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Keywords:

  • carbon use efficiency;
  • energy consumption;
  • energy balance;
  • C transformation;
  • organic matter

Abstract

Es wird eine einfache Methode für die Berechnung des Synthesekoeffizienten in Abhängigkeit von chemisch-thermodynamischen Parametern organischer Substanzen (OS) vorgeschlagen. Der Synthesekoeffizient kennzeichnet den Kohlenstoffanteil der OS, der bei seiner Verwertung in den Körper der Mikroorganismen übergeht. Die hier vorgeschlagene rechnerische Vorgehensweise beruht auf dem Übergang der Enthalpie der OS in die Biomasse unter Berücksichtigung der Bildungsenthalpien der Endprodukte der Atmung: CO2, NH4+ und H2O. Die Brennwerte der OS werden in die Kalkulation einbezogen. Diese sind analytisch leicht zu bestimmen und lassen sich für viele verschiedene landwirtschaftliche Produkte aus Tabellen ableiten. Der Vergleich der so berechneten Werte für mehrere organische Substanzen mit den aus der Literatur entnommenen Synthesekoeffizienten zeigte eine zufriedenstellende Übereinstimmung. Der Gesamtenergieaufwand der Bodenmikroorganismen zur Synthese und Erhaltung unter natürlichen Bedingungen wurde mit —153,3 kJ · gC—1 berechnet. Dieser Wert wird im Zusammenhang mit dem in der Mikrobiologie verwendeten Erhaltungskoeffizienten diskutiert und bestätigt. Die Verwendung des vorgeschlagenen Ansatzes für die Berechnung des Synthesekoeffizienten anhand der stofflichen Zusammensetzung des Substrates ermöglicht eine einheitliche von den konkreten Experi-mentbedingungen unabhängige Vorgehensweise.

Carbon use efficiency of organic substances by soil microbial biomass as a function of chemical and thermodynamical parameters

A simple calculation determining carbon use efficiency by soil microorganisms based on chemical and thermodynamical parameters of organic matter is proposed. The use efficiency characterizes carbon fraction of organic matter which is incorporated into the cells of the soil microbial biomass.

The proposed approach is based on the transition of the organic matter enthalpy into the microbial biomass enthalpy considering the formation enthalpy of the end products of respiration like CO2, NH4+ and H2O. The combustion energy content of organic matter was used for the calculations. This combustion energy content can be determined by simple analytical means. It can be derived from data given in the literature and for various agricultural products.

The comparison of organic matter use efficiency data calculated as shown above with literature data produced by diverse methods showed a satisfactory correlation. The calculated enthalpy of formation and maintenance of a C-unit of soil microbial biomass under in situ conditions amounted to —153,3 kJ · gC—1. This value is compared with the maintenance coefficient used in microbiology. The use of the suggested approach for the calculation of carbon use efficiency based on the substance composition of the organic matter allows a uniform, standardized procedure which is not dependent on specific experimental conditions.