Albrecht-Thaer-Archiv: Band 5, Heft 4 [Reprint 2022 ed.] 9783112656600

Table of contents :
INHALT
Die serienmäßige komplexometrische Bestimmung von Calcium in Böden und Pflanzenaschen
Zur Bestimmung des pF-Wertes mit der Zentrifuge
Untersuchungen zur substanztypischen Humusextraktion
Mikrobiologische Veränderungen durch unterschiedliche Düngung im Thyrower Bodenfruchtbarkeitsversuch
Erfahrungen und Resultate dreijähriger Domestikationsversuche mit Hummeln (Bombus Latr.)
Über die Verträglichkeit ackerbaulich genutzter Leguminosen
Autorreferate demnächst erscheinender Arbeiten1

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DEUTSCHE AKADEMIE D E R 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 B E R L I N

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

Band 5 • Heft 4 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. P L A C H Y Redaktion: Dipl.-Landw. R. S T U B B E 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 letzte Heft jedes Bandes enthält Inhalts- und Sachverzeichnis. Der Bezugspreis beträgt 5,— D M je Heft. Die Schriftleitung nimmt nur Manuskripte an, deren Gesamtumfang 25 Schreibmaschinenseiten nicht Uberschreitet 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 erfolgen. 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,— D M für den Druckbogen. Das Honorar schließt auch die Urheberrechte für das Bildmaterial ein. Dissertationen, auch gekürzte bzw. geänderte, 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 /5/4. 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 1 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 LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN

ZU B E R L I N

ALBRECHT-THAER-ARCHIV Arbeiten aus den Gebieten

Bodenkunde Pflanzenernährung Acker- und Pflanzenbau

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

BAND 5 • HEFT 4

1961 AKADEMIE-VERLAG • BERLIN

INHALT GÖHLER, F., und M. BECKER: Die serienmäßige komplexometrische Bestimmung von Calcium in Böden und Pflanzenaschen

241

LINDNER, H., und G. GRAUL: Zur Bestimmung des pF-Wertes mit der Zentrifuge 250 GÄTKE, Cl.-R.: Untersuchungen zur substanztypischen Humusextraktion

256

RÜBENSAM, E., und K. STEINBRENNER: Mikrobiologische Veränderungen durch unterschiedliche Düngung im Thyrower Bodenfruchtbarkeitsversuch

266

HOLM, Sv. N., und H. HAAS: Erfahrungen und Resultate dreijähriger Domestikationsversuche mit Hummeln (Bombus Latr.)

282

MÜLLER, P.: Über die Verträglichkeit ackerbaulich genutzter Leguminosen. II. Untersuchungen an den Ernten des Nachbaues von sechsjähriger Brache und sechsjährigen Monokulturen Autorreferate demnächst erscheinender Arbeiten

305 326

241 Aus dem Institut für Gartenbau Großbeeren der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin (Direktor: Prof. Dr. J . R E I N H O L D )

F. GÖHLER und M. BECKER

Die serienmäßige komplexometrische Bestimmung von Calcium in Böden und Pflanzenaschen Eingegangen: 7. 1 1 . i960

Die bisher in der agrikulturchemischen Praxis zur Bestimmung des Calciums vorwiegend angewendeten gravimetrischen und volumetrischen Methoden sind für serienmäßige Bestimmungen infolge des hohen Arbeitsaufwandes und der zahlreichen Fehlerquellen wenig geeignet. In den letzten Jahren wurde deshalb von verschiedenen Seiten daran gearbeitet, die Bestimmung des Calciums flammenphotometrisch oder komplexometrisch durchzuführen. Da die flammenphotometrische Calciumbestimmung mit einem hohen apparativen Aufwand verbunden ist und nicht immer die zu fordernden genauen Ergebnisse brachte, erscheint die komplexometrische Bestimmung als einfach auszuführende Serienmethode besonders geeignet. Der Arbeitsaufwand ist hierbei etwa derselbe wie bei der Flammenphotometrie, die Genauigkeit jedoch in der Regel höher (4). Bisher bestanden jedoch noch auf zwei Gebieten Schwierigkeiten, die eine allgemeine Anwendung der komplexometrischen Calciumbestimmung erschwerten. Es ist erstens die Bestimmung des Endpunktes bei der Titration der Ca-Ionen mit Äthylendiamintetraessigsäure (AeDTA), da bei der meist üblichen Verwendung von Murexid als Indikator ein allmählicher Übergang von rot nach blau erfolgt, der visuell schwer zu beurteilen ist. Die zweite Schwierigkeit besteht in der möglichst rationellen Beseitigung oder Maskierung störender Ionen, von denen bei der Bestimmung in Böden oder Pflanzenaschen vor allem P0 4 3 ", Fe3+, Mn2+, Zn 2+ und Cu2+ eine Rolle spielen. Um den Endpunkt der Titration visuell besser zu erkennen, wird häufig vorgeschlagen, mit anderen Indikatoren zu arbeiten, z. B. Calcon, Fluorescin-Komplexon (3), Murexid + Naphtolgrün (4), Metallphtalein (2, 5) usw. Ebenso führt auch schon ein visueller Vergleich mit einer austitrierten Probe bereits zu besseren Ergebnissen, wozu auch von DÖRR (2) ein einfach herstellbares Kolorimeter vorgeschlagen wird. Die genauesten Ergebnisse sind jedoch durch eine photometrische Endpunktsanzeige zu erwarten, da diese von subjektiven Fehlern weitgehend frei ist. Zu diesem Zweck wurde ein von W A L L R A F (7) vorgeschlagenes Gerät zur optischen Endpunktsbestimmung bei komplexometrischen Titrationen gebaut und auf seine Eignung überprüft. Zur Beseitigung der genannten störenden Kationen wurde die von SCHWARZENBACH (5) vorgeschlagene Anwendung von Maskierungsmitteln ebenfalls einer Prüfung unterzogen. Da diese Kationen in Böden und Pflanzen meist nur in geringen Mengen vorhanden sind, konnte erwartet werden, daß dieses einfache Verfahren zum Erfolg führte. Zur Abtrennung der in den gegebenen Konzentrationen stark störenden Phosphationen erschienen die konventionellen chemischen Verfahren, wie die Fällung als Eisenphosphat (4), Zirkonphosphat (6) usw., für den Serienbetrieb zu arbeitsaufwendig. Es wurde deshalb überprüft, ob durch die Anwendung von Ionenaustauschern ebenfalls eine quantitative Phosphatbeseitigung möglich ist. 17*

242

G Ö H L E R u. B E C K E R , B e s t i m m u n g v o n Calcium in Böden und Pflanzenaschen

T i t r a t i o n der C a l c i u m i o n e n u n t e r V e r w e n d u n g e i n e s Titrierphotometers Die Funktionsweise des Titrierphotometers wurde bereits von WALLRAF (7) beschrieben. Das für uns von einer mechanischen Werkstatt angefertigte Gerät ist in Abbildung 1 dargestellt. Als Lichtquelle dient eine eingebaute 6 V-, 15-W-Glühlampe, wie sie in Mikroskopierleuchten verwendet wird. Der Lichtweg führt über eine Kondensorlinse (Durchmesser 50 mm, F = 75 mm) und eine Irisblende durch ein auswechselbares Metallinterferenzfilter (Zeiss I 62 1 A), dessen maximale Durchlässigkeit bei 620 nm liegt. Diese Wellenlänge entspricht der maximalen Durchlässigkeit der rotgefärbten, nichttitrierten Untersuchungslösung. Die Untersuchungslösung wird in einem hohen 250-ml-Becherglas in den Mittelteil des Gerätes eingesetzt, der auf einen Magnetrührer aufgesetzt wird. Bei der Titration nimmt die Lösung infolge der Aufspaltung des roten Ca-Murexidkomplexes und des freiwerdenden blauen Murexids eine zunehmende Blaufärbung an, wodurch die durch das Interferenzfilter gehende und durch den Ca-Murexidkomplex bedingte rote Strahlung in ihrer Intensität nachläßt. Diese abnehmende Intensität wird mit einem Selenphotoelement und mit Hilfe eines Skalengalvanometers (Fa. Zeiss, Jena) verfolgt. Die Titration ist beendet, sobald die zunächst langsam, am Ende der Titration jedoch schnell zurückwandernde Galvanometerskala stehenbleibt. Die Eichung des Meßgerätes auf einen bestimmten Endpunkt ist dabei nicht erforderlich, sondern das Gerät wird empirisch eingestellt. Über dem Titrierphotometer wurde eine automatische Bürette angeordnet und dadurch der Titriervorgang weiter vereinfacht. Bei der Titration ist stark wechselndes Tageslicht nach Möglichkeit auszuschalten, was durch einen entsprechenden lichtabschirmenden Aufsatz

Abb. 1 : Titrierphotometer nach W A L L R A F (7)

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Abb. 2 : Gesamte Titrieranordnung mit Titrierphotometer, Bürette und Skalengalvanometer

auf den mittleren Geräteteil erreicht wurde. Die gesamte* Titrieranordnung ist aus Abbildung 2 zu ersehen. Sie kann mit Leichtigkeit von einer Person bedient werden. Zur Beurteilung der mit dem Titrierphotometer erzielbaren Genauigkeit wurden je 6 Proben einer CaCl 2 -Lösung mit dem Titrierphotometer und vergleichshalber bei visueller Beurteilung des Endpunktes der Titration mit 0,01 m AeDTA-Lösung titriert. Jede Probe enthielt genau 5,00 mg CaO. Durch Zugabe von 5 ml 10%iger Kalilauge wurde der pH-Wert der Untersuchungslösung auf pH 12 eingestellt. Bei der einfachen Titration wurde eine austitrierte Probe zum Farbvergleich neben die zu titrierende Probe gestellt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt: Tabelle 1 Titration einer Calciumchloridlösung mit dem Titrierphotometer im Vergleich zur visuellen Titration Titrierphotometer Verbrauch an ml 0,01 m AeDTA mg CaO

8,91 ±0,020 5,00

visuelle Titration

8,47 ±0,026 4,75

Demnach waren die an und für sich kleinen Schwankungen bei der gewöhnlichen Titration nur geringfügig größer als bei der Verwendung des Titrierphotometers, jedoch wurden durchschnittlich um 5% zu niedrige Werte gefunden. Ferner zeigte

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GÖHLER u. BECKER, Bestimmung von Calcium in Böden und Pflanzenaschen

es sich, daß sich die Titration bei der Verwendung des Titrierphotometers viel schneller durchführen läßt, da der ständige unsichere visuelle Farbvergleich wegfällt. Die M a s k i e r u n g störender Kationen Bei der Bestimmung des Calciums in Böden und Pflanzen können die als Spurenelemente vorkommenden Kationen Fe3+, Mn2+, Cu2+ und Zn2+ stören. Deshalb wurde zunächst in Vorversuchen der störende Einfluß der genannten Kationen untersucht. Bei Zusatz steigender Mengen Eisen-III-chlorid- bzw. Mangansulfat T Lösungen zu einer Untersuchungslösung, die 5 mg CaO enthielt, wurden folgende Ergebnisse erhalten: Tabelle 2 Störung der Calciumbestimmung durch Fe 3+ - und Mn 2+ -Ionen Zusatz von mg F e 2 0 3

1,0 2,0 3,9

Verbrauch ml 0,01 m A e D T A 8,90 8,88 8,75 8,48

± ± ± ±

0 0,02 0 0,02

mg CaO 4,99 4,98 4,91 4,76

Zusatz von mg Mn

1,3 2,6 3,9

Verbrauch ml 0,01 m A e D T A 8,90 8,80 8,58 17,25

± ± ± ±

0 0,05 0,08 4,75

mg CaO 4,99 4,94 4,81 9,67

Aus der Tabelle 2 geht hervor, daß bei der Titration von 5 mg CaO Eisen- und Mangangehalte über 1 mg deutlich stören. Bei Eisen werden zu niedrige Ergebnisse erhalten. Beim Mangan stört bei den niedrigen Werten zunächst nur der in der alkalischen Lösung ausgeflockte Niederschlag von Manganhydroxyd bzw. Braunstein die Titration, während beim höchsten Zusatz (3,9 mg Mn) überhaupt keine reine Blaufärbung der titrierten Lösung erhalten wurde. Entsprechend einem Hinweis von SCHWARZENBACH (5) war es möglich, die in Böden und Pflanzen maximal auftretenden Eisen- und Manganmengen durch Zusatz von 2,5 ml im Verhältnis 1:10 verdünnter Triäthanolaminlösung zu maskieren. In einer Lösung, die neben 5 mg CaO 5,9 mg Fe 2 0 3 und 1,3 mg Mn enthielt, wurden bei öfacher Wiederholung 8,91 4; 0,04 ml 0,01 m AeDTA verbraucht, was genau 5,00 mg CaO entspricht. In weiteren Vorversuchen zeigte sich, daß schon der Zusatz von 1 mg Cu zu 5 mg CaO die Titration stark stört. Beim Zusatz der Kalilauge bildet sich weißes Kupferhydroxyd. Bei der Titration wird zunächst ein violetter Farbton erreicht, der sich jedoch sofort nach rot zurückbildet. Der Verbrauch von 0,01 m AeDTA lag dabei über 20 ml. Bei Zusatz von 1 mg Zn zu 5 mg CaO verlief die Titration normal, jedoch wurden zu hohe Werte erreicht. Es konnte gezeigt werden, daß durch den Zusatz von 5 ml 4%iger Kaliumcyanidlösung der störende Einfluß von 1 mg Cu und 1 mg Zn mit Sicherheit beseitigt werden kann. Zur Kontrolle beider Verfahren wurde eine Untersuchungslösung, die neben 5 mg CaO 3,9 mg Fe 2 0 3 , 1,3 mg Mn, 1 mg Cu und 1 mg Zn enthielt, in 7facher Wiederholung titriert. Dabei wurden der Lösung zunächst zur Kationenmaskierung 2,5 ml 10%ige Triäthanolaminlösung und 5 ml 4%ige Kaliumcyanidlösung zugesetzt. Erst danach erfolgte der Zusatz von Kalilauge, um den pH-Wert auf etwa 12,0 einzustellen. Es wurden 8,93 ^ 0,04 ml 0,01 m AeDTA titriert, was 5,01 mg CaO entspricht. Somit läßt sich feststellen, daß

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durch die genannten Zusätze wesentlich größere Mengen an Fe, Mn, Cu und Zn maskiert werden können, als üblicherweise in Böden und Pflanzensubstanzen vorkommen. Die Zugabe der Lösungen erfolgte aus Kippipetten, was sich für eine Serienmethode als sehr vorteilhaft und zeitsparend erweist. Die A b t r e n n u n g störender P h o s p h a t i o n e n In Vorversuchen wurde zunächst festgestellt, daß bei der Titration von 5 mg CaO Mengen ab 1 mg P 2 O s die Titration empfindlich stören. Die Störung beruht nach CHENG und BRAY (1) auf der Bildung von schwerlöslichem Calciumphosphat, welches der Titration mit AeDTA nur schwer zugänglich ist. Der Endpunkt der Titration ist infolgedessen schleppend, und erst nach mehrmaliger Titration wird der richtige Wert nur angenähert erreicht. Bei der Verwendung des Titrierphotometers äußerte sich das dadurch, daß die Galvanometerskala bei Unterbrechung der Titration ständig wieder zurückwandert, bzw. daß die Blaufärbung allmählich wieder in rot übergeht. Bei der Abtrennung des Phosphats vom Calcium besteht einmal die Möglichkeit, die Kationen an Kationenaustauscher (H-Form) zu binden, mit Wasser nachzuwaschen und anschließend die gebundenen Kationen mit 7%iger Salzsäure bei 70° C zu eluieren. Diese von KNAPPE und BÖCKEL (3) vorgeschlagene Methode erschien zu arbeitsaufwendig. Nach einigen Voruntersuchungen wurden deshalb Anionenaüstauscher verwendet, wobei sich von geprüften Wofatiten das Wofatit L 150 p. a. am besten eignete. Das Wofatit wurde drei Stunden mit Wasser gequollen und anschließend mit 15%iger Natriumchloridlösung in die ClForm überführt. Das vorbehandelte Wofatit wurde in 30 cm lange Austauschersäulen mit einem Durchmesser von 1,9 cm, am unteren Ende mit Glaswolle verschlossen und mit Glashahn versehen, eingefüllt und mit Wasser gründlich nachgewaschen. 20 der so vorbehandelten Säulen wurden nebeneinander an einem Stativ befestigt, so daß die 20 Säulen bei Serienbestimmungen gleichzeitig benutzt werden können, wodurch eine Arbeitskraft voll ausgelastet ist. Bei allen Bestimmungen wurden je 20 ml Untersuchungslösung (ohne Zusätze von Triäthanolamin, Kaliumcyanid und Kalilauge) auf die Säulen gegeben und bei nur wenig geöffnetem Glashahn langsam durchtropfen gelassen (ca. 1 Tropfen je Sekunde). Anschließend wurden die Säulen mit je 100 ml Wasser bei völlig geöffnetem Hahn nachgewaschen. Durch diese Handhabung ist es möglich, das Phosphat quantitativ von den Kationen zu trennen. Bei den zunächst mit reinen Lösungen durchgeführten Versuchen wurde das zugegebene Calcium im Eluat der Säulen quantitativ wiedergefunden. Dasselbe traf zu, wenn die aus CaCl 2 (5 mg CaO) und K 2 H P 0 4 (5 mg P 2 O s ) bestehende Lösung noch Zusätze von Fe, Mn, Cu und Zn enthielt, wobei die störenden Kationen nach der Abtrennung des Phosphats wie oben beschrieben maskiert wurden. In sechsfacher Wiederholung wurden 8,91 ml 0,01 m AeDTA verbraucht, was 5,00 mg CaO entspricht. Jedoch wurden auch wesentlich größere P 2 O s -Gehalte (über 40 mg P 2 O s ), wie entsprechende Versuche zeigten, quantitativ abgetrennt. Die Versuche zeigten, daß vor allem bei der Untersuchung stark eisenhaltiger Böden keinesfalls die OH-Form des Wofatits L 150 benutzt werden darf. Durch die bei dem Anionenaustausch frei werdenden OH-Ionen wird die ursprünglich saure Untersuchungslösung neutralisiert, so daß vor allem Eisen in der Säule als Hydroxyd

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GÜHLER u. BECKER, Bestimmung von Calcium in Böden und Pflanzenaschen

Abb. 3 : Austauschersäulen

ausfällt und die Säulen dadurch schnell unbrauchbar werden. Hingegen bewährte sich die Cl-Form gut. Die Sorptionskapazität der Wofatitsäulen ist sehr hoch, so daß diese bei reinen Lösungen sehr lange (30- bis 40mal) benutzt werden können. Da bei der Analyse von Böden und Pflanzensubstanz jedoch mit salpetersauren Aschelösungen gearbeitet wird, erschöpfen sich die Säulen infolge der hohen Anionenkonzentration schneller. Es ist daher wesentlich, die zum Aufnehmen der Asche benutzte Säuremenge so niedrig wie möglich zu halten. Nach unseren Erfahrungen sind folgende Einwaagen und Mengen verdünnter Salpetersäure (1 Teil 65%ige Säure -f 2 Teile Wasser) zweckmäßig: Böden:

