@phdthesis{Post2006,
  author    = {Post, Joachim},
  title     = {Integrated process-based simulation of soil carbon dynamics in river basins under present, recent past and future environmental conditions},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-11507},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2006},
  abstract  = {Soils contain a large amount of carbon (C) that is a critical regulator of the global C budget. Already small changes in the processes governing soil C cycling have the potential to release considerable amounts of CO2, a greenhouse gas (GHG), adding additional radiative forcing to the atmosphere and hence to changing climate. Increased temperatures will probably create a feedback, causing soils to release more GHGs. Furthermore changes in soil C balance impact soil fertility and soil quality, potentially degrading soils and reducing soils function as important resource. Consequently the assessment of soil C dynamics under present, recent past and future environmental conditions is not only of scientific interest and requires an integrated consideration of main factors and processes governing soil C dynamics. To perform this assessment an eco-hydrological modelling tool was used and extended by a process-based description of coupled soil carbon and nitrogen turnover. The extended model aims at delivering sound information on soil C storage changes beside changes in water quality, quantity and vegetation growth under global change impacts in meso- to macro-scale river basins, exemplary demonstrated for a Central European river basin (the Elbe). As a result this study: ▪ Provides information on joint effects of land-use (land cover and land management) and climate changes on croplands soil C balance in the Elbe river basin (Central Europe) presently and in the future. ▪ Evaluates which processes, and at what level of process detail, have to be considered to perform an integrated simulation of soil C dynamics at the meso- to macro-scale and demonstrates the model's capability to simulate these processes compared to observations. ▪ Proposes a process description relating soil C pools and turnover properties to readily measurable quantities. This reduces the number of model parameters, enhances the comparability of model results to observations, and delivers same performance simulating long-term soil C dynamics as other models. ▪ Presents an extensive assessment of the parameter and input data uncertainty and their importance both temporally and spatially on modelling soil C dynamics. For the basin scale assessments it is estimated that croplands in the Elbe basin currently act as a net source of carbon (net annual C flux of 11 g C m-2 yr-1, 1.57 106 tons CO2 yr-1 entire croplands on average). Although this highly depends on the amount of harvest by-products remaining on the field. Future anticipated climate change and observed climate change in the basin already accelerates soil C loss and increases source strengths (additional 3.2 g C m-2 yr-1, 0.48 106 tons CO2 yr-1 entire croplands). But anticipated changes of agro-economic conditions, translating to altered crop share distributions, display stronger effects on soil C storage than climate change. Depending on future use of land expected to fall out of agricultural use in the future (~ 30 \% of croplands area as "surplus" land), the basin either considerably looses soil C and the net annual C flux to the atmosphere increases (surplus used as black fallow) or the basin converts to a net sink of C (sequestering 0.44 106 tons CO2 yr-1 under extensified use as ley-arable) or reacts with decrease in source strength when using bioenergy crops. Bioenergy crops additionally offer a considerable potential for fossil fuel substitution (~37 PJ, 1015 J per year), whereas the basin wide use of harvest by-products for energy generation has to be seen critically although offering an annual energy potential of approximately 125 PJ. Harvest by-products play a central role in soil C reproduction and a percentage between 50 and 80 \% should remain on the fields in order to maintain soil quality and fertility. The established modelling tool allows quantifying climate, land use and major land management impacts on soil C balance. New is that the SOM turnover description is embedded in an eco-hydrological river basin model, allowing an integrated consideration of water quantity, water quality, vegetation growth, agricultural productivity and soil carbon changes under different environmental conditions. The methodology and assessment presented here demonstrates the potential for integrated assessment of soil C dynamics alongside with other ecosystem services under global change impacts and provides information on the potentials of soils for climate change mitigation (soil C sequestration) and on their soil fertility status.},
