Organic acids have been hypothesized to be important in mobilizing nutrients in calcareous soils, however, evidence to support this was lacking. This thesis investigates the effect of increasing concentrations of H-citrate, K-citrate, H-oxalate and K-oxalate on the solubility and uptake of P, Fe, Mn, Zn and Cu in plants growing in calcareous soils. In this study, the fate and capacity of organic acids as mechanisms for solubilizing mineral nutrients was investigated by measuring the sorption, and biodegradation reactions of citrate and oxalate in soil. This study has shown that the sorption reactions of oxalate and citrate in soil are rapid and that the degree of sorption is organic acid specific and to a lesser extent soil type specific. In addition, the amount of organic 'acid sorption was strongly dependent upon the cation balancing the organic acid anion (i. e. H+ or K+). I also demonstrated that CaCO3 is a binding site for oxalate and to a lesser extent citrate in soil. The biodegradation of oxalate and citrate was fast in soil although citrate tended to be mineralized faster. When investigating the sorption and desorption reactions of organic acids in calcareous soils, the sorption of oxalate was much greater that of citrate. The amount of organic acid desorbed from the solid phase was dependent on ionic strength and composition of the desorption solution. In comparison to citrate, more oxalate could be desorbed from the soil, depending upon the initial amount of oxalate added to the soil. In addition, the test soils were extracted with organic acid solutions of different concentrations for different time periods and the amount of Fe, Mn, Zn, Cu, P and Ca mobilization into solution measured. The results showed that the presence of organic acids significantly affects the concentration of metals and anions in soil solution. Generally, organic acid concentrations >1 mM were required to mobilize nutrients into solution. Citrate tended to be more effective than oxalate at mobilizing nutrients from the soil. In most cases the mobilization was not transient and elevated levels of nutrients were seen in solution for up to 6 h after addition of the organic acids. The effects of three different organic acid application methods on the availability and uptake of P and micronutrients in wheat was also investigated. The study showed that wheat plants treated with organic acids accumulated significantly higher concentrations and amounts of micronutrients than the untreated control plants. Foliar application of organic acid without any Zn treatment proved the most effective method of increasing Fe uptake into wheat leaves. The effects of organic acids on the availability and uptake of P from the wheat rhizosphere was studied to determine the importance of organic acid type and concentration on 33P uptake by shoots. The results showed that elevated concentrations of organic acids in the rhizosphere significantly enhanced shoot 33P accumulation, while citrate was much less effective at stimulating 33P uptake. In the absence of microorganisms, both organic acids were capable of mobilizing P from the soil particularly at concentration >1 mM. Citrate mineralization by soil microorganisms proceeded at a higher rate than oxalate mineralization. Overall, the presence of organic acids significantly affects the concentration of metals in soil solution and this mobilization is dependent upon the type of organic acid, its ionic form, its concentration, reaction time and the type of soil. The response of wheat plants to different methods of organic acid addition proved variable. Organic acids did result in an increase in metal mobilization and plant uptake. In particular, oxalate resulted in a significant enhancement in plant P. This work presents evidence to show that organic acids may be important in nutrients acquisition in calcareous soils.

Zur Untersuchung des Einflusses der Bodenschutzkalkung gegen die flächendeckende Bodenversauerung im sächsischen Mittelgebirge wurde die Regenwurmfauna an acht Punkten der Bodenzustanderhebung (BZE-Punkte) im Erzgebirge und im Vogtland erfasst. Die Untersuchungspunkte sind durch Fichtenforste auf vier verschiedenen Lokalbodenformen charakterisiert, jeweils nicht gekalkt und gekalkt. Die verwendeten chemischen Daten stammen aus der Bodenzustandserhebung. Die Erfassung der Lumbriciden erfolgte mittels Elektroaustreibung und anschließender Handauslese, die Tiere wurden lebend und mit Darminhalt gewogen. Daraus wurden die Populationsparameter Individuendichte und Biomasse pro Quadratmeter ermittelt und mit dem U-Test nach Wilcoxon, Mann und Whitney auf signifikante Unterschiede geprüft. Bei Betrachtung der Daten der BZE fallen auf den gekalkten Flächen im Vergleich zu den nicht gekalkten Flächen der angehobene pH-Wert, die gesteigerte effektive Austauschkapazität (AKe) und die erhöhte Basensättigung (BS) im organischen Auflagehorizont sowohl in der Streu und in der fermentierten organischen Auflage (L + Of) als auch in der humifizierten organischen Auflage (Oh) auf. [...] Das C/N-Verhältnis weist in keinem der Horizonte einen offensichtlichen Zusammenhang zur Kalkung auf. Auf den gekalkten Flächen wurde sowohl eine höhere Individuendichte als auch eine höhere Biomasse der Lumbriciden festgestellt. Die Unterschiede sind zu verschiedenen Niveaus signifikant. Zwischen den Populationparametern und pH-Wert, AKe und Basensättigung besteht kein linearer Zusammenhang, bei erhöhten Werten dieser Bodenchemie-Komponenten wurden jedoch höhere Individuendichten und Biomassen festgestellt. Zum C/N-Verhältnis konnte keine Beziehung festgestellt werden. Auf den gekalkten Flächen wurden auch mehr Arten als auf den nicht gekalkten gezählt. [...] Es ist zu überlegen, inwieweit sich (Wieder-)Ansiedelungsmaßnahmen entsprechender Arten durchführen ließen.:1 Einleitung und Zielstellung ...........................................................................6 2 Grundlagen und Methodik ...........................................................................9 2.1 Naturraum ................................................................................................9 2.2 Regenwurmbiologie ................................................................................13 