The occurence of acidophile/calcifuge plant species in semi-arid calcareous grasslands

Die abweichende Vegetationszusammensetzung von Standorten alkalischer, kalkreicher und saurer, kalkarmer Böden ist Gegenstand einer der ältesten, dennoch bis heute nicht abschließend geklärten kausalökologischen Fragestellung. Eingebunden in umfassende aut- und synökologische Betrachtungen des Calcicolen/Calcifugen-Komplexes, werden in dieser Arbeit die Gründe für den Ausschluss acidophiler/calcifuger Pflanzen von basischen, kalkreichen Böden auf Grundlage vergleichender vegetations- und bodenkundlicher Untersuchungen zweier Subassozationen der in Mitteleuropa verbreiteten Kalk-Halbtrockenrasen des Gentiano-Koelerietum behandelt. Während in der typischen Subassoziation vor allem Basiphile/Calcicole miteinander vergesellschaftet sind, wachsen im Gentiano-Koelerietum danthonietosum auch Taxa mit acidophilen/calcifugen Eigenschaften. Zu diesen gehört beispielsweise Calluna vulgaris. Unter primär mineralstoffökologischen Gesichtspunkten wurden an insgesamt sechs Kalk-Halbtrockenrasen, die unmittelbar benachbart und damit unter gleichen geologisch-geographischen Bedingungen Bestände beider Subassoziationen aufweisen, verschiedenste physiko- und chemoedaphische Untersuchungen durchgeführt. In der Mitte Deutschlands über Calcit des Oberen Muschelkalks bzw. Dolomit des Zechsteins gelegen, finden sich an den meisten der Untersuchungsstandorte flachgründige Rendzinen mit deutlich basischen pH-Werten im Ah-Horizont. Für die bodenchemische Charakterisierung der Subassoziationen kamen neben etablierten verschiedene neu entwickelte Extraktionsverfahren zum Einsatz. Deren räumliche bzw. chemische Selektivitäten erlauben eine gezielte Betrachtung solcher Fraktionen, die für die Mineralstoffernährung und die potenzielle Intoxikation der Pflanzen von besonderem Interesse sind. Angesichts ihrer umstrittenen Bedeutung als primär das Wachstum in alkalischen, basenreichen Böden limitierende Faktoren standen die Fe- und P-Verfügbarkeiten im Mittelpunkt dieser Untersuchungen. Keimungs- und Wachstumsexperimente an ausgewählten Acidophilen/Calcifugen und Basiphilen/Calcicolen ergänzten die standortökologischen Analysen. In die Diskussion der experimentellen Arbeiten werden zudem palaeogeographische und evolutionsbiologische Aspekte sowie die Bedeutung mikrobieller Symbiosen für die Vegetationsdifferenzierung einbezogen. Unter Berücksichtigung der für gewöhnlich divergierenden Fe-Effizienzen von Vertretern der acidophilen/calcifugen und basiphilen/calcicolen Verbreitungs- und Konstitutionsgruppen stimmen die Ergebnisse der bodenkundlichen Analysen mit der Hypothese einer unzureichenden Fe-Versorgung acidophiler/calcifuger Taxa an Standorten alkalischer, kalkreicher und trockener Böden überein. Hingegen konnten keine Hinweise auf eine Beziehung zwischen der P-Löslichkeit und dem Auftreten acidophiler/calcifuger Pflanzen in Kalk-Halbtrockenrasen gefunden werden. Da bisher standortspezifische P- und N-Effizienzen der in gleicher Weise oligotrophen Acidophilen/Calcifugen und Basiphilen/Calcicolen nicht ausreichend belegt sind, muss davon ausgegangen werden, dass die Versorgung der Pflanzen mit diesen Nährstoffen für die Vegetationsdifferenzierung des Gentiano-Koelerietum und den Ausschluss acidophiler/calcifuger Taxa von alkalischen, basenreichen Standorten allenfalls eine untergeordnete, in! direkte Rolle spielt

Comparative Life Cycle Assessment of HTC Concepts Valorizing Sewage Sludge for Energetic and Agricultural Use

In many countries, sewage sludge is directly used for energy and agricultural purposes after dewatering or digestion and dewatering. In recent years, there has been a growing interest in additional upstream hydrothermal carbonization (HTC), which could lead to higher yields in the energetic and agricultural use. Twelve energetic and agricultural valorization concepts of sewage sludge are defined and assessed for Germany to investigate whether the integration of HTC will have a positive effect on the greenhouse gas (GHG) emissions. The study shows that the higher expenses within the HTC process cannot be compensated by additional energy production and agricultural yields. However, the optimization of the HTC process chain through integrated sewage sludge digestion and process water recirculation leads to significant reductions in GHG emissions of the HTC concepts. Subsequently, nearly the same results can be achieved when compared to the direct energetic use of sewage sludge; in the agricultural valorization, the optimized HTC concept would be even the best concept if the direct use of sewage sludge will no longer be permitted in Germany from 2029/2032. Nevertheless, the agricultural valorization concepts are not generally advantageous when compared to the energetic valorization concepts, as it is shown for two concepts

Wastewater Treatment and Wood Production of Willow System in Cold Climate

This article studied how wastewater treatment performance of a short rotation forestry system was influenced by the seasonal operational changes under the extreme Mongolian winter conditions. For this reason, two beds planted with Willow (Salix spec.) and Poplar (Populus spec.) trees were operated over a period of two years under two different seasonal conditions: (A) “external winter storage” and (B) “internal winter storage” of pretreated wastewater. For operational condition A, the tree-bed was loaded with wastewater for only 4 summer months. For this operational condition it was considered that the treatment bed was fed with primary treated wastewater, which was stored in a sealed pond during the remaining 8 months. The other Bed B was irrigated throughout the year (12 months) with the same daily loading rate. In winter, the wastewater accumulated as ice in the tree-bed. Bed A, with external winter storage, showed mass removal percentage up to 95%, while the bed with internal winter storage showed mass removal rates up to 86% for pollutants such as COD, BOD5, TN, and TP. A high yield of biomass was recorded for both beds with slight differences. Based on the results, a design recommendation was developed for full-scale systems of short rotation coppice irrigated with wastewater under various operational conditions, which show these systems to be a viable method for treating wastewater and producing biomass for energy production in Mongolia