Albrecht-Thaer-Archiv: Band 5, Heft 5 [Reprint 2022 ed.] 9783112656624

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DEUTSCHE

AKADEMIE

DER L A N D W I R T S C H A F T S W I S S E N S C H A F T E N

ZU

BERLIN

ALBRECHT-THAER-ARCHIV Arbeiten aus den Gebieten Bodenkunde Pflanzenernährung Acker- und Pflanzenbau

Band 5 • Heft 5 1961

A K A D E M I E - V E R L A G

•

B E R L I N

Herausgegeben von der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin Schriftleitung: Prof. Dr. agr. habil. E. PLACHY Redaktion: Dipl.-Landw. R. STUBBE Begründet von der Landwirtschaftlich-Gärtnerischen Fakultät der Humboldt-Universität zu Berlin

Das Albrecht-Thaer-Archiv erscheint in Heften mit einem Umfang von je 5 Druckbogen (80 Seiten). Die innerhalb eines Jahres herausgegebenen 10 Hefte bilden einen Band. Das let2te Heft jedes Bandes enthält Inhalts- und Sachverzeichnis. Der Bezugspreis beträgt DM je Heft. Die Schriftleitung nimmt nur Manuskripte an, deren Gesamtumfang 25 Schreibmaschinenseiten nicht überschreitet und die bisher noch nicht, auch nicht in anderer Form, im In- oder Ausland veröffentlicht wurden. Jeder Arbeit ist ferner eine Zusammenfassung mit den wichtigsten Ergebnissen, wenn möglich auch in russischer und englischer bzw. französischer Sprache, beizufügen. Gegebenenfalls erfolgt die Ubersetzung in der Akademie. Manuskripte sind zu senden an die Schriftleitung, Deutsche Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin, Berlin W 8, Krausenstr. 38— 39. Die Autoren erhalten Fahnen- und Umbruchabzüge mit befristeter Terminstellung. Bei Nichteinhaltung der Termine erteilt die Redaktion Imprimatur. Das Verfügungsrecht über die im Archiv abgedruckten Arbeiten geht ausschließlich an die Deutsche Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin Über. Ein Nachdruck in anderen Zeitschriften oder eine Ubersetzung in andere Sprachen darf nur mit Genehmigung der Akademie erfolget^ Kein Teil dieser Zeitschrift darf in irgendeiner Form — durch Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren — ohne schriftliche Genehmigung der Akademie reproduziert werden. Jeder Autor erhält unentgeltlich 100 Sonderdrucke und ein Honorar von 40,— DM für den Druckbogen. Das Honorar schließt auch die Urheberrechte für das Bildmaterial ein. Dissertationen, auch gekürzte bzw. geändert^, werden nicht honoriert, Verlag: Akademie-Verlag GmbH, Berlin W 8, Leipziger Str. 3 - 4, Fernruf 22 0441, Telex-Nr. 011773, Postscheckkonto: Berlin 35021. Bestellnummer dieses Heftes: 1051/5/5. Veröffentlicht unter der Lizenz-Nummer ZLN 5014 des Ministeriums für Kultur. Herstellung: Druckhaus „Maxim Gorki", Altenburg. All rights reserved (including those of translations into foreign languages). No part of this issue may be reproduced in any form, by photoprint, microfilm or any other means, without written permission from the publishers. Printed in Germany.

DEUTSCHE AKADEMIE DER L A N D W I R T S C H A F T S W I S S E N S C H A F T E N

ZU BERLIN

ALBRECHT-THAER-ARCHIV Arbeiten aus den Gebieten

Bodenkunde Pflanzenernährung Acker- und Pflanzenbau

Schriftleitung: Prof. Dr. agr. habü. E. P L A C H Y

BAND 5 • HEFT 5 1961

AKADEMIE-VERLAG • BERLIN

INHALT LESCH, W.: Untersuchungen zum Kationenumtausch forstlich genutzter Böden. . . 333 PAGEL, H., und Levan CAN: Beitrag zur Kenntnis des Nährstoffhaushalts tropischer Böden der Demokratischen Republik Vietnam ASMUS, F.: Über den Einfluß von Kobalt auf Ertrag und Qualität von Hafer . . .

