Fulvic acids (FAs) from topsoil and ground water solutions were investigated to discover effects of land use and peat degradation on their molecular chemical composition and thermal properties. The FAs were extracted from three Gleysols under arable land, intensive and extensive grassland, and from three Histosols under alder forest, extensive grassland, and a natural succession in a long-term (> 200 years) cultivated fen area. Functional groups and molecular subunits of the FAs were investigated by ¹³C Nuclear Magnetic Resonance (¹³C NMR) spectroscopy. Thermal properties and structural molecular subunits were investigated by off-line pyrolysis, and Pyrolysis-Field Ionization Mass Spectrometry (Py-FIMS). The ¹³C NMR spectra showed that the FAs from topsoil solutions had smaller proportions of alkyl C (mean: —8 %) and more aromatic C (mean: + 6 %) than FAs from ground water. This clear differentiation of dissolved FAs in the soil profiles is consistent with Py-FIMS data which have shown enrichments of lipids in ground water FAs. Furthermore, Py-FIMS revealed that the FAs from topsoils were richer in phenols + lignin monomers, carbohydrates, as well as mostly aromatic N-containing compounds. These molecular subunits of FAs, relatively enriched in topsoil, were also the main indicators of land use and peat degradation. For topsoil solutions, the proportions of phenols + lignin monomers and carbohydrates increased stepwise with peat degradation in Gleysols and Histosols. Correspondingly, the thermal properties indicated the incorporation of these compounds into FAs by chemical bonds of larger thermal stability. Statistical evaluation by principal component analysis of Py-FIMS clearly supported the differentiation of FAs according to the origin from topsoils and ground water, different soil types, and land use and peat degradation. Hence, it is concluded that water soluble FAs can be utilized as objective ecological indicators for soil effects on adjacent ground and surface waters.

Molekulare Zusammensetzung von Fulvosäuren in unterschiedlich genutzten Gleyen und Niedermooren

Fulvosäuren (FAs) aus Bodenlösung und Grundwasser wurden untersucht, um Veränderungen von Zusammensetzung und thermischen Eigenschaften infolge unterschiedlicher Landnutzung und Torfdegradierung zu erforschen. Dazu wurden die FAs aus drei Gleyen unter Acker, extensivem und intensivem Grasland sowie aus drei Niedermooren unter Erlenbruchwald, Dauergrasland und natürlicher Sukzession in einem bereits seit langer Zeit kultivierten Niedermoorgebiet extrahiert. Funktionelle Gruppen und molekulare Untereinheiten der FAs wurden mit ¹³C-Kernresonanz-Spektroskopie (¹³C-NMR), off-line-Pyrolyse und on-line-Pyrolyse-Feldionisation-Massenspektrometrie (Py-FIMS) analysiert. Die ¹³C-NMR-Spektren <?tw=99%>zeigten niedrigere Anteile an Alkyl-C (Mittelwert: —8 %) <?tw>und höhere Anteile an aromatischem C (Mittelwert: + 6 %) der FAs aus Lösungen aus Oberböden im Vergleich zu den FAs aus Grundwasser. In Übereinstimmung damit ergab die Py-FIMS relative Anreicherungen an Lipiden in den FAs aus Grundwasser. Die FAs aus Oberböden waren dagegen reicher an monomeren Ligninbausteinen, Kohlenhydraten und N-Verbindungen. Diese in den FAs aus Oberböden angereicherten, molekularen Untereinheiten waren auch die Hauptindikatoren für Effekte der Landnutzung und Torfdegradierung. In beiden Gruppen von Böden führte eine erhöhte Intensität der Bodennutzung und damit verbundene Belüftung zu größeren Anteilen an Phenolen + Ligninmonomeren und Kohlenhydraten. Die aus den Py-FI-Massenspektren berechneten Thermogramme zeigen, dass diese Verbindungen nicht nur relativ angereichert, sondern auch durch chemische Bindungen mit größerer thermischer Stabilität charakterisiert sind. Die Ergebnisse belegen, dass gelöste FAs als schnell wirksame und objektive Indikatoren für mögliche Auswirkungen von Landnutzungsänderungen auf benachbarte Oberflächengewässer genutzt werden können.