2.3 Methodik .................................................................................................18 2.4 Statistik ...................................................................................................21 3 Ergebnisse .................................................................................................23 3.1 Chemische Daten der Bodenzustandserhebung ....................................23 3.2 Individuendichte und Biomasse ..............................................................28 3.3 Zusammenhänge zur Bodenchemie .......................................................32 3.4 Artenfunde .............................................................................................42 4 Diskussion ..................................................................................................43 4.1 Kritik an der Methodik und der statistischen Auswertung .......................43 4.2 Ergebnisbewertung ................................................................................45 5 Zusammenfassung und Fazit ......................................................................49 6 Abstract .......................................................................................................51 7 Literaturverzeichnis .....................................................................................52 Anhang ...........................................................................................................62 / Since the end of the last century, liming is a common melioration measure in German forest and wood management against the acidity of soils, especially in the uplands like the Ore Mountains (Erzgebirge) in Saxony. To record changes in ecosystems, there are different monitoring programms, for example the 'Bodenzustandserhebung (BZE)'. But also a biological component for detecting effects of liming on flora and fauna is needed. Earthworms are a very important group of the soil fauna. Therefore, this study was aimed at this family to track their reaction to liming in spruce forests in the Saxon Ore Mountains. The expectation of a positive reaction could be significantly approved on the basis of four paired habitats, each couple with a not limed and a limed counter-part. Four species of earthworms were recorded. Three of them are epigeic forms, one is an endogeic type. Important factors for their abundance and biomass are pH, exchange capacity of cations and saturation of bases. A linear correlation was not detected. In this study, the ratio of carbon and nitrogen in soils showed a link neither to lime nor to earthworms abundance or biomass. As a result, liming is a reasonable measure to reactivate the biological components in acid affected soils, but it is also needed to cultivate a more various forest ecosystem.:1 Einleitung und Zielstellung ...........................................................................6 2 Grundlagen und Methodik ...........................................................................9 2.1 Naturraum ................................................................................................9 2.2 Regenwurmbiologie ................................................................................13 2.3 Methodik .................................................................................................18 2.4 Statistik ...................................................................................................21 3 Ergebnisse .................................................................................................23 3.1 Chemische Daten der Bodenzustandserhebung ....................................23 3.2 Individuendichte und Biomasse ..............................................................28 3.3 Zusammenhänge zur Bodenchemie .......................................................32 3.4 Artenfunde .............................................................................................42 4 Diskussion ..................................................................................................43 4.1 Kritik an der Methodik und der statistischen Auswertung .......................43 4.2 Ergebnisbewertung ................................................................................45 5 Zusammenfassung und Fazit ......................................................................49 6 Abstract .......................................................................................................51 7 Literaturverzeichnis .....................................................................................52 Anhang ...........................................................................................................62

De nombreux écosystèmes forestiers subissent les effets de l'acidification d'origine anthropique, à travers ses effets délétères sur la biodiversité et le fonctionnement de ces écosystèmes. Pour contrer ces effets, des amendements calco-magnésiens peuvent être utilisés pour améliorer les caractéristiques physico-chimiques des sols et des cours d'eau afin de restaurer l'état sanitaire des forêts et le fonctionnement des cours d'eau. En particulier, il a été démontré que les amendements, pouvaient permettre la reprise de la décomposition des litières, qui est un processus clé dans le fonctionnement des cours d'eau forestiers. Dans ce contexte, le premier objectif de cette étude était d'étudier si les amendements calco-magnésiens, à travers leurs effets sur les caractéristiques des sols, pouvaient induire des changements au sein des communautés microbiennes des sols. Le deuxième objectif était d'identifier quels facteurs pouvaient être responsables, à l'échelle microbienne, du ralentissement de la décomposition des litières dans les cours d'eau acidifiés. Les résultats ont montré que des amendements raisonnés et à grande échelle pouvaient avoir un effet durable sur les communautés bactériennes des sols. Les principaux changements taxonomiques ont notamment révélé que le ratio entre Proteobacteria et Acidobacteria était supérieur dans les sols amendés par rapport à leurs témoins, confirmant que ce ratio pouvait être un indicateur de l'amélioration de la qualité des sols. Les résultats obtenus dans la seconde partie de ce travail ont révélé que