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R Ü T H E R , H., und U. KOSS: Die verschiedenen Zwischenfruchtformen in ihrer Wirkung auf Bodenzustand und Nachfruchtertrag sowie in ihrer Abhängigkeit von einigen Witterungsfaktoren Autorreferate demnächst erscheinender Arbeiten

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333 Aus dem Institut fUr Forstwissenschaften Eberswalde, Zweigstelle für regionale Standortskunde, der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin (Direktor: Prof. Dr.-Ing. habil. A. RICHTER)

W. LESCH

Untersuchungen zum Kationenumtausch forstlich genutzter Böden Eingegangen: 27. 12. 1960

1. P r o b l e m - u n d A u f g a b e n s t e l l u n g Die steigenden Anforderungen an den Bodenertrag verlangen eine umfassende Kenntnis des Bodens selbst. Entsprechend der besonderen Stellung der Waldböden für die Forstwirtschaft haben hier die Sorptionsverhältnisse eine andere Bedeutung und ein größeres Gewicht als bei landwirtschaftlich genut2ten Böden. Diese Sorptionsverhältnisse zu bestimmen, ist mittels verschiedener Methoden möglich, über deren experimentelle Durchführung im Laufe der letzten Jahrzehnte eine Fülle von Arbeiten veröffentlicht worden ist. Die Ergebnisse der verschiedenen Methoden weichen zum Teil erheblich voneinander ab, so daß sie untereinander nur schwer vergleichbar sind. Für eine Vergleichung verschiedener Forschungsergebnisse wäre es deshalb wünschenswert, die meist gebrauchten Methoden-in einen festen Zusammenhang zu bringen, sofern man sich nicht zu einer einheitlichen Methodik entschließen kann, die dann generell angewendet würde. Die Bestimmung der Sorptionsverhältnisse erfolgt mit den drei Werten T, S und T-S bzw. H. Dabei werden meist nur zwei dieser Werte bestimmt, der dritte errechnet, wofür sich drei Möglichkeiten ergeben, die auch in der Praxis angewandt werden: 1. Aus der Substraktion von T minus H (bestimmt) wird S errechnet. 2. Aus der Substraktion von T minüs S (bestimmt) wird H errechnet und im Gegensatz zu dem bestimmten H-Wert als „T-S" bezeichnet. 3. Aus der Addition von S plus H (bestimmt) wird T errechnet. Die exakte Bestimmung von T ist verhältnismäßig zeitraubend, weshalb im allgemeinen der dritten Möglichkeit zur Erfassung der Sorptionsverhältnisse eines Bodens der Vorzug gegeben wird. Damit kommt der Bestimmung der austauschbaren H-Ionen eine besondere Bedeutung zu. Es hat sich aber gezeigt, daß der Wert H bei seiner Bestimmung im alkalischen Bereich vielfach größer als T-S ist (vgl. SCHACHTSCHABEL und Mitarbeiter, 16). Als Folge davon wird dann der aus der Summe errechnete T-Wert größer als der direkt bestimmte, was erkennen läßt, daß H und T-S nicht ohne weiteres gleichgesetzt werden können. Des weiteren ist man sich noch keineswegs über eine klare Festlegung der austauschbaren bzw. ad- und absorbierten H-Ionen einig. So weist z. B. SCHACHTSCHABEL darauf hin, daß der Boden als Salz einer schwachen Säure bei pH 7 immer noch verfügbare H-Ionen' enthält (14, 15). Den Wendepunkt für die leicht gebundenen H-Ionen nimmt er bei pH 7,5 an, alle H-Ionen seien jedoch erst bei höheren pH-Werten zu erfassen. Andererseits besteht bei alkalischer Reaktion auch die Möglichkeit, daß durch Umsetzung im Boden nicht nur sorbierte, sondern auch fester gebundene H-Ionen in Freiheit gesetzt werden oder saure Gruppen solche Ionen vortäuschen, wodurch sich ein zu hoher Wert für H ergeben würde. MICHAEL und OSSENBURG 13*