Einwaage: Säure: Pflanzen: Einwaage: Säure:

5 g lufttrockener Boden (bei stark torfhaltigen Böden 2 g ) 5 ml verdünnte Salpetersäure 2 g Trockensubstanz 2,5 ml verdünnte Salpetersäure

Von der jeweils auf 100 ml aufgefüllten Aschelösung wurden 20 ml zur Titration verwendet. Wenn diese Vorschriften eingehalten werden, müssen die Wofatit-Säulen bei Bodenuntersuchungen nach 4maliger Benutzung, bei Pflanzenuntersuchungen nach 8maliger Benutzung regeneriert werden, was mit 250 ml 15%iger Natriumchloridlösung je Säule sehr einfach durchzuführen ist. Bei der Überprüfung der Methode wurde darauf verzichtet, einen Vergleich mit der bisher im Institut üblichen volumetrischen Methode (Fällung mit Oxalat und Rücktitration des Oxalatüberschusses mit K M n 0 4 ) durchzuführen, da diese in ihrer

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Genauigkeit nicht befriedigte. Statt dessen wurde wie folgt verfahren: Zu einer einheitlichen nach der genannten Vorschrift hergestellten Boden- bzw. Pflanzenaschenlösung wurden steigende Mengen einer CaO-Standardlösung bekannten Gehaltes zugegeben. Die so erhaltenen Lösungen, die alle in Böden oder Pflanzen vorkommenden störenden Ionen enthielten, wurden, wie beschrieben, von Phosphat befreit, die störenden Kationen maskiert und dann mit 0,01 m AeDTA titriert. Bei einem Vergleich zum CaO-Gehalt der reinen Aschelösung zeigte sich, daß die zugegebenen Calciummengen mit hoher Genauigkeit wiedergefunden wurden (Tabelle 3). Da keine größeren Differenzen als 1% der zugegebenen Calciummenge auftraten, kann die Genauigkeit der Methode befriedigen. Der Calciumgehalt der Ausgangslösungen betrug bei der Bodenaschenlösung 1,4 mg Ca0/20 ml, bei der Pflanzenaschenlösung 5,9 mg CaO/1. Tabelle 3 Vergleich zwischen zugegebenen und gefundenen Calciummengen bei Boden- und Pflanzenaschenlösungen (in 8facher Wiederholung) Pflanzenuntersuchung

Bodenuntersuchung Zugabe mg CaO

gefunden mg CaO

Differenz mg

1,00 3,00 5,00

1,00 ± 0,02 2,99 ± 0,02 5,02 ± 0,02

±0 - 0,01 + 0,02

0 0,3 0,4

Zugabe mg CaO

gefunden mg CaO

Differenz mg

1,00 3,00 5,00

1,01 ± 0,01 3,00 ± 0,01 4,97 ± 0,01

± 0,01 ± 0,01 - 0,03

/o 1 0 0,6

Arbeitsvorschrift G e r ä t e : 1. Austauschersäulen aus Glas, 30 cm lang, 1,9 cm Durchmesser, am unteren Ende mit angeschmolzenem Glashahn. Die Säulen werden mit etwas gereinigter Glaswolle und dann bis etwa 5 cm unter dem Rand mit Wofatit L 150 p. a. gefüllt, welches vorher mehrere Stunden in destilliertem Wasser gequollen wird. Regeneration der Säulen: Durch die Säulen läßt man langsam 250 ml 15%ige Natriumchloridlösung laufen und austropfen und spült anschließend mit etwa 300 ml destilliertem Wasser nach. Bei Nichtgebrauch muß das Wofatit feucht bleiben. In diesem Fall füllt man die Säulen bei geschlossenem Hahn mit Wasser. 2. Titrierphotometer nach W A L L R A F (7) 3. Automatische Bürette 25 ml 4. Skalengalvanometer, Fa. Zeiss, Jena 5. Bechergläser, 250 ml, hohe Form R e a g e n z i e n : 1. Verdünnte Salpetersäure (1 Teil Säure + 2 Teile Wasser) 2. Kaliumcyanid, 4%ige Lösung 3. Triäthanolamin, 10%ige Lösung 4. Murexid. 2 g Murexid werden mit 100 g Natriumsulfat verrieben. 6. Komplexon, 0,01 m Lösung. 3,721 gbei80°C über Nacht getrocknetes Komplexon (Dinatriumsalz der Äthylendiamintetraessigsäure) werden zu 1 1 Wasser gelöst.

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GÖHLER u. BECKER, Bestimmung von Calcium in Böden und Pflanzenaschen

5 g lufttrockener Boden (bei stark torfhaltigem Boden 2 g) bzw. 2 g trockene Pflanzensubstanz werden bei 500 bis 600° C verascht. Die Bodenasche wird mit 5 ml, die Pflanzenasche mit 2,5 ml verdünnter Salpetersäure aufgenommen, die Aschelösung filtriert und in 100-ml-Meßkölbchen mit Wasser bis zur Marke aufgefüllt. 20 ml der erhaltenen salpetersauren Aschelösung werden auf die Säulen mit zunächst geschlossenen Glashähnen gegeben. Durch vorsichtiges Öffnen der Hähne läßt man die Lösung langsam austropfen (1 Tropfen pro Sekunde). Wenn keine Lösung mehr durchtropft, wird der Hahn ganz geöffnet und in mehreren Anteilen 100 ml H a O nachgespült. Die gesamte Lösung wird in 250-ml-Bechergläsern aufgefangen, in denen anschließend die Titration erfolgt. Zur Untersuchungslösung werden nacheinander in der angegebenen Reihenfolge aus Kippipetten zugegeben: 5 ml KCN-Lösung 2,5 ml Triäthanolamin-Lösung 5 ml KOH-Lösung Man gibt ca. 0,3 g Indikatorgemisch (Murexid) hinzu, füllt mit Wasser auf annähernd 150 ml auf und titriert bei eingeschaltetem Magnetrührer mit 0,01m Komplexonlösung aus einer automatischen Bürette im Titrationsphotometer bis zur Blaufärbung. Der Endpunkt der Titration wird daran erkannt, daß die Skala des Galvanometers zum Stillstand kommt. Um etwaige Verunreinigungen der verwendeten Chemikalien zu eliminieren, erwies es sich als notwendig, zu jeder Serie einen Blindwert zu bestimmen, der vom Probenwert abgezogen wird. Bei der Untersuchung von Böden sind die Austauschersäulen nach je 4 Durchläufen, bei Pflanzen nach je 8 Durchläufen in der angegebenen Weise zu regenerieren. Berechnung: 1 ml 0,01 m Komplexon-Lösung entspricht 0,5608 mg CaO. Zusammenfassung Es wird eine komplexometrische Methode beschrieben, die zur serienmäßigen Bestimmung von Calcium in Böden und Pflanzensubstanz geeignet ist. Die Endpunktanzeige der Titration erfolgt bei der Verwendung von Murexid als Indikator mit einem Titrierphotometer nach WALLRAF. Störendes Eisen und Mangan werden mit Triäthanolamin, Kupfer und Zink mit Kaliumcyanid maskiert. Die ebenfalls störenden Phosphationen werden in Austauschersäulen an den Anionenaustauscher Wofatit L 150 gebunden (Cl-Form). In Kontrolluntersuchungen wurden keine größeren Abweichungen als 1% ermittelt. Pe3K)Me

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Summary A method for determining the pF-value with the centrifuge is described. A soil sample of 10 g is placed in separating cups filled with glass beads up to a height of 3 cm and centrifuged for 15 minutes. The water content is then determined by drying at 105°C. The suction tension is calculated according to DOLGOW's modified formula.

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

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Literaturverzeichnis DOLGOW, S. J.: Untersuchungen über die Beweglichkeit des Bodenwassers und seiner Zugänglichkeit für die Pflanzen (Russisch). Izdatelstwo akademii nauk SSSR 1948, Moskva-Leningrad LEBEDEW, A. F.: Die Bestimmung der maximalen molekularen Wasserkapazität mit Hilfe der Zentrifuge (Russisch). Pocvovedenie 1927, H. 4 RICHARDS, L. A.: Pressure membrane apparatus construction and use. Agric. Engng. 1947,28,451-454 RODE, A. A.: Das Wasser im Boden (in deutscher Sprache herausgegeben von M. TRENEL). 1959, 340 S., Berlin, Akad.-Verl. SCHOFIELD, R. K.: The pF of the water in soil. Transact. of the 3-d Int. Congr. of Soil Sei. 1935, Vol. II, 3 7 - 4 8 , Oxford SEKERA, F.: Die Strukturanalyse des Bodens. Z. Bodenkde. u. Pflanzenernähr. 1938, 6, 259-288 VETTERLEIN, E.: Über einige Ergebnisse von Saugspannungsmessungen mittels Vakuumkapillarimeter und Druckmembranapparatur. Z. landwirtsch. Versuchs- u. Untersuchungswes. 1959, 5, 340—354

>8 Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

256 Aus dem Institut für Angewandte Bodenkunde und Bodenmelioration der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald (Direktor: Prof. Dr. H. J A N E R T )

CL.-R. G Ä T K E

Untersuchungen zur substanztypischen Humusextraktion Eingegangen: 9. 1 1 . i960

In der substanztypischen Extraktion der Huminsäuren, die im Gegensatz zu den Rotteprodukten (im Rotteprozeß befindliche Anteile des organischen Bodenmaterials) von uns als Humus bezeichnet werden, ist die Grundlage jeglicher quantitativer und qualitativer Humuskennzeichxiung zu sehen. Obwohl zur qualitativen Beurteilung des Humus viele Untersuchungsverfahren publiziert und entsprechende Kennwerte bekannt geworden sind, gehen die Meinungen über das zweckmäßigste Extraktionsverfahren zur Isolierung dieses Bodenmaterials noch immer stark auseinander. Zweifellos liefert die als klassisch zu bezeichnende und im allgemeinen übliche Heißextraktion mittels Natronlauge die höchsten Substanzausbeuten. Ungenügend geklärt ist jedoch die Frage, in welchem Umfang bei einem derartigen Vorgehen neben dem Humus auch Substanzen aus den im Um- und Abbau befindlichen Rotteprodukten herausgelöst und dann in die weitere Untersuchung und damit in die Kennzeichnung des Humus einbezogen werden. Auf diese Möglichkeit hat wohl R. A. G O R T N E R (1) erstmals hingewiesen. K . S I M O N (2,3) brachte zur Vermeidung derartiger Fehler Salze kalkfällender Säuren für die Humusextraktion in Vorschlag. U. S P R I N G E R (4) wies demgegenüber durch vergleichende Extraktion mittels 0,5% N a O H und 1% N a 2 C 2 0 4 nach, das trotz der alkalischen Reaktion der von ihm als Extraktionslösung benutzten 0,5% N a O H die besseren Humusqualitäten durch Natronlauge und nicht durch N a 2 C 2 0 4 isoliert werden. Als Qualitätskriterium diente bei diesen Untersuchungen k S 47 der mit dem PULFRICH-Photometer ermittelte Farbquotient . Die von M k S 61 S I M O N gegen den alkalischen Eingriff bei der Extraktion erhobenen Bedenken schienen damit widerlegt. In den letzten Jahren sind zu dieser Frage jedoch weitere Arbeiten u. a. von E. S C H L I C H T I N G (5), F. S C H E F F E R , B. ULRICH, B. M E Y E R und J . OEHM I C H E N (6) sowie U. S P R I N G E R und J . K L E E (7) publiziert worden, nach denen bei der Isolierung des Humus aus Rohhumusauflagen mittels Natronlauge neben dem Humus u. a. auch Rotteprodukte in Lösung gebracht werden können. Wenig ist jedoch bisher darüber bekannt geworden, in welchem Umfang dies auch bei der Untersuchung von Bodenproben aus ackerbaulich genutzten Böden geschieht. Über unsere zu dieser Frage durchgeführten Untersuchungen soll im folgenden berichtet werden. Wir gingen von der Überlegung aus, daß zwischen verschiedenen zur Kennzeichnung des Humustyps bzw. der Humusqualität vorgeschlagenen Kriterien bzw. kolorimetrischen Kennwerten gesetzmäßige Beziehungen bestehen müssen. (Solche sind vor allem zwischen dem Farbquotienten und der Farbzahl nach U. S P R I N G E R zu erwarten.) Auftretende Abweichungen von dieser Beziehung müßten demnach

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auf Substanzen hinweisen, die bei der Extraktion aus den Rotteprodukten herausgelöst worden sind. Da eine Verschmutzung des Humusextraktes durch gelöste Rotteprodukte vor allem bei einer hohen Alkalität des Extraktionsmittels zu erwarten ist, haben wir für unsere Untersuchungen zunächst 7,5% Na 2 CO s an Stelle der sonst üblichen 0,5—1% NaOH als Extraktionsmittel benutzt. Die Extraktion wurde unseren früheren Untersuchungen entsprechend bei Siedetemperatur ohne Säurevorbehandlung durchgeführt. Den Farbquotienten ermittelten wir in bekannter Weise aus dem Quotienten der mit dem PULFRICH-Photometer gemessenen Extinktionen der Filter S 47 und S 61 und bezeichneten diesen Wert als Farbtonwert (FTW). Zur Messung wurden die Humusextrakte nicht zusätzlich alkalisiert, weil durch die puffernde Eigenschaft des Extraktionsmittels reproduzierbare Meßwerte gewährleistet sind. Die auf die Humuskonzentration (58% C im Humus) bezogene Farbintensität des Humusextraktes bestimmten wir nach einem bisher noch nicht publizierten Verfahren, durch das diese Eigenschaft des Humus in absoluter Weise gekennzeichnet wird. Den Kennwert dieses Verfahrens bezeichneten wir als Farbwert (FW). Er entspricht etwa dem Kriterium, das mittels der Farbzahl erfaßt wird. Auf die Methodik dieses Verfahrens kann im einzelnen hier nicht eingegangen werden; zum Verständnis sei jedoch ausgeführt, daß im Spektralbereich 620 nm die Extinktion des Humusextraktes und die des mit K 2 Cr 2 0 7 in schwefelsaurer Lösung oxydierten gleichen Extraktes (8) ermittelt wird. Der Farbwert errechnet sich dann aus: Extinktion des Humusextraktes bei 620 nm Extinktion des oxydierten Extraktes bei 620 nm Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der Abbildung graphisch dargestellt. Erwartungsgemäß entsprechen niedrigen Farbtonwerten hohe Farbwerte bzw. hohen Farbtonwerten niedrige Farbwerte. Zwischen dem Farbtonwert und dem Farbwert besteht eine indirekte Proportionalität, die sich graphisch der Formel FTW =

24 24 + 2,42 bzw. FW = FW ' ' FTW - 2,42

als Hyperbelast zeigt. Auf Grund der geringen Streuung der Meßwerte um die mathematisch formulierte Kurve nahmen wir an, daß bei der Isolierung des Humus aus Ackerböden mittels 7,5% Na 2 C0 3 keine wesentliche Verschmutzung des Humus durch gelöste Rotteprodukte erfolgt. Derartige Substanzen, denen eine geringe Eigenfärbung bei relativ hohem Kohlenstoffgehalt zuzuschreiben ist, hätten einen von dieser Beziehung abweichenden Farbwert zeigen müssen. In den in der Abbildung dargestellten Untersuchungsergebnissen sehen wir weiterhin eine Bestätigung unserer bereits früher (9) mitgeteilten Auffassung, wonach die Gliederung des Humus in Grau- und Braunhuminsäure, in zwei wesentlich verschiedene Humustypen, für den Humus nicht typisch und damit nicht richtig ist. Auf Grund der guten mathematischen Beziehung zwischen dem Farbwert, in dem der Kohlenstoffgehalt des Humus als Größe enthalten ist, und dem Farbtonwert kann aus letzterem unter Zugrundelegung von 58% C im Humus dessen Quantität

