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Nutrient content and ionic pattern in beech (Fagus sylvatica L.) from natural stands in Eastern Austria and ecological implications

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Abstract

Macro and Micro cation content, concentration of water soluble cations and anions, as well as nitrogen content in beech leaves from a variety of forest stands in the eastern part of Austria have been determined. Special attention has been focused on the highly air polluted Vienna Woods. A broad natural variability in total content of minerals, as well as in nitrogen content could be observed. In general, cation nourishment has been found to be adequate on all stands. The pattern of water soluble i.e. physiologically active cations, especially with regard to divalent cations, varies broadly among beeches from different provenances: Mg/Mn ratios differ within three orders of magnitude between dolomite and highly acidic, nutrient poor stands over silicate rock. The term ‘mineral deficiency limit’ should, therefore, be used very carefully with respect to single nutrients. Organic anions (quinate, malate, citrate) clearly dominate over inorganic anions. The relative amount of the latter increased from NO3, Cl, inorganic phosphate to SO4. A concentration of SO4 is markedly in leaves within the direct reach of SO2 sources, its level, however, remaining well below the organic anions. Slight evidence of an antagonistic behavior between SO4 and organic acids could be found. Total nitrogen as well as the ratio insoluble:soluble nitrogen were tendencially higher in Vienna Wood beeches, indicating an additional use of the airborne nitrogen. The high flexibility of beech with respect to mineral content and ionic balance is discussed with regard to the ecological distribution of beech and the susceptibility to air pollution.

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References

  • Albert, R. 1989. Mineralstoff- und Ionenhaushalt von Fichten entlang eines Höhengradienten im Zillertal. Phyton (Austria) 29: 111–131.

    Google Scholar 

  • Albert, R. & Hübler, K. M. 1987. Einige Aspekte zum Ionenhaushalt und Mineralstoffwechsel von Fichten. In: Führer, E. & Neuhuber, F. (eds), Forschungsinitiative gegen das Waldsterben, Bericht 1987. Bundesministerium für Wiss. und Forschung Wien.

  • Asp, H. & Berggren, D. 1990. Phosphate and calcium uptake in beech (Fagus sylvatica) in the presence of aluminium and natural fulvic acids. Physiol. Plant. 80: 307–314.

    Google Scholar 

  • Baule, H. 1984. Zusammenhänge zwischen Nährstoffversorgung und Walderkrankungen. Allg. Forstztg. 30/31: 775–778.

    Google Scholar 

  • Baumgarten, A. & Kinzel, H. 1991. Mikrozonen im Stammfußbereich von Buchen: Untersuchungen der bodenbiologischen Aktivität. In: Albert, R., Burian, K. & Kinzel, H. (eds), Zustandserhebung Wienerwald. Österr. Akademie der Wissenschaften, Wien.

    Google Scholar 

  • Beese, F. & Waraghai, A. 1985. Ionenstatus und Säure-Neutralisationsverhalten von Buchenblättern. AFZ 43: 1164–1166.

    Google Scholar 

  • Bergmann, W. 1988. Ernährungsstörungen bei Kulturpflanzen. 2nd ed. G. Fischer, Stuttgart.

    Google Scholar 

  • Bosch, C., Rehfuess, K. E., Runkel, K. H., Schramel, P. & Senser, M. 1986. Einfluß einer Düngung mit Magnesium und Calcium, von Ozon und saurem Nebel auf Frosthärte, Ernährungszustand und Biomasseproduktion junger Fichten (Picea abies (L.) Karsten). Forstw. Cbl. 105: 218–229.

    Google Scholar 

  • Bredow, B.von, Buggert, A., Eckhoff, A. & Glavac, V. 1986. Vergleichende Untersuchung der Boden-, Wurzel- und Blattmineralstoffgehalte von Bäumen verschiedener Schadstufen in einem immissionsbelasteten Altbuchenbestand. AFZ 41: 551–554.

