Data repository for the research project "Interflow-phosphorus and the eutrophication of the... more Data repository for the research project "Interflow-phosphorus and the eutrophication of the Antrift reservoir (Hesse, Germany)". For further information on context of data and on data generation, please see: - "Weber, C.J., Weihrauch, C., 2020, Autogenous eutrophication, anthropogenic eutrophication and climate change: Insights from the Antrift reservoir (Hesse, Germany), Soil Systems 2020, 4(4):29, DOI: https://doi.org/10.3390/soilsystems4020029"
Im untersuchten Gebiet stehen mesozoische Sandsteine des Mittleren Buntsandsteins an. Am Unter- u... more Im untersuchten Gebiet stehen mesozoische Sandsteine des Mittleren Buntsandsteins an. Am Unter- und Mittelhang handelt es sich um Gesteine der Detfurth-Folge, am Oberhang um Schichten der Hardegsen-Folge (vgl. Abb. 26). Bei einer vergleichenden Betrachtung von P-Gehalten der in Hessen verbreiteten Gesteinsgruppen stellten Pecoroni et al. (2014:91) fur Sandsteine allgemein einen Median von rund 371 mg P/kg Trockensubstanz fest.
Die räumliche Verteilung von Phosphor (P) an Hängen wird oft durch Erosion und Akkumulation erklä... more Die räumliche Verteilung von Phosphor (P) an Hängen wird oft durch Erosion und Akkumulation erklärt. Die unterirdische P-Verlagerung wird dagegen meist als vernachlässigbar betrachtet. Um das zu hinterfragen, wurden drei Hangtransekte aus Bodenprofilen angelegt und auf ihre vertikale und laterale P-Verteilung untersucht. In jedem Transekt findet man die höchsten PGehalte am Unterhang, allerdings nicht nur in Kolluvien, sondern in allen Schichten. Leicht lösliche P-Formen nehmen dabei von den Oberhängen zu den Unterhängen sukzessive zu und sind an den Unterhängen in allen erfassten Tiefen relativ häufig. Dies zeigt, dass in Hanglagen neben Verlagerungen an der Oberfläche auch P-Verlagerungen mit dem Gefälle und zunehmender Bodentiefe stattfinden. Erosion allein bildet also keine hinreichende Erklärung für die räumliche P-Verteilung an den drei Hängen. Stattdessen sollten unterirdische Transportwege und -arten stärker in den wissenschaftlichen Fokus gerückt werden.
Boden haben ein durchschnittliches C:N:P-Verhaltnis von 186:13:1 (vgl. Cleveland & Liptzin 2007, ... more Boden haben ein durchschnittliches C:N:P-Verhaltnis von 186:13:1 (vgl. Cleveland & Liptzin 2007, nach Reed & Wood 2017:258). P kommt in Boden also in sehr viel geringeren Mengen vor als andere Makronahrstoffe. Dabei leiten sich die P-Gehalte ungedungter Boden vor allem aus ihrem Ausgangsgestein, der Textur und ihrem Entwicklungsgrad her (vgl. Scheffer 2002: 295).
Die Analyseergebnisse werden in jedem Untersuchungsgebiet nach Hanglagen gesondert vorgestellt. D... more Die Analyseergebnisse werden in jedem Untersuchungsgebiet nach Hanglagen gesondert vorgestellt. Der Fokus liegt dabei auf den drei P-Fraktionen. Die anderen untersuchten Elemente werden kursorisch behandelt.
Bei der detaillierten Betrachtung der verschiedenen P-Gehalte in den drei Untersuchungsgebieten z... more Bei der detaillierten Betrachtung der verschiedenen P-Gehalte in den drei Untersuchungsgebieten zeigte sich generell, dass P in Boden kleinraumig sehr heterogen verteilt sein kann. Zu diesem Resultat kamen auch Stepien et al. (2013:63). Zudem ergibt sich dies aus zahlreichen geoarchaologischen Phosphatprospektionen (vgl. bspw. Zimmermann 2008:127; Jungmann 2002:488; Zimmermann 1992:109ff; Heinrich 1987:216; Kiefmann 1983a:188). Anhand der in Kap. 7 vorgestellten Profil-Transekte zeigte sich daruber hinaus, dass P-Verlagerungen und Veranderungen der P-Loslichkeit einen grosen Einfluss auf die raumliche Verteilung des Nahrstoffs haben konnen.
Systematische Phosphor-Forschungen sind notwendig, da das Element fur die Gesellschaft von groser... more Systematische Phosphor-Forschungen sind notwendig, da das Element fur die Gesellschaft von groser Bedeutung ist. Die folgenden Kapitel verdeutlichen dies, indem sie zuerst seine biologische Funktion als Nahrstoff und seine Rolle als unersetzbares Dungemittel erlautern. Anschliesend wird die eingangs bereits angesprochene „Phosphor-Krise“ genauer umrissen.
