Untersuchungen über den Kationengehalt im Hochmoor

Flora, Bd. 162, S. 244-268 (1973) Botanisches Institut der Universitat Frankfurt a. M.

Untersuchungen iiber den Kationengehalt im Hochmoor II. J ahreszeitIiche Veranderungen und Einflu8 der Sphagnen-Vegetation

Von T. GIES und W. LOTSCHERT Mit 9 Abbildungen (Eingegangen am 23. November 1972)

Investigations on the Cation-content in a Bog ll. Seasonal Changes and Influence of the Sphagnum Vegetation

Summary 1. The Ca++-, Mg++-, Na +- and K+-concentrations and also the pH-value are analysed in "kolks", "flarks" and in the subsoil water of the "Schwarze Moor" in the Rhon-Mountain. The concentrations of the cations fluctuate more than it is known up to this time in Central European bogs.

2. Low and high concentrations of the electrolyts may appear according to the different conditions of wheather and cation exchange in the Sphagnum-plants at any time within the period investigated. An annual periodical is not to be seen. 3. The same amount of rain causes different concentrations of cations in the investigated areas according to the capacity and cation adsorption of the Sphagnum-plants. 4. The cation adsorption and the cation exchange of living Sphagnum-mosses are eonfirmed by measurements under natural conditions. There are great differences in the concentrations of cations in the neighbourhood of Sphagnum-mosses, in the rich water between Sphagnum-plants and the concentrated solution pressed out of Sphagnum-plants. Cations are also increased in the heads of "bultforming" Sphagnum-mosses. 5. It is significant for the ecology of the bogs that the Sphagnum-mosses are able to store more cations in their heads than they need for nutrition. Besides of this the Sphagnum-mosses lower the pH-value permanently by cation exchange. 6. The changing concentrations in bog water are on the one hand the result of weather and on the other hand the result of cation exchange and wash out of accumulated cations of Sphagnummosess.

Einleitung

In den meisten der bisher vorliegenden Untersuchungen tiber die Nahrstoffgehalte der Hochmoorwasser erfolgen die Konzentrationsangaben auf Grund einer oder mehrerer Messungen zu einem bestimmten Entnahmetermin. Dementsprechend

Untersuchungen iiber den Kationengehalt im IIochmoor

245

finden sich in der Literatur kaum Hinweise auf das Fehlen oder Vorhandensein von Schwankungen des pH-Wertes und der Elektrolytgehalte. Lediglich GAUGER und ZIEGENSPECK (1930) fiihren an, daB die jahreszeitliche Klimaperiode auch eine jahreszeitliche pH-Schwankung im Hochmoor bewirkt. Nach ihren Angaben findet man die hochsten pH-Werte im Winter. Sehr niedrige pH-Werte kommen im Friihjahr vor. 1m Juni folgen starker basische Werte, wahrend im Juli erneute Ansauerung auftritt. Am Ende des Jahres wird das Hochmoor wieder weniger sauer. Nach REDINGER (1934) tritt eine Abschwachung der Aziditat im Spatherbst ein. Auch SJORS (1950), BURGEFF (1961) und JENSEN (1961) weisen auf mogliche witterungsbedingte Abhangigkeiten der pH- W erte im Moor hin, wobei nach BURGEFF (1961) der pH-Wert im Hochmoor bis auf pH = 4,2 ansteigen kann. Besonders groBe Schwankungen des pH-Wertes und der elektrischen Leitfahigkeit fand MALl\IER (1962) bei Wasseranalysen in schwedischen Mooren. Da aus den mitteleuropaischen Moorgebieten offensichtlich keine weiteren Arbeiten zum Problem moglicher jahreszeitlicher Elektrolytschwankungen bekannt sind, werden im vorliegenden zweiten Teil die Veranderungen der Ca++-, Mg++-, Na+- und K+-Konzentration im Verlauf von 2 Vegetationsperioden und die Abhangigkeit dieser Kationen vom Niederschlag von den Ionenaustauschvorgangen der Sphagnen analysiert.

Methodik Die Untersuchungen wurden in den Vegetationsperioden der Jahre 1968 und 1969 im Schwarzen Moor in der IIochrhiin durehgefiihrt. f'ber Lage und Vegetation dieses Moorgebietes sowie iiber die verwendeten MeBmethoden vgl. L6TsCI!ERT und GrES (1973) und GrES (1971). Es bleibt noch naehzutragen, daB fiir die vorliegende Untersuchung die von 13REmI (1968) verwendete Methode, das anhaftende 'Vasser von den Sphagnum-Pflanzen mittels Pflanzenpresse bei 0,5 atii abzupressen, benutzt wurde. Das so gewonnene "'asser wird als "PreBwasser" bezeiehnet. Mittels dieses Verfahrens konnte gepriift werden, inwieweit sich in den Konzentrationen des in der Sphagnum-Decke gespeieherten Wassers die jeweiligen Standortsverhaltnisse widerspiegeln.

Ergebnisse

1. Mineralgehalt der Niederschlage In dem von uns im Schwarzen Moor aufgestellten Regenmesser wurdenim Jahre 19681155 mm und im Jahre 19691055 mm Niederschlag gemessen. Rohe der Niederschlage und Verteilung Von Ca++, Na + und K + in kg/ha in diesen Niederschlagen sind in Abb. 1 dargestellt. Insgesamt enthielten die Niederschlage: 1968: Ca++ 5,314 kg/hal J oder im Mittel 0,44 mg/l Na+ 4,943 kg/hajJ oder im Mittel 0,34 mg/l K+ 2,399 kg/hajJ oder im Mittel 0,22 mg/l

246

T.

GIES

und W.

LOTSCHERT

1969: Ca++ Na+ K+

8,185 kg/hajJ oder im Mittel 0,89 mg/l 4,780 kg/hajJ oder im Mittel 0,38 mg/l 2,013 kg/hajJ oder im Mittel 0,20 mg/l Der durehsehnittliehe pH-Wert von 27 Regenproben aus dem Jahre 1968 betrug pH = 6,3 und der von 17 Regenproben im Jahre 1969 pH = 5,8. Aus Abb. 1 ist ersiehtlieh, daB gleiehe Regenmengen sehr untersehiedliehe Mengen an Elektrolyten enthalten konnen. Aueh das Verhaltnis der untersuehten Elemente zueinander ist starken Sehwankungen unterworfen. 1m allgemeinen uberwog in dell Niedersehlagen das Ca++. Lediglieh im Marz 1968 und 1969 erreiehte das Na+ hohere Konzentrationen als das Ca++ und das K+. Besonders hohe Ca++-Gehalte traten in den Niedersehlagen im Monat April der Jahre 1968 und 1969 auf. Insgesamt enthielten die Niedersehlage im Jahre 1969 fast ;3,0 kg Ca++/ha mehr als im Jahre 1968. Hohe Na+-Gehalte fanden sieh vor aHem in den Monaten Marz 1968 sowie Marz und April 1969. Die hoehsten K+-Gehalte mit 0,4 kg K +/ha braehten die Niedersehlage Mitte August 1968. Auffallend geringe K+-Mengen von weniger als 0,1 kg K+/ha fie len am Ende des Jahres 1969. 2. Konzentrationssehwankungen in den Moorwassern a) pH- Werte Betraehtet man unabhangig von der jeweiligen Hohe der dargestellten Konzentrationen die Ergebnisse der pH-Messungen in den Abb. 2,3,7 und 9, so fallt auf, daB viele Werte zu bestimmten Terminen dieht beinander liegen, zu anderen Zeiten aber we it voneinander entfernt sind. So lassen sieh in Abb. 2 im Wasser der KoIke und Flarke im Juni und Juli 1968 sowie Mitte August 1969 gut wahrnehmbare pHUntersehiede finden, nieht dagegen im August, September und November 1968 bzw. im September oder November 1969. In den in Abb. 3 dargestellten SphagnumGesellsehaften sind gut wahrnehmbare Untersehiede im Juni, August und November 1968 sowie im Juni, Oktober und Anfang November 1969 festzustellen. Ubereinstimmungen in den Werten fallen in den Sphagnum-Gesellsehaften der Abb. 3 vor allem Mitte August 1969 auf. Dariiber hinaus ist aus den Kurvenbildern zu erkennen, daB Maxima und Minima der pH-Werte aueh an ahnliehen Standorte n zu versehiedenen Terminen liegen. Die Kurvenbilder stimmen also in dieser Beziehung keineswegs uberein. Diese Tatsaehe wird aueh dureh die Ca++-, Na-+ und K +-Messungen bestatigt (Abb. 4-6). Es traten aueh untersehiedliehe Werte und somit gegenlaufige pH-Kurven bei Vergleich von Oberflachenwasser und Wasser aus 1 m Tiefe in den Sphagneten auf. Abb. 7 zeigt im Juli einen erhOhten pH-Wert von 4,4 im Wasser von 1 m Tiefe in einem Sphagnetum magellanici bzw. einen solchen von pH = 4,3 Mitte August 1969 in einem Sphagnetum fusci. 1m Oberflaehenwasser der Standorte traten jedoch

No+ kg/ho

A

M

J

J AS

0

N

M

A

M

J

AS

0

N

= D

Abb.1. Rohe det Niedersehlage und Verteilung der in den Niedersrhlagen enthaltenen l\Iengen an Ca++, Na+ und K+ im Schwarzen Moor (lIochrhon) in den Jahren 1968 und 1969.

