Abstract
The influence of the distance to the stem on the chemical properties of soil and soil solution were investigated in a mature European beech (Fagus silvatica L.) and a Norway spruce (Picea abies Karst.) stand by comparing areas close to stems with reference areas between stems. Under beech, significant changes of soil chemistry close to the stem were observed. Distance from the stem influenced the exchangeable K, Mg, Ca and Al, as well as soil pH. Ca/Al- and Mg/Al-ratios of the soil solution showed higher values at the base of the stem. A significant increase of K and NO3-N concentrations of the soil solution close to the stem was found. No significant differences of soil analyses from reference sites and the base of the stem were detectable in case of spruce. Only the soil solution chemistry of the spruce site showed distinct spatial patterns. A significant increase of Ca, K and NH4 concentrations was determined next to the stem, while the concentrations of NO3 were considerably decreased. These findings suggest that the spatial heterogeneity of soil and soil solution chemistry related to stem distance should be taken into account when establishing element budgets and when evaluating the nutrient resources and the risk of acid toxicity to tree roots. ei]Section editor: R F Huettl
This is a preview of subscription content, log in via an institution to check access.
Similar content being viewed by others
References
Benecke P 1979 Der Wasserumsatz eines Buchen- und eines 071 Fichtenwaldökosystems im Hochsolling. Habil. Schrift Univ. Göttingen. 225 p.
Ebben U 1990 Die toxische Wirkung von Aluminium auf das Wachstum und die Elementgehalte der Feinwurzeln von Altbuchen und Altfichten. Berichte des Forschungszentrums Waldökosysteme d. Univ. Göttingen, Reihe A, Bd. 64, 1–107.
Falkengren-Grerup U 1989 Effect of soil acidification on beech forest vegetation in southern Sweden. J. Appl. Ecol. 26, 341–352.
Friedrich J 1992 Räumliche Variation bodenchemischer und-physikalischer Merkmalsgrößen sowie der Wurzelverteilung in Buchen- und Fichtenwaldökosystemen. Berichie des Forschungszenstrums Waldökosysteme d. Univ. Göttingen, Reihe A, Bd. 83.
Gerke H 1987 Untersuchungen zum Wasserhaushalt eines Kalkbuchenwaldökosystems und zur Wasserbewegung in flachgründigen Böden und im durchwurzelten Kalkgestein als Grundlage zur Modellentwicklung. Berichte des Forschungszentrums Waldökosysteme/Waldsterben d. Univ. Göttingen, Reihe A, Bd. 27, 1–189.
Glatzel G and Kazda M 1985 Wachstum und Mineralstoffcrnährung von Buche (Faguss sylvatica) und Spitzahorn (Acer platanoides) auf versauertem und schwermetallbelastetem Bodenmaterial aus dem Einsickerungsbereich von Stammablaufwasser in Buchenwäldern. Z. Pflanzenernähr. Bodenk. 148, 429–438.
Glavac V and Koenis H 1986 Kleinräumige Konfiguration wichtiger bodenchemischer Meßgrößen in dem vom Stammablaufwasser beeinflußten Bodenbereich alter Buchen. Verhandlungen der Gesellschaft für Ökologie 14, Hohenheim 1984, 293–298.
Hildebrand E E 1990 Die Bedeutung der Bodenstruktur für die Waldernährung dargestellt am Beispiel des Kaliums. Forstw. Cbl. 109, 2–12.
Hodges S C and Johnsen G C 1987 Kinetics of sulfate adsorption and desorption by cecil soil using miscible displacement. Soil Sci. Soc. Am. J. 51, 323–331.
Jochheim H 1985 Der Einfluß des Stammablaufwassers auf den chemischen Bodenzustand und die Vegetationsdecke in Altbuchenbeständen verschiedener Waldbestände. Berichte des Forschungszentrums Waldökosysteme/Waldsterben d. Univ. Göttingen, Bd. 13, 1–225.
Jorns A and Hecht-Buchholz L 1985 Aluminiuminduzierter Mg-und Ca-Mangel im Laborversuch bei Fichtensämlingen. AFZ 40, 1248–1252.
Kaupenjohann M and Hantschel R 1987 Die kurzfristige pH-Pufferung von gestörten und ungestörten Waldbodenproben. Z. Pflanzenernaehr. Bodenkd. 150, 156–160.