258

GÄTKE, Untersuchungen zur substanztypischen Humusextraktion

5H .V-" •.v ••

£ Farbwert

E-Humusextrakt 620nm E - Oxydationsgemisch 620nm

Abb. 1

direkt errechnet werden. Solche Bestimmungen haben wir beim derzeitigen Stand unserer Untersuchungen mit gutem Erfolg durchgeführt. Später durchgeführte Untersuchungen, durch die u. a. der Einfluß des mineralisch gebundenen Humus auf die Stabilität von Bodenkrümeln gegenüber Wasser geklärt werden sollte, widerlegten jedoch unsere Ansicht, daß durch die Heißextraktion mittels 7,5% Na 2 C0 3 keine Rotteprodukte in wesentlichen Mengen bei der Humusextraktion aus Ackerböden isoliert werden. Zur Kennzeichnung des mineralisch gebundenen Humus konnten wir den Humus des Bodens nicht in der bei uns üblichen Weise mit 7,5% Na 2 C0 3 extrahieren, weil dieser durch die Na+-Konzentration ausgesalzen worden wäre. Außerdem hatten methodische Vorversuche ergeben, daß der in mineralischer Bindung vorliegende Humus durch alkalische Reaktion und Siedetemperatur in der aus Tabelle 1 erTabelle 1 Alkalität des Extraktes

in keiner mineralischen Bindung vorliegender Humus in Prozent

29

38

32

45

OH

39

57

n Na OH 100

40

57

¿NaOH

53

75

¿NaOH

55

75

ohne zusätzliches NaOH n •Na OH

1ÖÖÖ n

J 200•Na

a 1 h bei Zimmertemperatur nachbehandelt b 1 h bei Siedetemperatur nachbehandelt

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259

sichtlichen Weise vom Tonkern abgespalten wird. Bei diesen Versuchen wurde Bodenmaterial einer Schwarzerde zur Entfernung aller Basen mit — HLSO. bei 8 100 2 4 Zimmertemperatur erschöpfend entbast, die Säure anschließend mit destilliertem Wasser an der Zentrifuge weitgehend ausgewaschen und mittels destillierten Wassers n eine Bodensuspension hergestellt. Diese wurde bei Zimmertemperatur mittels j^Q N a O H bis etwa pH 8,5 alkalisiert. Bei diesem Vorgehen erreichen wir unter Benutzung einer Schüttelapparatur (30 min Schüttelzeit) eine vorzügliche Dispergierung der Bodenkolloide. Spezielle Versuche zeigten, daß auf diese Weise eine erschöpfende Humusextraktion möglich ist. Aus dem so aufbereiteten Humusextrakt wurden der Sandanteil und die Rotteprodukte an der Zentrifuge entfernt, von dem Extrakt je 100 cm 3 in 18 Erlenmeyerkolben getan und in der aus der Tabelle 1 ersichtlichen Weise durch Zugabe von N a O H unterschiedlicher Alkalität und Temperatur ausgesetzt. Anschließend an diese differenzierte Behandlung wurde der noch in mineralischer Bindung vorliegende Humus aus den Extrakten mittels N a 2 S 0 4 in der früher beschriebenen Weise (9) ausgesalzen und aus dem Extrakt entfernt. Die Ergebnisse dieses Versuches lassen eindeutig erkennen, daß bei geringer Alkalität des Extraktionsmittels der mineralisch gebundene Humus weitgehend als TonHumus-Komplex am Tonkern verbleibt. Durch Erhöhung der alkalischen Reaktion wird dieser jedoch entsprechend der Alkalität der Extraktionslösung vom Tonkern abgespalten. Eine derartige Wirkung wurde für die Extraktion bei Siedetemperatur auch beobachtet. Bei dem bereits angeführten Untersuchungsvorhaben wurde zur differenzierten Kennzeichnung des Humus deshalb die Extraktion mittels 7,5% Na 2 CO s bei Siedetemperatur und parallel dazu in der beschriebenen schonenden Weise vorgenommen. Die Untersuchungswerte sind aus der Tabelle 2 zu ersehen. (Da die Bodenproben unterschiedlichen Horizonten entnommen wurden, können die auf 58% C berechneten quantitativen Werte für die angeführten Bodentypen nicht kennzeichnend sein.) Die quantitativen Untersuchungswerte ergeben, daß durch Na 2 CO s -Heißextraktion etwa 50—60% des unbelebten organischen Bodenmaterials isoliert werden. Durch die schonende Extraktion wird demgegenüber anscheinend eine wesentlich geringere Humusmenge peptisiert. Hieraus könnte gefolgert werden, wie es bereits verschiedentlich für die Extraktion mittels N a 4 P 2 0 7 geschehen ist, daß eine quantitative und gleichzeitig schonende Humusextraktion nicht möglich ist. Die in den Spalten 6 und 7 der Tabelle 2 angeführten qualitativen Untersuchungswerte können diese Ansicht jedoch nicht bestätigen. Es ist offensichtlich, daß durch die schonende Extraktion Humus isoliert wird, der auf Grund seiner Färb- und Farbtonwerte der sogenannten Grauhuminsäure nahesteht und somit in qualitativer Hinsicht als hochwertig anzusprechen ist. Die Farbtonwerte lassen keine Differenzierung des Humus in die üblichen Humustypen erkennen, wie es nach der Heißextraktion mittels 7,5% N a 2 C 0 3 (Spalte 6) durchaus gegeben ist. Die Ursache des anscheinend geringeren Extraktionserfolges durch die angewandte schonende Extraktion läßt sich zwanglos über die Farbwerte erklären, die gegenüber der Na 2 C0 3 -Extraktion fast verdoppelt sind. Offensichtlich werden mittels N a 2 C 0 3 bei Siedetemperatur neben

260

GÄTKE, Untersuchungen zur substanztypischen Humusextraktion

Tabelle 2 1

2

3

4

5

Schwarzerde

6

3,08 100%

1,55 51%

Braunerde

6

1,43 100%

0,81 57%

Degr. Braunerde

6

2,40 100%

1,43 60%

Gartenerde

6

3,09 100%

1,53 50%

0,86 28% 100% 0,38 27% 100% 0,99 41% 100% 0,68 22% 100%

1 2 3 4 5 6 7

6

7

FTW

FW

FTW

FW

0,47

2,8

4,1

2,7

6,7

55% 0,28

3,1

2,5

2,7

4,4

74% 0,85

3,2

2,5

2,7

4,9

86% 0,49

3,6

2,7

2,8

4,9

72%

Zahl der untersuchten Böden Organisches Bodenmaterial in Prozent durch 7,5% Na 2 CO a extrahierbares organisches Bodenmaterial durch schonende Extraktion isolierbares organisches Bodenmaterial in keiner mineralischen Bindung vorliegendes organisches Bodenmaterial in 4 qualitative Untersuchungswerte von 3 qualitative Untersuchungswerte von 4

dem Humus auch Substanzen rötlichbrauner Färbung geringer Farbintensität aus den Rotteprodukten in Lösung gebracht, die den sogenannten Humoligninen entsprechen könnten und den Rotteprodukten zugeordnet werden müßten. Eine gesetzmäßige Beziehung zwischen den bei schonender Extraktion ermittelten Farbton- und Farbwerten, wie sie für die Humuswerte der Na 2 C0 3 -Heißextraktion gegeben war, konnte bisher nicht erkannt werden. Die Farbtonwerte durch schonende Extraktion aufbereiteter Humusextrakte liegen im allgemeinen zwischen 2,6 und 2,9, die Farbwerte zwischen 4,5 und 7,5. Die quantitativen Werte der Spalte 5 in der Tabelle 2 bestätigen die Auffassung, daß sich in den Schwarzerden ein besonders hoher Prozentsatz des Humus in mineralischer Bindung befindet. Von besonderem Interesse war für uns die Frage, ob sich zwischen dem in mineralischer Bindung vorliegenden und dem nicht mineralisch gebundenen Humus Qualitätsunterschiede nachweisen lassen, wie es auf Grund der vorhandenen Literatur zu erwarten ist. Die Ergebnisse dieser Prüfung sind in der Tabelle 3 angeführt. Die schonende Extraktion wurde in der beschriebenen Weise durchgeführt, der mineralisch gebundene Humus durch Aussalzen vom mineralisch nicht gebundenen Humus getrennt und von ersterem der abspaltbare Humus mittels 0,5% NaOH bei Siedetemperatur vom Tonkern abgespalten. Durch abermaliges Aussalzen wurde dann der Tonkern, an dem nach dieser Behandlung nur noch geringe Humusmengen fest gebunden sind, vom abgespaltenen Humus getrennt. Zur Erzielung vergleichbarer Meßwerte wurde der mineralisch nicht gebundene Humus zur Messung mittels NaOH dem abgespaltenen Humus in der Alkalität angeglichen. Aus den Farbtonwerten läßt sich kein qualitativer Unterschied zwischen dem mineralisch gebundenen und dem nicht mineralisch gebundenen Humus nachweisen. Dies ist auch mit Hilfe der Farbwerte nicht der Fall, die gegenüber dem nicht mine-

261

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Tabelle 3 Prozent a

Farbtonwert

Humus b

c

b

1,28 0,12 2,6 1,44 0,83 0,44 0,35 2,7 0,82 0,44 0,34 2,7 0,89 0,51 0,35 2,7 0,50 0,32 2,7 0,91 0,83 0,46 0,29 2,6 0,65 0,19 0,46 2,9 0,06 2,6 0,45 0,39 a schonend extrahierter Humus b Humus nicht mineralisch gebunden c Humus aus mineralischer Bindung abgespalten

Farbwert

c

b

c

2,8 2,5 2,6 2,7 2,6 2,7 2,9 2,7

6,2 6,4 6.3 6,0 6,0 6,4 3,1 4,3

4,8 6,4 5,9 4,0 6,3 5,7 4,1 3,6

raiisch gebundenen Humus sogar vielfach einen Rückgang zeigen. Ein Qualitätsunterschied darf hieraus jedoch keinesfalls abgeleitet werden. Die Ursache dieser geringeren Farbwerte ist wahrscheinlich untersuchungsmethodisch bedingt, indem bei der ersten Aussalzung neben dem mineralisch gebundenen Humus auch einige in der Suspension verbliebene Rotteprodukte erfaßt worden sind. Grundsätzlich darf aus diesem Versuch gefolgert werden, daß sich die Humusqualität des mineralisch gebundenen Humus von dem in keiner derartigen Bindung vorliegenden nicht unterscheidet. Der hohe Anteil des mineralisch gebundenen Humus in den Schwarzerden kann demnach nicht nur auf die Humusqualität dieser Bodenbildungen zurückgeführt werden. Der beschriebene Versuch läßt weiterhin Vermutungen zur Klärung der Natur der sogenannten Humine und der Humuskohle zu. Über diese Substanzen, die erstmals von J. J. BERZELIUS (10) und C. SPRENGEL (11) beschrieben wurden, sind uns keine weiteren Untersuchungen bekannt. Während die Humine nach F. SCHEFFER (12) in heißer NaOH löslich sind, ist dies für die Humuskohle nicht der Fall. Auf Grund unserer Untersuchungsergebnisse könnten die Humine als ein Teil des mineralisch gebundenen Humus und die Humuskohle als Tonkerne mit unter den gegebenen Bedingungen nicht mehr abspaltbarem Humus gedeutet werden. Es ist im allgemeinen üblich, die Humusextrakte durch Säureumfällung von Humusbegleitstoffen zu reinigen. Der durch ein derartiges Vorgehen zu erwartende Reinigungseifekt ist aus der Tabelle 4 zu erkennen. Die Rohextrakte wurden für diesen Versuch durch Direktextraktion mittels 7,5% Na 2 C0 3 bei Siedetemperatur gewonnen. Die Ergebnisse zeigen, daß schon mit der ersten Fällung die Reinigungswirkung im wesentlichen abgeschlossen ist. Wie unzureichend ein derartiges Vorgehen zur Isolierung substanztypischen Humus jedoch ist, zeigen die Farbton- und Farbwerte des auf diese Weise „gereinigten" Humus. Der Einfluß des Alkalität des Extraktionsmittels und der Extraktionstemperatur auf die Isolierung von Rotteprodukten bei der Humusextraktion ist mit besonderer Deutlichkeit aus der Tabelle 5 ersichtlich In der Tabelle 5 sind die Daten eines zur Orientierung durchgeführten Modellversuchs angeführt. Das Haferstroh und die Graswurzeln wurden in der aus der Tabelle ersichtlichen Weise behandelt und abschließend von den Lösungen ge-

262

GÄTKE, Untersuchungen zur substanztypischen Humusextraktion

Tabelle 4 Farbtonwert

Farbwert 1

Schwarzerde E. Schwarzerde 21 Schwarzerde 5 Ladebow 12 Ziese Jena IIa Saalfeld Boltenhagen 5 Voigtsdorf

6,9 4,6 3,4 2,6 3,1 2,0 1,8 1,6 1,4 1,6

7,6 8,0 5,2 3,5 4,4 3,0 2,7 2,5 2,7 2,4

2 3 Umfällung 7,1 7,9 5,3 3,5 4,5 3,1 2,7 2,6 2,9 2,6

7,7 8,1 5,2 3,7 4,6 3,2 2,9 2,7 2,9 2,5

1

4

2,7 2,7 2,9 3,6 2,9 3,7 3,7 3,8 3,0 3,7

7,6 8,1 5,4 3,6 4,5 3,1 2,8 2,7 2,9 2,5

3 2 Umfällung

2,6 2,6 2,8 3,5 3,8 3,5 3,5 3,4 3,9 3,4

2,6 2,6 2,8 3,4 2,7 3,3 3,4 3,4 3,3 3,3

4

2,5 2,5 2,7 3,3 2,6 3,3 3,4 3,3 3,2 3,4

2,6 2,6 2,8 3,3 2,7 3,3 3,4 3,4 3,2 3,4

trennt. Entsprechend der Konzentration des Extraktionsmittels und der Extraktionstemperatur waren die Lösungen dann blaß-gelb bis rot-braun gefärbt. Mittels Säure ließ sich ein Teil der aus dem Haferstroh und den Wurzeln gelösten Substanzen fällen. Das nicht Fällbare, bei der Humusextraktion aus Böden als Fulvosäuren bezeichnet, wurde verworfen, der Kohlenstoffgehalt der gefällten Substanzen nach eingeschalteter Säureumfällung ermittelt und quantitativ unter Zugrundelegung von 58% Kohlenstoff als „Humus" in Prozent der Substanzeinwaage angegeben. Dieser Modellversuch unterstreicht die bisher mit Hilfe der Farbton- und Farbwerte bei unseren Versuchen gefundene Verschmutzungsmöglichkeit des Humusextraktes bei den im allgemeinen üblichen Extraktionsbedingungen. Der ohne Parallelen durchgeführte Versuch läßt ebenfalls deutlich erkennen, daß die Herauslösung organischer Substanzen aus den Rotteprodukten durch höhere Extraktionstemperaturen wesentlich gefördert wird. Aus den hier vorgelegten Untersuchungsergebnissen, die den vor allem von Py. SIMON vertretenen Standpunkt bestätigen, darf gefolgert werden, daß es zur Tabelle 5 Säurefällbare Hydrolyseprodukte (in Prozent „Humus")

Extraktionsmittel

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

7,5% N a 2 C 0 3 0,3% Na 4 P 2 0 7 0,6% N a 4 P 2 0 7 1,2% Na4P207 0 , 1 % NaOH 0,25%NaOH 0,5% NaOH

a = frisches Haferstroh b = Graswurzeln

Extraktion 1 Stunde 24 Stunden bei Zimmertemperatur bei Siedetemperatur b a b a 0,17 0,02 0,31 0,00 0,60 1,24 2,52

0,00 —

0,11 0,10 0,00 0,55 0,88

5,00 1,50 1,86 1,54 4,60 7,90 9,60

1,20 —

0,14 0,22 1,10 2,52 2,72

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Isolierung substanztypischen Humus nicht statthaft ist, die Extraktion des Humus unter Verwendung der üblichen Natronlaugekonzentrationen bei Siedetemperatur vorzunehmen. Bei einem derartigen Vorgehen würden unkontrollierbare Anteile aus den Rotteprodukten herausgelöst werden und den Humusextrakt verschmutzen. Eine nachträgliche Reinigung des Extraktes von diesen Substanzen ist durch Säure umfällung nur unzureichend möglich. Dies gilt nicht nur für die Aufbereitung von Bodenproben vorwiegend organischer Bildungen, sondern in gleichem Maße auch für Proben in Ackernutzung befindlicher Mineralböden. Während durch die von uns angewandte schonende Extraktion Humus peptisiert wird, der sich hinsichtlich seiner Qualität kaum durch die bisher üblichen Farbeigenschaft in Humustypen differenzieren läßt, ist dies nach der vorliegenden Literatur (13) durch schonende Extraktion mittels Na 2 C 2 0 4 nach K. SIMON durchaus möglich. Die Ursache für diese sich anscheinend widersprechenden Untersuchungsergebnisse läßt sich dadurch erklären, daß beim Vorgehen nach K. SIMON der mineralisch gebundene Humus in nur unzureichender Weise vom Tonkern abgespalten werden kann. Damit werden Ton-Humus-Komplexe durch die zu geringe Na+-Konzentration der Extraktionslösung in die Humuskennzeichnung einbezogen, was nach unseren Untersuchungen (9) zu einer für den Humus nicht substanztypischen Verkleinerung des Farbtonwertes führt. Andererseits ist es nicht ausgeschlossen, daß während der relativ langen Extraktionszeit, die auch aus anderen Gründen nicht statthaft ist, aus weitgehend verrotteten Substanzen durch Na 2 C 2 0 4 organisches Material herausgelöst und der Farbtonwert in ebenfalls nicht substanztypischer Weise vergrößert wird. Die vorliegenden Untersuchungsergebnisse zeigen deutlich, daß die Isolierung substanztypischen Humus mittels neutraler bis schwach alkalischer Extraktionslösungen vorgenommen und eine kurze Extraktionsdauer angestrebt werden muß. Wenn mit der im allgemeinen üblichen Humusextraktion bei höherer Alkalität und Siedetemperatur dennoch typische Kennwerte erhalten wurden, so dürften diese für das organische Bodenmaterial in seiner Gesamtheit und für die jeweiligen Standortsbedingungen typisch sein, nicht aber für den zu kennzeichnenden Humus. Zusammenfassung Extraktionsversuche mittels 7,5% Na 2 C0 3 bei Siedetemperatur ergaben eine mathematisch formulierbare Beziehung zwischen dem Farbtonwert und der Farbintensität des Humusextraktes. Als Ton-Humus-Komplex in mineralischer Bindung vorliegender Humus kann im alkalischen Medium bei Siedetemperatur vom Tonkern weitgehend abgespalten werden. Während durch die Extraktion mittels 7,5% Na 2 CO s bei Siedetemperatur neben dem Humus auch Rotteprodukte isoliert werden, ist dies durch die angewandte schonende Extraktion nicht wahrscheinlich. Die nach schonender Extraktion gemessenen Farbtonwerte lassen eine Differenzierung des Humus in Farbtypen nicht zu. Unterschiede im Farbtonwert konnten für den mineralisch nicht gebundenen und für den in mineralischer Bindung als Ton-Humus-Komplex gebundenen Humus nicht nachgewiesen werden.

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GÄTKE, Untersuchungen zur substanztypischen Humusextraktion

D u r c h Säureumfällung kann ein während der Extraktion durch Rotteprodukte verschmutzter Humusextrakt nur unzureichend gereinigt werden. Zur Vermeidung einer durch Säurefällung nachträglich nicht wieder zu beseitigenden Verschmutzung des Humusextraktes durch Rottesubstanzen ist die Isolierung des H u m u s mittels neutraler bis schwach alkalischer Extraktionslösungen bei Zimmertemperatur durchzuführen und eine kurze Extraktionsdauer anzustreben. Pe3iOMe

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epOK.

Summary Extraction experiments by means of 7,5% Na 2 CO a at boiling temperature yielded a mathematically expressible relationship between the colour value and the colour intensity of the humus extract. H u m u s available as clay-humus-complex in a mineral fixation can be largely cleaved off f r o m the clay nucleus in an alkaline medium at boiling temperature. Whereas by an extraction with 7,5% N a 2 C 0 3 at boiling temperature not only humus but also decayed products are isolated, this is probably not the case by the applied careful extraction. The colour values measured after the careful extraction do not enable the humus to be differentiated into colour types. The humus without mineral fixation and that available as clay-humus-complex in a mineral fixation did not show any differences in the colour value. A humus extract contaminated during extraction by decayed products is but insufficiently cleaned by acid precipitation.