M

0.1 •.

Ul =0==0n==0= I =OODOoD=

K+ kg/ho

:: j DCl==DooDCl I DD===oDDoD

0.2

0.6

1.0

1.4

20

60

100

Cd'+ kg/ho

mm Niederschlog

140

>I'--l

G:l

....

o o

S

~

'"

o

:::r::

s·

cT"

~

CD ~

CIt<

::;

CD

o·::;

;0 cT"

::-::

::;

~ CD

ct> ....

0-

>'"

::;

CD

CIt<

::;

>"

~

'"

>"

....00CD

~

c:::

248

T. GIES und W.

LOTSCHERT

pH

5.4 5.2

~

<>----<>

NO -Kolk

0- - - ....()

l.SW-Kolk

0-. -.--0

2.SW-Kolk

0- .. _ ..- 0

Flarke I Hochmoo'··Mitle)

\

\

5.0

\

...... --'{

\

4.8

7

\

!.

\

4.6

\ /,

/"'\\ if'

!

'\\

i \

4.0

i

\

\\

'-\

\.\

I \

\.\\

'/,

! \

4.4 4.2

\

/

\

~.

.b.... _.

~.

'.

"1,

~

3.8

..

":".

i"

\ "V' / \

/

V

3.6 3.4 A

M

J

A

5

o

N

A

M

A

5

o

N

Abb.2. Schwankungen der pH-\Verte in den groBen \\'asseransammlungen der IIochmoorfliiehe wiihrend der Vegetationsperioden 1968 und 1969. NO-Kolk = JVIeBst. 77, 1. S\\'-Kolk = JVIeBst. 44,2. SvV-Kolk = JVIeBst. 42, Flarke = JVIeBst. 51.

keine ErhOhungen auf. Hingegen fanden sich im Oktober 1969 an den gleichcn MeBstellen sowohl im OberfUichenwasser als auch im Wasser von 1 m Tiefe auffallende pH-ErhOhungen. Messungen im Caricetum rostratae ergaben, daB dort die pH-Werte Mitte August und Anfang November 1969 ihren Maximalwert erreichen, wahrend sich die hochsten Werte im Carici canescentis-Agrostidetum caninae Mitte August und im Oktober 1969 zeigten (Abb. 9). In den Cariceten sind, wie Abb. 9 erkenncn laBt, weitgehende Beziehungen zwischen pH- Werten, Niederschlagshohe und Grundwasserstanden festzustellen. Es treten hohe pH-Werte in trockeneren und niedrigere in feuchteren Perioden auf. b) Ca++-Gehalte

In Ubereinstimmung mit den pH-Werten waren die Ca++-Konzentrationen vor aHem zu Beginn des Jahres 1968 wesentlich erhoht. Recht genau stimmten die Ca++-

o

249

Untersuchungen uber den Kationengehalt im Hochmoor pH

5.4 5.2 5.0 II

4.8

/\ ,

'\

I

,

I

\

,

0- _ _ -0

Sphagnetum magellanici I

0----0

Sphagnotum magollanici II

o-.. - .. -.~

Flarko mit Sphagnum cuspidatum

\

4.6 4.4 4.2

---<> .. ..0

4.0 3.8 3.6 3.4 A

M

J

J

A

5

o

N

A

M

J

A

5

o

N

Abb. 3. Schwankungen der pH-Werte in Sphagnum-Gesellschaften der Hochmoorflache wahrend der Vegetationsperioden 1968 und 1969. Sphagnetum magellanici I = MeBst. 70, Sphagnetum magellanici 11= MeBst. 48a, Flarke mit Sphagnum cuspidatum = MeBst. 57.

Erhohungen im 1. SW-Kolk mit dem hohen Ca++-Gehalt der NiederschHige im Jahre 1968 iiberein, welche im April 1968 1,4 kg Ca++Jha mitfUhrten (Abb. 1 und 4). Hingegen trat das Ca++-Maximum des Jahres 1968 in der Flarke erst im Juli 1968 auf. Auch der Vergleich der Ca ++-Werte in Abb. 4, 7 und 9 fiir das J ahr 1969 zeigt, daB Maxima und Minima zu verschiedenen Terminen auftreten und fUr das gesamte Moorgebiet kein gleichsinniger VerI auf der Ca++-Kurven vorliegt. Ubereinstimmend wurden in den Kolken und Flarken (Abb. 4) sowie im Caricetum rostratae und Carici canescentis-Agrostidetum caninae (Abb. 9) hohe Werte Mitte August 1969 festgestellt. In den Sphagneten (Abb. 7) waren zu diesem Zeitpunkt keine wesentlichen Erhohungen meBbar. Dagegen fan den sich im Wasser von 1 m Tiefe und auch im Oberflachenwasser der Sphagnum-Gesellschaften im Oktober 1969 sehr hohe Ca++-Konzentrationen. Auffallig erhoht waren Mitte November 1969 die Ca++-Werte auch in den groBen Wasseransammlungen (Abb. 4) und im Wassser aus 1 m Tiefe der Sphagneten (Abb. 7).

o

250

T. GIES und W. LOTSCHERT

Ca++mg/l

2.2 2.0

NO-Kolk

1.8

(?---oQ

l.SW-Kolk

0-._.-.0()

Flarke

I

d

1.6 1.4 1\ I

1.2

1.0

/

0.8 0.6

i

i

I

/

if

/\\

II

i:

\

.I

• .0..

\

\

".

\•

\

'.

I

II

;'

'\iJIl

\

I

h..._.~--o..

. ' ,vA. \

0.4

p

P-',(.

.b-..... ...,/\".

0.2

r

\

/' ''0

L-..._____.-----r-__,_-~-~-~-~-+_-~-...-----.-----r---,---.--~---.---.....-

A

J

J

A

5

o

N

A

J

J

A

5

o

N

Abb. 4. Ca ++-Gehalte in den groBen Wasseransammlungen der Hochmoorflache wahrend der Vegetationsperioden 1968 und 1969.

c) N a +-Gehal te Auch beim Na+ waren zu Beginn des Jahres 1968 die Konzentrationen am·hochsten (Abb. 5). Hochstwerte von tiber 2 bzw. 3 mg Na+jl wurden im Juli 1968 in den Kolken (MeBst. 77 bzw. MeBst. 44) festgestellt. In den Flarken traten Erhohungen bereits im Juni 1968 auf. Werte von tiber 1 mg Na+jl wurden in allen Kolken und Flarken Mitte August und Mitte November 1969 gem essen (vgl. ebenfalls Abb. 5). Die Na+-Schwankungen an den o. a. Standorten sowie im oberflachennahen Wasser der Sphagneten wiesen keine Beziehungen zu den in Abb. 1 angefiihrten Na+-Gehalten der Niederschlage auf. Gewisse Ubereinstimmungen fan den sich jedoch in der wechselnden Hohe der Na+-Konzentrationen im 1 m tiefen Wasser eines Sphagnetum fusci mit den in den Niederschlagen enthaltenen Na+-Mengen (vgl. Abb. 8). Die Na LGehalte im Caricetum rostratae und im Carici canescentis-Agrostidetum caninae stimmten im Hinblick auf die zeitliche Verteilung der Maxima und Minima besser mit den Verhaltnissen in den Kolken und Flarken tiberein als mit denen in den Sphagneten.

D

251

Untersuchungen tiber den Kationengehalt im Hochmoor 3.2

Nctmg/l

2.2 2.0 1.8

0----0

NO-Kolk

0- - -

-<>

l.SW-Kolk

0-' ~.

-<>

Flarke

q \

\ \

1.6

\

\ \

1.4

\ \

I

't>. __ ~

1.2

/'1

,I ,I.

a.

1.0

,,"

0.8

, /',

, '/ ,)1'

'-'-'-0-'- ..

