The aim of this study was to produce zirconium diboride (ZrB2) and other metal borides such as lanthanum hexaboride (LaB6) and cerium hexaboride (CeB6) by magnesiothermic reduction (reaction of metal oxide, boron oxide and magnesium) using volume combustion synthesis (VCS) and mechanochemical process (MCP). Production of ZrB2 by VCS in air occurred with the formation of side products, Zr2ON2 and Mg3B2O6 in addition to MgO. Formation of Zr2ON2 was prevented by conducting VCS experiments under argon atmosphere. Wet ball milling was applied before leaching for easier removal of Mg3B2O6. Leaching in 5 M HCl for 2.5 hours was found to be sufficient for removal of MgO and Mg3B2O6. By MCP, 30 hours of ball milling was enough to produce ZrB2 where 10% of excess Mg and B2O3 were used. MgO was easily removed when MCP products were leached in 1 M HCl for 30 minutes. Complete reduction of ZrO2 could not be achieved in either production method because of the stability of ZrO2. Hence, after leaching VCS or MCP products, final product was composed of ZrB2 and ZrO2. Formation of LaB6 and CeB6 were very similar to each other via both methods. Mg3B2O6 appeared as a side product in the formation of both borides by VCS. After wet ball milling, products were leached in 1 M HCl for 15 hours and pure LaB6 or CeB6 was obtained. As in ZrB2 production, 30 hours of ball milling was sufficient to form these hexaborides by MCP. MgO was removed after leaching in 1 M HCl for 30 minutes and the desired hexaboride was obtained in pure form.

Although bacterial leaching of sulphidic minerals is a well-known phenomenon, it is only in the last ten years that full-scale bacterial leaching plants have been commissioned for gold processing. In order for bacterial leaching to compete successfully with other pretreatment processes for refractory ores, particularly with established technologies such as roasting and pressure leaching, it needs to be efficient. This requires the optimization of the parameters affecting the leaching reaction and the growth of bacteria. The entire biotreatment process is agitation leaching, carried out in stirred reactors or Pachuca type reactors. The bacterial oxidation is a complex reaction involving gaseous, liquid and solid phases. The interactions are highly complex, and analysis is complicated by the presence of solids in the leaching medium. Inspite of the amount of research that has been performed, kinetic and process models are underdeveloped. Since kinetic data varies widely with the type and source of concentrate, experimental data should be generated before doing the full-scale reactor design. In sizing reactors for a commercial scale process, it would be useful to have a mathematical model that one could use to predict the amount and rate of release of metal, as a function of the various operating parameters of the system. G.R.Halli arsenical gold sulphide concentrate obtained from Hutti Gold Mines Ltd., Karnataka, was chosen for our study, because of its high refractoriness. An indegenous strain of Thiobacillus ferrooxidans was used for biooxidation. The experiments were conducted in a well-agitated stirred tank reactor under controlled conditions. Sparged air was supplemented with carbon-dioxide for optimized growth. In this work, more than 90% gold and 95% silver could be recovered from the sulphidic gold concentrate when bioleaching was used ahead of cyanidation, compared to 40% and 50% by direct cyanidation. A generalized model, which accounts for both direct bacterial attack and indirect chemical leaching, has been proposed for the biooxidation of refractory gold concentrates. The bacterial balance, therefore, accounts for its growth both on solid substrate and in solution, and for the attachment to and detachment from the surface. The overall process is considered to consist of several sub-processes, each of which can be described in terms of a mechanism and related rate expressions. These sub-processes were studied seperately under kinetically controlled conditions. The key parameters appearing in the rate equations were evaluated using the experimental data. Since the refractory concentrate contains pyrite and arsenopyrite as the major leachable entities, leaching studies have been done on pure pyrite and arsenopyrite as test minerals and the key parameters in the rate equations are evaluated using this data. The model so developed is tested with the leaching kinetics of the concentrate. The growth of bacteria is dependent on the availability of the substrate, ferrous iron, and the dependence is modelled by the widely accepted Monod equation. The effect of carbon dioxide supplementation on the bacterial activity was studied and the optimal concentration for growth was found to be l%(v/v). Studies on indirect chemical leaching showed that the rate is sensitive to surface area of concentrate. Indirect rate constant of arsenopyrite was found to be greater than that of pyrite, since pyrite is more nobler than arsenopyrite. Conditions of direct leaching alone was obtained at high pulp density and using substrate adapted bacteria. The rate constant of arsenopyrite was found to be greater than that of pyrite. The parameters obtained were tested with the overall batch leaching data of the concentrate and favourable comparision was obtained. Thus, it has been possible to isolate the various simultaneous sub-processes occurring during the leaching and propose useful models to describe these processes in some detail. The model has been extended successfully to predict the continuous leaching behaviour using the parameters obtained from the batch data. Studies on the effect of residence time and pulp density on steady state behaviour showed that there is a critical residence time and pulp density below which washout conditions occur. The critical residence time at 10% pulp density was found to be 11 hrs. Operation at pulp densities lower than 5% and residence times lower than 72 hrs is not favourable for efficient leaching. Studies on the effect of initial ferric iron concentration showed that there exists an optimum concentration of ferric iron at which the time required to reach steady state is minimum.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., 2009. / Härtill 4 uppsatser.

