TY  - THES
A1  - Wen, Xi
T1  - Distribution patterns and environmental drivers of methane-cycling microorganisms in natural environments and restored wetlands
N2  - Methane is an important greenhouse gas contributing to global climate change. Natural environments and restored wetlands contribute a large proportion to the global methane budget. Methanogenic archaea (methanogens) and methane oxidizing bacteria (methanotrophs), the biogenic producers and consumers of methane, play key roles in the methane cycle in those environments. A large number of studies revealed the distribution, diversity and composition of these microorganisms in individual habitats. However, uncertainties exist in predicting the response and feedback of methane-cycling microorganisms to future climate changes and related environmental changes due to the limited spatial scales considered so far, and due to a poor recognition of the biogeography of these important microorganisms combining global and local scales.
With the aim of improving our understanding about whether and how methane-cycling microbial communities will be affected by a series of dynamic environmental factors in response to climate change, this PhD thesis investigates the biogeographic patterns of methane-cycling communities, and the driving factors which define these patterns at different spatial scales. At the global scale, a meta-analysis was performed by implementing 94 globally distributed public datasets together with environmental data from various natural environments including soils, lake sediments, estuaries, marine sediments, hydrothermal sediments and mud volcanos. In combination with a global biogeographic map of methanogenic archaea from multiple natural environments, this thesis revealed that biogeographic patterns of methanogens exist. The terrestrial habitats showed higher alpha diversities than marine environments. Methanoculleus and Methanosaeta (Methanothrix) are the most frequently detected taxa in marine habitats, while Methanoregula prevails in terrestrial habitats. Estuary ecosystems, the transition zones between marine and terrestrial/limnic ecosystems, have the highest methanogenic richness but comparably low methane emission rates. At the local scale, this study compared two rewetted fens with known high methane emissions in northeastern Germany, a coastal brackish fen (Hütelmoor) and a freshwater riparian fen (Polder Zarnekow). Consistent with different geochemical conditions and land-use history, the two rewetted fens exhibit dissimilar methanogenic and, especially, methanotrophic community compositions. The methanotrophic community was generally under-represented among the prokaryotic communities and both fens show similarly low ratios of methanotrophic to methanogenic abundances. Since few studies have characterized methane-cycling microorganisms in rewetted fens, this study provides first evidence that the rapid and well re-established methanogenic community in combination with the low and incomplete re-establishment of the methanotrophic community after rewetting contributes to elevated sustained methane fluxes following rewetting.
Finally, this thesis demonstrates that dispersal limitation only slightly regulates the biogeographic distribution patterns of methanogenic microorganisms in natural environments and restored wetlands. Instead, their existence, adaption and establishment are more associated with the selective pressures under different environmental conditions. Salinity, pH and temperature are identified as the most important factors in shaping microbial community structure at different spatial scales (global versus terrestrial environments). Predicted changes in climate, such as increasing temperature, changes in precipitation patterns and increasing frequency of flooding events, are likely to induce a series of environmental alterations, which will either directly or indirectly affect the driving environmental forces of methanogenic communities, leading to changes in their community composition and thus potentially also in methane emission patterns in the future.
N2  - Methan ist ein wichtiges Treibhausgas, das zum globalen Klimawandel beiträgt. Bedeutend für das globale Methanbudget sind unter anderem natürliche und wiedervernäßte Moore. Methanogene Archaeen (Methanogene) und Methan-oxidierende Bakterien (Methanotrophe) sind die biogenen Produzenten und Konsumenten von Methan. Daher nehmen sie global, und speziell in Mooren, eine Schlüsselrolle für das Methanbudget ein. Eine Vielzahl von Studien hat die Verteilung, Vielfalt und Zusammensetzung dieser Mikroorganismen in einzelnen Lebensräumen untersucht. Es bestehen jedoch Unsicherheiten in der Vorhersage, wie sie auf den globalen Wandel und auf die damit verbundenen Umweltveränderungen reagieren werden. Diese Unsicherheiten basieren unter anderem auf bislang fehlenden biogeographischen Untersuchungen, die globale und lokale Skalen kombinieren, und auf einem unzureichenden Verständnis dazu, ob und welche Umweltfaktoren speziell methanogene Gemeinschaften beeinflussen. Zudem gibt es trotz der Bedeutung von Projekten zur Moorwiedervernässung für das regionale und globale Treibhausgasbudget nahezu keine Untersuchungen zur Zusammensetzung und Verbreitung von methanogenen und methanotrophen Gemeinschaften in degradierten wiedervernäßten, eutrophen Niedermooren. 
Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es, unser Verständnis zur Reaktion der am Methanbudget beteiligten mikrobiellen Gemeinschaften auf den globalen Wandel und auf die damit einhergehenden Umweltänderungen zu verbessern. Die Arbeit untersucht daher zum einen die biogeographischen Muster methanogener Gemeinschaften und die ihnen zugrunde liegenden Umweltfaktoren auf verschiedenen räumlichen Skalen. Auf globaler Ebene wurde eine Meta-Analyse durchgeführt, die auf 94 global verteilten, öffentlichen Sequenzdatensätzen sowie den dazugehörigen Umweltdaten aus verschiedenen natürlichen Ökosystemen basiert. Hierzu gehören Böden, Seesedimente, Ästuare, marine Sedimente, hydrothermale Sedimente und Schlammvulkane. In Kombination mit einer globalen biogeographischen Karte zur Verbreitung methanogener Archaeen konnte diese Arbeit zeigen, dass biogeographische Muster von Methanogenen existieren. Terrestrische Ökosysteme zeigen zudem eine höhere Diversität als marine Ökosysteme. Ästuare, Übergangszonen zwischen marinen und terrestrischen/ limnischen Ökosystemen, weisen die größte methanogene Diversität bei jedoch vergleichsweise geringen Methanemissionen auf. Methanoculleus und Methanosaeta (Methanothrix) sind die am häufigsten nachgewiesenen Taxa in marinen Lebensräumen, während Methanoregula in terrestrischen Ökosystemen dominiert. Auf lokaler Ebene wurden in dieser Arbeit zwei wiedervernässte, eutrophe Niedermoore im Nordosten Deutschlands verglichen, das von der Ostsee beeinflusste „Hütelmoor“ und das Durchströmungsmoor „Polder Zarnekow“. Beide Moore sind durch hohe Methanemissionen infolge der Wiedervernässung charakterisiert. Einhergehend mit unterschiedlichen geochemischen Bedingungen und unterschiedlicher Nutzungshistorie weisen diese beiden wiedervernässten Standorte in ihrer Zusammensetzung unterschiedliche methanogene und methanotrophe Gemeinschaften auf lokaler Ebene auf. Zudem ist die Gruppe der Methanotrophen innerhalb der prokaryotischen Gemeinschaften jeweils unterrepräsentiert und beide Moore zeigen ein vergleichbar niedriges Verhältnis von Methanotrophen im Vergleich zu Methanogenen. Diese Arbeit liefert erste Hinweise darauf, dass die schnelle und erfolgreiche Wiederbesiedlung durch Methanogene in Kombination mit einer offenbar schlecht etablierten methanotrophen Gemeinschaft zu den erhöhten Methanflüssen in beiden Mooren nach Wiedervernässung beiträgt.
Abschließend zeigt diese Arbeit, dass eine eingeschränkte Migration („dispersal limitation“) die biogeographischen Verteilungsmuster von Methanogenen in natürlichen Ökosystemen kaum beeinflusst. Stattdessen werden Vorkommen und Anpassung von methanogenen Gemeinschaften vor allem durch den selektiven Druck verschiedener Umweltbedingungen reguliert. Die Umweltparameter Salzgehalt, pH-Wert und Temperatur wurden dabei als wichtigste Faktoren identifiziert, die die Verbreitung methanogener Gemeinschaften global bzw. speziell in terrestrischen Standorten beeinflussen. Es ist daher wahrscheinlich, dass prognostizierte Klimaveränderungen wie steigende Temperatur, Änderungen der Niederschlagsmuster und zunehmende Häufigkeit von Überschwemmungsereignissen zu Änderungen in der Zusammensetzung methanogener Gemeinschaften führen, die möglicherweise auch die Methanemissionsmuster beeinflussen werden.