Durch eine fraktionierte Prospektion des Phosphors (P) im Boden konnte die vorgeschichtliche Nutz... more Durch eine fraktionierte Prospektion des Phosphors (P) im Boden konnte die vorgeschichtliche Nutzung im Vorfeld der Milseburg genauer rekonstruiert werden. Eine urnenfelderzeitliche Terrassierung des Gelandes ist auf 150 Metern Hanglange nachweisbar. Das intensiv frequentierte eisenzeitliche Siedlungsgebiet nimmt etwa ein Drittel davon ein. Davor schliest ein Bereich an, der vermutlich landwirtschaftlich genutzt wurde. Jenseits des terrassierten Gelandes sind die P-Befunde aufgrund intensiver Bodenfeuchte nicht archaologisch auswertbar.
Phosphorus (P) loss from soil may trigger freshwater eutrophication and endanger supply with drin... more Phosphorus (P) loss from soil may trigger freshwater eutrophication and endanger supply with drinking water regionally. The present paper aims at encouraging discussion and development of sophisticated strategies for risk assessment of P loss from soils of riparian buffer zones (RBZ) as a prerequisite for targeted and effective mitigation of such P losses and their effects on freshwater eutrophication. We use data from a case study on RBZ soils in Germany to compare the performance of different environmental indicators of a risk for P loss from soil. Our data suggest that RBZ soils are temporarily sinks or sources for P. The spatial hotspots of P loss are the topsoils and the deep P stocks (labile P enriched in RBZ subsoils below on average 87.5 cm depth). We discuss four aspects to be considered conceptually and methodologically in the assessment of a risk for P loss from RBZ soils: (1) spatial heterogeneity and spatial bias; (2) temporal heterogeneity and temporal bias; (3) conceptual bias caused by different dynamics of individual P fractions; and (4) adequacy of threshold values. To minimize bias, we propose to assess risk for P loss from RBZ soils using a geospatial, temporally resolved sampling strategy, site-specific or regional threshold values, and a P fractionation approach. For this purpose, we introduce PdHCl as a risk indicator, which is not susceptible to very short-term dynamics (in contrast to water-soluble P).
Subsurface phosphorus (P) translocation along slopes may contribute to P enrichment in the subsoi... more Subsurface phosphorus (P) translocation along slopes may contribute to P enrichment in the subsoils of riparian buffer zones. Such "deep P stocks" might contribute to P concentrations and eutrophication of freshwaters. Better understanding of subsurface P translocation through the soilscape is required to understand the build-up of deep P stocks and to develop targeted mitigation strategies against it. However, such soilscape P dynamics are difficult to tackle due to logistical limitations of common field sampling strategies. Here, we introduce the Soilscape Network Approach (SNAp) as a solution to this problem: It enables to study soilscape P dynamics from a new analytical perspective but on the basis of common field sampling strategies. For this purpose, we are using the graph visualization platform Gephi with field data from a study on subsurface P translocation in Germany. The application of SNAp corroborated prior results regarding deep P stocks in riparian buffer zones, and it enabled the identification of major P sink and source sites as well as dominant P translocation pathways. Our SNAp analysis suggests that subsurface P translocation from topslopes and middle slopes is relevant for the build-up of deep P stocks in the studied toeslope subsoils, especially with shallow basalt or agricultural fertilizer inputs on the top- and middle slopes. Besides, the data imply that lateral P translocation along the studied slopes is small on short slopes, increases until a maximum is achieved, then decreases again when slopes are too long. The SNAp analysis offers new findings which gave valuable insights for the mitigation of subsurface P translocation along slopes.
Climate change is projected to aggravate water quality impairment and to endanger drinking water ... more Climate change is projected to aggravate water quality impairment and to endanger drinking water supply. The effects of global warming on water quality must be understood better to develop targeted mitigation strategies. We conducted water and sediment analyses in the eutrophicated Antrift catchment (Hesse, Germany) in the uncommonly warm years 2018/2019 to take an empirical look into the future under climate change conditions. In our study, algae blooms persisted long into autumn 2018 (November), and started early in spring 2019 (April). We found excessive phosphorus (P) concentrations throughout the year. At high flow in winter, P desorption from sediments fostered high P concentrations in the surface waters. We lead this back to the natural catchment-specific geochemical constraints of sediment P reactions (dilution- and pH-driven). Under natural conditions, the temporal dynamics of these constraints most likely led to high P concentrations, but probably did not cause algae bloom...