    Google Scholar 

  • Cape, J. N., Freer-Smith, P. H., Paterson, I. S., Parkinson, J. A. & Wolfenden, J. 1990. The nutritional status of Picea abies (L.) Karst. across Europe, and implications for ‘forest decline’. Trees 4: 211–224.

    Google Scholar 

  • Dallam, R. D. 1987. Sulfate metabolism. I. Sulfate uptake and redistribution of acid rain sulfate by edible plants. Life Sciences 40: 1147–1154.

    Google Scholar 

  • Darrall, N. M. 1989. The effect of air pollutants on physiological processes in plants. Plant, Cell and Environment 12: 1–30.

    Google Scholar 

  • Dijkshoorn, W. 1973. Organic acids and their role in ion uptake. In: Butler, J. D. & Bailey, R. (eds), Chemistry and biochemistry of berbage. Academic Press, New York.

    Google Scholar 

  • Ebben, U. 1989. Die toxische Wirkung von Aluminium auf das Wurzelwachstum der Buche. AFZ 29/30: 781–783.

    Google Scholar 

  • Ellenberg, H., Mayer, R. & Schauermann, J. (eds) 1986. Ökosystemforschung—Ergebnisse des Sollingprojektes 1966–1986. Ulmer, Stuttgart.

    Google Scholar 

  • Eschrich, W., Fromm, J. & Essiamah, S. 1988. Mineral partitioning in the phloem during autumn senescence of beech leaves. Trees 2: 73–83.

    Google Scholar 

  • Evers, F. H. 1963. Die Wirkung von Ammonium- und Nitratstickstoff auf Wachstum und Mineralstoffhaushalt von Picea und Populus. III. Einfluß auf den Mineralstoffhaushalt un Auswirkungen auf das Wachstum. Z. Botanik 51: 91–111.

    Google Scholar 

  • Falkengreen-Grerup, U. 1989. Effect of stemflow on beech forest soils and vegetation in southern Sweden. J. of Applied Ecology 26: 341–352.

    Google Scholar 

  • Flückiger, W., Braun, S., Flückiger-Keller, H., Leonardi, S., Asche, N., Bühler, U. & Lier, M. 1986a. Untersuchungen über Waldschäden in festen Buchenbeobachtungsflächen der Kantone Basel-Landschaft, Basel-Stadt, Aargau, Solothurn, Bern, Zürich und Zug. Schweiz. Zeitschrift f. Forstwesen 137: 917–1010.

    Google Scholar 

  • Flückiger, W., Braun, S., Leonardi, S., Asche, N. & Flückiger, H. 1986b. Factors contributing to the forest decline in north western Switzerland. Tree Physiol. 1: 177–184.

    Google Scholar 

  • Flückiger, W., Braun, S. & Leonardi, S. 1989. Nährstoffentwicklung im Buchenlaub und Auswirkungen auf den Parasitenbefall. AFZ 29/30: 772–773.

    Google Scholar 

  • Gäumann, E. 1935. Über den Stoffhaushalt der Buche (Fagus sylvatica L.). Ber. Dettsch. Bot. Ges. 53: 366–377.

    Google Scholar 

  • Glatzel, G. 1989. Internal proton generation in forest ecosystems as influenced by historic land use and modern forestry. In: Ulrich, B (ed), International congress on forest decline research: state of knowledge and perspectives (Friedrichshafen, Lake Constance). Kernforschungszentrum Karlsruhe.

  • Glatzel, G. & Kazda, M. 1985. Wachstum und Mineralstoffernährung von Buche (Fagus sylvatica) und Spitzahorn (Acer platanoides) auf versauertem und schwermetallbelastetem Bodenmaterial aus dem Einsickerungsbereich von Stammabflußwasser in Buchenwäldern. Z. Pflanzenernaehr. Bodenk. 148: 429–438.

    Google Scholar 

  • Glatzel, G., Kazda, M., Grill, D., Halbwachs, G. & Katzensteiner, K. 1987. Ernährungsstörungen bei Fichten als Komplexwirkung von Nadelschäden und erhöhter Stickstoffdeposition—ein Wirkungsmechanismus des Waldsterbens? Allg. Forst- u. Jagd-Ztg. 158: 91–97.