Το ηλεκτροπαραγωγικό δυναμικό της ΔΕΗ περιλαμβάνει άνω των 40 πετρελαϊκών σταθμών συνολικής ισχύος 2100MW και οι μεγαλύτεροι είναι του διασυνδεδεμένου συστήματος και λειτουργούν στο Λαύριο και το Αλιβέρι. Οι υπόλοιποι λειτουργούν στο αυτόνομο σύστημα των νησιών του Αιγαίου και Κρήτης. Κατά τους καθαρισμούς των προθερμαντών αέρος και των δεξαμενών μαζούτ των μονάδων αυτών παράγονται σήμερα άνω των 500t στερεών καταλοίπων ετησίως με αυξητική τάση. Τα κατάλοιπα αυτά χαρακτηρίζονται σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή οδηγία ως επικίνδυνα. Σύμφωνα με τους κανονισμούς της Ε.Ε. είναι υποχρεωτική η αδρανοποίησή τους και η διασφάλιση της ασφαλούς τους απόθεσης. Στα πλαίσια της παρούσας διατριβής πραγματοποιήθηκε πλήρης χαρακτηρισμός προεπεξεργασμένων και μη στερεών καταλοίπων. Προσδιορίστηκε ότι τα κατάλοιπα αυτά περιέχουν 1.6-13.4%V και 0.8-5.5%Ni, δηλαδή αποτελούν πολύ πλουσιότερες πρώτες ύλες από τα αντίστοιχα κοιτάσματα μεταλλευμάτων βαναδίου και νικελίου. Για παράδειγμα τα Ελληνικά νικελιούχα σιδηρομεταλλεύματα που καμινεύονται στη Λάρυμνα έχουν περιεκτικότητα μόλις 0.93-1.02% σε νικέλιο. Δεν ανιχνεύθηκε οργανικό φορτίο στα κατάλοιπα και το βανάδιο εντοπίστηκε σ’ αυτά στη μορφή VO2. Βασικός στόχος της διατριβής ήταν η ανάπτυξη μεθόδου, που να συνδυάζει την αδρανοποίηση των καταλοίπων με την ανάκτηση των περιεχόμενων μετάλλων. Η μέθοδος περιλαμβάνει και στάδιο πυροσυσσωμάτωσης των ανεπεξέργαστων καταλοίπων, στοχεύοντας στη συσσωμάτωση και εμπλουτισμό τους στα πολύτιμα κραματικά μέταλλα. Εξασφαλίζεται παράλληλη αποθείωση, απανθράκωση και ξήρανσή τους. Τα συσσωματώματα περιέχουν μέχρι και 6.0% Ni και 14.7% V, δηλαδή επιτυγχάνεται ο εμπλουτισμός τους κατά 8% σε Ni και κατά 10% σε V, με ταυτόχρονη απομάκρυνση θείου και άνθρακα σε ποσοστά 73 και 85% αντίστοιχα. Η πυροσυσσωμάτωση λειτουργεί ως αυτογενής διεργασία με την πλήρη ενεργειακή εκμετάλλευση της χημικής ενέργειας του άνθρακα και του θείου. Αποτελεί δε ταυτόχρονα το πρώτο βήμα για την ανάκτηση των περιεχόμενων μετάλλων. Συνακόλουθα, η εξασφάλιση ασφαλούς απόθεσης των αδρανοποιημένων και iii εμπλουτισμένων στα πολύτιμα μέταλλα καταλοίπων δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας σοβαρού αποθέματος σωρεύοντας υλικό από το εσωτερικό αλλά και εισάγοντας παρόμοιου τύπου κατάλοιπα από ομοειδή εργοστάσια του εξωτερικού. Έτσι μια μεταλλουργική μονάδα ανάκτησης των μετάλλων θα μπορεί να εξασφαλίζει τη λειτουργία της με οικονομικότητα. Η εκτίμηση των επιπτώσεων της υπαίθριας απόθεσης των μελετούμενων στερεών αποβλήτων και των πυροσυσσωματωμάτων αποτελεί αδήριτο ανάγκη. Προς τούτο πραγματοποιήθηκε προσομοίωση της διεργασίας της έκπλυσής τους από τα όμβρια ύδατα. Το μοντέλο με την υπόθεση του μη αντιδρώντος πυρήνα, φαίνεται να περιγράφει με επαρκή ακρίβεια τη διεργασία. Οι σταθερές και ο πλήρης μηχανισμός του μοντέλου προσδιορίσθηκαν και επιβεβαιώθηκαν πειραματικά. Κατά την έναρξη της διεργασίας φαίνεται ότι η χημική αντίδραση αποτελεί το ρυθμορυθμιστικό βήμα για τη μεταφορά των μετάλλων στην υγρή φάση. Με την πρόοδό της έκπλυσης ελέγχεται από φαινόμενα διάχυσης. Την πρακτική εφαρμογή των μοντέλων που καταστρώθηκαν αποτέλεσε η πρόβλεψη των μακροχρόνιων επιπτώσεων της υπαίθριας απόθεσης των ανεπεξέργαστων και