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LESCH, Kätioncnumtausch forstlich genutzter Böden

(10) erklären die Erhöhung der Sorptionskapazität durch OH-Ionen als eine Folge des Freimachens besonders fest gebundener H-Ionen, die normalerweise nicht unter den Begriff Sorption fallen. Vorsichtig drücken sich in dieser Hinsicht ALBAN und JÜ-YÜAN YIN (2) mit der Feststellung aus, daß HN4-Acetat mit pH 7,0 von den neutralisierbaren H-Ionen gegenüber BaG a nach MEHLICH mit pH 8,2 nur einen unzureichenden Anteil erfaßt. Nach DI GLERIA (21) sind die chemischen Umwandlungen im Boden mit der Aufnahme oder Abgabe zweier Elementarteilchen, des Protons und des Elektrons, verknüpft, wobei die durch das Proton bedingten protolytischen Reaktionen im Boden eine große Rolle spielen. Die Werte für die Sorptionskapazität können danach nicht als konstante Größen angesehen werden, sondern werden stark von den Bedingungen der Bestimmungsmethoden beeinflußt. Diese Werte spiegeln auch nicht den tatsächlich vorhandenen Zustand wider, sondern erlauben nur Vergleiche untereinander. Besonders gilt dies für den sogenannten T-S-Wert, der den H-Radikalen entsprechen soll. DI GLERIA folgert sogar, daß es falsch ist, von adsorbierten H-Ionen (Hydronium) zu sprechen. Unter dem Einfluß hoher Konzentration von Hydronium-Ionen wie HydroxylIonen werden die Valenzen im Kristall-Gitter zerstört und AI, Fe, Mg und andere Ionen in Freiheit gesetzt. Das Vorkommen größerer Mengen adsorbierter H-Ionen wird auch von TSCHERNOW (22) bezweifelt. Die adsorbierten H-Ionen reagieren verhältnismäßig schnell mit Al-Ionen der festen Phase, der Ton wird dadurch mit adsorbierten Al-Ionen gesättigt und in einen stabileren Zustand versetzt. Dementsprechend teilt GUPTA (6) die vorhandenen H-Ionen in drei Gruppen: 1. Ionisierte H-Ionen mit an einer Elektrode meßbarer Aktivität, 2. Austauschbare H-Ionen, welche durch die Kationen eines austauschenden Salzes meßbar werden und 3. Reserve-H-Ionen, welche in der intermicellaren Lösung nach Neutralisation der ersten in Erscheinung treten. PFEFFER (12) hat auf Grund vergleichender H-Bestimmungen nach verschiedenen Methoden und mit mehreren austauschenden Kationen den Schluß gezogen, daß bei den sehr großen Schwankungen der Ergebnisse mit einem absoluten H-Wert nicht zu rechnen ist, sondern nur eine angenäherte Bestimmung zu erreichen sei. Bedingt ist dies durch die Natur des eintauschenden Stoffes einerseits und durch die Struktur der austauschenden Bodenbestandteile andererseits. Es soll in diesem Zusammenhang nur auf die Arbeiten von LEBEDEW (9) und WEISS (19) hingewiesen werden, die sich mit den Hauptfaktoren der Adsorptionserscheinungen befaßt haben und die erkennen lassen, von wie vielen Faktoren die Bestimmung der Sorptionswerte eines Bodens abhängig ist. Deshalb sollen im folgenden Möglichkeiten gezeigt werden, welche sich für die Praxis bieten, durch geeignete Methoden dieses komplexe Geschehen im Boden näherungsweise zu bestimmen. Für die Bestimmung der Sorptionsverhältnisse der Waldböden sind in den einzelnen Laboratorien die drei anfangs angeführten Bestimmungsmöglichkeiten in Gebrauch. So werden z. B. am hiesigen Institut T und H bestimmt und S errechnet, für die Aufgaben der Standortserkundung aus S und H der Wert T ermittelt. Für rein wissenschaftliche Zwecke ist für T die Methode nach MEHLICH und für S