0.6 0.4 0.2

A

M

J

J

A

5

o

N

A

M

J

J

o

5

A

o

N

Abb.5. Na+-Gehalte in den groBen Wasseransammlungen der Hochmoorflache wahrend der Vegetationsperioden 1968 und 1969. 0----0

NO-Kolk

0- - -

1.SW-Kolk

-0

Flarke

0-'-'-0

0.8 ,~ I \

0.6

I

\

I

\

\

0.4

/ Ii' .,A.\ \,

0.2

//

\y//

'-. -'-0-.-._ -..,f. ..:;]'

,&,'

A

M

J

J

A

5

0

N

A

M

J

J

P

\~ ---0..._' ~'j'

A

5

o

N

Abb.6. K+-Gehalte in den gtoBen Wasseransammlungen der Hochmoorflache wahrend der Vegetationsperiode 1968 und 1969.

-

o

252

T.

und W.

GIES

r

LOTSCHERT .

Niederschlag

pH

4.4 4.2

4.0 3.8 Co» kg/ha

1.4 10

2.4

0.6

/1 'I

2.0

;1

1\

i1 ,1 !I

I

1.6

.It

R \

I

\ \

/' 1 i 1 i 1 ~ 1

\

a.

\

0... a........ "

"" .. - .. -:.::t:,' -

-./,

"O-._.~'

0- - - -
Sph. magell.

o- .. ~

Sph.fusci

Oberfltichenwasser

I ''\j

",,'.J.'.

'-r.L

".

0.4

'i::";'Q.

''0...

Wasser 1m Tiefe

! 1

\

1.2

0.8

0.2

/~.

"'..

.' j -0

~

Sph. magell.

0-.-.-0

Sph.fusci

Tiefe cm

10 Grundwasserganglinien

20

30

M

A

M

J

J

A

5

o

N

D

Abb.7. Niederschlag, durch den Regen niedergeschlagene Ca++-Mengen (kgjha), pH-Werte, Ca ++-Gehalte im Wasser sowie Grundwasserstande im Sphagnetum magellanici (MeBst. 46) und im Sphagnetum fusci (MeBst. 50) wahrend der Vegetationsperiode 1969.

253

mm Niedersehlag

200 Na+ kg/ha

0.8 0.4

2.4

0

, .. 1/

\

,

'\\

'.\

2.0

S\

\\

\~

/ ' ' .~ .. .f

\

16

,/

o

II \ '\\

\ \ \ \

J

\.\\ / p /

"' l! .. 'b./.i ' / '. ./ .. -d V ," , .P ''b..i.... I" '15 ",..- / / ..P~r---()--"?,==d'-o ....

h"

.

~,

1.2 0.8

'"

().'-'-''""Oo._._.~._.J:f

."

0.4

0.6 Wasser 1m Tiefe

0.5

<>- - -<> Sph. mageli.

0.4

(). .. - .. ." Sph. fusei Oberflc'iehe nwasser

0.3 0----0

0.2

Sph. magell.

o-·-·-oSph.fusei

0.1

Tiefe em

10

Grundwasserganglinien

20 30

M

A

M

J

J

A

5

o

N

D

Abb.8. Niederschlag, durch den Regen niedergeschlagene Na+- und K+-Mengen (kg/ha), Na+und K+-Gehalte im oberflachennahen Wasser, im Wasser aus 1 m Tiefe sowie Grundwasserstande im Sphagnetum magellanici (MeBst. 46) und im Sphagnetum fusci (MeBst. 50) wahrend der Vegetationsperiode 1969. 17

-

Flora, Ed. 162

254

T. GrES und W. LOTSCHERT mm Niedersehlag

o- __

~

__

---0-

-'J-----cr---~

...cJ

Na+mg/l

~-----~--~---~~--~--~-

:j Grundwasserstand Tiefe em

o

10

20 Carieetum rostratae

30

Carici canescentis·Agrostidetum eaninae

M

A

M

J

J

A

5

o

N

o

Abb.9. Niederschlag, pH-Werte, Ca++-, Na+- und K+-Gehalte sowie Grundwasserstiinde im Caricetum rostratae (MeBst. 7) und im Carici canescentis-Agrostidetum caninae (MeBst. 11) wiihrend der Vegetationsperiode 1969.

Untersuchungen uber den Kationengehalt im IIochmoor

255

d) K+-Gehalte 1m Gegensatz zu denpH-Werten, Ca++ und Na+-Konzentrationen konnten beim K + im Juni bzw. Juli des Jahres 1968 keine erhohtcn Werte festgcstellt werden. Deutliche Maxima kamen nur im Juni und Mitte August 1969 im 1. SW-Kolk vor (Abb. 6). Der Verlauf der K+-Konzentrationen in den Sphagneten war ebenfalls uneinheitlich. Hohe Werte traten Mitte August 1969 in 1 m tiefem Wasser auf. Zudcm fan den sich Erhohungen zu Beginn und am Ende dcr Vegetationsperiode 1969. Diese K+-ErhOhung zum Ende des Jahres 1969 war auch im 1. SW-Kolk und in der Flarke in der Hochmoormitte festzustellen (Abb. 6). Dies ist bemerkenswert, da die K +-Zufuhr durch die Niederschlage am Ende des Jahres 1969 sehr gering war (vgl. Abb. 1 und 8). e) Mg++-Gehalte Aus meBtechnischen Griinden war es nicht moglich, die Mg++- Konzentrationcn iiber einen ahnlich langen Zeitraum zu verfolgen wie die iibrigen Gehalte. Nach den vorhandenen McBwcrten ergeben sich ahnliche Unterschiede in den Konzentrationsschwankungen wie bei den Ca++- und Na+-Werten. So lagen die Mg++-Konzentrationen am Ende des Jahres 1968 niedriger als im Juli 1968. Maxima und Minima traten an den MeBstellen im Jahre 1969 zu unterschiedlichen Terminen auf. Die Konzentrationen an den MeBstellen im Hochmoorbereich bewegten sich dabei meist nur zwischen 0,20 bzw. maximal 1,2 mg Mg++jl. 3. lonenaustausch der Sphagnen und Elektrolytschwankungen a) Messungen vor und nach Regenfallen Wichtige Hinweise, wie komplex die wechselseitigen Wirkungen an Moorstandorten sind, ergaben Messungen an gleichen Standorten vor und nach einer 2tagigen Regenperiode. Hierbei wurden je nach den Standortsgegebenheiten sehr unterschiedliche Beziehungen zu den im Niederschlag enthaltenen lonenkonzentrationen festgestellt (Tabelle 1). Die besten Ubereinstimmungen zwischen den pH-Werten im Niederschlag und im Wasser des Standortes fan den sich im Ubergangsbereich des Niedermoores zum Fichtenforst (MeBst. 5). Das Regenwasser, dessen pH-Wert 6,1 betrug, wurde dort auf dem Mineralboden geringfiigig auf pH = 5,6 angesauert. An den untersuchten MeBstellen im Hochmoor trat jedoch nach Regenfallen stets eine starke Ansauerung des Wassers auf. Besonders saure Werte bis zu pH = 3,4 wurden nach heftigen Regenfallen am 15.8. 1969 gemessen, obwohl zuvor 37 I Wasser mit einem pH = 6,1 auf je 1 m 2 Mooroberflache niedergegangen waren. Hierbei war auffallend, daB sich die vVerte in den groBen Wasseransammlungen weniger stark anderten als in den Sphagnum-Gesellschaften. So wurde in einer Flarke (MeBst. 57) vor und nach der Regenperiode pH = 3,8 gemessen. 1m NO-Kolk (MeBst. 77) wurde zur gleichen Zeit eine Ansauerung von pH = 3,9 auf pH = 3,7 festgestellt. 1m Lycopodio-Betuletum (MeBst. 17*

4,0

3,7

3,9

3,6

3,9

19 L.-Betuletum

68 Sphagnum cusp.-Ass.

70 Sphagnetum mag.

74 Sphagnetum mag.

72 Sphagnetum fusci 6,1

3,5

3,8

57 Flarke

Niederschlag

3,4

3,9

77 NO-Kolk

3,4

3,4

3,5

3,8

3,7

5,6

7,4

5 Mineralboden

15.8.

12.8.

MeBstelle Nr.

pH

1,1

1,6

0,9

1,2

1,4

0,5

0,8

1,0

3,0

2,7

2,5

3,3

2,1

1,1

2,5

15,5

0,9

15.8.

12.8.

Ca++ mg/l

1,6

1,2

1,0

1,0

1,1

0,8

1,3

5,0

0,15

12.8.