    Google Scholar 

  • Glatzel, G., Kazda, M. & Lindebner, L. 1986. Die Belastung von Buchenwaldökosystemen durch Schadstoffdeposition im Nahbereich städtischer Ballungsgebiete: Untersuchungen im Wienerwald. Düsseldorfer Geobot. Kolloq. 3: 15–32.

    Google Scholar 

  • Glatzel, G., Sonderegger, E., Kazda, M. & Puxbaum, H. 1983. Bodenversauerungen durch schadstoffangereicherte Stammablaufniederschläge in Buchenbeständen des Wienerwaldes. AFZ 38: 693–694.

    Google Scholar 

  • Glavac, V., Jochheim, H., Koenies, H., Rheinstädter, R. & Schäfer, H. 1985. Einfluß des Stammablaufwassers von Altbuchen in unterschiedlich immissionsbelasteten Gebieten. AFZ 40: 1397–1398.

    Google Scholar 

  • Grill, D. 1971. Pufferkapazität gesunder und rauchgasgeschädigter Fichtennadeln. Z. für Pflanzenkrankheiten und Pflanzenschutz 78: 612–622.

    Google Scholar 

  • Grill, D., Lindner, W. & Jäger, H.-J. 1980. Säuren in SO2-belasteten und von Chrysomyxa abietis befallenen Fichtennadeln. Phyton (Austria) 20: 65–72.

    Google Scholar 

  • Gross, G. G. 1980. The biochemistry of lignification. In: Woolhouse, H. W. (ed), Advances in botanical research, Vol 8. Academic press, London.

    Google Scholar 

  • Guderian, R. (ed.) 1985. Air pollution by photochemical oxidants. Ecological studies 52. Springer, Berlin.

    Google Scholar 

  • Hecht-Buchholz, C. H., Jorns, C. A. & Keil, P. 1987. Excess of aluminum and manganese on Norway spruce seedlings as related to magnesium nutrition. J. of Plant Nutrition 10: 1103–1110.

    Google Scholar 

  • Hotz, A., Bilger, W., Kaiser, W. M. & Lange, O. L. 1990. Chlorophyll-Fluoreszenz, Photosynthesekapazität, Chlorophyll- und Nährstoffgehalte der Blätter ‘ungeschädigter’ und als ‘geschädigt’ eingestufter Buchen (Fagus sylvatica L.) im Gebiet um Würzburg., Forstw. Cbl. 109: 40–54.

    Google Scholar 

  • Kahle, H., Bertels, Ch., Noack, G., Röder, U. Rüther, P. & Breckle, S.-W. 1989. Wirkungen von Blei und Cadmium auf Wachstum und Mineralstoffhaushalt von Buchenjungwuchs. AFZ 29/30: 783–787.

    Google Scholar 

  • Kaiser, G., Martinoia, E., Schröppel-Meier, G. & Heber, U. 1989. Active transport of sulfate into the vacuole of plant cells provides halotolerance and can detoxify SO2. J. Plant Physiol. 133: 756–763.

    Google Scholar 

  • Kazda, M. 1990. Zusammenhang zwischen Stoffeintrag, Bodenwasserchemismus und Baumernährung in drei Fichtenbeständen im Böhmerwald, Oberösterreich. Österr. Ges. für Waldökosystemforschung und experimentelle Baumforschung, Wien.

  • Kazda, M. & Glatzel, G. 1984. Schwermetallanreicherung und Schwermetallverfügbarkeit im Einsickerungsbereich von Stammablaufwasser in Buchenwäldern (Fagus sylvatica) des Wienerwaldes. Z. Pflanzenernaehr. Bodenk. 147: 743–752.

    Google Scholar 

  • Kazda, M., Glatzel, G. & Lindebner, L. 1989. Depositionsmessungen in Buchenbeständen des Wienerwaldes. AFZ 29/30: 764–765.