πυροσυσσωματωμένων καταλοίπων. Φάνηκε ότι απαιτείται μεγάλο χρονικό διάστημα, κατ’ ελάχιστο 10 έτη για την μείωση των συγκεντρώσεων των μετάλλων σε επιτρεπτά επίπεδα στον υδροφόρο ορίζοντα. Το τελευταίο στάδιο της προτεινόμενης μεθόδου περιλαμβάνει την αναγωγική τήξη των καταλοίπων. Πραγματοποιήθηκε σειρά πειραματικών χυτηρίων σε χωνευτήριο γραφίτη σε κάμινο Tammann. Μελετήθηκε η διεργασία αναγωγής των μεταλλοξειδίων καθώς και προσδιορίσθηκε η θερμοδυναμική ισορροπία των ετερογενών δράσεων μεταξύ ρευστής σκωρίας και μετάλλου σε θερμοκρασίες 1375-1600οC. Προσδιορίσθηκαν πειραματικά οι θερμοδυναμικές συναρτήσεις ισορροπίας για τα μεταλλοξείδια του βαναδίου, σιδήρου και νικελίου. Τα πειραματικά χυτήρια έδωσαν τελικούς βαθμούς ανάκτησης μετάλλων 85-98% για το Ni και 78-95% για το V, με παράλληλη παραγωγή αδρανοποιημένης σκωρίας κατάλληλης για απόθεση ή άλλες χρήσεις. Οι συνθήκες οι οποίες μεγιστοποιούν τις ανακτήσεις των Ni και V όπως έδειξαν οι πειραματικές δοκιμές είναι:  υψηλές θερμοκρασίες  χρήση χωνευτηρίου γραφίτη iv  προσθήκη σιδηροπυριτίου ως αναγωγικού μέσου Αντίθετα από την επικρατούσα άποψη, αποδείχθηκε, ότι επιτυγχάνονται υψηλοί βαθμοί ανάκτησης σε υψηλά επίπεδα βασικότητας CaO/SiO2>2, κάτι, που εξασφαλίζει την πυρίμαχη επένδυση της καμίνου και την περαιτέρω χρήση της παραγόμενης σκωρίας. Εναλλακτικά, μελετήθηκε και η απευθείας αναγωγική τήξη των φυσικοχημικά προεπεξεργασμένων καταλοίπων. Σημαντικό είναι το εύρημα, ότι η προσθήκη βωξίτη βοημιτικού τύπου σε μικρά ποσοστά προσθηκών μέχρι 10% δρα ενισχυτικά στις ανακτήσεις του νικελίου και του βαναδίου με βαθμούς ανάκτησης άνω του 98%. Διερευνήθηκαν επίσης η κινητική της αναγωγής των οξειδίων του σιδήρου και του βαναδίου από την σκωρία στο λουτρό σιδήρου και προσδιορίστηκαν οι αντίστοιχες σταθερές και τα ρυθμορυθμιστικά βήματα. Συνολικά, προτείνεται μια ολοκληρωμένη μέθοδος ανακύκλωσης των στερεών καταλοίπων πετρελαϊκών σταθμών παραγωγής ενέργειας σε συνδυασμό με υψηλότατους βαθμούς ανάκτησης των περιεχόμενων σε αυτά πολύτιμων κραματικών στοιχείων νικελίου και βαναδίου αποφεύγοντας την εξουδετέρωσή τους με ακριβές μεθόδους αδρανοποίησης. Με αυτόν τον τρόπο εξασφαλίζεται η εξουδετέρωση των επικίνδυνων αυτών υλικών με σημαντικά οικονομικά οφέλη από την ανάκτηση των μετάλλων. / The power generating installations of P.P.C. include m ore than 40 oil-fired power stations of about 2100MW total capacity. The mos t important stations are those of the interconnected system that ope rate in L avrio and Aliv e ri. The rest operate in the autonom ous system of the A eg e an islands and Cre te . M ore than 500t of solid w aste s are produce d annually during the w ashing proce sses of the air pre -he aters and the crude oil tanks of the aforementioned units w ith increasing te nden cy. These residue s are classifie d as hazardous according to the Europe an directive s. The ir neu tralizati on and safe de position is c om pulsory according to the E.U. re gulations. In the current the sis, complete characte rization of pretre ate d and untre ated re sidues was carried out. It w as found that the re sidues exa mined contained 1.6-13.4 %V and 0.8-5.5%Ni, being the refore a conside rably richer raw material than the vanadium and nickel ore