Na+ mg/l

1,3

1,2

1,2

1,3

1,0

0,8

1,0

1,5

15.8.

0,20

0,20

0,30

0,34

0,80

0,30

0,45

1,10

12.8.

0,15

K+ mg/l

0,22

0,18

0,45

3,37

0,30

0,36

0,43

0,26

15.8.

0,30

0,50

0,40

0,20

0,40

0,40

0,30

12.8.

0,20

0,80

0,70

0,75

1,20

0,27

1,60

15.8.

Mg++ mg/l

Tabelle 1 pH-Werte, Ca++-, Na+- und K+-Gehalte an verschiedenen MeBstellen am 12. 8. vor und am 15.8.1969 nach einer 2tagigen Repenperiode

I>:)

[;l

"'

~

t>l

~

"'aen

0'

t-<

~

Po

:::>=

en

~ 0

01 0':>

257

Untersuchungen iiber den Kationengehalt im Hochmoor 19) bzw. im Sphagnetum fusci (MeBst. 72) fanden sich dagegen Verschiebungen von pH auf pH 3,4 bzw. von pH = 3,9 auf pH = 3,4.

=

4,0

Gut ersichtlich ist aus Tabelle 1, daB die Niederschlage, welche einen mittleren Gehalt von 0,5 mg Ca++jl, 0,15 mg Na+jl und 0,15 mg K+jl besaBen, an MeBstelle 5 auf Mineralboden stets eine starke Verdiinnung der zuvor hoheren Elektrolytkonzentrationen bewirkten. 1m oberflachennahen Grundwasser der sphagnumreichen Standorte wurden durch die gleichen Niederschlage jedoch sehr unterschiedliche Konzentrationsveranderungen verursacht. 1m Lycopodio-Betuletum stiegen die Ca ++ -Werte von 1,4 auf 2,1 mgjl und in den Sphagnum-Gesellschaften sogar z. T. bis auf 3,3 mg Ca++jl an. Die Na+-Konzentrationen veranderten sich im gleichen Zeitraum nur geringfiigig, obwohl der Na+-Gehalt der Niederschlage urn eine Zehnerpotenz niedriger lag als die Na+-Konzentrationen in den Moorwassern. Dagegen verhielten sich die K +-Gehalte wiederum uneinheitlich. An MeBstelle 68 im Lycopodio-Betuletum trat eine Verdiinnung der Werte von 0,80 auf 0,30 mg K+jl auf. An MeBstelle 70 in einem Sphagnetum magellanici erhohten sich die Werte leicht von 0,30 auf 0,45 mg K +jl. Eine besonders starke Erhohung auf 3,37 mg K +jl wurde an MeBstelle 68 in einer Sphagnum cuspidafum-Assoziation festgestellt. An den MeBstellen 72-74 blieben die K+-Werte fast gleich. Hingegen fanden sich bei den Mg++-Konzentrationen an den MeBstellen 68, 70, 72 und 74 kennzeichnende Erhohungen. Die starkste Anreicherung von 0,20 mg Mg++jl auf 1,20 mg Mg++jl wurde an MeBstelle 68 festgestellt. Hierbei sei nochmals dar auf hingewiesen, daB im Niedcrschlag del' Mg++-Gehalt nur 0,20 mg Mg++jl betrug. Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, lassen sich im Lycopodio-Betuletum und in den Sphagnetcn auf Grund der Abstufung der pH-Werte keine Riickschliisse auf den Trophiegrad des entsprechenden Standortswassers beziiglich der untersuchten Elektrolytgehalte feststellen. So traten bei pH = 3,4 Ca++-Gehalte von 2,1; 2,7 und 3,0 mg Ca++jl auf. Andererseits fand sich aber auch beipH = 3,6 ein Ca++-Wert von 1,6 mg Ca++jl und bci pH = 4,0 ein Wert von 1,4 mg Ca++jl. In diesen Fallen zeigt also die zunehmende Ansauerung keine Abnahme des Elektrolytgehaltes an. b) Kationenanreicherungen in den Sphagnen Es erhebt sich nunmehr die Frage, wodurch die Vcranderungen des Kationengehaltes bedingt sind. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, daB in den Kolken die Konzentrationen mehr oder weniger gleich blieben, wahrend in den Flarken, welche eine dichte Sphagnumbedeckung besaBen und in den Sphagnum-Gesellschaften die Ca++- und Mg++-Konzentrationen anstiegen. Einc Erklarung fiir diese Befunde ergibt sich aus der Tatsache, daB die Elektrolytkonzentrationen in den Sphagnum-Gesellschaften vor allem durch Ionenaustauschvorgange beeinfluBt werden. Es ist sehr wahrscheinlich, daB die festgestellten Unterschiede somit durch Kationen bedingt werden, die zuvor in den Sphagnumkopfchen

258

T. GIES und W. LOTSCHERT

gespeichert waren. Von dort gelangen sie zunachst in das Grundwasser der SphagnumAssoziationen und von dort schlieBlich uberwiegend durch Wasserbewegung in die Flarke und KoIke. Fur diese Annahme spricht auBer den KonzentrationserhOhungen nach heftigen Regenfallen die Tatsache, daB im Tropf- und Haftwasser von Sphagnum- Pflanzen unterschiedliche pH- Werte und erhohte Kationen- Konzentrationen gegenuber dem Standortwasser nachgewiesen wurden (Tabelle 2 und 3). In diesem Zusammenhang wird als Tropfwasser das \Vasser bezeichnet, welches urn die Sphagnen flutete bzw. von ihnen abtropfte, ohne daB die Sphagnum-Pflanzen gedruckt wurden. Hingegen wird unter Pre Bwasser in Anlehnung an BREHM (1968) das Wasser verstanden, welches von nicht mehr tropfenden Sphagnum-Pflanzen bei 0,5 atu Druck abgepreBt werden kann. So wurden im ~Wasser eines Flarks in 0,50 m Abstand von Sphagnum cuspidatum-Pflanzen 0,5 mg Ca ++/1 gemessen, dagegen im Tropf- bzw. lIaftwasser der Sphagnum-Pflanzen 3,6 bzw. 5,7 mg Ca++/l. Ahnliche Unterschiede konnten auch bei der Analyse der Na+- und KLKonzentrationen festgestellt werden. Ebenso traten unterschiedliche Gehalte im Standortswasser der Bulte und im Haftwasser der Sphagnen auf (vgl. Tabelle 2 und 3).

Weitere Untersuchungen ergaben, daB die hohen Elektrolytgehalte vorwiegend in den Sphagnum-Kopfchen lokalisiert sind (vgl. Sphagnum fuscum- Bult in Tabelle 2). Als Hochstwerte wurden 28-33 mg Ca++/l im Haftwasser der Kopfchen von Sphagnum magellanicum, Sphagnum rubellum, Sphagnum tenellum und Sphagnum recurvum gemessen. Die Na+-Konzentrationen lagen zwischen 10-16 mg/l. Hochstwerte von 21 mg Na+/l fanden sich bei Sphagnum recurvum. Die K+-Konzentrationen bewegten sich zwischen denen des Ca++ und denen des Na+. Hochstwerte von 27,4 mg K+/I Tabelle 2

Vergleich von Standortswasser und Haftwasser von Sphagnen am 1. 10. 1969 mg/l

Wasser in der Flarke (MeBstelle 92) Sphagnum cuspidatum-Haftwasser \Vasser des Standortes (MeBstelle 94) Sphagnum magellanicum- TIaftwasser Wasser des Standortes (bei MeBst. 22) Sphagnum tenellum-Haftwasser Wasser des Standortes (MeBstelle 84) Sphagnum fuscum-Haftwasser Wasser des Standortes (MeBstelle 11) Sphagnum recurvum-Haftwasser Wasser im Bult (MeBstelle 83), \Vasserstand 26 cm Haftwasser: Sphagnum fuscum-Kopfehen (0-3 em) Sphagnum fuscum-Restpflanze (4-9 em) Spho,gnum fuscum-Torf (10-20 cm)

pll

Ca++

Na+

K+

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

0,70 4,80 0,90 4,20 1,30 7,40 1,10 5,80 1,10 3,40

1,00 2,40 1,10 2,60 0,80 1,80 1,00 3,00 1,00 3,60

0,38 4,30 0,07 2,20 0,03 1,16 0,15 2,60 1,16 2,40

4,2

0,96

1,00

0,33

3,5 4,4 4,6

11,40 1,80 1,20

3,80 1,20 1,50

4,60 0,80 0,80

t

1,8

5,3

5) Sphagnum recurvum

0,3

2,9

1,6 2,9

5,2

5,7

4,2

5,6

3,9

1,9 3,6

5,8

3,2

Na+

3,6

Ca++

0,3

0,7

0,6

6,0

5,7

6,0

6,2

6,6

0,6 0,4

pH

K+

5,6

5,8

5,1

5,9

5,7

Ca++

Haftwasser mg/!

