| dc.contributor.advisor | Dittert, Klaus Prof. Dr. | |
| dc.contributor.author | Rummel, Pauline Sophie | |
| dc.date.accessioned | 2021-06-18T11:50:33Z | |
| dc.date.available | 2021-06-24T00:50:09Z | |
| dc.date.issued | 2021-06-18 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0008-5866-3 | |
| dc.identifier.uri | http://dx.doi.org/10.53846/goediss-8673 | |
| dc.language.iso | eng | de |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ | |
| dc.subject.ddc | 630 | de |
| dc.title | Nitrate uptake, root exudation, and litter quality - crop plant effects on denitrification and its product stoichiometry | de |
| dc.type | doctoralThesis | de |
| dc.contributor.referee | Dittert, Klaus Prof. Dr. | |
| dc.date.examination | 2020-07-13 | |
| dc.description.abstractger | Landwirtschaftliche Böden sind die größte anthropogene Lachgasquelle (N2O). N2O ist
ein starkes Treibhausgas, dass größtenteils in den mikrobiellen Prozessen Nitrifikation
und Denitrifikation entsteht. Während Denitrifikation hauptsächlich stattfindet, wenn
Sauerstoff (O2) knapp ist, ist die Nitrifikation ein strikt aerober Prozess. Pflanzen
beeinflussen beide N-Umsetzungsprozesse indem sie die Verfügbarkeit von C und N für
Mikroorganismen verändern.
Wachsende Pflanzen nehmen N aus dem Boden auf und konkurrieren dabei mit
Mikroorganismen um verfügbaren N. Gleichzeitig scheiden Pflanzenwurzeln C-haltige
Verbindungen aus und erhöhen die C-Verfügbarkeit im Boden. Dadurch beeinflussen
Pflanzen die beiden wichtigsten Substrate für die Denitrifikation. Im ersten Kapitel dieser
Dissertation wurde der Einfluss von NO3- -Aufnahme und Corg-Exudation auf die
gesamten und aus Denitrifikation stammenden N2O Emissionen untersucht. Gesunde,
wachsende Pflanzen verringerten die Bodenfeuchte und den NO3- -Gehalt, sodass nur
geringe N2O Emissionen gemessen wurden. Im Gegensatz dazu wurden hohe N2O+N2
Emissionen aus Denitrifikation gemessen, wenn die Pflanzen schlecht wuchsen und ihre
Wasser- und NO3- -Aufnahme geringer war. Da NO3- das limitierende Substrat für die
Denitrifikation war, hatte die Corg-Verfügbarkeit keinen Einfluss auf die N2O+N2
Emissionen.
Nach der Ernte werden Pflanzenrückstände in den Boden eingearbeitet und erhöhen die
C-Verfügbarkeit für Mikroorganismen. Abhängig ihrer chemischen Qualität (C:N
Verhältnis, C-Verbindungen) können diese Erntereste sowohl zu erhöhter NO3-
-Verfügbarkeit durch Mineralisierung organischer Verbindungen führen als auch zu
Immobilisierung von N um C-Verbindungen abzubauen. In den beiden vorgestellten
Studien wurden höhere N2O Emissionen mit Erntereste n gemessen als in der Kontrolle.
Im 2. Kapitel wurden die N2O und CO2 Emissionen hauptsächlich durch den Anteil an
wasserlöslichem C aus den Ernteresten und durch NO3- -Verfügbarkeit aus Mineralisierung beeinflusst. Ein Anstieg der mikrobiellen Atmung führte zur Bildung von
Hotspots für die Denitrifikation, wenn sowohl NO3
- als auch Corg verfügbar waren. Im 3.
Kapitel stiegen die N2O+N2 Emissionen mit steigendem C-Input aus Ernteresten linear
an. Das C:N Verhältnis der Streu beeinflusste die Mineralisierung bzw. Immobilisierung
und das N2O/(N2O+N2) Verhältnis, obwohl NO3
- nicht limitierend war. Während der
oxischen Inkubationsphase fand die meiste Denitrifikation in anoxische Hotspots statt
wo N2O direkt zu N2 reduziert wurde. Wenn N mineralisiert wurde, trug Nitrifikation zur
Bildung von NO und N2O bei, während pilzliche Denitrifikation mit fortlaufender
Inkubationszeit zunahm.