la diversité d'espèces sporulantes d'hyphomycètes aquatiques était fortement altérée dans les cours d'eau acidifiés, alors que la diversité fongique, analysée par méthodes moléculaires n'était pas affectée. Ces dernières ont révélé une plus faible proportion d'hyphomycètes aquatiques et une plus importante proportion de champignons d'origine terrestre sur les feuilles exposées dans un cours d'eau impacté. L'analyse des activités microbiennes a permis de mettre en évidence que l'aluminium était un facteur pouvant entrainer la diminution de la décomposition des feuilles, ce métal induisant notamment une limitation en phosphore pour les micro-organismes décomposeurs. Ces effets pourraient en retour avoir des répercussions sur les niveaux trophiques supérieurs et sur tout le fonctionnement de l'écosystème / Many terrestrial and freshwater forested ecosystems are affected by anthropogenic acidification, which can led to deleterious effects on biodiversity and ecosystem functioning. To counteract acidification, liming can be used to improve soil and water physicochemical characteristics in order to restore tree health and headwater stream functioning. In particular, liming has been shown to enhance leaf litter breakdown, which is a key ecosystem process in headwater streams. In this context, the aims of this study were, first to investigate if liming, through its effects on soil chemical characteristics, could induce changes on soil microbial communities, and second to identify what factors could be responsible, at the microbial level, of reduced leaf litter breakdown in acidified headwater streams. Results showed that moderate large-scale liming can induce sustainable changes in soil bacterial communities. Major taxonomic changes revealed notably that the ratio between Proteobacteria and Acidobacteria was higher in limed soils compared to their control counterparts, confirming that this ratio could be a microbial indicator of soil quality improvement. Results obtained in the second part of this work showed that sporulating aquatic hyphomycete diversity on leaves was strongly impaired in acidified streams, whereas fungal diversity investigated by molecular analyses was not depressed. The latter showed a lower proportion of aquatic hyphomycetes and a higher proportion of terrestrial fungi on leaves when exposed in an acidified stream compared to a circumneutral one. Microbial activity analyses bring out that Al may be an important factor that could reduce microbial leaf litter processing, this metal inducing notably a P limitation for microbial decomposers. These effects may in turn have repercussions on higher trophic levels and whole ecosystem functioning

Le recours à des épandages d'amendements calco-magnésiens dans les forêts acidifiées peut représenter une alternative intéressante pour corriger l'acidification des sols et la perte d'éléments nutritifs engendrés par des décennies de dépôts atmosphériques acides. Dans ce contexte, les objectifs de cette thèse sont d'évaluer les effets d'amendements calco-magnésiens sur (i) la diversité taxonomique et la structure des communautés des macroinvertébrés de sol forestier et sur (ii) deux processus fonctionnels associés notamment à l'activité des vers de terre, tels que la structuration du sol et l'évolution des humus. Au cours de nos travaux, trois sites localisés dans les Vosges (nord-est, France) ont été étudiés : deux massifs forestiers (sur grès et granite) en moyenne montagne, ayant fait l'objet d'amendements aériens en 2003 et la forêt domaniale de Humont située dans les collines sous-vosgiennes, où des amendements en 1991 et 2008 ont été réalisés. Les résultats montrent que 4 ans après amendement sur les bassins versants en moyenne montagne, l'abondance totale de la communauté de macrofaune a diminué, alors que les richesses spécifiques sont similaires. Cependant, la composition des communautés diffère avec moins de 50 % d'espèces communes aux sites amendés et témoins. Une diminution de l'abondance des prédateurs a également été observée alors que la plupart des détritivores ont été favorisés par l'amendement. Les études in vitro montrent également son effet positif sur les activités de structuration du sol par les vers de terre (production de turricules et construction de galeries). En forêt de Humont, les amendements ont eu un effet majeur à moyen terme (4 ans) et à long terme (20 ans) sur la population d'Aporrectodea velox, espèce endémique des Vosges. De part sa biomasse importante, cette augmentation de densité favorise l'amélioration des caractéristiques physico-chimiques du sol forestier tels que la structuration des sols et la morphologie des humus. / The use of liming (Ca-Mg) on acidified forest can be interesting to counteract soil acidification and loss of nutrients caused by decades of acid atmospheric deposition. In this context, the aims of this work were to assess liming effect on (i) taxonomical diversity and community structure of soil macro-invertebrates and on (ii) two associated functional processes related to earthworms: soil structuration and humus evolution. The PhD project was realised in three sites from the Vosges mountains (North-eastern, France): two forest mountain catchments (one lying on sandstone and the other on granite) limed in 2003 and the public hill forest of Humont at a lower altitude limed in 1991 and 2008. Results showed that 4 years after liming in mountain forest, the total abundance of macro-invertebrates decreased, while the species richness were similar. However, the community structure strongly differed, and less than 50% of the species were common to limed and control sites. Moreover, 43 species appeared to be indicators of liming. Predator taxa abundance decreased whereas the detritivorous were favoured by lime addition. The in vitro experiments showed a positive effect of liming on soil structuration by earthworm activities (cast production and burrowing activities). In the Humont forest, liming at medium-term (4 years) and long term (20 years) have an important effect on the Aporrectodea velox population, an endemic vosgian species. Related to its high biomass, this increase strongly improved soil physicochemical parameters such as soil structure and humus morphology.