deposits. For instance, the H elle nic nicke lferrous ore s, that are smelted in L arym na contain only 0.93-1.02% Ni. No organic compounds w ere de te cte d in the re sidues and the presence of vanadium was identified as VO 2. The fundam ental task of the thesis w as the de ve lopment of a method that com bine s the neutralization of the re sidue s with the recovery of the me tals containe d. The propose d me thod includes also a sinte ring stage of the untre ated residues, aiming at their agg lom e ration and e nrichm e nt in the pre cious alloying metals. The re sidues de sulphurization, de carburization and drying is achieved sim ultaneously. The sinter products contain up to 6.0% Ni and 14.7 % V, sugge sting that en richment of 8% in N i and 10 % in V w as achiev ed, with simultaneous loss of sulphur and carbon in the rates of 73 and 85% respe ctive ly. S inte ring, acts as an indigen ous process with total exploitati on of the che mical en e rgy of carbon and sulphur. It also rep re sents the first ste p for the re covery of the m etals containe d in the residues. Mo reov e r, provided the safe depo sition of the neutralize d and en riche d in valuable m e tals re sidue s, it is possible to ge ne rate a significant stock by piling m aterial from the indige nous sou rce s and imports of such residues. Thus a me tallurgical unit of m e tals re covery could operate at profit. The e valuation of the effects of the ground disposal of the investigate d solid re sidue s and sinte r produ cts is a mus t. The simulation of their le aching by rainfall wa s thus vii conducted. The hypothesis of the unreacted core mode l see ms to describe the proce ss ade que ntl y. The mode l constants and its complete m e chanism we re de te rmined and confirm ed expe rimentall y. Initially chem ical re action se ems to be the rate-de te rmining ste p for the transfe r of me tals in the liquid phase. W ith the e lution prog re ss the me chanism is controlled by diffusion phenomen a. The prediction of the long -te rm effects of the ground de position of the untre ate d and sinte red residue s w as att empted by applying the sugge sted models . It was shown that substantia l amount of time, 10 ye ars minim um, is ne e de d for the drop of the m e tals conce ntrations in the leachate to allowa ble lev e ls. The final stage of the proposed method contains the red uction smelting of the re sidues. A serie s of tests w as conducted in graphite crucibles in Tam mann furnace. The metal oxides re duction proce ss w as investi gated and the the rmod ynamic equilibrium of the hete rogen e ous actions betw e en liquid slag and me tal w as de te rmined in tempe ratures ranging from 1375 to 1600 oC. The therm od ynam ic equilibria functions conce rning the nickel, vanadium and iron oxides w ere exper ime ntally dete rmined. The e xpe rimental test heats yie lded final me tals recove ry rates of 85-98% for Ni and 78-95% for V , with simultaneous production of ne utralized slag suitable for deposition or othe r usage . The conditions that ma ximize the Ni and V re cove ries according to the expe rime ntal findi ngs we re:  the high tempe ratures  the use of graphite crucible  the Fe S i addi tions as re ductant In