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, H e f t 4, 1961

265

In order to prevent a contamination of the humus extract by decayed substances, which can no more be removed by acid precipitation, the humus should be isolated by means of neutral to weakly alkaline extraction solutions at room temperature. A short duration of extraction is desirable. Literaturverzeichnis 1. G O R T N E R , R. A . : The organic matter of the soil. Soil Sei. 1916, 2 2. S I M O N , K . : Uber die Herstellung von Humusextrakten mit neutralen Mitteln. Z. Pflanzenemähr., Düng., Bodenkde. 1929, A 14 3. S I M O N , K . : Über die Vermeidung alkalischer Wirkung bei der Darstellung und Reinigung von Huminsäuren. Z. Pflanzenernähr., Düng., Bodenkde. 1930, A 18 4. S P R I N G E R , U.: Der heutige Stand der Humusuntersuchungsmethodik unter besonderer Berücksichtigung der Trennung, Bestimmung und Charakterisierung der H u m i n säuret ypen und ihre A n w e n d u n g auf charakteristische Humusformen. Z. Bodenkde u. Pflanzenernähr. 1938, 6 5. S C H L I C H T I N G , E . : Zur Kenntnis des Heidehumus. Z. Pflanzenernähr., Düng., B o d e n k d e . 1953, 61 6. S C H E F F E R , F., U L R I C H , B., M E Y E R , B., u. J. O E H M I C H E N : NatronlaugeExtraktion von Modellsubstanzen und Waldhumusformen. Ein Beitrag zur Frage der Huminsäureextraktion. Z. Pflanzenernähr., Düng., Bodenkde. 1956, 74 7. S P R I N G E R , U., und J. K L E E : Die Charakterisierung und Unterscheidung von Waldhumusformen mittels der Natronlauge- und Natriumphosphat-Extraktion und der StickstofF-Fraktionierung. Z. Pflanzenernähr., Düng., Bodenkde. 1958, 80 8. G Ä T K E , CL.-R.: Untersuchungen über eine kolorimetrische Methode zur H u m u s gehaltbestimmung in Bodenproben und Humusextrakten. Wiss. Z. Univ. Greifswald, math.-naturwiss. R., 1953/54, 3 9. G Ä T K E , CL.-R.: Grau- oder Braunhuminsäure? Ein Beitrag zur E r k e n n u n g und Charakterisierung der Huminsäuretypen. Wiss. Z. Univ. Greifswald, math.-naturwiss. R., 1953/54, 3 10. B E R Z E L I U S , J. J . : Lehrbuch der Chemie. 1839, 3. Aufl., Dresden 11. S P R E N G E L , C.: Über Pflanzenhumus, Humussäure und huminsaure Salze. Kastners Arch. ges. Natürl. 1826, 8 12. S C H E F F E R , F.: Agrikulturchemie. T e i l C : H u m u s und H u m u s d ü n g u n g . 1941, Stuttgart, Verl. Ferdinand Enke 13. H O C K , A . : Beziehungen zwischen Konzentration und Farbwerten von Huminsäurelösungen. Z. Bodenkde. u. Pflanzenernähr. 1938, 7

266 Aus dem Institut für Acker- und Pflanzenbau Miincheberg der Deutschen Akademie der Landwirtschaftswissenschaften zu Berlin (Direktor: Prof. Dr. agr. habil. E . R Ü B E N S A M )

E. R Ü B E N S A M und K . S T E I N B R E N N E R

Mikrobiologische Veränderungen durch unterschiedliche Düngung im Thyrower Bodenfruchtbarkeitsversuch Eingegangen: 31. iz. i960

Im Jahre 1937 sind durch O P I T Z in der zum Institut für Acker- und Pflanzenbau der Humboldt-Universität gehörenden Versuchsstation Thyrow mehrere Versuche mit grundsätzlicher Fragestellung, darunter auch der Bodenfruchtbarkeitsversuch, angelegt und seitdem in möglichst gleichbleibender Weise behandelt worden. Eine genaue Beschreibung des Standortes und die Mitteilung über erste Ergebnisse des Bodenfruchtbarkeitsversuches sind durch O P I T Z (11) erfolgt. B A U M A N N (3) hat die Ernteergebnisse der ersten 16 Jahre zusammenfassend dargestellt, und eingehende chemische Untersuchungen der Versuchsparzellen sind in den letzten Jahren durch J A H N (6) vorgenommen worden. Nach nunmehr 29jähriger Versuchsdauer haben wir die durch unterschiedliche mineralische und organische Düngung bedingten mikrobiologischen Veränderungen untersucht. Aus der Literatur liegen über den Einfluß der Düngung auf die Bodenlebewesen widersprechende Ergebnisse vor. M Ü L L E R (8), HULPOI und G L A T H E (5) und W L A S J U K , D O B R O T W O R S K A J A und O L E I N I K (14) berichten über eine bodenbakteriologisch fördernde Wirkung der organischen Düngung. Nach E N G E L (4), J E R M O L J E W A (7) und N O W O G R U D S K I (10) erhöht auch die mineralische Düngung den Keimgehalt der Bakterien. S A U E R L A N D T und MARZUSCHT R A P P M A N N (12) haben eine Erhöhung der Besiedelungsdichte der Enchytraeiden nach Stallmistanwendung festgestellt. Die Keimzahl der Pilze ist nach Untersuchungen von M Ü L L E R (8) durch mineralische Düngemittel nicht, durch Stalldung signifikant negativ beeinflußt worden. Über eine negative Wirkung der mineralischen Düngemittel berichten B A R T H E L (2), H U L P O I und G L A T H E (5) und W I L S O N und S T A R K E R (13). Viele dieser Untersuchungen sind nach einmaliger Anwendung der Düngemittel bzw. in einjährigen Versuchen vorgenommen worden. Zweifellos wird die Wirkung bei wiederholter Anwendung, wie dies für den Thyrower Bodenfruchtbarkeitsversuch zutrifft, erhöht, obgleich dann in solchen Versuchen nicht streng zwischen der reinen Wirkung der Düngemittel und der durch die Düngung hervorgerufenen größeren Pflanzenrückstände unterschieden werden kann. Methodisches Aus dem Bodenfruchtbarkeitsversuch wurden die folgenden 4 Varianten untersucht : I. ungedüngt ab 1937 II. NPKCa III. NPKCa + 300 dt/ha Stallmist IV. NPKCa + 600 dt/ha Stallmist

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, H e f t 4, 1961

267

Um Wiederholungen zu vermeiden, werden in den Tabellen für die Varianten die Zahlen I—IV angeführt. Von 1937 bis 1954 wurden Kartoffeln und Sommergerste im jährlichen Wechsel angebaut. Seit 1955 lautet die Fruchtfolge: Kartoffeln-Sommerrroggen-Winterroggen. Die mineralische Düngung, außer Kalk, erfolgt jährlich, die Stallmistdüngung nur zu Kartoffeln. Die letzte Stallmistgabe ist 1958 verabreicht worden. Wir untersuchten die folgenden biologischen Faktoren 3 Wochen während des Sommers (Juni) und außerdem 5 Wochen im Herbst (Ende August bis Anfang Oktober 1960): Sommerversuch 1. 2. 3. 4. 5.

Gesamtkeimzahl an Bakterien Eiweißzersetzer Stickstoffbinder Nitratbildner Bodenpilze

6. Besiedelungsdichte der Collembolen 7. Prozentuale Zusammensetzung der Collembolenfauna 8. Besiedelungsdichte der Milben

Herbstversuch: 1. Gesamtkeimzahl an Bakterien 2. Eiweißzersetzer 3. Stickstoffbinder 4. Nitratbildner 5. Zellulosezersetzer 6. Actinomyceten 7. Bodenpilze

8. prozentuale Häufigkeit der Pilzgattungen 9. Besiedelungsdichte der Collembolen 10. prozentuale Häufigkeit der Collembolenarten 11. Besiedelungsdichte der Milben 12. Besiedelungsdichte der freilebenden Nematoden 13. Bodenatmung

Die Sommeruntersuchungen wurden unter Winterroggen durchgeführt, und zur Zeit der Herbstuntersuchungen lag der Boden in Schälfurche. Die Ermittlung der Gesamtkeimzahl an Bakterien, Pilzen bzw. der Besiedlungsdichte an Collembolen und Milben erfolgte an 3 Tagen je Woche und die der übrigen Faktoren, mit Ausnahme der qualitativen Untersuchungen der Pilze und Collembolen, zweimal je Woche. Die Untersuchungen wurden an Bodenproben aus der Schicht von 5 cm und 20 cm vorgenommen. Da bei den untersuchten Varianten die geprüften Faktoren in den beiden Schichten die gleichen Relationen aufwiesen, werden in den darzustellenden Tabellen nur die Mittelwerte aus beiden Schichten angeführt. Die bakeriologischen und mycologischen Untersuchungen erfolgten mit Hilfe der Plattengußmethode. Für diese Untersuchungen wurden von jeder Parzelle, Tiefe und Wiederholung Mischproben aus 3 Einstichen je 1 cm 3 verwandt. Folgende Nährböden fanden Anwendung: Gesamtbakterien: THORNTON's-Agar Eiweißzersetzer: Nährgelatine Stickstoffbinder: Mannitlösungsagar nach A S H B Y Nitratbildner: Nähragar nach W I N O G R A D S K Y Zellulosezersetzer: Nähragar nach O M E L J A N S K I mit Zusatz von Filtrierpapier Actinomyceten: CZAPEK-Agar Pilze: Biomalz-Agar

268

R U B E N S A M U. S T E I N B R E N N E R , Mikrobiologische Veränderungen durch unterschiedliche D ü n g u n g

Die Platten wurden bei den Pilzen 48 Stunden, bei den Bakterien 5 Tage, bei den Actinomyceten 14 Tage und bei den Zellulosezersetzern 5 Wochen bei 27° C bebrütet. Die Auszählung der Bakterien erfolgte mit einem auf unsere Anregung von der Fa. VEB Optische Werke Rathenow gebauten halbautomatischen Zählgerät. Die Identifizierung der Pilzgattungen verdanken wir unserer Mitarbeiterin Dipl-Biol. I. SCHLICHT. Für die Ermittlung der Besiedelungsdichte der Collembolen und Milben wurden in den entsprechenden Tiefen Bodenproben von jeweils 8 cm 3 entnommen und diese nach der Kochsalzschwemmethode (9) untersucht. Für die qualitativen Untersuchungen der Collembolenfauna wurden wöchentlich einmal Proben von 100 cm 3 mit dem Polikeit-Strukturbohrer (10 cm Höhe) entnommen. Je 5 Proben aus jeder Parzelle und Wiederholung wurden zu einer Mischprobe vereinigt und in einem Beriesetrichter angesetzt. Die in der Tabelle 10 angeführten Werte wurden aus der Summe der Absolutzahlen alle 5 Wochen errechnet. Die Determination der Collembolenfauna wurde von unserem Mitarbeiter Dipl.-Biol. F. NAGLITSCH vorgenommen. Die quantitative Erfassung der freilebenden Nematoden erfolgte in Anlehnung an die von BAERMANN (1) beschriebene Methode. Auf die für diese Untersuchungen verwendeten Perlonsiebe von 5 cm Durchmesser wurde je eine Mischprobe von 5 cm, entstanden aus 5 Einstichen je 1 ccm, gebracht. Zur Messung der Bodenatmung diente das Warburggerät. Die Reaktionsgefäße wurden mit 2 g lufttrockenem Boden beschickt, der mit destilliertem Wasser auf 60% seiner maximalen Wasserkapazität angefeuchtet wurde. In das zentrale Einsatzgefäß wurden 0,4 ml 10%ige KOH gebracht. Die Wasserbadtemperatur betrug 27° C. Aus den gewonnenen Manometerwerten konnte dann der Sauerstoffverbrauch in ml errechnet werden. E i n f l u ß der m i n e r a l i s c h e n und o r g a n i s c h e n D ü n g u n g auf die b o d e n biologischen Faktoren Gesamtkeimzahl der Bakterien Wie aus den Zahlen der Tabelle 1 zu ersehen ist, hat die langjährige Düngung zu einer sehr deutlichen Beeinflussung der Keimzahl an Bakterien geführt. Tabelle 1 Einfluß der Düngung auf die Keimzahl an Bakterien a) Sommerversuch Varianten

Keimgehalt in 1/100000 cm 3 Boden

Rel.

Sign.

I II III IV

10,06 16,38 23,85 28,84

100 162,8 237,1 286,7

++ +++ +++

GD5 % GDI % GD 0,1%

3,50 4,80 6,40

V

Rel.

61,4 100 145,6 176,1

Sign.

o o V

+++ ++ +

Rel.

Sign.

42,2 68,7 100 120,9

o o o o o o V

++

269

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

b) Herbstversuch

Varianten

Keimgehalt in 1/10000 cm 3 Boden

Rel.

I II III IV

38,26 76,24 152,39 180,06

100 199,3 398,3 470,6

GD 5 % GD 1 % GD 0,1%

12,42 16,56 21,63

Sign.

V

+++ +++ +++

Rel.

50,2 100 199,9 236,2

Sign.

ooo

V

+++ +++

Rel.

25,1 50,0 100 118,2

Sign.

OOO ooo

V

•

+++

Obwohl schon während des Sommers eindeutige Unterschiede zwischen den Varianten vorhanden waren, haben sich diese zum Herbst hin noch vergrößert. Sehr bedeutsam ist auch, daß diese Unterschiede nicht nur im Vergleich zur ungedüngten Parzelle bestanden, was auf Grund der bisherigen langjährigen Ertragsergebnisse vermutet werden konnte, sondern auch innerhalb der Varianten II, III und IV. Eiweißzersetzer Wie aus der Tabelle 2 zu ersehen ist, bestanden auch bei den physiologischen Leistungsgruppen der Bakterien, hier insbesondere bei den Eiweißzersetzern, wesentliche Unterschiede zwischen den Varianten. Während der Untersuchungsperiode im Sommer waren die Differenzen noch größer als bei den Herbstuntersuchungen. Deutlich ist ein fast kontinuierlicher Anstieg von der I. bis zur IV. Variante zu erkennen. Gegenüber der NPKCa-Parzelle war in den stallmistgedüngten Parzellen ein signifikant höherer Keimgehalt vorhanden. Dies deutet darauf hin, daß durch die Düngungsmaßnahmen, ganz besonders hier wieder durch die Stallmistdüngung, für die Eiweißzersetzer günstigere Lebensbedingungen geschaffen wurden. Tabelle 2 Einfluß der Düngung auf die Keimzahl an Eiweißzersetzern a) Sommerversuch

Varianten

Keimgehalt in 1/1000 cm 3 Boden

Rel.

I II III IV

14,50 30,00 55,50 67,50

100 206,9 382,8 465,5 *

GD 5 % GDI % GD 0,1%

10,20 13,12 16,70

Sign.

Rel.

++ +++ +++

48,3 100 185,0 225,0

V

Sign.

oo

V

+++ +++

Rel.

26,1 54,1 100 121,6

Sign.

OOO ooo V

+

270

R U B E N S A M U. S T E I N B R E N N E R , Mikrobiologische Veränderungen durch unterschiedliche D ü n g u n g

b) Herbstversuch

Varianten

Keimgehalt in 1/1000 cm3 Boden

Rel.

Sign.

Rel.

Sign.

Rel.

Sign.

I II III IV

16,00 23,60 31,89 35,68

100 147,5 199,3 223,0

V

67,8 100 135,1 151,2

o o o V

50,2 74,0 100 111,9

OOO o o o V

GD 5 % GDI % GD 0,1%

+++ +++ +++

++ + +++

+

3,34 4,45 5,79

Stickstoffbinder Ähnlich wie die Eiweißzersetzer haben die Stickstoffbinder auf die langjährigen D ü n g u n g s m a ß n a h m e n reagiert. Tabelle 3 Einfluß der Düngung auf die Keimzahl an Stickstoff bindern a) Sommerversuch

Varianten

Keimgehalt in 1/10000 cm3 Boden

Rel.

I II III IV

13,50 31,50 36,50 71,00

100 233,3 270,4 525,9

GD 5 % GD 1 % GD 0,1 %

Sign.

V

++ +++ +++

Sign.

Rel.

42,9 100 115,9 225,4

Sign.

Rel.

+++

37,0 86,3 100 194,5

Rel.

Sign.

Rel.

Sign.

59,1 100 146,3 141,9

OOO V

40,4 68,4 100 97,0

OOO

oo V —

o o o —

V

+++

10,40 14,70 20,70 b) Herbstversuch

Varianten

Keimgehalt in 1/10000 cm 3 Boden

Rel.

I II III IV

28,06 47,49 69,46 67,41

100 169,2 247,5 240,2

GD 5 % GDI % G D 0,1%

5,00 6,67 8,72

Sign.

V

+++ +++ +++

+++ +++

+++ V —

271

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

In den Sommeruntersuchungen waren die Unterschiede wiederum größer als in den Herbstuntersuchungen. Die höhere Stallmistgabe von 600 dt/ha wirkte sich hier noch deutlich positiv aus. Da diese Gruppe von Bakterien als Indikator für die Bodenfruchtbarkeit gelten kann, ist schon aus ihrem größeren Vorkommen auf einen gesteigerten Fruchtbarkeitsgrad in den Varianten III und IV zu schließen. Nitratbildner Von den untersuchten physiologischen Leistungsgruppen haben die Nitratbildner die stärkste Veränderung durch die Düngung erfahren. Dies geht sowohl aus den Sommer- als auch aus den Herbstuntersuchungen hervor. Tabelle 4 Einfluß der Düngung auf die Keimzahl an Nitratbildnern a) Sommerversuch

. Varianten

Keimgehalt in 1/10000 cm 3 Boden

Rel.

I II III IV

21,00 43,00 64,50 99,50

100 204.7 307,1 473.8

GD 5 % GDI % G D 0,1%

31,20 43,50 61,80

Sign.

V

++ +++

Rel.

48,8 100 150,0 231,4

Sign.

V

++

Rel.

Sign.

32.6 66.7 100 154,3

oo V

+

b) Herbstversuch

Varianten

Keimgehalt in 1/10000 cm 3 Boden

Rel.

I II III IV

12,83 24,18 66,49 76,04

100 188,5 518,2 592,7

GD 5 % GD 1 % GD 0,1%

6,31 8,42 10,99

Sign.

V

Rel.

53,1 100 275,0 314,5

Sign.

Rel.

Sign.

ooo

19.3 36.4 100 114,4

OOO

V

ooo

V

++

- Besonders positiv hat sich auch hier wiederum die Stallmistdüngung ausgewirkt. Zwar wurde nicht parallel zu diesen Untersuchungen der Nitratgehalt des Bodens bestimmt, doch scheint auf Grund dieser Untersuchungsbefunde die Annahme berechtigt zu sein, daß während der Herbstuntersuchung auf den Varianten III und IV eine besonders intensive Nitratmobilisation vor sich gegangen ist. In der kommenden Vegetationsperiode werden die Untersuchungen in dieser Richtung ergänzt werden. 19 Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

272

RUBENSAM U. STEINBRENNER, Mikrobiologische Veränderungen durch unterschiedliche Düngung

Zellulosezersetzer Eine deutliche Auswirkung, obgleich nicht ganz so stark wie bei den übrigen Leistungsgruppen, haben die Düngungsmaßnahmen auch auf die Zellulosezersetzer gehabt. Da wir bei dieser Gruppe die zellulosezersetzenden Bakterien und Pilze gemeinsam ermitteln, dürften die etwas geringeren relativen Differenzen zwischen den Varianten erklärlich sein. Die Pilze reagieren, wie noch zu zeigen sein wird, nur wenig auf die Düngung. Tabelle 5 Einfluß der Düngung auf die Keimzahl an Zellulosezersetzern Herbstversuch

Varianten

Keimgehalt in 1/1000 cm 3 Boden

Rel.