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die nach KAPPEN im Gebrauch, wobei dann T-S berechnet oder H nach MEHLICH bestimmt werden kann. Zu den unterschiedlichen Verfahren kommen bei den genannten Institutionen noch die verschiedenen Austauschlösungen, wie Bariumacetatlösung mit pH 7,6, Bariumchloridlösung mit pH 8,2 für T und H, Boratlösung mit dem gleichen pH für H und n/10 HCl für die direkte Bestimmung von S. Im Rahmen vergleichender Untersuchungen mit dem Ziel, die Grundlagen zu einer einheitlichen Methode für Bodenuntersuchungen im Rahmen der praktischen forstlichen Standortserkundung in der Deutschen Demokratischen Republik zu liefern, wurden unter Verwendung der drei genannten Analysenmethoden und der verschiedenen Austauschlösungen die o. a. Probleme überprüft. 2. D u r c h f ü h r u n g der V e r s u c h e 2.1 Angewandte Methoden Untersucht wurden zum größten Teil saure Waldböden des Thüringer Gebirges. Für die Bestimmung der Gesamtaustauschkapazität T hat sich die Perkolation als die Methode mit den besten Ergebnissen erwiesen. Es wurden daher zuerst auf dieser Grundlage zwei Methoden verglichen, die Barium bei verschiedenem pH als eintauschendes Kation benutzen, weil es nach dem H-Ion die größte Adsorptionsenergie hat und als bodenfremdes Kation Fehlschlüsse über seine Herkunft vermieden werden. Die eine Methode ist in der Zweigstelle Jena des Instituts für Forstwissenschaften Eberswalde ausgearbeitet worden (s. SPAUSZUS, 17). Als Austauschreagenz dient n/2 Ba-Acetatlösung mit einem pH-Wert von ca. 7,6 (mit Ba(OH) 2 eingestellt). Es wird in einem geschlossenen System perkoliert, wobei nur C0 2 -freie Luft durch ein Natronkalkrohr eintreten kann. Die Abwesenheit von COa erklärt SCHACHTSCHABEL (14) besonders bei Acetaten für notwendig, um eine äquivalente Umsetzung zu gewährleisten. Der Bariumaustausch erfolgt auf Grund der Untersuchungen von SPAUSZUS (17) mit n/10 HCl. Dies gewährleistet eine sichere Bestimmung der gesamten eingetauschten Bariumlösung (s. auch ZADMAR, 20). Die Bestimmung des H-Wertes erfolgt durch elektrometrisches Auftitrieren eines aliquoten Teiles der perkolierten Lösung auf den Ausgangs-pH-Wert. Zur Vergleichung wurde die Austauschlösung nach MEHLICH (8) benutzt. Hier dient als austauschendes Agens n/4 BaCl2-Lösung, die durch Triäthanolamin auf einen pH-Wert von ca. 8,2 gepuffert ist. Da auch diese Lösung als COa-empfindlich gilt, wurde sie in der gleichen Apparatur und in derselben Weise wie die Acetatlösung angewandt, um Differenzen zu vermeiden, die sich aus zusätzlichen Veränderungen ergeben könnten. Die Notwendigkeit gleicher Bedingungen zeigt sich darin, daß bei dem Rückaustausch des Bariums bei MEHLICH mit MgCl 2 -Lösung diese anscheinend nicht immer ausreicht, alles sorbierte Ba wieder auszutauschen, wie folgende Beispiele zeigen: T gefunden, Ba mit n/10 HCl ausgetauscht 25,2 48,1 21,5 mval T gefunden, Ba mit n/5 MgCl 2 ausgetauscht 20,5 37,0 13,7 mval Diese Ergebnisse befinden sich in Übereinstimmung mit den Befunden von SPAUSZUS (17).