6,2

8,3

6,9

7,7

5,9

Na+

1) Wasser wurde in 50 em Entfernung von den Sphagnen den Flarken (Probe 1-4) bzw. einem Graben (Probe 5) entnommen.

2,9

0,4

1,1

4,7

4) Sphagnum cuspidatum

1,8

0,5

1,G

1,4

5,0

3) Sphagnum cuspidatum

5,3

0,3

1,3

0,6

5,0

2) Sphagnum cuspidatum

6,6

0,3

0,5

4,2

1) Sphagnum cuspidatum

1,0

Na+

'l'ropfwasser mg/! plI

pH

Probe

Ca++

Standortl) mg/!

\Vasser des Standortes, Tropf- und .lTaftwasser von Sphagnen am 28. 5. 1968

K+

Tabelle 3

4,5

2,2

3,7

1,9

4,7

K+

c::

~

~

01

D:)

o o

S ....

::r

o ,..,

.........

s·

.-+-

e-

::r

(t)

CfCl

::;

'"

::;

.-+-

o·'"

~

::;

(t)

....

(t)

0-

>'"

::;

(t)

CfCl

::;

.... '"en >" '"' §"

.-t-

::;

T 260

T. GIES und W. LOTscHERT I

wurden ebenfalls bei Sphagnum recurvum-Pflanzen festgestellt. Solche Maximalwerte wurden jedoch nur bei Proben gefunden, die nach einer langeren Trockenperiode entnommen worden waren. Die vorliegenden Untersuchungen zeigen somit, daJ3 Ca ++, N a + un d K + von allen Sphagnum-Arten mehr oder weniger stark angereichert werden, unabhangig davon, ob die Pflanzen in Flarken oder Schlenkenwasser fluten oder auf Bulten stehen. Es bedarf weiterer Untersuchungen urn festzustellen, inwieweit die Rohe der Anreicherungen kennzeichnend fUr bestimmte Arten bzw. Standorte ist und welche Faktoren insgesamt bei diesen Prozessen noch mitwirken. Bedeutenden EinfluB auf die Ionenanreicherungen in den Sphagnen und auf die Hohe der Elektrolytgehalte im Moorwasser hat neben lang anhaltenden Regenfallen und Trockenperioden auch die Schneeschmelze im Friihjahr. So entstanden die hohen pH- Werte zu Beginn der Vegetationsperiode 1968 vor allem durch das noch fehlende Ionenaustauschvermogen der Sphagnen und Torfe infolge Gefrornis (Abb. 2). Dabei war im Friihjahr auch die Austauschkapazitat der Sphagnen herabgesetzt, so daB bei einem Uberangebot an Wasser bzw. bei noch z. T. vorliegender Gefrornis des Untergrundes eine so starke Ansauerung wie im Sommer nicht moglich wurde. Die pH-\Verte im \Vasser von 9 Schneeproben, die am 25.3.1968 entnommen wurden, schwankten zwischen pH = 5,2 und pIT = 7,21 ). An den Standorten fanden sich jedoch z. T. bereits nach Sonneneinstrahlung und Beschattung wesentlich niedrigere pH-Werte, wie die folgende Gegeniiberstellung einiger Proben dieses Entnahmetages zeigt: Probe Probe Probe Probe Probe Probe

1: 2: 3: 4: 5: 6:

Schnee im Birkenwald Schmelzwasser im Birkenwald Schnee auf Hochmoorflache \Vasser in danebenliegender Flarke Schnee auf Randgehange Schmelzwasser in Riille

pH pH pH pH pH pH

6,2

5,4 5,9 4,9 6,2 4,2

Am 9. 4. 1969 wurden ahnliche Werte gefunden. Dariiber hinaus konnte beobachtet werden, daB auch manche Standorte hohe K+-Konzentrationen aufwiesen, so die bereits voll aufgetaute MeBstelle 52b (pH = 3,9 und 0,48 mg K+jl) und die noch teilweise gefrorene MeBstelle 52a (plJ = 4,9 und 2,88 mg K+jl). In diesem Zusammenhang sei erwahnt, daB sich hohe K+-Konzentrationen im Sommer in Flarken fanden, deren Sphagnen-Vegetation durch Trockenheit geschadigt war. An Standorten mit noch volllebender Sphagnum-Vegetation kamen keine K+-ErhOhungen im Oberflachenwasser vor.

Diskussion

Nach den vorliegenden Untersuchungen im Schwarz en Moor stellt die jewcilige Konzentrationshohe der Elektrolyte im Wasser des Hochmoores das Ergebnis einer Wechselwirkung von Niederschlag bzw. Mineralgehalt im Niederschlag undAustauschvorgangen in der lebenden Sphagnen-Decke dar. Durch Ionenaustausch sauern die Sphagnen und Torfe das Regenwasser, welches mit einem mittleren pR- Wcrt von 6,0 auf das Moorgebiet niedergeht, bis auf Wertc von pH = 3,4 an. Durch Ionenaus1) Alle pH-Werte wurden im Labor bei 20°C bestimmt.

Untersuchungen iiber den Kationengehalt im Hochmoor

261

tausch und ebenso durch Verdunstung reichern sich in den Sphagnum-Kopfchen Elektrolyte in Konzentrationen an, die weit uber denen im umgebenden Moorwasser liegen. 1m AnschluB an die Wiederentdeckung des Ionenaustauschvermogens der Sphagnen durch ANSCHUTZ und GESSNER (1954) und unabhangig davon durch PUUSTJARVI (1954/55) wurden Ionenaustauschkapazitaten von Sphagnen, Torfen und sogar Hochmoorphanerogamen in den beiden letzten Jahrzehnten von PUUSTJ.~RVI (1955/56, 1956, 1956/57, 1959), MALMER and SJORS (1955), GORE and ALLEN (1956), KAlLA and KIVEK.~S (1956), BOATMAN (1957), MALMER (1958, 1962), FISCHER und KADNER (1962), CLYMO (1963, 1964 b), WIERINGA (1963), BOATMAN and ROBERTS (1963), JUNGK (1964), RATHSACK und JUNGK (1964) und FEIGE (1969) analysiert. Hinweise auf altere Bearbeitungen finden sich bei ANSCHUTZ und GESSNER (1954) und BREHM (1967). Die gemessenen Austauschkapazitaten, oft bestimmt an toten Pflanzen und mit z. T. nur schwer vergleichbaren Verfahren, ergeben jedoch kaum Hinweise auf die ernahrungsphysiologische Bedeutung dieser Werte. Eindeutig geht jedoch aus den meisten dieser Untersuchungen hervor, daB die Ansauerung des Moorwassers fast ausschlieBlich auf Grund des Kationenaustausches der Sphagnen erfolgt. Ais weitere Quellen flir H+-Zufuhr werden die Niederschlage (GOHHAM 1955; KLAUSING 1955 und CLYMO 1964a), die Aktivitat von Bakterien (BURGEFF 1961) und die Sekretion von sauren, organischen Verbindungen durch die lebenden Sphagnen (RAMAUT 1954, 1955 a, 1955 b) angesehen. CL YMO (1967) hat sich eingehend mit diesem Fragenkomplex beschaftigt und nach Versuchen mit markierten Stoffwechselprodukten und Messung der pH-Schwankungen in an Sphagnen vorbeiflieBenden Losungen festgestellt, daB wahrscheinlich der groBte Teil der Ansauerung der Moorwasser in der Umgebung von Sphagnen auf das Ionenaustauschvermogen der Pflanzen zuruckzuflihren ist, daB aber andere Quellen offensichtlich doch auch mitwirken konnen. Die Austauschfiihigkeit der Sphagnen beruht naeh CRAIGIE and MAAS (1966) hauptsiiehlieh auf unveresterten Polyuronsiiuren, die zu 80 % mit der Cellulose-Fraktion der Zellwand gekoppelt sind. Es ist nun naheliegend, iihnlieh wie dies bereits BAUMANN und GULLY (1910) vermuteten, das Austauschvermogen der Sphagnen als "Niihrstoff-Fangorgan" anzusehen, mit dessen Ililfe es den Sphagnen ermoglicht wird, die geringen Niihrstoffmengen den elektrolytarrnen Moorwiissern zu entnehrnen (vgl. hierzu RUDOLPH 1963 a, b; RUDOLPH und BREHM 1965 und CL YMO 1967).