contrast to the dominating opinion, it w as shown that high rec ove ry rate s w e re achieved in high basicity rates of CaO/Si O 2>2, ensuring the re fractory lining of the furnace and the furthe r use of the produced slag. Alternatively, the direct re duction smelting of the physicochemic ally pretre ated re sidues was inve stigated. The finding that the small a dditions up to 10 % of boe hm itic type of bauxite improve the rec ove ries of nickel and in rate s highe r than 98% is ve ry important. The kinetics of the redu ction of iron and vanadium oxide s from the slag to the iron bath w ere also inve sti gate d and the corresponding constants and rate de te rmining ste ps we re de te rmined. viii A holisti c method of recycling the solid residue s of the oil-fire d stati ons is propose d The propose d me thod, in addition to high re cove ry rate s of the valuable alloying eleme nts containe d (nickel and vanadium) avoids the re sidue s treatment with expe nsive neutralization me thods. Mo reov e r, the ne utralization of these hazardous ma terials is achiev ed w ith substantial financial profit from the me tals re cove ry at the same time.

The filters used today to purify water are often expensive and the need to find new filter materials is substantial. Studies of pine bark have shown that this is a material that may be used as an alternative to conventional filter materials, such as activated carbon. However, the study of pine bark has shown that a leakage of phenolic compounds may occur when using the material for water purification. Therefore, the purpose of this report is to investigate the release of phenols from pine bark, in order to evaluate the use of pine bark as a filter material. Another assignment is to investigate the amount of metals adsorbed by the filter material. The studies were carried out through three leaching experiments. As leachates, double deionised water and storm water were used. The phenol concentration in the leachate was determined for both double deionised water and storm water. The degree of metal sorption was measured only for the storm water. The measured phenol concentration in the double deionised water was 4.40 mg/L and in the storm water 4.81 mg/L. These concentrations exceed the Canadian guideline value, of 4.0 μg/L, more than a 1000 times. No metal sorption occurred as the metal content of the storm water was too low. Instead a release of metals from the pine bark into the eluate of the storm water occurred. The leaching attempts also resulted in a decline of the pH-values of the two different waters. The pH-values for the double deionised water and the storm water decreased from 7.0 to 4.3 and from 6.0 to 4.2 respectively. A release of phenols was ascertained with a significant difference in concentrations between double deionised water and storm water. Therefore it is not advisable to use pine bark filters for purification of water with low concentrations of metals, as the filter material may release metals into the water under such conditions. Keywords: pine bark, phenol, filter materials, leaching, metal sorption, toxicity Nyckelord: furubarksflis, fenol, filtermaterial, lakning, metallsorption, toxicitet

No description available.