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LESCH, Kationenumtausch forstlich genutzter Böden

Zu weiteren Vergleichen wurde für die Bestimmung der H-Ionen die Ausschüttelung mit einem Boratpuffergemisch 1 von pH 8,2 nach ADRIAN (1) benutzt. Für den Wert S und die ausgetauschten Kationen diente die von ADRIAN modifizierte Ausschüttelung 2 mit n/10 HCl nach KAPPEN als Kontrolle. 2.2 Vergleich der T-Werte bei verschiedenem pH der Austauschlösung Unter den angeführten Versuchsbedingungen durchgeführte Vergleichsuntersuchungen ergaben bei einem Teil der Böden für T gleiche Ergebnisse, während sie bei einem anderen Teil für die MEHLICH-Lösung höher lagen. Es zeigte sich aber, daß der pH-Wert des Bodens nicht allein ausschlaggebend, wie es PRATT und HOLOVAYCHECK (13) aus vergleichenden Untersuchungen ähnlicher Art folgerten, sondern auch die Sorptionskraft des Bodens von Einfluß ist. So wurde für sechs Böden mit hoher Sorptionskapazität, deren pH-Werte zwischen 2,65 und 4.3 lagen, mit Ba-Acetatlösung ein mittlerer Wert von 45,2 mval erhalten, während die MEHLICH-Lösung 52,0 mval ergab. Zehn Böden im gleichen pH-Bereich, aber mit geringerer Sorptionskraft, ließen solche Unterschiede nicht erkennen (s. Tabelle 1). Eine Erklärung für dieses unterschiedliche Verhalten kann man vielleicht aus den verschiedenen Reaktionswerten der perkolierten Austauschlösung ableiten. Die Pufferwirkung der Ba-Acetatlösung ist trotz höherer Konzentration geringer als diejenige der MEHLICH-Lösung; die freigewordenen H-Ionen können demnach den pH-Wert der austauschenden Acetatlösung stärker beeinflussen. Weiterhin liegt die Hauptpufferwirkung der Acetatlösung in einem niedrigeren pH-Bereich als diejenige der Lösung nach MEHLICH. Die verschiedene Pufferkraft dieser Lösungen berücksichtigten CECCONI und POLESELLO (4) bei ihrer vorgeschlagenen Schnellmethode, indem sie bei sauren Böden eine mit Triäthanolamin gepufferte BaCl2-Lösung von pH 8,1 und bei neutralen bzw. alkalischen Böden eine Ba-Acetatlösung von pH 7 verwenden. Bei den angeführten sechs „schweren" Böden der Tabelle 1 liegt der pH-Wert der perkolierten Acetatlösungen unter 6,4, während er bei den zehn „leichten" Böden darüber liegt. Die MEHLICH-Lösung zeigt gegenüber diesem starken Rückgang nur einen verhältnismäßig geringen Reaktionsabfall, der bei beiden Gruppen keine deutlichen Unterschiede zu erkennen gibt. 2.3 Einfluß des Bodens auf die Austauschlösung Setzt man die pH-Werte der Perkolationslösungen mit den gefundenen titrierten H-Werten in Beziehung, so ergibt sich bei der Acetatlösung ein deutlicher Zusammenhang in Form einer Kurve. Es ist zu erkennen, daß zunächst geringe Mengen H-Ionen einen steilen Anstieg bedingen und daß dann von pH 6,2—6,3 an eine Verflachung der Kurve einsetzt (s. Abbildung). Die MEHLICH-Lösung weist dagegen von vornherein eine äußerst flache Kurve mit nur geringer pH-Verschiebung bei teilweise starken Streuungen der verbrauchten NaOH-Mengen auf. Diese Schwankungen sind zum Teil eine Folge der Schwierigkeit, die um pH 8 stark gepufferte Lösung nach MEHLICH auf den Ausgangswert mit einem RFT-Gerät 1

s. S. 343 • s. S. 344

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