Durch die nun erfolgten Untersuchungen an den natiirlichen Standorten in der RhOn sowie durch die eingehenden Analysen an kunstlichen und an naturlichen Hochmoorbulten durch BREHM (1968, 1970, 1971) muB diese Auffassung in folgender Weise verandert werden: 1m Wasser der Hochmoore und im Haftwasser der Sphagnen schwanken die Kationengehalte in Abhangigkeit von den Niederschlagen und den Trockenp·erioden. Fur die okologischen Bedingungen des Hochmoorstandortes

-

262

T. GIllS und W. LOTSCHERT

ergibt sich auBerdem, daB die Spagnen auf Grund ihres morphologischen Baues nicht nur Wasser speichern, sondern auch entsprechend ihren physiologischen Moglichkeiten weit mehr Nahrstoffe in ihren Kopfchen anreichern als sie aufnehmen konnen. Durch heftige Regenfalle werden diese Elektrolyte z. T. wieder aus den Kopfchen der Sphagnen entfernt und geIangen, wie eindeutig nachgewiesen werden konnte, in das oberflachennahe Grundwasser. Wir sind der Meinung, daB die hohen Ca++- und Na+-Geha,lte, die im Juni und JuIi 1968 im Schwarzen Moor auftraten, vor aIIem durch p16tzIiche Austausch- oder Auswaschungsvorgange von EIektrolyten aus Sphagnen verursacht wurden. Denndie Hohe und das zeitliche Auftreten der Konzentrationen in den Moorwassern ist durch den GehaIt der NiederschIage an Ca++ und Na+ zu diesen Terminen nicht erkIarbar (vgl. Abb. 1, 4 und 5). Auf Grund des Anreicherungseffektes an Ca++, Na+, K+ und Mg++ in den Sphagnum- Kopfchen ist anzunehmen, daB diese Stoffe fiir die Sphagnum-Vegetation stets ill ausreichender Menge vorIiegen und keinen Minimumfaktor darsteIIen. AhnIiches erscheint auch fiir die Stickstoffversorgung der Sphagnen zu gelten, da sich NH4 nach Angaben von YERLY (1970) durch kapillaren Wasseraufstieg und Verdunstung ebenfaIIs in den Kopfchen anreichert. Offensichtlich liegen hier also ahnliche Austauschvorgange vor wie bei den iibrigen Kationen. Die Eintauschstarke der Kationen nimmt nach RATHSACK und JUNGK (1964) hei Torfen in der Reihenfolge NA < NH4 < K < Mg < Ca zu. Ein Austausch oder eine Anreicherung von Anionen durch die Sphagnen ist bisher noch nicht nachgewiesen werden. Die Messungen in der Rhiin bestatigten zudem die von SJOHS (1950), BUHGEFF (1961) und JENSEN (1961) vorliegenden Beobachtungen iiber eine von den Witterungsbedingungen abhangige Starke der Ansauerung deT Moorwasser. Die nun vorliegenden neuen Arbeiten haben dariiber hinaus den Beweis erbraeht, daD die von LOTSCHEHT (1963, 1964a) in Mooren festgestellten mikrotopogra,phischen pI-I-Unterschiede VOT aHem durch den Ionenaustausch der Sphagnen bedingt werden. Die Analysen im Sehwarzen Moor besatigen auch die Ergebnisse von MALMEH (1962) im Akkult-Mire. Aneh in den mitteleuropaischen Mooren besitzen die pH-Werte und die Kationengehalte je nach den Witterungsbedingungen eine betrachtJiche Variationsbreite. Es ist jedoch unzuliissig, zn weitgehende Verallgemeinerungen hinsichtlich einer Periodizitat auf Grund solcher MeDergebnisse vorzunehmen. (Vgl. GAUGER und ZIEGENSPECK 1930 und REDINGEH 1934.) Dies gilt auch deshalb, weil Minima nnd Maxima der Elektrolytgehalte im II ochmoor je nach den weehselnden klimat.ischen Bedingungen bzw. den Anreicherungsvorgangen in den Sphagnen zn seh]' versehiedenen 'l'erminen innerhalb der Vegetationsperiode auftreten kiinnen.

So spiegeln sich auch in den aus dem Rhonmoor dargesteIIten Elektrolytschwankungen der Abb. 4-9 einerseits die klimatisch bedingten Einfliisse, andererscits auch standortlich bcdingte Faktoren wider. Zu bestimmten Terminen wirken die groBkIimatisch bedingtcn Faktoren so stark, daB die standortsbedingten Unterschiede weitgehend verschwinden bzw. iiberdeckt werden. Dies zcigt sich in den Kurven vor allem in den nur geringfiigigen Unterschieden wahrend der Monate August, Oktober und November 1968 sowie im September 1969. Charakteristisch fiir diese Termine ist

Untersuchungen iiber den Kationengehalt im Hochmoor

263

eine positive Wasserbilanz an allen Standorten (vgl. Abb. 1). Es kann auch vorkommen, daB die Wassersattigung nicht immer gleichzeitig eintritt oder daB auf Grund anderer Gegebenheiten das Nivellement an einzelnen Standorten unterbleibt. Dies ist im April und Juli 1969 der Fall. Zu diesen Terminen zeigen drei MeBstellen in Abb. 2 gleiche pH-Werte und die vierte nicht. Wahrscheinlich liegen die Verhaltnisse in der Rhizosphare der Landphanerogamen ahnlich. Doch ist es in diesem Bereich noch wesentlich schwieriger, Abhangigkeiten festzustellen, da diese durch ortlich wirkende Faktorenkomplexe noch we it mehr verkompliziert werden (LOTSCHERT und U LLRICII 1961; LOTS CHERT und HORST 1962; LOTS CHERT 1964 b)').

tiber die Hohe der durch die Niederschlage mitgefiihrten Nahrstoffmengen innerhalb Mitteleuropas liegen bisher vor aHem die Untersuchungen von ERIKSON (1952), EMANUELSON, ERIKSON and EGNER (1954) sowie EGNER and ERIKSON (1955-1960) vor. Aus ihnen ist zu schlieBen, daB die Mineralsalzversorgung in den europaischen Hochmoorgebieten sehr unterschiedlichen Bedingungen unterliegt. Die Bedeutung dieser Tatsache fUr die floristische Ausdifferenzierung der Moorvegetation wurde unlangst von ALETSEE (1967) eingehend diskutiert. Er glaubt, daB durch die Niederschlage bedingte Nahrstoffgradienten das floristische GefaHe in den Hochmooren Europas mitverursachen. Dies trifft in gewissem Umfang sicherlich zu. Doch erscheint es angebracht, beim Vergleich bzw. der tibertragung der in Niederschlagen enthaltenen Elektrolytkonzentrationen von MeBstationen auf benachbartc Moore sehr vorsichtig zu verfahren. Neben jahreszeitlich bedingten Faktoren, auf die besonders GORHAM (1955) hinweist, beeinflussen nach den Untersuchungen von GEORGI! (1965) auch die Hohe iiber NN und nicht nur die Entfernung vom Meer die Konzentration der in den Niederschlagen enthaltenen Bestandteile. So liegen besonders die von uns ermittelten Oa ++-Gehalte in den Niederschlagen im Gebiet des Schwarzen Moores mit 5,3 bzw. 8,1 kg Oa++/ha/J niedrig gegeniiber den hohen Werten von 17,6 bzw. 12,0 kg Oa/ha/J der dem Schwarzen Moor benachbarten Stationen BraunschweigVolkenrode und Augustenberg (Karte Nr. 2, ALETSEE 1967). Der dort ebenfalls angefiihrte Wert fiir Bonn von 47,2 kg Oa/ha/J erscheint sehr hoch, doch fanden SCHARRER und FAST (1951) flir Giellen ebenfalls sehr hohe Werte. Gut stimmen dagegen die wahrend der Untersuchungsperiode im Schwarzen Moor gem essenen Xa+- und K+-Gehalte von ca. 4 bzw. 2 kg/ha in den Niederschlagen mit denen der o. a. Nachbarstationen iiberein. Hinweise auf die unterschiedlichen Konzentrationen im Regenwasser benachbarter Stationen geben aullerdem die Analysen von ALLEN et a!. (1968), GORE (1968) und SPARLING (1967) sowie RAPP (1969). Von grollerer Aussagekraft als der Vergleich der durch die Niederschlage bedingten Nahrstoffzufuhr erscheint uns der Vergleich der reell vorhandenen Elektrolyte in den einzelnen Moorgebieten.