Data repository for the research project "Interflow-phosphorus and the eutrophication of the... more Data repository for the research project "Interflow-phosphorus and the eutrophication of the Antrift reservoir (Hesse, Germany)". For further information on context of data and on data generation, please see: - "Weber, C.J., Weihrauch, C., 2020, Autogenous eutrophication, anthropogenic eutrophication and climate change: Insights from the Antrift reservoir (Hesse, Germany), Soil Systems 2020, 4(4):29, DOI: https://doi.org/10.3390/soilsystems4020029"
Im untersuchten Gebiet stehen mesozoische Sandsteine des Mittleren Buntsandsteins an. Am Unter- u... more Im untersuchten Gebiet stehen mesozoische Sandsteine des Mittleren Buntsandsteins an. Am Unter- und Mittelhang handelt es sich um Gesteine der Detfurth-Folge, am Oberhang um Schichten der Hardegsen-Folge (vgl. Abb. 26). Bei einer vergleichenden Betrachtung von P-Gehalten der in Hessen verbreiteten Gesteinsgruppen stellten Pecoroni et al. (2014:91) fur Sandsteine allgemein einen Median von rund 371 mg P/kg Trockensubstanz fest.
Die räumliche Verteilung von Phosphor (P) an Hängen wird oft durch Erosion und Akkumulation erklä... more Die räumliche Verteilung von Phosphor (P) an Hängen wird oft durch Erosion und Akkumulation erklärt. Die unterirdische P-Verlagerung wird dagegen meist als vernachlässigbar betrachtet. Um das zu hinterfragen, wurden drei Hangtransekte aus Bodenprofilen angelegt und auf ihre vertikale und laterale P-Verteilung untersucht. In jedem Transekt findet man die höchsten PGehalte am Unterhang, allerdings nicht nur in Kolluvien, sondern in allen Schichten. Leicht lösliche P-Formen nehmen dabei von den Oberhängen zu den Unterhängen sukzessive zu und sind an den Unterhängen in allen erfassten Tiefen relativ häufig. Dies zeigt, dass in Hanglagen neben Verlagerungen an der Oberfläche auch P-Verlagerungen mit dem Gefälle und zunehmender Bodentiefe stattfinden. Erosion allein bildet also keine hinreichende Erklärung für die räumliche P-Verteilung an den drei Hängen. Stattdessen sollten unterirdische Transportwege und -arten stärker in den wissenschaftlichen Fokus gerückt werden.
Boden haben ein durchschnittliches C:N:P-Verhaltnis von 186:13:1 (vgl. Cleveland & Liptzin 2007, ... more Boden haben ein durchschnittliches C:N:P-Verhaltnis von 186:13:1 (vgl. Cleveland & Liptzin 2007, nach Reed & Wood 2017:258). P kommt in Boden also in sehr viel geringeren Mengen vor als andere Makronahrstoffe. Dabei leiten sich die P-Gehalte ungedungter Boden vor allem aus ihrem Ausgangsgestein, der Textur und ihrem Entwicklungsgrad her (vgl. Scheffer 2002: 295).
Die Analyseergebnisse werden in jedem Untersuchungsgebiet nach Hanglagen gesondert vorgestellt. D... more Die Analyseergebnisse werden in jedem Untersuchungsgebiet nach Hanglagen gesondert vorgestellt. Der Fokus liegt dabei auf den drei P-Fraktionen. Die anderen untersuchten Elemente werden kursorisch behandelt.
Bei der detaillierten Betrachtung der verschiedenen P-Gehalte in den drei Untersuchungsgebieten z... more Bei der detaillierten Betrachtung der verschiedenen P-Gehalte in den drei Untersuchungsgebieten zeigte sich generell, dass P in Boden kleinraumig sehr heterogen verteilt sein kann. Zu diesem Resultat kamen auch Stepien et al. (2013:63). Zudem ergibt sich dies aus zahlreichen geoarchaologischen Phosphatprospektionen (vgl. bspw. Zimmermann 2008:127; Jungmann 2002:488; Zimmermann 1992:109ff; Heinrich 1987:216; Kiefmann 1983a:188). Anhand der in Kap. 7 vorgestellten Profil-Transekte zeigte sich daruber hinaus, dass P-Verlagerungen und Veranderungen der P-Loslichkeit einen grosen Einfluss auf die raumliche Verteilung des Nahrstoffs haben konnen.
Systematische Phosphor-Forschungen sind notwendig, da das Element fur die Gesellschaft von groser... more Systematische Phosphor-Forschungen sind notwendig, da das Element fur die Gesellschaft von groser Bedeutung ist. Die folgenden Kapitel verdeutlichen dies, indem sie zuerst seine biologische Funktion als Nahrstoff und seine Rolle als unersetzbares Dungemittel erlautern. Anschliesend wird die eingangs bereits angesprochene „Phosphor-Krise“ genauer umrissen.