    Google Scholar 

  • Kinzel, H. 1982. Die calcicolen und calcifugen, basiphilen und acidophilen Pflanzen. In: Kinzel, H. (ed), Pflanzenökologie und Mineralstoffwechsel. Ulmer, Stuttgart.

    Google Scholar 

  • Kinzel, H. 1989. Calcium in the vacuoles and cell walls of plant tissues. Forms of deposition and their physiological and ecological significance. Flora 182: 99–125.

    Google Scholar 

  • Kinzel, H., Baumgarten, A., Spadinger, K. & Zechmeister-Boltenstern, S. 1989. Influence of environmental pollution on nitrogen metabolism and other metabolic activities in forest soils. In: Szabolcs, I. (ed). Environmental treats to forests and other natural ecosystems. Proceedings of the Joint Symposium held at the University of Oulu, Finland.

  • Krause, G. H. M. 1988. Ozone-induced nitrate formation in needles and leaves of Picea abies, Fagus sylvatica and Quercus robur. Environ. Pollut. 52: 117–130.

    Google Scholar 

  • Krivan, V., Lüttge, U. & Schaldach, G. 1986. Profile von Makro- und Mikromineralstoffen in gesunden und kranken Fichten (Picea abies L. Karst.) auf verschiedenen Standorten in Südwestdeutschland. Angew. Botanik 60: 373–389.

    Google Scholar 

  • Laggner, P., Mandl, R., Schuster, A., Zechner, M. & Grill, D. 1988. rasche Bestimmung des Manganmangels in Koniferennadeln durch ESR-Spektroskopie. Angew. Chem. 100: 1790–1791.

    Google Scholar 

  • Lange, O. L., Zellner, H., Gebel, J., Schramel, P., Köstner, B. & Czygan, F.-C. 1987. Photosynthetic capacity, chloroplast pigments, and mineral content of the previous years spruce needles with an without the new flush: analysis of the forest-decline phenomenon of needle bleaching. Oecologia (Berlin) 73: 351–357.

    Google Scholar 

  • Legge, A. H. & Bogner, J. C. 1986. Foliar sulfur: a measure of the state of forest ecosystems under air pollution stress. The seventh world clean congress 3: 118–125.

    Google Scholar 

  • Leonardi, S. & Flückiger, W. 1987. Short-term canopy interactions of beech trees: mineral ion leaching and absorption during rainfall. Tree Physiol. 3: 137–145.

    Google Scholar 

  • Leonardi, S. & Flückiger, W. 1988. Der Einfluß einer durch saure Benebelung induzierten Kationenauswaschung auf die Rhizosphäre und die Pufferkapazität von Buchenkeimlingen in Nährlösungskultur. Forstw. Cbl. 107: 160–172.

    Google Scholar 

  • Le, Tacon, F. & Toutain, F. 1973. Variations saisonnières et stationelles de la teneur en éléments mineraux des feuilles de hetre (Fagus sylvatica) dans l'est de la France. Ann. Sci. Forest 30: 1–29.

    Google Scholar 

  • Lindebner, L. 1990. Der Bodenzustand in Buchenwäldern des Wienerwaldes unter besonderer Berücksichtigung von Veränderungen als Folge der Einträge von Luftschadstoffen. Forschungsinitiative gegen das Waldsterben, Forschungsbericht 1990/2. Österr. Ges. f. Waldökosystemforschung und experimentelle Baumforschung, Wien.

  • Luethy-Krause, B., Pfenninger, I. & Landolt, W. 1990. Effects of ozone on organic acids in needles of Norway spruce and Scot pine. Trees 4: 198–204.

    Google Scholar 

  • Malhotra, S. S. & Sarkar, S. K. 1979. Effects of sulfur dioxide on sugar and free amino acid content of pine seedlings. Physiol. Plant. 47: 223–228.

    Google Scholar 

  • Marschner, H. 1986. Mineral nutrition of higher plants. Academic press, London.