Bezeichnenderweise reicherte sich in den Sphagnum-Kopfchen des Rhonmoores das Ca++, also das Element, welches in den Niederschlagen und im Standortswasser 1) Bei Grundwasseruntersuchungen im Rheinischen Schiefergebirge wurde ebenfalls festgestellt, daB in einzelnen Gebieten betrachtliche Schwankungen der chemischen Konzentrationen vorkommen, in anderen Gebieten dagegen ein sehr ausgeglichener Jahresgang der untersuchten Gehalte auftrat (KELLER 1964).

-

264

T. GIES und W. LOTSCHERT

die hochsten Konzentrationen hatte, am starksten an. Dagegen besaB nach Untersuchungen von BREHM (1967) im Kaltenhofer Moor das Na+ im Haftwasser die hOchsten Konzentrationen. Diese Tatsache erklart sich aus der meernahen Lage dieses Moorgebietes, welche einen hohen Na+-Gehalt in den Niederschlagen und in den Moorwassern bewirkt. Es ist somit anzunehmen, daB im Grundwasser aber auch im Haftwasser der Sphagnen jedes Moores ein auf das Gebiet abgestimmtes MengenverMltnis der untersuchten Elektrolyte vorliegt. Bei der Analyse eines Moorgebietes erscheint es daher in Zukunft angebracht, neben dem Gehalt der Moorwasser auch den Mineralgehalt im Haftwasser der Sphagnen zu berticksichtigen. Zusammenfassung 1. 1m VerIauf von zwei Vegetationsperioden wurden in regelmaBigen Abstanden die Ca ++, Mg++-, Na+- und K+-Konzentrationen sowie der pH-Wert in Kolken, Flarken und im Grundwasser der Vegetations-Stufenkomplexe des Schwarzen Moores in der Hochrhiin gemessen. Nach den vorliegenden Ergebnissen schwanken die Kationengehalte der Moorwasser starker als bisher aus mitteleuropaischen Hochmooren bekannt war. 2. Minima und Maxima der Elektrolytgehalte und des pH-Wertes kiinnen im Hochmoor je nach den wechselnden klimatischen Bedingungen bzw. den Anreicherungsvorgangen in den Sphagnen zu sehr verschiedenen Terminen innerhalb der Vegetationsperiode auftreten. Verallgemeinerungen hinsichtlich der Periodizitat der untersuchten Faktoren sind daher unzulassig. 3. Gleiche Niederschlage kiinnen an verschiedenen Moorstandorten verschiedene Konzentrationsverhaltnisse verursachen, je nachdem wie das Regenwasser durch 1onenaustauschvorgange der Sphagnen beeinfluBt wird. 4. Das 10nenaustauschvermiigen der Sphagnen bzw. die Kationenaufnahme durch 10nentausch werden durch Messungen am naturlichen Standort bestatigt. Es bestehen erhebliche lokale Konzentrationsunterschiede zwischen der nachsten Umgebung von Sphagnum-Bestanden, dem angereicherten Wasser zwischen Sphagnen und dem hochkonzentrierten PreBwasser aus den Sphagnum-Pflanzen selbst. Die Kationen werden auch in den Kiipfchen der blutbildenden Sphagnum-Arten angereichert. 5. Fur die Okologie der Hochmoorstandorte ist kennzeichnend, daB die Sphagnen auf Grund ihres morphologischen Baues nieht nur Wasser speichern, sondern auch weit mehr Nahrstoffe in ihten Kiipfchen anreichern als sie aufnehmen kiinnen. AuBerdem erniedrigen sie den pHWert in ihrer Umgebung fortwahrend durch 1onenaustausch. 6. Die nachgewiesenen Konzentrationsanderungen in den Moorwassern sind somit einerseits auf Niederschlag und Verdunstung andererseits auf 1onenaustauschvorgange bzw. auf Auswaschung angereicherter Kationen aus den Sphagnen und Torfen zuruckzufuhren. Herrn Prof. Dr. K. EGLE, Frankfurt a. M., danken wir fur die Fiirderung der vorliegenden Untersuchungen.

Frau H. HILLER flihrte die graphischen Darstellungen und topographischen Skizzen aus. Auch ihr miichten wir an dieser Stelle vielmals danken.

1

Untersuchungen iiber den Kationengehalt im Hochmoor

265

Literatur ALETSEE, L.: Begriffliche floristische Grundlagen zu einer pflanzengeographischen Analyse der europaischen Regenwassermoorstandorte I. u. II. Beitr. BioI. d. Pflanzen 43, 117-160 u. 161-283 (1967). ALLEN, S. E., CARLISLE, A., \¥HITE, E. J., and EVANS, C. C.: The plant nutrient content of rainwater. J. Ecol. a6, 497 -504 (1968). ANSCHUTZ, J., und GESSNER, F.: Der Ionenaustausch bei Torfmoosen (Sphagnum). Flora 141, 178-234 (1954). BAUMANN, A., und GULLY, E.: Untersuchungen iiber die Humussauren. II. Die freien Humussauren des Ilochmoores. Ihre Natur, ihre Beziehungen zu den Sphagnen und zur Pflanzenernahrung. Mitt. d. K. Bayr. Moorkulturanstalt 4,31-156 (1910). BOATMAN, D. J.: An ecological study of two areas of blanket bog on the Galway-Mao Peninsula, Ireland. Proc. R Irish Acad. a9 B, 29-42 (1957). - and ROBERTS, J.: The amounts of certain nutrients leached from peat by various extract ants. J. Ecol. ;; , 187 -189 (1963). BREHM, K.: Untersuchungen zur Ernahrungsphysiologie ·der Sphagnen unter besonderer Beriicksichtigung des Kationenaustausches. Diss. Kie11967, 64. Die Bedeutung des Kationenaustauschs fiir den Kationengehalt lebender Sphagnen. Plant a (Berl.) 79, 324-345 (1968). Kationenaustausch bei Hochmoorsphagnen: Die Wirkung von an den Austauscher gebundenen Kationen in Kulturversuchen. Beitr. BioI. d. Pflanzen 47,91-116 (1970). Ein Sphagnum-Bult als Beispiel einer natiirlichen Ionenaustauschersaule. Ebenda 47,287 bis 312 (1971). CLYMO, R S.: Ion exchange in Sphagnum and its relation to bog ecology. Ann. Bot. 27, 309-324 (1963). The origin of acidity in Sphagnum bogs. Bryologist 67,427-431 (1964a). Ion exchange properties and growth of some species of Sphagnum. In: Tenth Internat. Botanical Congress Experimental Ecology, Abstracts of papers Nr. 610. Edinburgh 1964 b, 263. Control of cation concentrations, and in particular of pH, in Sphagnum dominated communities. Koninglige Nederlandse Akademie van Weterschappen. Proceedings of IBP-Symposium 1966, Amsterdam 1967, 273-284. CRAIGIE, J. S., and MAAS, W. S. G.: The cation-exchanger in Sphagnum spp. Ann. of Bot. 30, 153-154 (1966). EGNER, H., and ERIKSSON, E.: Current data on the chemical composition of air and precipitation. Tellus 7-12 (1955 bis 1960). EMANUELSSON, A., ERIKSSON, E., and EGNER, H.: Composition of atmospheric precipitation in Sweden. Tellus 6, 261-267 (1954). ERIKSSON, E.: Composition of atmospheric precipitation. I. Nitrogen compounds. II. Sulfur, chloride, iodine compounds. Tellus 4, 215-232 u. 280-303 (1952). FEIGE, W.: Bestimmung der Kationenaustauschkapazitat und austauschbarer Kationen von carbonatfreien Moorboden. Zeitschr. f. Pflanzenkrankheiten, Pflanzenpathol. u. Pflanzenschutz 123, 101-105 (1969). FISCHER, W., und KADNER, R: Kationenaustauschkapazitaten von Torf- und Braunkohleproben, untersucht nach der Methode von Mehlich-Schachtschabel. Freiberger Forschungshefte A 254, 87-110 (1962).