Durch eine fraktionierte Prospektion des Phosphors (P) im Boden konnte die vorgeschichtliche Nutz... more Durch eine fraktionierte Prospektion des Phosphors (P) im Boden konnte die vorgeschichtliche Nutzung im Vorfeld der Milseburg genauer rekonstruiert werden. Eine urnenfelderzeitliche Terrassierung des Gelandes ist auf 150 Metern Hanglange nachweisbar. Das intensiv frequentierte eisenzeitliche Siedlungsgebiet nimmt etwa ein Drittel davon ein. Davor schliest ein Bereich an, der vermutlich landwirtschaftlich genutzt wurde. Jenseits des terrassierten Gelandes sind die P-Befunde aufgrund intensiver Bodenfeuchte nicht archaologisch auswertbar.
Phosphorus (P) loss from soil may trigger freshwater eutrophication and endanger supply with drin... more Phosphorus (P) loss from soil may trigger freshwater eutrophication and endanger supply with drinking water regionally. The present paper aims at encouraging discussion and development of sophisticated strategies for risk assessment of P loss from soils of riparian buffer zones (RBZ) as a prerequisite for targeted and effective mitigation of such P losses and their effects on freshwater eutrophication. We use data from a case study on RBZ soils in Germany to compare the performance of different environmental indicators of a risk for P loss from soil. Our data suggest that RBZ soils are temporarily sinks or sources for P. The spatial hotspots of P loss are the topsoils and the deep P stocks (labile P enriched in RBZ subsoils below on average 87.5 cm depth). We discuss four aspects to be considered conceptually and methodologically in the assessment of a risk for P loss from RBZ soils: (1) spatial heterogeneity and spatial bias; (2) temporal heterogeneity and temporal bias; (3) conceptual bias caused by different dynamics of individual P fractions; and (4) adequacy of threshold values. To minimize bias, we propose to assess risk for P loss from RBZ soils using a geospatial, temporally resolved sampling strategy, site-specific or regional threshold values, and a P fractionation approach. For this purpose, we introduce PdHCl as a risk indicator, which is not susceptible to very short-term dynamics (in contrast to water-soluble P).
Subsurface phosphorus (P) translocation along slopes may contribute to P enrichment in the subsoi... more Subsurface phosphorus (P) translocation along slopes may contribute to P enrichment in the subsoils of riparian buffer zones. Such "deep P stocks" might contribute to P concentrations and eutrophication of freshwaters. Better understanding of subsurface P translocation through the soilscape is required to understand the build-up of deep P stocks and to develop targeted mitigation strategies against it. However, such soilscape P dynamics are difficult to tackle due to logistical limitations of common field sampling strategies. Here, we introduce the Soilscape Network Approach (SNAp) as a solution to this problem: It enables to study soilscape P dynamics from a new analytical perspective but on the basis of common field sampling strategies. For this purpose, we are using the graph visualization platform Gephi with field data from a study on subsurface P translocation in Germany. The application of SNAp corroborated prior results regarding deep P stocks in riparian buffer zones, and it enabled the identification of major P sink and source sites as well as dominant P translocation pathways. Our SNAp analysis suggests that subsurface P translocation from topslopes and middle slopes is relevant for the build-up of deep P stocks in the studied toeslope subsoils, especially with shallow basalt or agricultural fertilizer inputs on the top- and middle slopes. Besides, the data imply that lateral P translocation along the studied slopes is small on short slopes, increases until a maximum is achieved, then decreases again when slopes are too long. The SNAp analysis offers new findings which gave valuable insights for the mitigation of subsurface P translocation along slopes.
Climate change is projected to aggravate water quality impairment and to endanger drinking water ... more Climate change is projected to aggravate water quality impairment and to endanger drinking water supply. The effects of global warming on water quality must be understood better to develop targeted mitigation strategies. We conducted water and sediment analyses in the eutrophicated Antrift catchment (Hesse, Germany) in the uncommonly warm years 2018/2019 to take an empirical look into the future under climate change conditions. In our study, algae blooms persisted long into autumn 2018 (November), and started early in spring 2019 (April). We found excessive phosphorus (P) concentrations throughout the year. At high flow in winter, P desorption from sediments fostered high P concentrations in the surface waters. We lead this back to the natural catchment-specific geochemical constraints of sediment P reactions (dilution- and pH-driven). Under natural conditions, the temporal dynamics of these constraints most likely led to high P concentrations, but probably did not cause algae bloom...
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