisrijke bruinkoolas (om de pH te verhogen tot 5,0 in de laag van 0-45 cm die nodig is voor herbebossing) en met minerale meststoffen (met een snelheid van 100-150 kg N, 25-50 kg P en 100-200 kg K ha-1)., De kalk of as moet worden opgenomen in de bederf tot een diepte van 60 cm, Beter 100 cm. De meststoffen worden alleen in de bovenste bederflaag verwerkt. Vervolgens worden de verbeterde bederfstortplaatsen geplant met bos boomsoorten.
Katzur en Haubold-Rosar (1996) stelden vast dat de activiteit van catalase en de door substraat (glucose) geïnduceerde ademhaling, bepaald in de organische oppervlaktelagen en de bovengrond op verbeterde en boshercultiveerde stortplaatsen, hoger waren in de loofbossen dan in de naaldbossen., In met as behandelde stortplaatsen onder verschillende bosstands van verschillende leeftijd namen de waarden van de catalase-activiteit en de ademhaling bijvoorbeeld in de volgende volgorde toe: Pinus sylvestris (22 jaar) < P. sylvestris (27 jaar) < Quercus rubra-Tilia cordata (31 jaar) < Populus nigra (29 jaar). De accumulatie van C en N was ook de hoogste onder de populierenstandaard en de laagste onder de 22-jarige dennenstandaard.,
Kolk en Hüttl (1996) bepaalden de alkalische fosfatase-activiteit in de mineraallaag van 0-10 cm van jonge (< 5 jaar) stortplaatsen met snelgroeiende populier-en wilgklonen (in de Mijn Welzow-Süd). Bederf percelen niet bedekt met bosgrond (bij de Reichwalde mijn) diende ter vergelijking. Deze controlepercelen bevatten geen steenkool of slechts kleine hoeveelheden steenkoolpoeder.,
De volgorde van alkalische fosfatase-activiteit in de in April 1996 bemonsterde buit was als volgt: controleperceel zonder kool < controleperceel met kleine hoeveelheden kolenpoeder < populierperceel ≈ wilgperceel.
Er is ook vastgesteld dat alkalische fosfatase-activiteit een onvergelijkbaar gevoeliger parameter is voor de karakterisering van bederf dan microbiële biomassa, omdat microbiële biomassa in de relatief sterk fosfatase-actieve 0-10 cm minerale laag van de populier-en wilgpercelen niet meetbaar was, omdat deze zeer klein was.