Koenies H 1985 Uber die Eigenart der Mikrostandorte im Fußbereich der Altbuchen unter besonderer Berücksichtigung der Schwermetallgehalte in der organischen Auflage und im Oberboden. Berichte des Forschungszentrums Waldökosysteme/Waldsterben d. Univ. Göttingen, Bd. 9, 1–288.
Marschner H and Römfeld V 1983 In vivo measurements of root-induced pH changes at the soil root interface: Effect of plant species and nitrogen source. Z. Pflanzenphysiol. Bd. 111, 241–251.
Matzner E 1988 Der Stoffumsatz zweier Waldökosysteme im Solling. Berichte des Forschungszentrums Waldökosysteme/Waldsterben d. Univ. Göttingen, Reihe A, Bd. 40, 1–127.
Matzner E, Khanna P K, Meiwes K J, Lindheim M, Prenzel J and Ulrich B 1982 Elementflüsse in Waldökosystemen im Solling - Datendokumentation - Göttinger Bodendundl. Berichte 71, 1–267.
Matzner E, Blanck K, Hartmann G and Stock R 1988 Needle chlorosis pattern in relation to soil chemical properties in two Norway spruce (Picea abies, Karst.) forests of the German Harz moutains, Air Pollution and Forest Decline. Eds. J B Bucher and I Bucher-Wallin. Proc. 14th Int. Meeting IUFRO P2.05; Interlaken, Switzerland, 2–8 October, Birmensdorf, 1989, pp 195–199.
Matzner E and Meiwes K J 1993 Long-term development of element fluxes with bulk precipitation and throughfall in two forested ecosystems of the German Solling area. J. Environ. Qual. (In press).
Neitzke M and Runge M 1987 Entwicklung und Mineralstoffgehalte junger Buchen in Abhängigkeit von den Aluminium-und Kalziumgehalten der Nährlösung. Teil 1: Entwicklung. Bot. Jahr. Syst. 108, 403–415.
Pallent E and Riha S J 1991 Surface soils acidification under red pine and Norway spruce. Soil Sci. Soc. Am. J. 54, 1124–1130.
Rost-Siebert K 1985 Untersuchungen zur H-und Al-Ionen-toxizität an Keimpflanzen von Fichte (Picea abies, Karst.) und Buche (Fagus sylvatica L.) in Lösungskultur. Berichte des Forschungszentrums Waldökosysteme/Waldsterben d. Univ. Göttingen, Bd. 12.
Sah S P 1990 Vergleich des Stoffhaushaltes zweier Buchenwaldökosysteme auf Kalkgestein und auf Bunstandstein. Berichte des Forschungszentrums Waldsökosyteme/Waldsterben d. Univ. Göttingen. Reihe A, Bd. 59, 1–140.
Schäfer H 1988 Auswirkungen der Deposition von Luftschadstoffen auf die Streuzersetzung in Waldökosystemen: Eine Fallstudie an den durch Stammablaufwasser stark säure-und schwermetallbelasteten Baumfuß-Bodenbereichen alter Buchen. Berichte des Forschungszentrums Waldökosyteme/Waldsterben d. Univ. Göttingen, Reihe A, Bd. 37, 1–157.
Schnitzer M and Skinner S F M 1964 Organo-metallic interactions in soils: Properties of iron and aluminium organic matter complexes prepared in the laboratory and extracted from a soil. Soil Sci. 98, 197–203.
Schulte A 1985 Veränderung bodenchemischer Parameter im Stammablaufbereich von Buchenwaldökosystemen. Diplomarbeit, Institut f. Bodenkunde und Waldernährung d. Univ. Göttingen. 75 p.
Ulrich B 1971 Investigation on cycling of bioelements in forests of Central Europe (preliminary results of the Solling project). Ecology and Conservation 4, 501–508.
Türk T 1992 Die Wasser-und Stoffdynamik in zwei unterschiedlich geschädigten Fichtenstandorten im Fichtelgebirge. Bayreuther Bodenkundl. Berichte, Bd. 22.
Werner W 1988 Stickstoff-und Phosphor-Mineralisation im Versickerungsbereich des Stammablaufwassers von Buchen (Fagus sylvatica L.). Flora 181, 339–352.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Koch, A.S., Matzner, E. Heterogeneity of soil and soil solution chemistry under Norway spruce (Picea abies Karst.) and European beech (Fagus silvatica L.) as influenced by distance from the stem basis. Plant Soil 151, 227–237 (1993). https://doi.org/10.1007/BF00016288
Received:
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00016288