266

T. GIES und W. LOTSCHERT

GAUGER, W., und ZIEGENSPECK, H.: Untersuchungen iiber ein klimatisch bedingtes jahresperiodisches Schwanken der Bodenreaktion im lebenden Hochmoor. Bot. Archiv 30, 109-166 (1930). GEORGII, H. W.: Untersuchungen iiber Ausregnen und Auswaschen atmospharischer Spurenstoffe durch Wolken und Niederschlag. Ber. d. Dtsch. Wetterdienstes Nr. 100 (Bd. 14), Offenbach 1965,23. GIES, T.: Vegetation und Ukologie des Schwarzen Moores (Rhon) unter besonderer Beriicksichtigung des Kationengehaltes. Diss. Frankfurt a. M. 1971, 198. GORE, A. J.: The supply of six elements by rain to an upland peat area. J. EcoI. 1i6, 483-495 (1968). - and ALLEN, S. E.: Measurement of exchangeable and cation content for H+, Na+, K+, Mg++ and Ca++ and iron in high level blanket peat. Oikos 7, 48-55 (1956). GORHAM, E.: On the acidity and salinity of rain. Geochim. cosmochim. Acta 7, 231-339 (1955). JENSEN, U.: Die Vegetation des Sonnenberger Moores im Oberharz und ihre okologischen Bedingungen. Veroff. Nieders. Landesverw. Naturschutz- und Landschaftspflege 1, Hannover 1961, 85. JUNGK, A.: Uber die selektive Kationenabsorption von Torf. Z. f. Pflanzenernahrung, Diing., Bodenk. 104, 206-216 (1964). KAlLA, A., und KIVEKAS, J.: Distribution of extractable calcium, magnesium, potassium and sodium in various depths of some virgin peat soils. J. Sci. agric. Soc. Finland 28, Helsinki 1956,237-247. KELLER, R.: Der EinfluB von Boden, Gestein und Klima auf den Chemismus des Grundwassers. Intern. Ass. Scient. Hydrology No. 64, Berkeley 1964, 112-117. KLAUSING, 0.: Uber die chemische Pufferwirkung von Regenwasser und ihren moglichen EinfluB auf den pH-Wert des Bodens. Ber. Dtsch. Bot. Ges. 68, 261-264 (1955). LOTSCHERT, W.: Mikrotopographische pH-Messungen in Hoch- und Flachmooren. Z. Bot. 1)1, 452-467 (1963). Vegetation, Trophiegrad und pflanzengeographische Stellung des Salemer Moores. Beitr. BioI. Pflanzen 40,65-111 (1964a). Neuere Untersuchungen zur Frage jahreszeitlicher pH-Schwankungen. Angew. Botanik 38, 255- 268 (1964 b). Pflanzen an Grenzstandorten. Stuttgart 1969,167. und ULLRICH, C.: Zur Frage jahreszeitlicher Bodenreaktionsschwankungen an natiirlichen Standorten. Flora 11)0,657-674 (1961). und HORST, K.: Zur Frage jahreszeitlicher pH-Schwankungen. II. Untersuchungen an Heideund Waldstandorten. Flora l1i2, 689-701 (1962). und LIEMANN, F.: Die Salzspeicherung im Keimling von Rhizophora mangle L. wahrend der Entwicklung auf der Mutterpflanze. Plant a (Berlin) 77, 142-156 (1967). und GIES, T.: Untersuchungen iiber den Kationengehalt im Hochmoor. 1. Abstufungen in den Vegetationskomplexen. Flora 162, 215-243 (1973). MALMER, N.: Notes on the relation between the chemical composition of mire plant and peat. Bot. Notiser 111, 274-288 (1958). Studies on mire vegetation in the Archaean area of Southwestern Giitaland (South Sweden). II. Distribution and seasonal variation in elementary constituents on some mire sites. Op. bot. Soc. bot. Lund. 7, 1-67 (1962). und SJORS, H.: Some determinations of elementary constituents in mire plants and peat. Bot. Notiser 108, 46-80 (1955).

Untersuchungen iiber den Kationengehalt im Hoehmoor

267

PUUST J AHn, V.: On the humic acids of peat soils. Acta Agric. Scandinavica 5, 257 - 279 (1954/55). On the eolloidal nature of peat-forming mosses. Arch. Soc. zoo!.-bot. fenn. "Vanamo" 9 (Supp!.) 207 - 272 (1955). On the factors resulting in uneven growth on redaimed treeless fen soi!. Acta Agric. Scandinavica 6, 45-63 (1955/06). On the cation exchange capacity of peats and on the factors of influence upon its formation. Ebenda 6, 410- 449 (1956). On the base status of peat soils. Ebenda 7, 190- 233 (195G/57). On the cation uptake mechanism of Sphagnum mosses. J. Sci. agric. Soc. Finland 31, 103-109 (1959). RAMAUT, J.: Modifieation de pH apportees par la tourbe et Ie Sphagnum sec aux solutions salines et a reau bidistillee. Acad. Roy. Belg., Bul!. Sci. ser. 5,40,305-319 (1904). Etude de l'origine de l'aciditC naturelle des tourbirres aride de la Baraque ~liche!. Ebenda 5, 41, 1037-10fl2 (191)0a). Extraction et purification de I'un des produits responsables de I'acidite des eaux des Halites tourbieres et secrete par Sphagnum. Ebenda 5, 41 1Hi8-1199 (1955 b). RAPp, M.: Apport d'elements mineraux au sol par les caux de pluviolessivage sous des peuplements de Quercus ilex L., Quercus latlUginosa LANK. et Pinus halepel18is MILL. Oeco!. Plant. 4,71-92 (1969). RATHsAcK, K., und JUNGK, A.: Ober die Pufferung und Kationensorption von Torf. Z. f. Pflanzenernahr., Diing., Bodenk. 104, 194-205 (1964). REDINGER, K.: Studien zur Okologie der Moorschlenken. Physikalisch-chemische und biologische Beobachtungen auf den Lunzer Hochmooren. Beih. Bot. Cb!. Abt. B 52, 231-309 (1934). RUDOLPH, 1[.: Die Kultur der J lochmoorsphagnen unter definierten Bedingungen. Beitr. BioI. d. Pflanzen 39, 153-177 (19G3a). - Die Kultur der Sphagnen unter definierten Bedingungen als Weg zur Klarung physiologischer und tikologiseher Probleme im Hochmoor. Ber. Dtsch. Bot. Ges. 76, 16-20 (1963b). SJORS, H.: ~Iyrvegetation i Bergslagen. Acta Phytogeogr. Suec. 21, 1-299 (1948). - On the relation between vegetation and electrolytes in north swedish mire waters. Oikos 2, 241- 208 (1900). SONESSON, M.: On Drcpanoeladus trichophyllus in the Tornetrask Area. Bot. Notiser 119, 379400 (1966). SPARLING, J. II.: StudiEs on the relationship between water movement and water chemistry in mires. Can. J. Bot. 44, 747-58 (1966). The occurrence of Schoenus nigricans L. in blanket bogs. I. Environmental conditions affecting the growth of Schoenus nigricans in blanket bogs. II. Experiments on the growth of Schoen us nigricans under controlled conditions. J. Eco!. 55, 1-13 u. 15-31 (1967). Biological Flora of the British Isles. Schoenus nigricans L. (Chaetospora nigricans K.) J. Eco!. 56, 883-899 (1968). SVENSSON, G.: Vegetationsunderstikningar pa Store mosse. Bot. Notiser 118, 1,49-86 (1965). THUNMARK, S.: Orientierung iiber die Exkursionen des IX. Internationalen Limnologenkongresses im Anabodagebiet. Verh. Inst. Vereinig. theor. angew. Limnologie 9,59-68 (1940). - Cber rezente Eisenocker und ihre Mikroorganismengesellschaften. Bull. Geol. Inst. Uppsala 29, 1-285 (1942). TOLPA, S., und GORHAM, E.: The ionic composition of waters from three polish bogs. J. Eco!. 49, 127-133 (1961). ""HEHRY, E. T.: Observations on the soil acidity of Ericaceae and associated plants in the middle atlantic states. Proc. Acad. of Nat .Sci. of Philadelphia 72, 84-111 (1920).

268

T. GIES und W. LOTSCHERT, Untersuchungen iiber den Kationengehalt im Hochmoor

~WILLERT,

v. D. J.: Tagesschwankungen des Ionengehaltes in Salicornia europaea. Ber. Dtsch. Bot. Ges. 81, 442-449 (1968). WITTING, M.: Kationsbestammingar i myrvatten. Bot. Notiser 4,286-304 (1947). Preliminiert meddelande om fortsatta Kationsbestammingar i myrvatten sommaren. Sv. bot. Tidskr. 42, 116--135 (1948). Kalciumhalten i nagra nordsvenska myrvatten. Ebenda 43, 715-739 (1949). ZAILER, V., und WILK, L.: Uber den EinfluB der Pflanzenkonstituenten auf die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Torfes. Z. Moorkultur u. Torfverwertung. 5, 40-64, 111-128, 197 - 260 (1907). Anschrift der Verfasser: Dr. T. GIES und Prof. Dr. W. LOTSCHERT, Botanisches Institut der Universitat Frankfurt, 6 Frankfurt/M., SiesmayerstraBe 70.