Grünland spielt eine große Rolle in der Landnutzung und nimmt ein Drittel der landwirtschaftlich genutzten Fläche von Europa ein. Als Konsequenz der Intensivierung landwirtschaftlicher Bewirtschaftungsmaßnahmen der letzten 60 Jahre nahm die Produktivität des Grünlands zu während die Diversität dieser Systeme abnahm. In Grünland-Ökosystemen spielt Stickstoff (N) eine Schlüsselrolle – N bedingt die Primärproduktion und beeinflusst die Biodiversität. Zudem kann eine steigende N-Verfügbarkeit gasförmige Emissionen, wie z.B. Distickstoffoxid (N2O) und Stickstoffmonoxid (NO) fördern, die eine große Rolle in der Atmosphäre spielen und zur globalen Erwärmung beitragen. Eine höhere Nitratauswaschung (NO3-) aus Böden kann eine Gefahr für die Grundwasserqualität sein. N-Verluste durch Ausgasung von N2O und NO sowie NO3--Auswaschung sind dabei die Folgen der mikrobiellen Prozesse Denitrifikation und Nitrifikation. In dieser Studie haben wir den Effekt von unterschiedlichen Bewirtschaftungsintensitäten und funktioneller Pflanzendiversität auf die N-Verluste und Ökosystemfunktionen untersucht. Die Studie ist Teil des Excellenzclusters „Funktionelle Biodiversitätsforschung“ der Georg-August-Universität Göttingen und wurde durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur finanziert. Die Studie wurde im Rahmen von zwei interdisziplinären Projekten (BIOMIX & GRASSMAN) von 2008 bis 2010 im Solling, Niedersachsen, Deutschland durchgeführt. Wir untersuchten von Rindern und Schafen beweidetes Grünland (BIOMIX) und gemähtes Grünland mit unterschiedlichen Bewirtschaftungsintensitäten (GRASSMAN). In beiden Projekten wurde die funktionelle Pflanzendiversität durch Herbizide eingestellt. Der Fokus unserer Arbeit lag auf den N-Verlusten (N2O and NO Emissionen, NO3--Auswaschung) und der N Dynamik (Netto und Brutto Mineralisation). In GRASSMAN berechneten wir zusätzlich die N-Nutzungseffizienz und die N-Rückhalteeffizienz auf Ökosystemebene. Dabei ist die N-Nutzungseffizienz das Produkt der Aufnahmeeffizienz (definiert als N-Aufnahme der Pflanze pro verfügbares N) und der N-Nutzungseffizienz auf Pflanzenebene (definiert als Produktivität pro N-Aufnahme der Pflanze). Darüber hinaus berechnen wir N-Rückhalteeffizienz in Böden als einen Index, der das Verhältnis von N-Verlusten zu dem im Grünland verbleibenden N beschreibt. In BIOMIX haben wir die Auswirkung von Beweidung und Pflanzenarten-zusammensetzung auf N2O and NO Emissionen untersucht. Die mit einem Herbizid gegen Dikotyle vorbehandelten Weiden wurden mit Rindern oder Schafen Rotationsweise beweidet. Mittlere N2O Emissionen lagen bei 38.7 µg N2O-N m-2 h-1, mittlere NO Emissionen betrugen 2.4 µg NO-N m-2 h-1. Kumulative NO-N Emissionen waren höher auf den von Schafen beweideten Flächen als auf den von Rindern beweideten Flächen. In einem kontrollierten Applikations-Experiment führte die Behandlung mit Rinderurin zu höheren N2O Emissionen als die Behandlung mit Schafurin. Die Emissionshöchstwerte von 1921 µg N2O-N m-2 h-1 bei Behandlung mit Rinderurin im Vergleich zu 556 µg N2O-N m-2 h-1 bei Schafurin standen im Zusammenhang mit unterschiedlichen N-Einträgen pro Ausscheidung der Tiere. Die Emissionshöchstwerte der mit Dung behandelten Flächen waren im Vergleich mit den jeweiligen Urinbehandlungen viel geringer. Die N2O Emissionsfaktoren betrugen 0.4% für Rinderurin, 0.5% für Schafurin, 0.05% für Rinderdung und 0.09% für Schafdung. Sowohl das Beweidungs-Experiment, als auch das kontrollierte Applikations-Experiment zeigten, dass die Pflanzenartenzusammensetzung auf N-Emissionen im Vergleich zum Einfluss der Weidetierart auf N-Emissionen unbedeutend war. Trotz höherer N-Einträge auf Rinderweiden waren die N-Emissionen aus der Schafbeweidung höher. Wir führten dies auf die gleichmäßigere Verteilung von Schafs-Exkrementen im Vergleich zu Rindern-Exkrementen zurück. In