Sign.

I II III IV

2,65 3,64 3,52 3,98

100 137,4 132,8 150,2

++ ++ +++

GD 5 % GD 1 % GD 0,1%

V

Rel.

Sign.

Rel.

72,8 100 96,7 109,3

o o V

75,3 103,4 100 113,1

— —

Sign.

OO y —

0,65 0,86 1,13

Wie aus den Zahlen zu ersehen ist, bestanden signifikante Unterschiede nur im Vergleich zur ungedüngten Parzelle. NPKCa- und Stallmistdüngung sind bei dieser Gruppe von Mikroorganismen als gleichwertig zu betrachten. Da im C-Gehalt des Bodens bei diesen Varianten erhebliche Unterschiede bestehen, kann vermutet werden, daß sich bei einer Fortführung der Untersuchungen über einen noch größeren Zeitraum etwas andere Zahlen ergeben. Tabelle 6 Einfluß der Düngung auf den Keimgehalt an Actinomyceten Herbstversuch

Varianten

I II III IV GD 5 % GD 1 % GD 0,1%

Keimgehalt in 1/100000 cm 3 Boden 2,18 3,34 6,03 7,02 0,97 1,28 1,65

Rel.

100 153,2 276,6 322,0

Sign.

V

+ +++ +++

Rel.

65,3 100 180,5 210,2

Sign.

o V

+++ +++

Rel.

36,2 55,5 100 116,4

Sign.

o o o o o o V

+

273

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

Actinomyceten Die bodenbiologisch sehr wichtige Gruppe von Mikroorganismen, die Actinomyceten, zeigen eine klare Abhängigkeit von der Düngung. Obgleich sich die mineralische Volldüngung der ungedüngten Parzelle überlegen zeigte, war die stärkste Beeinflussung doch durch die organische Düngung festzustellen, denn sie führte im Vergleich zur Variante I und II zu einem sehr gut gesicherten Anstieg der Actinomyceten. Zwar bestanden auch noch zwischen den beiden Stallmistparzellen signifikante Unterschiede, doch war die Differenz hier etwas kleiner. Mikroskopische Bodenpilze In der Tabelle 7 sind die Ergebnisse der mycologischen Untersuchungen dargestellt : Tabelle 7 Einfluß der Düngung auf die Keimzahl an Pilzen Sommerversuch

Varianten

Keimgehalt in 1/1000 cm 3 Boden

Rel.

I II III IV

31,63 30,76 33,56 35,47

100 97,2 106,1 112,1

GD5 % GDI % GD 0,1%

6,22 8,46 11,32

Herbstversuch

Sign.

V — — —

Keimgehalt in 1/1000 cm 3 Boden

Rel.

36,05 31,21 34,67 32,07

100 86,6 96,2 89,0

Sign.

V

oo o —

3,06 4,10 5,41

Während bei den Gesamtbakterien, den physiologischen Leistungsgruppen der Bakterien und den Actinomyceten durch die Düngung eine sehr starke Beeinflussung festzustellen war, hat sich diese Maßnahme in den Sommeruntersuchungen bei den Pilzen nicht signifikant ausgewirkt, sondern sie hat in den Herbstuntersuchungen sogar eine Verringerung der Pilze hervorgerufen. Die mikroskopischen Bodenpilze sind die einzige untersuchte Gruppe der Mikroflora, bei der sich die Düngung nur wenig bzw. bei den Varianten II und IV negativ auswirkte. Diese Ergebnisse bestätigen die Untersuchungen von MÜLLER (8), der gleichfalls eine Verringerung der Keimzahl der mikroskopischen Bodenpilze durch die organische Düngung feststellen konnte. %-Häufigkeit der Pilzgattungen Die mineralische Volldüngung und die organische Düngung haben zwar nur einen geringeren Einfluß auf die Keimzahl der Pilze ausgeübt, doch aber differenzierend auf die Anzahl und %-Häufigkeit der Pilzgattungen gewirkt. Der besseren Ubersicht wegen werden in der nachfolgenden Tabelle nur einige wichtige und häufige Pilzgattungen dargestellt. 19»

274

R Ü B E N S A M u. S T E I N B R E N N E R , Mikrobiologische V e r ä n d e r u n g e n durch unterschiedliche D ü n g u n g

Tabelle 8 Einfluß der Düngung auf die%-Häufigkeit einiger Pilzgattungen bzw. -familien

Varianten

Anzahl der ermittelten Pilzgattungen

Penicillium

Trichoderma

Fusarium

Dematiaceae

I II III IV

11 11 13 16

27,3 37,0 47,1 41,7

15,6 8,3 7,0 3,0

13,3 10,5 5,4 13,8

1,6 2,8 4,8 10,2

Die Zahl der Gattungen ist absolut gesehen gering. Dies ist wahrscheinlich auf die etwas extremen Standortbedingungen zurückzuführen. Ihre Anzahl ist durch die mineralische Volldüngung nicht beeinflußt worden, wohl aber, wenn auch nur in geringerem Maße, durch die Stallmistdüngung. Die größte Häufigkeit weist Penicillium auf. Die Zunahme der Häufigkeit dieser Gattung in den Varianten II—IV hängt mit der Verteilung von Trichoderma zusammen. Bei relativ großer Häufigkeit von Trichoderma scheinen manche Gattungen, darunter auch Penicillium, unterdrückt zu werden. Noch eindeutiger besteht diese Wechselbeziehung zwischen Trichoderma und der Familie det Dematiaceae. Während mit steigender Düngerzufuhr Trichoderma in der Häufigkeit abnahm, nahmen die Dematiaceae in der Häufigkeit zu. Bodenatmung Zur Ergänzung der Untersuchungen über den Keimgehalt des Bodens haben wir die Aktivität der Mikroorganismen in Form der Atmungsintensität ermittelt. Als Sauerstoftverbrauch in m l

60-, '

N.P.K,Ca • +600dt Stallmist

5236! 28.

/

20:

/

^ungedüngt

/ /

12-

/

/ /

/

U ' l ^ '20'28'36'44

Stunden

Einfluß der Düngung auf die Atmungsintensität

Maß für die Aktivität kann der Sauerstoffverbrauch bzw. die ausgeschiedene CO a Menge dienen. Aus arbeitstechnischen Gründen wurde nur bei den Varianten I und IV die Atmungsintensität gemessen. Wie aus der Darstellung zu ersehen ist, zeichnet sich die mit NPKCa -f 600 dt/ha Stallmist gedüngte Parzelle durch eine wesentlich höhere Atmungsintensität aus.

275

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

Der Sauerstoffverbrauch war fast doppelt so hoch wie bei der ungedüngten Parzelle. Diese Befunde ergänzen die Untersuchungen des Keimgehaltes und lassen in Zusammenhang damit die größere Aktivität des langjährig mit Stallmist gedüngten Bodens deutlich erkennen. Wird die Atmungsintensität auf 1 g organische Substanz bezogen, dann verringern sich, bedingt durch den unterschiedlichen C-Gehalt des Bodens, die Unterschiede zwar wesentlich, doch bleibt die Variante IV der ungedüngten Parzelle etwas überlegen. Dies besagt, daß auf der stark mit Stallmist gedüngten Parzelle ein intensiverer Abbau der organischen Substanz vor sich ging als auf der ungedüngten Parzelle. Collembolen Neben den verschiedenen Formen der Mikroflora haben wir auch die Besiedelungsdichte der häufigsten Vertreter der Mesofauna untersucht, um zu einem möglichst umfassenden Einblick in die Wirkung der Düngung auf die bodenbiologischen Faktoren zu gelangen. Die Zahlen der Besiedelungsdichte spiegeln deutlich die Wirkung der Düngung wider. Von der I. bis zur IV. Variante war ein fast kontinuierlicher Anstieg zu Tabelle 9 Einfluß der Düngung auf die Besiedelungsdichte der Collembolen a) Sommerversuch

Varianten

Anzahl der Tiere in 8 cm 3 Boden

Rel.

I II III IV

2,22 4,41 5,50 8,94

100 198,6 247,7 402,7

GD 5 % GDI % GD 0,1%

Sign.

V

+ ++ +++

Rel.

50,3 100 124,7 202,7

Sign.

Rel.

Sign.

o o

+++

40,4 80,2 100 162,5

Sign.

Rel.

Sign.

O

45,2 63,8 100 128,4

+++ +++

O V —

—

V

++

2,03 2,75 3,69 b) Herbstversuch

Varianten

Anzahl der Tiere in 8 cm 3 Boden

Rel.

Sign.

Rel.

I II III IV

1,80 2,54 3,98 5,11

100 141,1 221,1 283,9

+ ' +++ +++

V

70,9 100 156,7 201,2

GD 5 % GD 1 % GD 0,1%

0,63 0,84 1,10

V

+++ +++

V

+++

276

RÜBENSAM U. STEINBRENNER, Mikrobiologische Veränderungen durch unterschiedliche Düngung

verzeichnen. Statistisch gesicherte Unterschiede in der Besiedelungsdichte bestehen nicht nur im Vergleich zur O-ParzeJle, sondern auch untereinander. %-Häufigkeit der Collembolenfauna Nähere Auskunft über die Wirkung der Düngung auf die Collembolenfauna geben die Untersuchungen über die prozentuale Häufigkeit der Arten. Tabelle 10 Prozentuale Zusammensetzung der Collembolenfauna Durchschnittswerte der 5 Untersuchungsperioden vom 29. 8 . - 2 6 . 9. 1960 Art

I

II

III

0,2 0,2 4,7 0,2 2,2 34,6 3,2

0,2 2,4 0,4 19,0 60,7 2,0

Ceratophysella succinea Hypogastrura spec, {manitbr.-Gr.) Willemia anophthalma Friesea afurcala Onychiurus spec. nov. Tullbergia krausbaueri Tullbergia quadrispina Tullbergia bipartita Pseudanurophorus spec. Folsomia fimetaria Folsomia litsteri Folsomia candida Isotomodes productus Isotomina thermophila Isotoma notabilis Isotoma viridis Entomobrya multi/asciata Willowsia nigromaculata Lepidocyrtus cyaneus Lepidocyrtus lanuginosus Pseudosinella sexoculata Arrhopalites caecus Bourletiella hortensis

1,2 2,4 9,1 3,0 1,2 45,5 0,6

—

—

Insgesamt bestimmte Tiere Absolutzahl: x/1000 cm3 Boden

165 11,0

408 27,2

1,8 0,6 0,6 —

26,1 — —

—

1,0 1,7 4,7 5,6 —

38,2 —

—

—

4,8

2,0

—

—

1,8

1,0 0,2

—

1,2

—

0,2

— —

4,4 4,6 1,8

IV 0,7 0,2 4,0 0,2 18,7 62,1 3,0 0,5 1,2 2,8 2,3 0,5

—

—

0,4 0,6

0,5 0,2 0,2 1,4

1,4 0,4 1,0

—

0,2

—

—

0,4 0,2

0,5 0,2 0,5

496 49,6

427 42,7

—

Mit zunehmender Düngung steigt sowohl die Besiedelungsdichte als auch die Zahl der Arten an. Bedeutsamer ist aber noch die %-Häufigkeit der einzelnen Arten in den untersuchten Parzellen. Onychiurus spec. nov.1 scheint deutlich auf den Gehalt des Bodens an organischer Substanz zu reagieren. In der ungedüngten Parzelle wurden davon überhaupt keine und in der NPKCa-Parzelle nur wenige Tiere gefunden. Weitere Untersuchungen an anderen Standorten und mit unterschiedlichem C-Gehalt des Bodens werden Auskunft geben, ob diese Art als Zeigerart für den Gehalt des Bodens an organischer Substanz angesehen werden kann. In negativer Korrelation zur organischen Düngung steht Isotomina thermophila. Während sie 1

Diese Art wird durch Herrn Dipl.-Biol. F. NAGLITSCH an anderer Stelle ausführlich beschrieben.

277

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

in der ungedüngten und NPKCa-Parzelle die dominierende Art war, kam sie in den mit Stallmist gedüngten Varianten nur in geringer Anzahl vor. Genau die gleiche prozentuale Häufigkeit bei den einzelnen Düngungsvarianten wiesen diese beiden Arten auch in den Sommeruntersuchungen auf. Die Zunahme von Tullbergia krausbaueri mit steigender Düngergabe kann nicht unmittelbar auf die organische Substanz zurückgeführt werden, denn diese Art ist als eurytoper Bodenbewohner bekannt. Milben Diese Tiergruppe zeigte eine von den übrigen biologischen Faktoren etwas abweichende Reaktion auf die Düngung. Tabelle 11 Einfluß der Düngung auf die Besiedelungsdichte der Milben a) Sommerversuch

Varianten

Anzahl der Tiere in 8 cm 3 Boden

Rel.

Sign.

Rel.

I II III IV

2,58 4,69 4,86 3,81

100 181,8 188,4 147,7

V

55,0 100 103,6 81,2

GD5 % GDI % G D 0,1%

.

+ ++ —

Sign.

Rel.

Sign.

O

53,1 96,5 100 78,4

oo

V — —

—

V —

1,57 2,13 2,85 b) Herbstversuch

Varianten

Anzahl der Tiere in 8 cm 3 Boden

Rel.

Sign.

Rel.

I II III IV

2,06 2,90 4,27 2,68

100 140,8 207,3 130,1

' V

71,0 100 147,2 92,4

GD 5 % GDI % GD 0,1%

0,76 1,02 1,34

+ +++ —

Sign.

Rel.

Sign.

O

48,2 67,9 100 62,8

ooo ooo V ooo

V

+++ —

Hier konnte sowohl bei den Sommer- als auch Herbstuntersuchungen ein Anstieg von der I. nur bis zur III. Variante festgestellt werden. Die Variante mit der hohen Stallmistgabe, die, mit Ausnahme der Pilze, stets die höchsten Werte aufwies, fällt hier zurück. Gegenüber der Variante III ist dieser Abfall in der Besatzdichte bei den Herbstuntersuchungen sogar gut gesichert. Genauere Erklärungen für diese Tatsache können nicht gegeben werden, da qualitative Untersuchungen an der Milbenfauna nicht durchgeführt wurden.

278

RÜBENSAM U. STEINBRENNER, Mikrobiologische Veränderungen durch unterschiedliche Düngung

Nematoden Bei den freilebenden Nematoden ist die Düngerwirkung nicht ganz so stark wie bei den meisten anderen Mikroorganismen- und Bodentiergruppen, doch ist ein positiver Einfluß unverkennbar. Tabelle 12 Einfluß der Düngung auf die freilebenden Nematoden

Varianten

Anzahl der Tiere in 5 cm 3 Boden

Rel.

I II III IV

56,25 82,30 75,75 91,45

100 146,3 134,7 162,6

GD5 % GDI % GD 0,1%

Sign.

V

+ —

++

Rel.

68,3 100 92,0 111,1

Sign.

o V — -

Rel.

74,3 108,6 100 120,7

Sign.

_ -

V -

23,02 32,31 45,62

Die stärksten Veränderungen sind hier wiederum bei der IV. Variante zu verzeichnen. Auch die mineralische Volldüngung hat einen signifikanten Anstieg in der Besatzdichte bewirkt. Bei der Variante III deutet sich der Tendenz nach ebenfalls eine Förderung dieser Tiergruppe an, doch ist diese Zunahme wegen der relativ starken Streuung der Einzelwerte statistisch nicht gesichert. Schlußfolgerungen Aus dem umfangreichen Untersuchungsmaterial geht eindeutig hervor, daß jede langjährige Unterlassung der Düngung zu einem starken Rückgang der Bodenlebewesen und damit zu einer sehr spürbaren Minderung der Bodenfruchtbarkeit führt, und zwar betrug die Verringerung bei allen Bodenlebewesen, mit Ausnahme der Pilze, rund 5 0 - 7 5 % . Auch auf der Parzelle mit mineralischer Volldüngung (Variante II) war bei fast allen Gruppen von Bodenlebewesen ein deutlicher Abfall zu verzeichnen. Bei der Mehrzahl der untersuchten Mikroorganismen und Bodentiere betrug dieser Abfall etwa die Hälfte von dem der ungedüngten Parzelle. Aus den Zahlen ist auch klar zu ersehen, daß die mineralische Volldüngung die organische Düngung auf den leichten Böden niemals ersetzen kann. Eine Unterlassung der organischen Düngung führt zu einer Schmälerung ihrer Nahrungsgrundlage und damit zu einer Störung des gesamten Bodenlebens. Durch die Erhöhung der Stallmistgabe von 300 dt/ha auf 600 dt/ha konnte bei fast allen untersuchten Bodenlebewesen noch ein signifikanter Anstieg festgestellt werden. Zwar war bei den meisten Bodenlebewesen die Zunahme, die durch die Verdopplung der Stallmistgabe erreicht wurde, nicht ganz so stark wie der Rückgang bei Unterlassung der organischen Düngung, aber dennoch ist die positive Wirkung einer verstärkten Stallmistdüngung unverkennbar.