  subject      = {Kohlenstoff},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Fritz2006,
  author    = {Fritz, Christina},
  title     = {Der Einfluß des prim{\"a}ren Stickstoffstoffwechsels auf den Aminos{\"a}ure- und Sekund{\"a}rstoffwechsel in Nicotiana tabacum L.},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-13322},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2006},
  abstract  = {Es ist bekannt, dass {\"A}nderungen im Kohlenstoff- bzw. Stickstoffstaus der Pflanzen zu einer parallelen statt reziproken {\"A}nderung der kohlenstoff- und stickstoffhaltigen Prim{\"a}rmetabolite f{\"u}hren. Unter diesem Gesichtspunkt wurden in der vorliegenden Arbeit der Aminos{\"a}urestoffwechsel und der Sekund{\"a}rstoffwechsel unter reduzierten Stickstoffbedingungen untersucht. Zur Beeinflussung des Stickstoffstoffwechsels wurden nitratmangelern{\"a}hrte Tabakwildtyppflanzen und Genotypen mit unterschiedlich stark reduzierter Nitratreduktase-Aktivit{\"a}t verwendet. Dieses experimentelle System erlaubt zus{\"a}tzlich durch den Vergleich Nitrat defizienter Wildtyppflanzen mit Nitrat akkumulierenden NIA-Transformanten Prozesse zu identifizieren, die durch Nitrat gesteuert werden. Die Analysen der Prim{\"a}r- und Sekund{\"a}rmetabolite wurde in allen Genotypen diurnal durchgef{\"u}hrt, um auch tageszeitlich abh{\"a}ngige Prozesse zu identifizieren. Die Analyse der absoluten Gehalte aller individuellen Aminos{\"a}uren enth{\"u}llte bei den meisten erstaunlich stabile diurnale Muster mit einem Anstieg w{\"a}hrend des Tages und einem Abfall in der Nacht in Wildtyppflanzen gewachsen mit ausreichend Nitrat. Dieses Ergebnis legt die Schlussfolgerung nahe, dass die Biosynthese der Aminos{\"a}uren koordiniert abl{\"a}uft. In Pflanzen mit reduziertem Stickstoffstatus haben diese diurnalen Muster jedoch keinen Bestand. Die Kombination des erzeugten stickstoffbasierten Aminos{\"a}uredatensatz in Kombination mit einem bereits erzeugten Aminos{\"a}uredatensatz unter kohlenstofflimitierten Bedingungen von Matt et al. (2002) f{\"u}hrte durch Hauptkomponentenanalyse (PCA) und Korrelationsanalyse zu dem Ergebnis, dass die Hypothese nach einer koordinierten Aminos{\"a}urebiosynthese nicht allgemeine G{\"u}ltigkeit hat. Die PCA identifizierte Glutamin, Glutamat, Aspartat, Glycin, Pheny-lalanin und Threonin als Faktoren, die den Datens{\"a}tzen ihre charakteristische Eigenschaft und deren Varianz verleihen. Die Korrelationsanalyse zeigte, dass die sehr guten Korrelationen der individuellen Aminos{\"a}uren untereinander in reduzierten Stickstoff- und Kohlenstoffbedingungen sich verschlechtern. Das Verh{\"a}ltnis einer einzelnen Aminos{\"a}ure relativ zu den anderen f{\"u}hrte zur Identifizierung einiger Aminos{\"a}uren, die individuelle Antworten auf Stickstoff- und/oder Kohlenstoffstatus zeigen, und/oder speziell auf Nitrat, Licht und/oder den E-nergiestatus der Thylakoidmembran. Glutamat beispielsweise verh{\"a}lt sich in den meisten Situationen stabil, Phenylalanin dagegen zeigt in jeder physiologischen Situation eine individuelle Antwort. Die Ergebnisse dieser Arbeit f{\"u}hren zu einer Erweiterung der Hypothese einer koordinierten Synthese der Aminos{\"a}uren dahingehend, dass diese nicht generell f{\"u}r alle Aminos{\"a}uren angenommen werden kann. Es gibt einige Aminos{\"a}uren deren, Anteile sich situationsbedingt anpassen. Die Reduktion des Stickstoffstatus in nitratmangelern{\"a}hrten Tabakwildtyppflanzen f{\"u}hrte zu der, nach der „Carbon-Nutrient-Balance" Hypothese erwarteten Verlagerung der kohlenstoffreichen Phenylpropanoide und des stickstoffreichen Nikotins. Die Erh{\"o}hung der Phenylpropanoidgehalte war nicht in der Nitrat akkumulierenden NIA-Transformante zu beobachten und somit konnte Nitrat als regulatorisches Element identifiziert werden. Ein Einfluss der Vorl{\"a}ufermetabolite konnte ausgeschlossen werden, da sowohl nitratmangelern{\"a}hrter Wildtyp als auch die Nitrat akkumulierende NIA-Transformante {\"a}hnliche Gehalte dieser aufwiesen. Genexpressionsanalysen {\"u}ber Mikroarray-Hybridisierung und quantitative RT-PCR zeigten, dass Nitrat durch noch nicht gekl{\"a}rte Mechanismen Einfluss auf die Expression einiger Gene nimmt, die dem Phenylpropanoidstoffwechsels zugeordnet sind. Aus der Arbeit hervorgegangene Ver{\"o}ffentlichungen: Christina Fritz, Natalia Palacios-Rojas, Regina Feil und Mark Stitt (2006) Regulation of Secondary Metabolism by the Carbon-Nitrogen Status in Tobacco: Nitrate Inhibits Large Sectors of Phenylpropanoid Metabolism. Plant Journal 46, 533 - 548 Christina Fritz, Petra Matt, Cathrin M{\"u}ller, Regina Feil und Mark Stitt (2006) Impact of the Carbon-Nitrogen Status on the Amino Acid Profile in Tobacco Source Leaves. Plant, Cell and Environment 29 (11), 2009 - 2111},
  language  = {de}
}