GRASSMAN untersuchten wir die Auswirkungen von unterschiedlichen Bewirtschaftungsregimen (Düngung und Schnittintensität) und Pflanzenarten-zusammensetzung auf die N-Verluste (N2O Emissionen, NO3- Auswaschung) und die N-Dynamik (Netto und Brutto Mineralisation) und kalkulierten die N-Nutzungseffizienz und die N-Rückhalteeffizienz. Ein dreifaktorielles Design mit folgenden Faktoren wurde über einen Zeitraum von zwei Jahren etabliert: Düngung (180 – 30 – 100 kg NPK ha-1 yr-1 und keine Düngung), Schnittintensität (ein- und dreimal pro Jahr) und Pflanzenartenzusammensetzung (eine unbehandelte Kontrolle, eine Dikotyl-erhöhte und eine Monokotyl-erhöhte Grasnarbe). In 2009 wurden die N2O Emissionen erheblich von beiden Bewirtschaftungsfaktoren (Düngung und Schnittintensität) beeinflusst, während in 2010 nur die Düngung die N2O Emissionen beeinflusste. In 2009 wurden NO3- Auswaschungsverluste durch Düngung und in 2010 von beiden Bewirtschaftungsfaktoren (Düngung und Schnittintensität) beeinflusst. Die Netto N-Mineralisation Raten wurden in 2009 nur von der Düngung beeinflusst. In 2010, zeigte nicht nur die Düngung, sondern auch die Schnittintensität einen Einfluss auf die Netto N-Mineralisation Raten. Weder die Bewirtschaftung (Düngung) noch die Pflanzenartenzusammensetzung hatte einen Einfluss auf die Brutto N-Mineralisation. Die N-Nutzungseffizienz wurde vor allem durch die Düngung und als weiterer Faktor durch die Schnittintensität in 2009 beeinflusst, welche 41% bzw. 3% der Varianz erklärten. In 2010 hatte die Düngung mit 24% der erklärten Varianz einen geringeren Effekt auf die N-Nutzungseffizienz, während die Auswirkungen der Schnittintensität (12%) und die Pflanzenartenzusammensetzung (6%) stärker ausgeprägt waren. Die N-Nutzungseffizienz war auf ungedüngten Flächen größer als auf gedüngten, in den dreimal geschnittenen Flächen höher als in den einmal geschnittenen, und in der unbehandelten Kontrolle höher als in der Monokotyl-erhöhte oder Dikotyl-erhöhte Grasnarbe. Düngung verringert die N-Nutzungseffizienz durch die Abnahme in der N-Aufnahmeeffizienz und der N-Nutzungseffizienz auf Pflanzenebene, während die Schnittintensität und die Pflanzenartenzusammensetzung nur durch die N-Aufnahmeeffizienz beeinflusst werden. Die N-Rückhalteeffizienz wurde nur für 2010 berechnet und wurde durch die Düngung und die Pflanzenartenzusammensetzung mit 22% und 17% der erklärten Varianz beeinflusst. N-Rückhalteeffizienz nahm in der Reihenfolge unbehandelte Kontrolle > Dikotyl-erhöhte > Monokotyl-erhöhte Grasnarbe mit einem signifikanten Unterschied zwischen der unbehandelten Kontrolle und der Monokotyl-erhöhten Grasnarbe ab. Die N-Rückhalteeffizienz ist mit dem mikrobiellen Ammonium (NH4+) und der mikrobiellen Biomasse hoch und mit der N-Aufnahme der Pflanzen nur gering korreliert, was die Bedeutung der mikrobiellen N Retention im System Boden-Pflanze unterstreicht. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Bewirtschaftung der wichtigste und bestimmende Faktor der Ökosystemfunktionen eines Grünlands ist. Düngung, Schnittintensität und Beweidung beeinflussen die N-Nutzungseffizienz, die N-Rückhalteeffizienz und die N-Verluste. Die Zusammensetzung der botanischen Grasnarbe hat einen geringen Einfluss auf den N Kreislauf oder die N-Nutzungs- und die N-Rückhalteeffizienz. Wobei die Pflanzenartenzusammensetzung der unbehandelten Kontrolle (~70% Monokotyle und ~30% Dikotyle), die sich unter der extensiven Langzeit-Bewirtschaftung eingestellt hatte, die höchsten Effizienzen zeigte - sowohl eine Erhöhung der Monokotyledonen als auch eine Erhöhung der Dikotyledonen führte zu einer Verringerung der Effizienzen. Darüber hinaus sind N-Nutzungs- und N-Rückhalteeffizienz geeignete Werkzeuge, die sich zur Evaluierung ökologischer Nachhaltigkeit von Pflanzenartenzusammensetzungen und Management-Praktiken im Grünland eignen.