279

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

Zusammenfassung In zwei mehrwöchigen Untersuchungsperioden während des Sommers und Herbstes wurden in dem vor 23 Jahren angelegten Thyrower Bodenfruchtbarkeitsversuch die durch mineralische und organische Düngung hervorgerufenen mikrobiologischen Veränderungen untersucht. Die mineralische Volldüngung (NPKCa) hat zu einem statistisch gesichert höheren Gehalt an Gesamtbakterien, Eiweißzersetzern, Stickstoffbindern, Nitratbildnern, Zellulosezersetzern, Actinomyceten, Collembolen, Milben und freilebenden Nematoden im Vergleich zur ungedüngten Parzelle geführt. Noch wesentlich höher ist der Mikroorganismengehalt bei organischer Düngung, wobei eine Stallmistgabe von 600 dt/ha einer solchen von 300 dt/ha überlegen ist. Eine Ausnahme bilden die mikroskopischen Pilze, deren Keimzahl durch die Düngung teilweise sogar signifikant verringert wurde. Die Ermittlungen der %-Häufigkeit der Pilzgattungen ergab bei einigen Gattungen eine Abhängigkeit von der Düngung. Ahnliche Veränderungen wurden durch die Düngung auch bei den Collembolenarten hervorgerufen. Onychiurus spec. nov. wurde in großer Zahl nur in den mit Stallmist gedüngten Parzellen gefunden und kann eventuell als Zeigerart für den C-Gehalt des Bodens dienen. Dagegen wies Isotomina thermophila nur in der ungedüngten und NPKCa-Parzelle eine große Häufigkeit auf. Die Stallmistdüngung hat gegenüber den nicht organisch gedüngten Varianten nicht nur zu einer starken Erhöhung der Keimzahlen der verschiedenen Mikroorganismen und der Besiedelungsdichte der Bodentiere geführt, sondern auch zu einer Steigerung der Atmungsintensität, was mit Hilfe des Warburg-Apparates nachgewiesen werden konnte. PeaioMe 3a

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BaTGJIGii, pa3JI0HiHTGJIGH i;6JIJIK)JI03bI, aKTHHOMHIJGTOB, K 0 J I J I G M 6 0 J I , KJIGIUGH I I CBOÖOflHHX HGMaTOfl. 3HaHHT6JIbHO BHIlie CO^GpHtailHG MHKp00praHH3M0B Iipii BHeCeHHH OpraHHHGCKHX y^OÖpGHHH, npiMGM 3 0 3 a B 600 I(/ra 3(J){J)GKTHBH66 rt03bl B 300 u / r a . I I C K J I I O H G H H G M HBJIHIOTCH MUKPOCKOFIHHGCKIIG rpHÖLi, I H C J I O MHKpoßoB KOTOpblX BCJlGACTBHe BHGCGHHH ynOßpeHHH HaOTbK) 3Ha^HMO yMGH bUTHJIOC b. n p H H3yiGHHH HaCTOTH HajIHHHH OTflGJIbHblX BHflOB rpH0OB B npOI(GHTaX 0Ka3ajI0Cb, HTO OHa y HGKOTOpblX BIlflOB 3aBHCHT OT BHeCGHHHX y^OÖpGHHH. nCMoSHbIG H3MGHGHHH BH3BajI0 TaKJKG BHGC6HHG yflOÖpeHHM y BIlflOB KOJIJICMöojibi. Onychiurus spec. nov. B ÖOJIIIIOM KOJIHHGCTBG BCTpenajiCH TOjibKO Ha nejmHKax, yaoöpeHHbix HaB030M H HHor^a MomeT cjiysKMTb BH30M-HH«HKaT0p0M co/jepHTAHHN C B noiBe. Isotomina thermophila » E B ßojibniHx KOJinnecTBax B C T P E N A J I A C B TOJibKO Ha neyHoßpeHHOii jjejiHHKe H Ha nejinHKe NPKCa.

280

R Ü B E N S A M u. S T E I N B R E N N E R , M i k r o b i o l o g i s c h e V e r ä n d e r u n g e n durch unterschiedliche D ü n g u n g

BHeceHne HaB03a BH3Bajio no cpaBHHHHio c BapwaHTaHii 6e3 opraHHiecKHx yAOÖpeHHÜ He tojii>ko pe3Koe noBHiiieHHe i n c j i a MHKpoSoB pa3JiiiiHHX MHKpo0praHH3M0B ii nnoTHOCTH 3acejieHHH noiBeHHHMH opraHH3MaMH ho h ßojiee HHTeHCHBiioe fluxaHne, hto 6hjio flOKaaaHO npH noMomn annapaTa B a p ö y p r a .

Summary In the Thyrow soil-fertility experiment, which had been laid out 23 years ago, the microbiological changes caused by mineral and organic applications were studied in two examinations extending over several weeks in the summer and autumn. The mineral complete fertilization (NPKCa) was found to have a statistically secured higher content of total bacteria, protein decomposers, nitrogen fixers, nitrate fixers, cellulose decomposers, actinomycets, collemboles, mites and freeliving nematodes as compared to the unfertilized plot. In the case of an organic manuring the content of microorganisms is even considerably higher, the application of 600 dt/ha of farmyard manure being superior to 300 dt/ha. Microscopic fungi, the bacterial count of which had partly been significantly reduced, made an exception. In determining the %-frequency of fungus families some were found to depend on fertilization. Similar changes due to fertilization were also found in collembole species. A large number of Onychirus spe. nov. was only found in plots supplied with farmyard manure and may serve as indicator species for the C-content fo the soil. Isotomina thermophila, however, occurred frequently only in the unfertilized and NPKCa-plot. As compared to the variants without organic manuring the application of farmyard manure did not only lead to a considerably increase in the bacterial counts of the various microorganisms and the population density of soil-inhabiting animals, but also to an increase in the respiration intensity, as demonstrated by means of the Warburg-apparatus. Literaturverzeichnis 1. B A E R M A N N , G.: Eine einfache Methode zur Auffindung von Ankylostamum-(Nematoden)-Larven in Erdproben. Meded. Geneesk. Lab. Weltevfreden 1917, 41—47 2. BARTHEL, G.: Der Einfluß einer feldmäßigen K a O- und P 2 0 5 -Düngung auf die Mikroorganismentätigkeit im Boden etc. Z. Pflanzenernähr., Düng., Bodenkde. 1934, 33,102-113 3. B A U M A N N , H.: 20jährige Versuche auf Sandboden. In: Probleme der Bewirtschaftung von Sandböden Tag.-Ber. Dt. Akad. Landwirtsch.-Wiss. Berlin 1958, Nr. 14, 117-142 4. ENGEL, H.: Ist eine feldmäßige mineralische Volldüngung auf dem Freilande ohne Einfluß auf die Mikroorganismentätigkeit im Boden? Zbl. Bakteriol. II, 1935, 92, 490-505 5. HULPOI, N., und H. G L A T H E : Die Bedeutung der Stallmistrotte für den Boden und die Ernteerträge. Zbl. Bakteriol. II, 1938, 98, 1—32 6. J A H N , W . : Der Einfluß unterschiedlicher Düngung auf Boden und Pflanze in den mehr als zwanzigjährigen Dauerversuchen auf diluvialem Sande in Thyrow bei Berlin. 1960, Habil.-Schr. Humboldt-Univ. Berlin 7. J E R M O L A E W A , Z.: Die Wirkung hoher Kunstdüngergaben auf biologische Prozesse im Boden. Arbeiten des Instituts für Hanfbau. 1937 (russ.); ref. in: Zbl. Bakteriol. II, 1937/38, 97, 256

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, H e f t 4, 1961

281

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282 Aus der Abteilung für PHanzenkultur der K g l . Veterinär- und Landwirtschaftlichen Hochschule zu Kopenhagen, Dänemark (Direktor: Prof. Axel P E D E R S E N )

Sv. Norgaard HOLM und Heinrich HAAS

Erfahrungen und Resultate dreijähriger Domestikationsversuche mit Hummeln (Bombus Latr.) Eingegangen: 20. 12. i960

Zur E i n f ü h r u n g Der erste Bericht aus der uns zugänglichen Literatur über den Versuch, eine Hummelkönigin zu „zähmen", geht auf das Jahr 1883 zurück. HOFFER (1883) gezu halten, die in Gefangenschaft ihr Nest anlegte, lang es, eine B.-lapidarius-K-ömgm ohne daß es jedoch zu der Entwicklung einer Kolonie kam. Über den ersten Versuch einer vollständigen Domestikation berichtet LINDHARD 1912. Sowohl B.-terrestrisals auch B.-lapidarius-Kömgmntn paarten sich und überwinterten in Gefangenschaft, und eine der überwinterten j9.-/erm/m-Königinnen entwickelte im darauffolgenden Jahre eine Kolonie. Damit war nachgewiesen, daß „es möglich ist, Hummeln zu halten, vorausgesetzt, daß sich die Arbeit bezahlt machen kann" (S. 341). SLADEN (1912), FRISON (1926 und 1927), PLATH (1934), SKOVGAARD (1936), HASSELROT (1953 und 1960), CUMBER (1953, 1954), FYE & MEDLER (1954), VALLE (1955), FREE & BUTLER (1959), HOLM (1960) und andere Arbeiten, die zum Teil bei der folgenden Darlegung unserer erzielten Resultate mit in die Diskussion einbezogen werden sollen, haben u. a. zu unserer heutigen Erkenntnis über die Biologie der verschiedenen Hummelarten und die Möglichkeiten ihrer Domestikation beigetragen. Trotzdem ist unser Wissen noch immer sehr lückenhaft. Es ist unsere Hoffnung, daß diese Abhandlung dazu beitragen möge, Fachkollegen anzuregen, Forschungsarbeiten über die Hummeldomestikation aufzunehmen und weiterzuführen, damit recht bald ein fruchtbarer Gedankenaustausch in einem größeren Kreise Interessierter stattfinden kann. Die hier dargelegten Resultate und Erfahrungen sind das Ergebnis von Versuchen, die seit 1952 auf der Versuchsstation der obengenannten Abteilung durchgeführt werden. Da die Untersuchungen anfänglich orientierender Art waren und da fast ausschließlich mit den beiden Arten B. terrestris L. (Erdhummel) und B. lapidarius L. (Steinhummel) gearbeitet worden ist, sollen dem Leser nur die Resultate von 1958—.1960 dieser beiden Arten zusammengestellt werden. Untersuchungsergebnisse über den Wert der einzelnen Hummelarten für die Rotklee- und Luzernebestäubung werden nicht mit angeführt, um die Behandlung des Themas auf die eigentlichen Domestikationsversuche beschränken zu können. Die Autoren möchten an dieser Stelle Herrn Professor Axel PEDERSEN und Herrn Versuchsleiter Maller NIELSEN für das unserer Arbeit entgegengebrachte Interesse und für wertvolle Vorschläge danken. Herrn Dr. phil. Niels H A A R L 0 V , Zoologisches Laboratorium, danken wir für die Bestimmung der in den Nestern gefundenen Parasiten und für nützliche Diskussionen.

A l b r e c h t - T h a e r - A r c h i v , Band 5, Heft 4, 1961

283

Problemstellung Die Schwierigkeit, die Hummel zu domestizieren, liegt in ihrer Biologie begründet. Eine Hummelfamilie, die aus der Mutterkönigin und ihrer Nachkommenschaft besteht, hat in unseren Klimabereichen nur einen einjährigen Lebenszyklus. Im Herbst sterben, mit Ausnahme der neuen Königinnen, sämtliche Familienmitglieder ab, sowohl die alte Mutterkönigin als auch ihre sexuell unterentwickelten Töchter, die sogenannten „Arbeiterinnen", und die partenogenetisch entstandenen haploiden männlichen Hummeln, die „Drohnen". Nur die neuen Königinnen überwintern. Doch verläßt der größte Teil derselben auch das Nest, um sich nach der Paarung einen geeigneten Überwinterungsplatz zu suchen. Im Frühjahr ist die überwinterte Königin, die Grundlegerin einer neuen Hummelkolonie, allein auf sich selbst angewiesen. Diese kurze Darstellung mag genügen, um zwei der Probleme bei der Domestikation erkennen zu lassen: 1. Eine vollständige Domestikation erfordert die kontrollierte Überwinterung der im Spätsommer geschlüpften Königinnen. 2. Die einzelne Königin muß man im Frühjahr dazu bringen, dort ihre Kolonie zu entwickeln, wo es im Hinblick auf die später auszuführende Bestäubungsarbeit wünschenswert ist. Die einzelnen, u. a. im vorigen Abschnitt genannten Autoren, haben hauptsächlich folgende 2 Methoden angewandt, um das unter 2. genannte Problem zu lösen: a) Aufstellen von künstlichen Nistbehältern in der Natur, in der Hoffnung, daß nestsuchende Königinnen im Frühjahr diese als geeigneten Nistplatz akzeptieren mögen. b) Die Königin startet den Nestbau in einem speziell hergestellten Nistkasten im Laboratorium und wird nach Beginn des Nestbaues mit dem Nistkasten ins Feld ausgesetzt, wo die natürliche Entwicklung der Kolonie fortsetzt. Die meisten Verfasser benutzten zu der unter b) genannten Methode jedoch in der Natur eingefangene nestsuchende Königinnen, und nur wenige haben versucht, das unter 1. genannte Problem zu lösen. LINDHARD (1912) gelang die Überwinterung von ungefähr 10 B.-lapidarius-K.öniginnen und 24 B.-ferresiris-K.öniginnea. FRISON (1927) glückte die Überwinterung von 4 B.-americanorum-Königinnen im Winter 1917/18. CUMBER (1953) überwinterte Königinnen im Laboratorium bis in den Januar hinein. Will man rationell mit der Hummel arbeiten, kann dieses nur auf dem Wege einer vollständigen Domestikation erfolgen, einschließlich der kontrollierten Überwinterung. Folgende Gründe sprechen dafür: a) Das Einfangen einer größeren Anzahl nestsuchender Königinnen im Frühjahr ist oft sehr zeitraubend, insbesondere nach nassen Sommern und Wintern, da dann der Hummelbestand oft fast ausgestorben ist. Die Jahre 1910 in England und 1943 und 1955 in Dänemark sind hierfür Beispiele, SLADEN (1912), PEDERSEN & STAPEL (1944, 1945), HOLM (1960). b) Die künstliche Überwinterung läßt eine bessere Kontrolle der die Hummeln parasitierenden Krankheitserreger zu, insbesondere der Nematode Sphaerularia bombi Dufour und der Mikrosporidie Nosema bombi.

284

HOLM u. HAAS, Domestikationsversuche mit Hummeln (Bombus Latr.)

c) Die Verbesserung des Hummelbestandes durch Zuchtmethoden (kontrollierte Paarung, Auswahl) liegt im Rahmen des Möglichen. Hierunter fällt auch eine Beeinflussung des Zeitpunktes des Abbruchs der Überwinterung. Diese Gründe sprachen dafür, daß man hier an der Abteilung für Pflanzenbau Anstrengungen zur Entwicklung einer leicht durchführbaren Uberwinterungsmethode unternahm. In den letzten 4 Jahren wurden insgesamt gut 500 B.-terrestris- und B.lapidarius-Königinnen überwintert, und in diesem Winter (1959/60) sind ungefähr 1000 B.-terrestris- und B.-lapidari/w-Königinnen unter Kontrolle. Obschon die ausgearbeitete Überwinterungsmethode für diese beiden Arten leicht durchführbar und ökonomisch tragbar ist, so ist damit die ganze Frage der Hummeldomestikation keineswegs gelöst. Da bei der augenblicklich angewandten Methode der Arbeitsaufwand im Frühjahr zu groß und zu zeitraubend ist, ist es insbesondere notwendig, diejenigen Faktoren und Bedingungen klarzulegen, die der Königin im Frühjahr zum Nestbau am förderlichsten sind und die ein Minimum an menschlicher Arbeitskraft erfordern. Als weiteres muß mehr Grundforschung über die Biologie der verschiedenen Bombus-KtX&rx betrieben werden, damit andere, für die Bestäubungsarbeit wichtige Hummelarten domestiziert werden können. Und endlich ist Forschungsarbeit über die Bekämpfung von Schädlingen und Krankheiten eine Notwendigkeit. Methode Abbildung 1 zeigt einen der benutzten hölzernen Nistkästen, der eine Abänderung der von LINDHARD (1912) und HASSELROT (1953) benutzten Brutkästen dar-

Abb. 1: Hummelnistkasten mit dem eigentlichen Nestraum (34 X 27 X 18 cm) und Vorraum (34 x 26 x 9 cm)

stellt. Er besteht aus dem eigentlichen Nestraum — 34 X 27 X 18 cm — mit aufklappbarem Deckel und einem mit einer Glasplatte versehenen Vorraum — 34 X 26 X 9 cm —, abnehmbar an den eigentlichen Nestraum angebaut. Durch ein Flugloch mit 1,5 cm Durchmesser stehen die beiden Räume miteinander in Verbindung. Ein Loch in der Vorderwand des Futterraumes gewährt den Einsatz eines 5,5 cm langen Futterglases (Durchmesser 1,4 cm). 90 solcher Nistkästen sind augenblicklich in

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

285

Gebrauch, in diesem Jahre (1960) jedoch erstmalig teilweise mit einigen Abänderungen versehen. Ein Teil der Kästen ist inwendig mit 0,5 cm dicken Isolationsplatten (Abb. 2) und mit zwei gegenüberliegenden, 1,7 cm großen Ventilations-

Abb. 2: Isolierter Nistkasten, geöffnet, Vorraum abgenommen

löchern versehen, mit doppeltem, feinmaschigem Nylonnetz verschlossen. Bei anderen Kästen wurde an das Flugloch ein 15 cm langer, durchbohrter Holzklotz montiert, wodurch ein 15 cm langer Gang entstanden ist. Insgesamt werden 4 verschiedene Typen von Nistkästen verwendet: 1. isoliert a) ohne Gang, b) mit Gang, 2. nicht isoliert a) ohne Gang, b) mit Gang. Als Nestmaterial dient feine, trockene Torfstreu, mit der die Nistkästen zu etwa einem Drittel angefüllt sind. Die von je einer Hummelfamilie bewohnten Nistkästen stehen im Sommer ohne Vorraum auf dem Felde. Da sich die Erdhummel, B. terrestris, für die Bestäubung der Luzerne als sehr wirksam erwiesen hat, PEDERSEN & STAPEL (1942,1943,1944, 1945), Larsen PETERSEN (1954), PALMER-JONES & FORSTER (1958), HAAS & HOLM (1960), sind die B .-terrestris-YAmWi&n in den Luzernesaatfeldern oder in hingegen stehen im der Nähe derselben untergebracht. Die B.-lapidariuS'V2.rdi\icn Rotklee, um dort die Bestäubungsarbeit auszuführen. Hier kann die B. lapidarius eine effektivere Bestäubungsarbeit ausführen als die im Rotklee, insbesondere im frühen Rotklee, oft negativ arbeitende Erdhummel (PEDERSEN, 1945). Ende Juli, Anfang August schlüpfen die ersten Drohnen und die ersten neuen Königinnen. Zu diesem Zeitpunkt werden die Nistkästen mit den Hummelfamilien in ein speziell eingerichtetes Gewächshaus gebracht, um die neuen Königinnen unter Kontrolle überwintern zu können. Die Abbildungen 3, 4 und 5 lassen die Einrichtung des Hauses erkennen, wie es in diesem Jahre (1960) erstmalig in Gebrauch ist. Mit engmaschigem Drahtnetz versehene, leicht montierbare Rahmen teilen das Haus in 8 gleiche, 5 X 3 m große, „bienendichte" Räume auf. In jedem dieser Räume befindet sich entweder eine Anzahl von Kästen (siehe Abb. 4), 40 X 40 cm und 20 cm tief, gefüllt mit einer dampfsterilisierten Torf- und Komposterdemischung im Verhältnis 1 : 2 und mit einer Kleegrasmischung besät, oder eine aus derselben Erdmischung bestehende Böschung, 2,5 m lang, 85 cm breit (Grundfläche) und 40 cm

286

H O L M u. H A A S , Domestikationsversuche mit H u m m e l n ( B o m b u s Latr.)

hoch (siehe Abb. 5). Diese Erdmischung dient den Königinnen als Überwinterungsplatz. Das Haus ist ungeheizt. Nach dem Einsetzen der Hummelfamilien ins Haus werden die Bienen täglich mit frischen Luzerne-, Klee- und anderen Blüten sowie mit einer 50prozentigen Zuckerwasserlösung gefüttert. Außerdem wird den Kolonien eine Pollen-Honigmischung in einem 4-cm 3 -Reagenzglas direkt ins Nest gegeben.