    Google Scholar 

  • Matzner, E. & Ulrich, B. 1984. Raten der Deposition, der internen Produktion und des Umsatzes von Protonen in Waldökosystemen. Z. Pflanzenernaehr. Bodenk. 147: 290–308.

    Google Scholar 

  • Neitzke, M. & Runge, M. 1985. Keimlings- und Jungpflanzenentwicklung der Buche (Fagus sylvatica L.) in Abhängigkeit vom Al/Ca Verhältnis des Bodenextraktes. Flora 177: 237–249.

    Google Scholar 

  • Nihlgard, B. 1985. The ammonia hypothesis—an additional explanation to the forest dieback in Europe. Ambio 14: 2–8.

    Google Scholar 

  • Okano, K., Machida, T. & Totsuka, T. 1989. Differences in ability of NO2 absorption in various broad-leaved tree species. Environ. Pollut. 58: 1–17.

    Google Scholar 

  • Olsen, C. 1939. Absorption of calcium and formation of oxalic acid in higher green plants. Lab. Carlsberg, Sér. chim. 23: 101.

    Google Scholar 

  • Pescoller, G. & Albert, R. 1991. Mineralstoffhaushalt und Ionenmuster von Buchen im Wienerwald und anderen Waldbeständen Österreichs. In: Albert, R., Burian, K. & Kinzel, H. (eds), Zustandserhebung Wienerwald. Österr. Akademie der Wissenschaften, Wien.

    Google Scholar 

  • Pollanschütz, J. 1988. Der Zustand des österreichischen Waldes; Waldzustandsmonitoring, Ergebnisse, Zukunftsperspektiven. In: Führer, E. & Neuhuber, F. (eds), Forschungsinitiative gegen das Waldsterben, Symposium 1988. Bundesministerium für Wiss. und Forschung Wien.

  • Puxbaum, H. & Ober, E. 1987. Backgroundstation Exelberg. Endbericht-Untersuchungszeitraum 1983–1986. Umweltbundesamt, Bundesministerium für Umwelt, Jugend und Familie, Wien.

    Google Scholar 

  • Rehfuess, K. E., Bosch, Ch. & Pfannkuch, E., 1982. Nutrient imbalances in coniferous stands in southern Germany. Inst. For. Fenn. 116: 122–130.

    Google Scholar 

  • Roelofs, J. G. M., Boxman, A. W., Van Dijk, H. F. G. & Houdijk, A. L. F. M. 1987. Nutrient fluxes in canopies and roots of coniferous trees as affected by nitrogen-enriched air-pollution. In: Air pollution research report 16. Commission of the European Communities, Workshop Wageningen.

  • Roelofs, J. G. M. & Van Dijk, H. F. G. 1986. The effect of airborne ammonium deposition on canopy ion-exchange in coniferous trees. In: Air pollution research report 4. Commission of the European Communities, Workshop Lökeborg.

  • 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. Ber. d. Forschungszentr. Waldökosysteme/Waldsterben Göttingen, Bd. 12.

  • Sarkar, S. K. & Malhotra, S. S. 1979. Effects of SO2 on organic acid content and malate dehydrogenase activity in Jack pine needles. Biochem. Physiol. Pflanzen 174: 438–445.

    Google Scholar 

  • Schäfer, H., Krieger, H., Trost, N. & Bossel, H. 1990. Szenariensimulation zur Wachstumsdynamik von Buchenbeständen unter Immissionsbelastung. Forstw. Cbl. 109: 287–295.

    Google Scholar 

  • Scheffer, F. & Schachtschabel, P. 1984. Lehrbuch der Bodenkunde. Ferdinand Enke, Stuttgart.

    Google Scholar 

  • Schulze, E.-D., Lange, O. L. & Oren, R. (eds) 1989. Forest decline and air pollution. Ecological Studies 77, Springer, Berlin.

    Google Scholar 

  • Schütt, P. & Cowling, E. B. 1985. Waldsterben, a general decline of forests in Central Europe: Symptoms, development and possible causes. Plant Disease 69: 548–558.