Insgesamt zeigen diese Studien, dass Pflanzen die C-Verfügbarkeit für
Bodenmikroorganismen erhöhen, während die N-Verfügbarkeit von der N-Aufnahme der
Pflanzen und der N-Mineralisierung im Boden abhängt. Nur wenn sowohl NO3- als auch
Corg verfügbar waren, wurden hohe N2O Emissionen aus Denitrifikation gemessen.
Außerdem war beeinflusste das Verhältnis an verfügbarem C zu NO3- abhängig das
Produktratio der Denitrifikation N2O/(N2O+N2) und zusammen mit der O2-Verfügbarkeit
die Anteile von Nitrifikation, bakterieller und pilzlicher Denitrifikation an der
Lachgasbildung. | de |
| dc.description.abstracteng | Agricultural soils are the largest anthropogenic source of nitrous oxide (N2O) – a potent
greenhouse gas that is primarily originating from the microbial processes denitrification
and nitrification. While denitrification mainly occurs when O2 partial pressure (pO2) is low,
nitrification is a strictly aerobic process. The presence of plants strongly alters both N
cycling processes in soils by affecting C and N availability for microorganisms.
Growing plants take up N from the soil competing with microorganisms for available N.
At the same time, plant roots exude organic C compounds increasing Corg availability in
rooted soils, thus controlling the main substrates for denitrification. The first chapter of
this thesis investigated the effect of NO3- uptake and Corg exudation on total and
denitrification-derived N2O emissions. Healthy growing plants decreased soil moisture
and NO3- content which restricted N2O emissions. In contrast, high denitrification-derived
N2O+N2 emissions were measured from poorly growing plants with lower water and NO3
-
uptake. As NO3- was the limiting substrate for denitrifiers, Corg availability did not affect
N2O+N2 emissions.
After harvest, plant litter is incorporated into the soil increasing C availability for
microorganisms. Depending on its chemical quality (C:N ratio, C compounds), litter may
lead to increased NO3- availability from mineralization or to immobilization of N to
decompose C compounds. In both studies presented, addition of plant litter increased
N2O losses compared to the unamended control. In chapter 2, water-soluble C from litter
together with NO3- from mineralization controlled both CO2 and N2O emissions.
Increased microbial respiration reduced pO2 leading to the formation of plant litter
associated hotspots for denitrification when both Corg and NO3- were available. In chapter
3, N2O+N2 emissions increased linearly with litter C input. Litter C:N ratio controlled
mineralization and immobilization and the N2O/(N2O+N2) ratio although NO3- was not
limited. During the oxic incubation phase, most denitrification took place in anoxic
hotsports where N2O was directly reduced to N2. When N was mineralized, nitrification contributed to NO and N2O formation with a subsequent shift towards fungal
denitrification in litter-amended soil.
Altogether, these studies showed that the presence of plants increased C availability for
soil microorganisms, while N availability depended on plant N uptake and mineralization.
However, only when both NO3- and Corg availability were high, high denitrification-derived
N2O emissions were detected. Furthermore, the ratio of available C to available NO3-
controlled the product ratio of denitrification N2O/(N2O+N2), and together with pO2
affected the share of nitrification, bacterial and fungal denitrification to N2O formation. | de |
| dc.contributor.coReferee | Pausch, Johanna Prof. Dr. | |
| dc.contributor.thirdReferee | Petersen, Søren O. Prof. PhD | |
| dc.subject.eng | Denitrification | de |
| dc.subject.eng | Nitrogen cycling | de |
| dc.subject.eng | Carbon cycling | de |
| dc.identifier.urn | urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0008-5866-3-3 | |
| dc.affiliation.institute | Fakultät für Agrarwissenschaften | de |
| dc.subject.gokfull | Land- und Forstwirtschaft (PPN621302791) | de |
| dc.description.embargoed | 2021-06-24 | |
| dc.identifier.ppn | 1760882208 | |