Abb. 3: Einrichtung des Treibhauses im Spätsommer zur kontrollierten Überwinterung der Königinnen

Abb. 4 : Überwinterungskästen für Versuchszwecke (40 x 40 X 20 cm)

Auf diese Weise ist eine natürliche Weiterentwicklung der Kolonien gewährleistet. Die jungen Königinnen paaren sich unter diesen Verhältnissen willig und ohne Schwierigkeiten mit den Drohnen (in der Regel paart sich eine Königin mehrere Male, oftmals in coitus bis zu 3 Stunden) und graben sich kurze Zeit nach der Befruchtung in die in Abbildung 4 und 5 gezeigten Erdkästen bzw. Böschung bis zu einer Tiefe von 7—11 cm ein. Im Laufe des Herbstes geht die Anzahl der Individuen in den

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

287

Hummelfamilien sehr stark zurück, und bis Ende Oktober sind die Mutterkönigin, ihre Arbeiterinnen und Drohnen abgestorben. Während die Kolonien im Gewächshaus stehen, werden sie zur Bestäubung von ~Luzetne-(Medicago-saiipa-) und Rotklee-(Trifo/ium-praUnse-)Farmlien in der Züchtungsarbeit angewendet. Es hat sich nämlich erwiesen, daß die Hummeln eine ausgezeichnete Bestäubungsarbeit ausführen, wenn die ganze Familie ins Gewächshaus eingesetzt wird. Nach dem Absterben der Hummelfamilien werden die Puppenzellen der einzelnen Nester gezählt. Da sich die Königinzellen deutlich in der Größe von den anderen Zellen unterscheiden, kann eine zahlenmäßige Einteilung der in jeder Familie vorhanden gewesenen Individuen in 2 Gruppen erfolgen: 1. Königinnen, 2. Arbeiterinnen und Drohnen.

Abb. 5: Böschung für die Überwinterung der B.-lapidaritts- und (Grundfläche 2,5 X 0,85 m, Höhe 0,4 m)

B.-terrestris-Königinnen

Die Erdkästen sind im Frühjahr mit leichten Drahtnetzrahmen bedeckt. Stündlich werden die Kästen inspiziert, eventuell hervorgekommene Königinnen werden herausgenommen und sind im Frühjahr 1960 erstmalig alle numeriert worden. Als Nummern werden mit einer Plastikhaut überzogene, bedruckte Papierplättchen angewandt, Durchmesser 0,3 cm. Die Numerierung der Königin erfolgt unter C0 2 -Narkose, die Apparatur ist aus Abbildung 6 ersichtlich. Das Plättchen wird mit Leim (Copolymer PWA-PWC, Äthylacetat Acetone) auf den Thorax der Königin aufgeklebt. Bei gleicher Gelegenheit werden die Hummeln von eventuell behafteten Milben [ P a r a s i t u s f u c o r u m (de Geer)] befreit. Im Juni, nachdem die letzten Königinnen ihren Winterschlaf abgebrochen haben, hat man durch vorsichtiges Durchsuchen der Erde in den Überwinterungskästen die Anzahl der den Winter nicht überlebenden Königinnen festgestellt (siehe Tabelle 1, 2 und 3). Bis zum Einsetzen der Königin in den Nistkasten (Abb. 1 und 2) kann sie einige Wochen frei im Hause herumfliegen und sich durch bereitgestellte blühende Rapspflanzen (Brassica napus oleifera), Rotklee- ( T r i f o l i u m - p r a U n s e - ) und Luzernepflanzen {Medicago sativa), Taubnessel (Lanium album) und Zuckerwasser reichlich ernähren. 20

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

H O L M u. H A A S , Domestikationsversuche mit H u m m e l n

(Bombut Latr.)

Abb. 6: Apparatur für die C0 2 -Narkose und Numerierung der Königinnen

In diesem Zeitraum entwickeln sich die Eierstöcke der Königin, und die ersten Eier reifen. Beginnt die Königin nach einem Nistplatz zu suchen (sie fliegt unermüdlich im Zickzack dicht über dem Boden), setzt man sie in den Nistkasten. Dieser ist nun mit dem durch eine Glasplatte verschlossenen Vorraum versehen (Abb. 1). Durch das einsetzbare Futterglas bekommt die Königin Zuckerwasser und direkt ins Nest ab und zu einen kleinen Pollenklumpen. Akzeptiert die Königin den Nistkasten, baut sie sich im Nest als erstes eine sogenannte Honigtasse und schleppt viel Zuckerwasser ins Nest. Wenn man sie dann wieder im Haus frei fliegen läßt, sammelt sie Pollen und trägt diesen ins Nest. Dies wurde bisher als sicherster Beweis dafür angesehen, daß die Königin mit dem Nestbau begonnen hatte, und der Nistkasten wurde danach ins Feld ausgesetzt. a) Überwinterungsversuche

Erzielte Resultate

Die LINDHARD 1912 geglückte Überwinterung von B.-terrestrisund B.-lapi¿/ijr/kr-Königinnen sprach dafür, sich seine Beobachtungen bei der Ausarbeitung einer Überwinterungsmethode nutzbar zu machen. In den Wintern 1955/56 und 1957/58 war eine Wiederholung seines Experimentes in abgeändeterForm erfolgreich (HOLM, 1960). In den folgenden Wintern galt es zunächst, das am besten geeignete Überwinterungsmedium für diese beiden Hummelarten näher zu definieren. Tabelle 1 zeigt das Uberwinterungsergebnis des Winters 1958/59. In einem Gewächshaus waren 30 Erdkästen mit 4 verschiedenen Versuchsbehandlungen aufgestellt. Insgesamt gruben sich 172 Königinnen zur Überwinterung ein, von denen 145 oder 84% lebend überwinterten. A m aufschlußreichsten ist die zweitletzte Zahlenkolonne der Tabelle. Aus ihr geht hervor, wie viele Königinnen sich im Durchschnitt je Kasten der einzelnen Versuchsbehandlungen eingruben. Kästen mit einer Erdmischung von Kompost und Torf und mit einem Kleegrasgemisch besät waren die am meisten bevorzugten Überwinterungsplätze. Hier gruben sich im Durchschnitt je Kasten 10,2 Königinnen ein. Die Resultate der Tabelle deuten darauf hin, daß eine Erdmischung Torf/Kompost (im Verhältnis 1 : 2) mit einer offenen Klee-

289

A l b r e c h t - T h a e r - A r c h i v , Band 5, Heft 4, 1961

grasdecke als geeignetes Überwinterungsmedium für B.-lapidarius- und B.-terrestrisKöniginnen dienen kann. Im Winter 1959/60 wurde ein Teil der Erdkästen feucht gehalten, und außer den 20 cm tiefen Erdkästen wurden flachere Erdkästen mit einer Höhe von 9 cm angewandt, die eine Arbeitsersparnis bedeuten würden. Zwischen feucht und trocken gehaltenen Kästen weist Tabelle 2 im Hinblick auf das gesamte Überwinterungsergebnis beider Hummelarten keinen signifikanten Unterschied auf (letzte Zahlenkolonne). Betrachtet man jedoch die Ergebnisse beider Hummelarten für sich, so scheint die B. lapidarius etwas empfindlicher gegen Feuchtigkeit zu sein als die B. terrestris. Auch die Überwinterung in flachen Kästen haben die B.-lapidariusKöniginnen weniger gut vertragen als die .S. - /e rw/rä- K ö n i g i n n e n. Tabelle 3 faßt die Resultate beider Winter in einer Übersicht zusammen. Insgesamt überwinterten 336 Königinnen in den bereitgestellten Erdkästen mit einem Sterblichkeitsprozent Tabelle 1 Kontrollierte Überwinterung von B.-terrestris- undB.-/aßidarius-K.önigmnen

(Winter 1958/59)

Anzahl überAnzahl tote Anzahl winterte Anzahl Königinnen Königinnen Über- Königinnen Versuchsbehandlung der Überwinterungs- wintePro kästen rungsÜberwinB. terB. lapiB. terB. lapiinsgekästen samt terungsrestris darius restris darius kasten Dichte, geschlossene Grasnarbe Gras, offeneVegetation Reiner Torf, keine Vegetation Torf, gemischt mit Komposterde, Vegetation: Kleegrasgemisch Insgesamt

10

3 20

10

15 42

14

39 30

44

101

20

Tabelle 2 Kontrollierte Überwinterung von B-terrestrisund (Winter 1959/60) Versuchsbehandlung der Überwinterungskästen feucht gehalten trocken gehalten „flache" Kästen, Höhe 9 cm „tiefe" Kästen, Höhe 20 cm

22 75

2,2 7,5

24

4,8

51

10,2

172

5,7

B.-lapidarius-Königinncn

Anzahl Königinnen überwintert insgesamt davon tot B. ter- B. lapi- Bombus B. ter- B. lapi- Bombus restris darius gesamt restris darius gesamt

% lebend überwintert B. ter- B. lapi- Bombus restris darius gesamt

34 38

35 19

69 57

0 5

7 1

7 6

100,0 86,8

80,0 94,7

43

67

110

3

14

17

93,0

79,1

41

13

54

3

—

3

92,7

100,0

290

H O L M u. H A A S , Domestikationsversuche mit H u m m e l n ( B o m b u s Latr.)

Tabelle 3 Übersicht über die bisherigen Überwinterungsergebnisse mit B.-terrestrisB.-lapidarius- Königinnen

Winter

1958/59 1959/60 insgesamt

Anzahl iKöniginnen t berwintert (insg esamt, lebencle +tote) B. lapiBombus B. terrestris darius gesamt

und

% le bend überw lntert B.

terrestris

51 84

121 80

172 164

86 93

135

201

336

90,4

B. lapidarius

Bombus gesamt

84 83

84 88

83,1

86,0

von 14. Es besteht kein auffallender Unterschied zwischen den beiden Arten. Vielleicht kann man die Zahlen jedoch dahin deuten, daß die B. terrestris etwas robuster als die B. lapidarius ist. Das oftmals nach klimatisch ungünstigen Jahren zahlenmäßig stärkere Auftreten der B. terrestris in der Natur spricht ebenfalls hierfür. Die in diesem Spätsommer (1960) erstmalig angewandten Böschungen (Abb. 5) haben sich äußerst zweckmäßig erwiesen, keine der Königinnen hat sich außerhalb der Böschungen zur Überwinterung eingegraben. Daß im Durchschnitt der beiden Winterhalbjahre 1958/59 und 1959/60 86% aller Königinnen lebend überwinterten, war für uns ein wider Erwarten gutes Ergebnis. Leider fehlen exakte Zahlenangaben, die einen Vergleich mit dem Überwinterungsprozent in der Natur zuließen. Es ist zu vermuten, daß die Sterblichkeit der in der Natur überwinternden Königinnen höher liegt. Allein die Tatsache, daß unsere domestizierten B.-lapidarius- und B.-terrestris-Familien im Durchschnitt 24—90 bzw. 31—53 neue Königinnen pro Familie hervorgebracht haben (siehe Tabelle 4), spricht hierfür. Außer Faktoren, wie Krankheits- und Schädlingsbefall, unzureichende Ernährung insbesondere im Frühjahr, häufiges Fehlen geeigneter Nistplätze, wird wahrscheinlich eine hohe Sterblichkeit unter den überwinternden Königinnen einer der Faktoren sein, der für eine Balance des Hummelbestandes in der Natur sorgt. b) Der Zeitpunkt des Abbrechens der Überwinterung im Frühjahr Es liegt im Interesse einer effektiven Bestäubung, in der Blütezeit des Rotklees und der Luzerne möglichst viele Arbeiterinnen in den Hummelnestern zu haben. Deshalb ist es verständlich, daß man versucht hat, den Zeitpunkt des Hervorkommens der Königinnen aus den Winterquartieren zu bestimmen sowie einige der Faktoren zu beleuchten, die diesen Zeitpunkt beeinflussen. In Abbildung 7 kann man an Hand der dargestellten Summationskurven ablesen, wieviel Prozent (Ordinate) unserer domestizierten B.-lapidarius- und B.-terrestrisKöniginnen an bestimmten Tagen (Abscisse) des Frühjahres 1959 und 1960 die Überwinterung abgebrochen haben. Drei Dinge sind hierbei auffallend: 1. Das Hervorkommen der überwinterten Königinnen dieser beiden Arten erfolgt über einen langen Zeitraum. Im Frühjahr 1959 brach die erste B.-terrestris-Königin am 1. 3. ihren Winterschlaf ab, die erste B.-lapidarius-Königin einen Monat später, während die letzten Königinnen beider Arten fast zur gleichen Zeit erschienen, am 16. bzw. 17. 5. Im Jahre 1960 kam die erste B.-terrestris-Königin am 15. 3. hervor, die

291

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

letzte am 21. 5., während die erste B . - l a p i d a r i u s - i i ä n i g m am 23. 3. und die letzte am 3. 6. erschien. 2. In beiden Jahren sind die B.-terrestris-Königinnen früher erschienen als die B l a p i d a r i u s - K ö n i g ' m n e n (in beiden Jahren liegen die B.-terrestris-Kurven zu allen Zeitpunkten über denen der B. l a p i d a r i u s ) . 3. Beide Arten haben 1960 später ihren Winterschlaf abgebrochen als im Jahr zuvor. Im Jahre 1959 hatten am 5. 5. z. B. 92% aller B . - t e r r e s t r i s - K ö n i g i n n e n und 73% aller B.-lapidarius-Königinnen die Überwinterung beendet. 1960 waren die entsprechenden Zahlen des gleichen Tages 80% und 42%. Über die Hälfte aller unserer B . - l a p i d a r i u s Königinnen kam 1960 also erst nach dem 5. 5. hervor.

10.3

20.3

1.4.

10.4

20.4.

1.5

10.5

20.5.

A b b . 7. Summationskurven über den Abbruch der Überwinterung von B . - l a p i d a r i u s - K ö n i g i n n e n im Frühjahr 1959 und 1 9 6 0

1.6. B.-terrestris-

und

Obwohl diese Untersuchungen nur zweijährig sind, deuten sie jedoch darauf hin, daß der Abbruch der Überwinterung sowohl jahres- als auch artbedingt ist. Dieses fällt mit Beobachtungen in der Natur zusammen (SKOVGAARD, 1936, VALLE, 1955, FREE & BUTLER, 1959). Die Abbildungen 8 und 9 lassen eine gewisse Abhängigkeit zwischen dem Abbruch der Überwinterung auf der einen Seite und der Temperatur und Anzahl der

292

H O L M u. H A A S , Domestikationsversuche mit Hummeln (Bombus

Latr.)

Sonnenscheinstunden auf der anderen Seite erkennen. Folgendes fällt beim Betrachten der Abbildungen 8 und 9 auf: 1. Ein Temperaturfall hat an den betreffenden Tagen das Hervorkommen der Königinnen verhindert. 2. An allen Tagen hat ein Fehlen von Sonnenschein (mit einer Ausnahme am 12. 4. 1959) das Erscheinen der Königinnen unterbunden. Als charakteristisches Beispiel sei auf die Periode vom 5.—10. 5. 1960 aufmerksam gemacht. Am 5. 5. erschienen 14 Königinnen (5 B. terrestris und 9 B. lapidarius) bei

Abb. 8: oben: Anzahl Sonnenscheinstunden; Mitte: Maximum- und Minimumtemperatur (Außentemperatur); unten: Anzahl der aus den Überwinterungskästen hervorgekommenen Königinnen (Frühjahr 1959)

23.3

2.4.

12.4

22.4

2.5.

12.5

22.5.

1.6

Abb. 9 : oben: Anzahl Sonnenscheinstunden; Mitte: Maximumtemperatur (in Höhe der Überwinterungskästen im Hause); unten: Anzahl der aus den Überwinterungskästen hervorgekommenen Königinnen (Frühjahr 1960)

einer Maximumtemperatur in Höhe der Erdkästen von 24,2° C und 8,5 Sonnenscheinstunden. In den beiden darauffolgenden Tagen fiel die Temperatur auf 17,0 bzw. 16,3° C, und es wurde kein Sonnenschein registriert. Keine Königin kam an diesen beiden Tagen hervor. Obschon am nächsten Tage (8. 5.) 6,2 Sonnenscheinstunden registriert wurden, war die Temperatur mit 19,3° C noch nicht ausreichend, um eine Königin erscheinen zu lassen. Erst am 10. 5. bei einem Anstieg der Temperatur auf

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, H e f t 4, 1961

293

24,5° C und 11,4 Sonnenscheinstunden kamen 16 Königinnen (4 B. terrestris und 12 B. lapidarius) hervor. Schon LINDHARD (1912) beobachtete ein stärkeres Hervorkommen der ersten Hummeln seiner überwinterten B.-terrestris-¥L'6nigmv\e.n bei Sonnenschein als an kühleren Tagen mit weniger Licht, und er zog daraus den Schluß, daß „man deshalb nach Belieben den Abbruch der Überwinterung hinauszögern oder beschleunigen kann" (S. 340). Es sollte nicht ausgeschlossen sein, daß diese Hypothese nach weiteren und eingehenderen Untersuchungen sowohl physiologischer als auch ökologischer Faktoren sich als richtig erweisen wird. c) Die Entwicklung der Kolonien Tabelle 4 gibt einen Überblick über die entwickelten B.-terrestris- und B.-lapidariusFamilien in den Jahren 1958, 1959 und 1960. Zu den Zahlen seien folgende Erläuterungen gegeben: Die im Jahre 1958 in die Nistkästen eingesetzten 15 B.-lapidariusKöniginnen waren ausnahmslos im Frühjahr in der Natur eingefangene nestsuchende Königinnen. Man sieht, daß diese williger waren, mit dem Nestbau zu beginnen und Familien zu gründen (73% der eingesetzten B .-lapidarius-YLämgmntn entwickelten eine Kolonie im Jahre 1958) als die unter kontrollierten Verhältnissen überwinterten B.-terrestris-Königinnen. Auch die durchschnittliche Familiengröße mit 479 Hummeln pro Kolonie war 1958 größer als die der B.-terrestris-Kolonien mit 267. In den beiden anderen Jahren 1959 und 1960, als das Ausgangsmaterial ausnahmslos aus kontrolliert überwinterten Königinnen bestand, waren die B.-terrestris-¥Lömgmnen im Durchschnitt die vitalsten der beiden Arten mit einem höheren Prozentsatz entwickelter Familien, einer größeren durchschnittlichen Hummelanzahl pro Familie und einer größeren Durchschnittszahl geschlüpfter neuer Königinnen. Der im Jahre 1959 relativ niedrige Prozentsatz entwickelter Familien für beide Arten, verglichen mit den übrigen Jahren, kann hier nicht als Folge einer Jahresvariation aufgefaßt werden, sondern ist vielmehr die Ursache einer mangelhaften Technik gewesen. 1959 ließ man die Königinnen nach dem Einsetzen in den Nistkasten ab und zu in einem 0,6 X 0,6 X 1,0 m großen, über den Nistkasten gesetzten Drahtkäfig fliegen,um zu konstatieren, ob die Königin bereit war, von beigegebenen blühenden Pflanzen Pollen zu sammeln oder nicht. Dieses führte oft zu einer Verweigerung des Nistkastens, obschon die Königinnen in einigen Fällen mit dem Nestbau begonnen hatten. Im Jahre 1960 ermöglichte die Numerierung (siehe unter „Methode" und Abb. 6) eine vollkommene Kontrolle der Königinnen, und man konnte sie daher, wenn man ein Akzeptieren des Nistkastens erwartete, frei im Hause zum Pollensammeln fliegen lassen. Bei einer Bewertung der Durchschnittszahlen, welche die Koloniegröße (Anzahl Hummeln pro Familie) und die Anzahl neuer Königinnen pro Familie wiedergeben, erhebt sich die Frage, welche Werte man erwarten konnte. Nach Zahlenmaterial von VALLE (1955) haben die 6 stärksten Kolonien seiner domestizierten B.-terrestris-v./«c.-Familien eine Gesamthummelanzahl von 65—205 erreicht. Seine 4 stärksten B.-lapidarius-Fa.milie.n produzierten 40—200 Hummeln, während 5 Familien der Arten B. agrorum, B. hortorum und B. hypnorum auf 37—85 Hummeln pro Familie kamen. Nach FREE & BUTLER (1959) können B.-lapidarius-, B.-lucorum- und B.-