Phosphorus (P) loss from agricultural soils has been identified as one of the major causes of eutrophication of surface waters. This study was conducted to evaluate the suitability of various measures of soil P as indicators of risk potential for P loss from agricultural soils to surface waters. To fulfill the research objective, soil samples were collected from six major soil series in southern Ontario, and were subjected to simulated precipitation and to leaching. Relationships between various soil P measures and dissolved reactive P (DRP) concentration in surface runoff and subsurface flow were assessed. Amongst the selected soil test P (STP) and the estimates of degree of P saturation (DPS), DPSM3-2 [Mehlich-3 P/(Mehlich-3 Al + Fe)], DPSM3-3 (Mehlich-3 P/Mehlich-3 Al), and water extractable P (WEP) had the highest correlation with DRP concentration in surface runoff and leachate across all six soil series. The Fe-oxide coated filter paper P (FeO-P) method gave the second best predictor of DRP concentration through a split-line linear model. The Olsen P test was significantly correlated to DRP losses in runoff and leachate but it was generally not as strongly correlated to DRP losses as were other soil P measures. Given that soil WEP concentration can represent risk of soil P loss, a study with a greater range of soils (n=391) suggested that DPSM3-2 and DPSM3-3 tended to overestimate P losses from alkaline soils, especially when soils had high DPSM3-2 or DPSM3-3. In comparison, soil FeO-P and DPSOl-b [Olsen P/(Olsen P + P sorption index)] each were significantly correlated to DRP concentrations in surface runoff, subsurface water and soil WEP concentration, and showed reasonable accuracy. Compared to STP and routine DPS, a detailed soil DPS estimated from P sorption isotherm (DPSsorp) and P buffering capacity (PBC0), could provide reliable predictions of runoff DRP concentration across different soil types. Within each soil type, runoff DRP concentration increased linearly with increasing DPSsorp following a common slope of approximately 1.79, while the common change point was at a PBC0 value of approximately 0.29 L mg-1. A unit change in the PBC0 value resulted in a much greater change in runoff DRP concentration below the change point than above the change point. / The OMAFRA (Ontario Ministry of Agriculture, Food, and Rural Affaires) – MOE (Ontario Ministry of Environment) Nutrient Management Joint Research Program and the University of Guelph-OMAFRA (Environmental Sustainability Research Theme) Research Program.

Downed woody debris (DWD) is a carbon-rich form of forest litter and plays a unique role in carbon and nutrient cycling. I present a novel modeling approach describing DWD decomposition and nutrient storage in a managed northern hardwood forest. The predicted half-life of DWD carbon was 7 years, less than previously observed in similar northern hardwood forests. A stage-based nutrient model indicated that harvest slash DWD was a net nitrogen and phosphorus sink for eight years following harvest and accumulated calcium during decay. Field observations of respiration and leaching supported model results with a respired C half-life of 8 years, while leached carbon export constituted 1.37% of the respired flux. DWD leachate carbon and nitrogen concentrations were 11× and 2× greater than from litter, respectively, and DWD leachate contributed disproportionately to soil C stocks. This work represents an expedient means of forecasting DWD abundance and partitioning carbon flux from DWD.

A two year field study was carried out in western Quebec to investigate methods of predicting and reducing NO3--N leaching. Corn (Zea mays L.) was planted on the expel site and them were four treatments: water table controlled at 600 mm and 120 kg/ha of N fertilizer (WT120), water table controlled at 600 mm and 200 kg/ha of N fertilizer (WT200), free drainage and 120 kg/ha of N fertilizer (FD120), and free drainage and 200 kg/ha of N fertilizer (FD200). Drain flow was monitored and water samples were taken and analyzed for NO3- -N. Soil NO3- levels were measured along with led chlorophyll and denitrification throughout the two growing seasons. / Drain flow was dependent on both rainfall and the soil moisture content. In 1996, water table control decreased drain flow. However, in 1997 (a drier year), the drain flows for all treatments were similar. NO3 --N was reduced significantly in the controlled water table plots. In 1996, there was 59.2% less NO3--N in the controlled water table plots than in the free drainage plots and in 1997 this increased to 75.9% less NO3--N in the controlled water table compared to the fire drainage plots. In 1996, denitrification was enhanced by the controlled water table plots, with 72.2% more denitrification occurring in the controlled water table plots than in the free drainage plots. In 1997, there was a 93.2% increase in denitrification occurring in the water table plots than in the free drainage plots. / The controlled water table plots had no effect on plant chlorophyll levels. Chlorophyll contents of the corn plants were higher where fertilizer was applied at 200 kg/ha. Overall, it was shown that water table management can significantly decrease NO3--N pollution in drainage water. (Abstract shortened by UMI.)