    Google Scholar 

  • Seufert, G. & Arndt, U. 1988. Experiments on canopy/soil leaching effects of air pollutants in model ecosystems with forest trees. Geo Journal 17: 261–270.

    Google Scholar 

  • Smith, W. W., 1981. Air pollution and forests. Springer, New York.

    Google Scholar 

  • Stewart, G. R., Gracia, C. A., Hegarty, E. E. & Specht, R. L. 1990. Nitrate reductase activity and chlorophyll content in sun leaves of subtropical Australian closed-forest (rainforest) and open-forest communities. Oecologia 82: 544–551.

    Google Scholar 

  • Trockner, V. & Albert, R. 1986. Ionenverteilung und Inhaltsstoffmuster in Blättern streusalzbelasteter Wiener Alleebäume. II. Stickstoff und lösliche Kohlenhydrate. Flora 178: 391–408.

    Google Scholar 

  • Ulrich, B. 1981. Eine ökosystemare Hypothese über die Ursachen des Tannensterbens (Abies alba Mill.). Forstw. Cbl. 100: 228–236.

    Google Scholar 

  • Van, Breemen, N. & Van, Dijk, H. F. G. 1988. Ecosystem effects of atmospheric deposition of nitrogen in the Netherlands. Environ. Pollut. 54: 249–274.

    Google Scholar 

  • Weigel, H. J., Halbwachs, G. & Jäger, H. J. 1989. The effects of air pollutants on forest trees from a plant physiological view. Zeitschrift f. Pflanzenkrankheiten u. Pflanzenschutz 96: 203–217.

    Google Scholar 

  • Werner, W. 1988. Stickstoff- und Phosphor-Mineralisation im Versickerungsbereich des Stammablaufwassers von Buchen (Fagus sylvatica L.). Flora 181: 339–352.

    Google Scholar 

  • Wild, A. 1987. Physiologische und cytomorphologische Charakterisierung von immissionsbelasteten Fichten. AFZ 27/28/29: 734–737.

    Google Scholar 

  • Wöhler, I. 1988. Die Elementverteilung in Blattgeweben und deren Bedeutung für das Pufferverhalten. Ber. d. Forschungszentr. Waldökosysteme/Waldsterben Göttingen, Reihe A, Bd. 41.

  • Zech, W. & Popp, E. 1983. Magnesiummangel, einer der Gründe für das Fichten-und Tannensterben in NO-Bayern. Forstw. Cbl. 102: 50–55.

    Google Scholar 

  • Zech, W., Suttner, Th. & Kotschenreuther, R. 1983. Mineralstoffversorgung vermutlich immissionsgeschädigter Bäume in NO-Bayern. Kali-Briefe (Büntehof) 16: 565–571.

    Google Scholar 

  • Zechmeister-Boltenstern, S. & Kinzel, H. 1991. Biologische Stickstoffixierung und Stickstoffmineralisation unter Einfluß von saurer Deposition. In: Albert, R., Burian, K. & Kinzel, H. (eds), Zustandserhebung Wienerwald. Österr. Akademie der Wissenschaften, Wien.

    Google Scholar 

  • Zechmeister-Boltenstern, S., Spadinger, K. & Kinzel, H. 1991. Bodenenzymatische Aktivitäten an verschieden stark belasteten Buchenwaldstandorten. In: Albert, R., Burian, K. & Kinzel, H. (eds), Zustandserhebung Wienerwald. Österr. Akademie der Wissenschaften, Wien.

    Google Scholar 

  • Zedler, B., Plarre, R. & Rothe, G. M. 1986. Impact of atmospheric pollution on the protein and amino acid metabolism of spruce Picea abies trees. Environ. Pollut. Ser. A. 40: 193–212.

    Google Scholar 

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Albert, R., Pescoller-Tiefenthaler, G. Nutrient content and ionic pattern in beech (Fagus sylvatica L.) from natural stands in Eastern Austria and ecological implications. Vegetatio 101, 81–95 (1992). https://doi.org/10.1007/BF00031917

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