294

HOLM u. HAAS, Domestikationsversuche mit Hummeln

(Bombu Latr.)

terrestris-Familien in der Natur oftmals 300—400 Arbeiterinnen haben, während Kolonien der anderen in England lebenden Arten selten mehr als 100 Arbeiterinnen hervorbringen. Die beiden Verfasser zitieren MICHENER & LA BERGE (1954), welche die bisher größte Hummelkolonie (B. medius) mit 2183 Arbeiterinnen in einem tropischen Waldgebiet von Mexiko gefunden haben. MEDLER (1959) fand in NeuMexiko ein Nest der Art B. huntii Greene, welches bei Entwicklung der Brut 1500 Bienen hätte hervorbringen können. HASSELROT (1960) erreichte in der größten Kolonie seiner domestizierten ü.-/irm/m-Familien eine Gesamtzahl von 1354 lebenden Individuen. Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, haben nicht alle der Familien neue Königinnen entwickelt. CUMBER (1953) beobachtete 80 B.-agrorum-Kolonien. Nur aus 29% dieser schlüpften neue Königinnen, die Hälfte dieser Familien hatte jedoch weniger als 8 Königinnen. Von den domestizierten B.-lapidarius- und B.-terrestris-^.-lue.Familien von VALLE (1955) entwickelten 50% neue Königinnen. Die Anzahl neuer Königinnen pro Nest schwankte von 1 —35. Tabelle 5 gibt die Daten aller im Jahre 1960 entwickelten 32 B.-terrestris- und 10 B.lapidarius-Y2.m\Yie.ii wieder. Sowohl der Zeitpunkt des Abbruchs der Überwinterung, des Einsetzens in den.Nistkasten, des beginnenden Nestbaues und des Aussetzens ins Feld als auch die Anzahl der in den einzelnen Kolonien vorhanden gewesenen Individuen ist ersichtlich. Auffallend ist die außerordentliche Variation (siehe auch die eingeklammerten Zahlen der 2 untersten Zahlenreihen in Tabelle 4). Die Anzahl Hummeln einschließlich der Puppen schwankt bei den B.-terrestris-Familien von 9 bis 1084, bei den B.4apidarius-Y2,m\X\nn von 23 bis 543. Die Anzahl der aus den einzelnen Familien geschlüpften Königinnen variiert von 0 bis 490 bei B.-terrestris- und von 0 bis 66 bei B.-Iapdiarius-Fami\ien. Die Frage nach der Ursache dieser großen Variation ist naheliegend. Stirbt die Mutterkönigin in einer Kolonie im Laufe des Sommers, so erreicht die Familie vermutlich nicht die optimale Familienanzahl. Krankheiten und Schädlinge können zu einem Stillstand in der Kolonieentwicklung führen, im schlimmsten Falle kann dadurch schon im Frühsommer die ganze Kolonie zugrunde gehen. Der Startzeitpunkt der Kolonie (beginnender Nestbau der Königin im Frühjahr) übt ebenfalls einen Einfluß auf die Koloniegröße aus, indem ein früher Start die aktive Periode der Familie verlängert. Abbildung 10 zeigt die Koloniegröße der einzelnen B.-terrestris-Familien des Jahres 1960 (Ordinate) im Verhältnis zum Zeitpunkt des beginnenden Nestbaues (Abszisse). Ähnliche Figuren könnten für die Jahre 1958 und 1959 wiedergegeben werden. Eine Korrelationsberechnung zeigt folgendes Verhältnis zwischen der Koloniegröße und dem Zeitpunkt des beginnenden Nestbaues: 1958 1959 1960

n 10 8

21

r b -H 29,8+ 0,69+ -h 12,9 -H 0,65 ^ 19,0+++ -H 0,73+++

„n" steht hier nur für die normal entwickelten _ö.-/erm/m-Familien. Für das Jahr 1960 z. B. hat man von den 32 B.-terrestris-¥zmiYie.n (siehe Tabelle 4 und 5) die 4 von Schädlingen zerstörten und die 7 Inzuchtfamilien abgezogen, und nur das Material

A l b r e c h t - T h a e r - A r c h i v , B a n d 5, H e f t 4 , 1961

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301

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

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302

H O L M u. H A A S , Domestikationsversuche mit Hummeln {Bombus Latr.)

r ) K o j i o h h h b pa3JiHHHOii CTeneHH 6 h j i h nopaweHU 6ojie3HHMH h BpejjHTejiHMH.

n oflOCTOBepHbiMCBeneHHHM cjieayJoujHe 3KTonapa3HTH npimiiHnjiH Bpea: Aphomia sociella L., Melitobia acasla Walker, 1839, h Forficula auricularia L. Kjierqu BHflOB Parasitus fucorum (de Geer) Tjrophagus laevis (Dujardin), MyxH rpynnu Schi^ophoraCalypterae h jiiihmhkh mojih Endrosis sarcitrella L . nacTO nocemaioT rHe3^a uiMejieft, ho BpeflHoe «ettcTBHe h i eme He HccjieAOBaHO. OflHa nacTb Haiimx niMejiett, BepOHTho, sapawena MHKpocnopH^HHMH Nosema bombi. ,H,OKa3aTb HajiHHHH HeiyraTOflbi Sphaerularia bombi Dofuor p;o chx nop He yflajiocb. B oy^ymeM, ajih jjoMecTHKaqHH Tpe6yeTCH nonpoSHOe HCCjieflOBaHiie Bpeflwrejieii h 6ojie3Heii bh^ob Bombus. Summary The experiments attempt a complete domestication of those bumblebee-species (Bombus Latr.) valuable for the pollination of Trifolium pratense L . and Medicago sativa L. Results have been promising with the species B. terrestris L. and B. lapidarius L. However, a more thorough study of the basic facts of the biology and ecology of the different species is necessary to make the domestication of other species possible, especially those, which are useful for the pollination of Trifolium

pratense. In the winter 1958/59 and 1959/60 90,4 pet of 135 B. terrestris queens and 83,1 pet of 201 B. lapidarius queens survived the winter under controlled conditions. The average mortality of both species was 14 pet (table 3). The best medium for the hibernation of B. lapidarius and B. terrestris queens has been shown to be a mixture of spaghnum and steam sterilized compost soil in a 1 : 2 volume ratio, with an open clover-grass sward. (Table 1). For the practical wintering of queens, it is suggested to use the artificial mounds, shown in figure 5, instead of the hibernation boxes, (fig. 4), which were used for experiment. The emergence of queens from hibernation is determined by both the species and the year, as is seen from the summation curves (fig 7). And as figures 8 and 9 show, the temperature and hours of sunshine must also be determining factors. More basic study, however, is required, before the time of emergence can be influenced at will. In the spring of 1960, a new method greatly simplified identification of the queens for following work, by numbering the queens under C 0 2 anesthesia, (fig. 6). However, in spite of this, spring work is still too costly and time consuming. In the years 1958, 1959 and 1960 a total of 57 B. terrestris queens and 33 B. lapidarius queens developed colonies (Table 4) in the artificial hives, shown in fig. 1 and 2. The average percentage of those colonies which developed new queens, the average number of new queens per family and the average number of all individuals per family (Table 4) are on the whole a little higher than those which one could expect by studying the literature. There is a large variation in the size of the colonies from one year to another and within species. In the year 1960 the Smallest B. terrestris colony comprised 9 individuals, while the largest including a few dead pupae, was 1084 individuals, 490 of which were new queens, (Table 5).

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303

Table 5 shows the most important data for all the domesticated B. terrestris and B. lapidarius colonies of the year 1960. With the help of these data the following explanations are attempted for the large variation within the same year: a) The earlier in springtime the queen starts with nestbuilding the bigger the colony will grow as a rule (fig. 10). b) A uniform temperature is of importance. Insulated hives would seem to be more suitable for the development of colonies than uninsulated hives (Table 6). c) An inbreeding effect is possible, since under the present method a more or less large number of queens will be fertilized by males of the same family. But we cannot state, that a part of the variation is caused by an inbreeding depression, until our inbreeding experiments, started in 1959, can be substantiated by further study. d) The colonies are infested to varying degrees with various parasites and more or less noxious insects. The following parasites have produced injurious results:

phomia sociella L., Melitobia acasta Walker, 1839 and Forficula auricularia L. Mites of the species Parasitus fucorum (de Geer) and Tjrophagus laevis (Dujardin), flies of Schi^ophora Calypterae and larvae of Endrosis sarcitrella L. were found in the bumblebee-nests, but nothing certain can be said, as to whether they cause damage or not. It is possible, that our domesticated bumblebees are partly infected by the microsporidie Nosema bombi. The nematode Spharularia bombi Dufour has not been hitherto found in our queens. A thorough basic study of the injurious pests of the Bombus spscies will be a necessity in future domestication work. Literaturverzeichnis CUMBER, R. A.: Some aspects of the biology and ecology of humble-bees bearing upon yields of red-clover seed in New Zealand. N. Z. J. Sei. Techn. B. 1953, 34, 227—240 CUMBER, R. A.: The life-cycle of humble-bees in New Zealand. N. Z. J. Sei. Techn. B. 1954, 36, 9 5 - 1 0 7 FANTHAM, H. B., und A. PORTER: The morphology, biology and economic importance of Nosema bombi, N. SP., parasitic in various humble bees (Bombus SPP.). Ann. Trop. Med. Parasitol. 1914, 8, 623—638 FREE, J. B., und C. G. BUTLER: Bumblebees. 1959, 208 S., London, Collins Verl. FRISON, T. H.: Experiments in attracting queen bumble-bees to artificial domiciles. J. Econ. Ent. 1926, 19, 1 4 9 - 1 5 5 FRISON, T. H.: The fertilization and hibernation of queen bumblebees under controlled conditions (Bremidae hym.). J. econ. Ent. 1927, 20, 522—526 FYE, R. E., und J. T. MEDLER: Field domiciles for bumblebees. J. Econ. Ent. 1954, 47, 672-676 FYE, R. E., und J. T. MEDLER: Temperature studies in bumblee domiciles. J. Econ. Ent. 1954, 47, 8 4 7 - 8 5 2 HAAS, H., und S. N0rgaard HOLM: Humlebieme, deres betydning og mulighederne for deres domesticering. Tolvmandsbladet 1960, 32, 345—353 HASSELROT, T. B.: Künstliche Aufzucht von Hummeln. Schweiz. Landwirtsch. Mh. 1953, 3, 9 4 - 1 0 0 HASSELROT, T. B.: Studies on Swedish bumblebees (Genus bombus Latr.). 1960, 192 S., Diss. Univ. Lund HOFFER, E.: Die Hummeln Steiermarks. II. Hälfte 1883, 98 S., Graz HOLM, SV. Norgaard: Experiments on the domestication of bumblebees (Bombus Latr.) in particular B. lapidarius L. and B. terrestris L. Royal Veterinary and Agricultural College, Yearbook 1960, 1 - 1 9 LINDHARD, E.: Humlebien som husdyr. Spredte trsek af nogle danske humlebiarters biologi. T. Landbrugets Planteavl 1912, 19, 335—352 -21

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304

H O L M u. H A A S . D o m e s t i k a t i o n s v e r s u c h e mit H u m m e l n (Bcmbtts Latr.)

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305 A u s dem Institut f ü r A c k e r - und Pflanzenbau M ü n c h e b e r g der D e u t s c h e n A k a d e m i e der L a n d w i r t s c l i a f t s w i s s e n s c h a f t e n zu Berlin ( D i r e k t o r : P r o f . D r . agr. habil. E . R Ü B E N S A M )

P. M Ü L L E R Ü b e r die Verträglichkeit ackerbaulich genutzter L e g u m i n o s e n I I . Untersuchungen an den Ernten des N a c h b a u e s von sechsjähriger Brache u n d sechsjährigen Monokulturen E i n g e g a n g e n : 3. I I . i960

In Band 5, Heft 1, dieser Zeitschrift hat Verfasser über Feldversuche zur Aufklärung der Verträglichkeitsbeziehungen bei Leguminosen berichtet. Mit dem Bodenmaterial der. dort beschriebenen Monokulturen sind weitere Versuche durchgeführt worden, die wir im folgenden darstellen. 1 Material und Methodik

Von den Parzellen der Brache und der Monokulturen des Leguminosenverträglichkeitsversuches in Etzdorf wurden nach der Aberntung des sechsten Anbaues jeweils unmittelbar nach der Ernte bzw. dem letzten Schnitt Proben gezogen. Die Probenahme erfolgte im Herbst 1958 bis zur Tiefe von 25 cm mittels Spaten auf einer zwei Quadratmeter großen, um den Schnittpunkt der Diagonalen liegenden Teilfläche der Parzellen. Von jeder Wiederholung wurden gleiche Bodenmengen zu einer Gesamtprobe von etwa 130 kg vereinigt, gemischt, inj Gewächshaus an der Luft getrocknet, durch ein Sieb von 2 mm Maschenweite getrieben, dann eingesackt und im Gewächshaus trocken überwintert. Im folgenden Frühjahr haben wir die gesamte Bodenmenge von jeder Vorfrucht erneut durch Umschaufeln gemischt, dann Proben für agrikulturchemische Untersuchungen entnommen und Kulturgefäße nach M I T S C H E R L I C H (1949) gemäß der von ihm beschriebenen Arbeitsweise angesetzt. Der Boden 2 ist ein humoser Lößlehm. Der Gefäßversuch mit den Böden der im folgenden auch als Vorfrüchte bezeichneten Monokulturen Erbsen, Ackerbohnen, Phaseolusbohnen, Sojabohnen, Rotklee, Luzerne, Sommergerste und der Brache ist in zwei Abteilungen gegliedert: Abteilung A — reiner Boden, 6 kg lufttrocken je Gefäß Abteilung B — Boden : Sand-Gemisch 3 von 1:2, 6,6 kg lufttrocken je Gefäß Jede Abteilung ist in die folgenden Düngungsreihen unterteilt: a) ungedüngt b) Kalkdüngung (CaO + NaCl, MgSO„) c) Mineralstoffdüngung (CaO, K a O , P 2 O s + NaCl, M g S 0 4 ) d) Stickstoffdüngung (CaO, N + NaCl, M g S 0 4 ) e) Volldüngung (CaO, K 2 0 , P 2 0 5 , N + NaCl, M g S 0 4 ) Alle Versuchsglieder wurden dreifach wiederholt. Unter Beachtung der vorgenannten Differenzierung sind je Gefäß an Dünger verabreicht worden: 1,375 g N als N H 4 N 0 3 1,5 g K 2 0 als K 2 S 0 4 1,0 g P 2 0 5 als Superphosphat 0,5 g NaCl 1,0 g M g S 0 4 1,5 g C a C 0 3 1 a

3

H e r r n P r o f . D r . K Ö N N E C K E , H a l l e (Saale), danken w i r f ü r die Ü b e r l a s s u n g der V e r s u c h s b ö d e n . D i e E r g e b n i s s e der a g r i k u l t u r c h e m i s c h e n U n t e r s u c h u n g e n w e r d e n w i r in einer weiteren V e r ö f f e n t l i c h u n g an dieser Stelle mitteilen. Hohenbockaer Quarzsand.

21*

306

MÜLLER, Verträglichkeit ackerbaulich genutzter Leguminosen

Abb. 1 Abteilung A ungedüngt

H b fr

9

11

afe M i ~ t5

128

131

113

116

- m w ! 5 i

m

175

j

233

56

236

f

l i t t ' T i i

69

71

188

190

Abb. 2 Abteilung A Kalkreihe

Abb. 3 Abteilung A Mineralstoffreihe

Abb. 4 Abteilung A Stickstoffreihe

Abb. 5 Abteilung A Volldüngungsreihe VorfruchtMonokultur W

e JS o

J2 a o .a

Gesamt

Wurzeln

9,3 5,0 13,1 9,2

5,1 8,5

15,8 18,4

5,4 6,9

5,3 7,1

4,8 6,7

16,5 20,6

4,6 3,2

4,1 3,0

3,2 2,8 |

16,7 17,3

dvi

c/5

Abteilung A Abteilung B

Volldü ngungsreihe

Stickstoffreihe

u n t e r den Bedingungen des Gefäß Versuches genauer definierte Voraussetzungen, als im Freiland einhalten lassen. Die in Tabelle 3 zusammengefaßten Variationskoeffizienten des zu besprechenden Materials bestätigen diese Auffassung. Sie gruppieren sich bei den oberirdischen Ertragsanteilen in der Mehrzahl u m den Wert 5 und überschreiten den Wert 10 n u r in einem Falle. Bei den Wurzeln sind Variationskoeffizienten zwischen 15 und 20 zu verzeichnen. Weiterhin liegen die Variationskoeffizienten f ü r die Sproßteile der Reihen ohne Stickstoff und der Stickstoffreihe in der Abteilung B höher, wenn dem Boden Sand beigegeben ist, während in der Volldüngungsreihe der reine Boden der Abteilung A die höheren Werte aufweist. Offenbar sind die Sandbeimischung und bei der Volldüngung die stärkeren Sorptionseigenschaften des reinen Bodens besondere Streuungsursachen. Die auffällig niedrigen Werte der Volldüngungsreihe in q/'öefaß 140 150 120

-

110100

-

90 80

-

•

Korn

1

Stroh

G

UJurzeln

70 60

-

50 40 50 20

-

10

-

0 — 10 20

-

50 -

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Abb. 19: Hafererträge bei verschiedener D ü n g u n g Abteilung B

315

Albrecht-Thaer-Archiv, Band 5, Heft 4, 1961

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