T2  - Verteilungsmuster Methan produzierender und Methan oxidierender Mikroorganismen und deren Abhängigkeit von Umweltfaktoren in natürlichen Ökosystemen und wiedervernäßten Mooren
KW  - biogeography
KW  - Biogeographie
KW  - methanogens
KW  - methanotrophs
KW  - Methanogene
KW  - Methanotrophe
KW  - distribution pattern
KW  - Verteilungsmuster
KW  - methane
KW  - Methane
Y1  - 2020
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-471770
ER  - 
TY  - THES
A1  - Hoffmann, Mathias
T1  - Improving measurement and modelling approaches of the closed chamber method to better assess dynamics and drivers of carbon based greenhouse gas emissions
N2  - The trace gases CO2 and CH4 pertain to the most relevant greenhouse gases and are important exchange fluxes of the global carbon (C) cycle. Their atmospheric quantity increased significantly as a result of the intensification of anthropogenic activities, such as especially land-use and land-use change, since the mid of the 18th century. To mitigate global climate change and ensure food security, land-use systems need to be developed, which favor reduced trace gas emissions and a sustainable soil carbon management. This requires the accurate and precise quantification of the influence of land-use and land-use change on CO2 and CH4 emissions. A common method to determine the trace gas dynamics and C sink or source function of a particular ecosystem is the closed chamber method. This method is often used assuming that accuracy and precision are high enough to determine differences in C gas emissions for e.g., treatment comparisons or different ecosystem components.
However, the broad range of different chamber designs, related operational procedures and data-processing strategies which are described in the scientific literature contribute to the overall uncertainty of closed chamber-based emission estimates. Hence, the outcomes of meta-analyses are limited, since these methodical differences hamper the comparability between studies. Thus, a standardization of closed chamber data acquisition and processing is much-needed. 
Within this thesis, a set of case studies were performed to: (I) develop standardized routines for an unbiased data acquisition and processing, with the aim of providing traceable, reproducible and comparable closed chamber based C emission estimates; (II) validate those routines by comparing C emissions derived using closed chambers with independent C emission estimates; and (III) reveal processes driving the spatio-temporal dynamics of C emissions by developing (data processing based) flux separation approaches.
The case studies showed: (I) the importance to test chamber designs under field conditions for an appropriate sealing integrity and to ensure an unbiased flux measurement. Compared to the sealing integrity, the use of a pressure vent and fan was of minor importance, affecting mainly measurement precision; (II) that the developed standardized data processing routines proved to be a powerful and flexible tool to estimate C gas emissions and that this tool can be successfully applied on a broad range of flux data sets from very different ecosystem; (III) that automatic chamber measurements display temporal dynamics of CO2 and CH4 fluxes very well and most importantly, that they accurately detect small-scale spatial differences in the development of soil C when validated against repeated soil inventories; and (IV) that a simple algorithm to separate CH4 fluxes into ebullition and diffusion improves the identification of environmental drivers, which allows for an accurate gap-filling of measured CH4 fluxes.  
Overall, the proposed standardized data acquisition and processing routines strongly improved the detection accuracy and precision of source/sink patterns of gaseous C emissions. Hence, future studies, which consider the recommended improvements, will deliver valuable new data and insights to broaden our understanding of spatio-temporal C gas dynamics, their particular environmental drivers and underlying processes.
N2  - Die Spurengase CO2 und CH4 gehören zu den wichtigsten atmosphärischen Treibhausgasen und sind zugleich wichtige Austauschflüsse im globalen Kohlenstoff-(C)-Kreislauf. Als Ergebnis zunehmender anthropogener Aktivitäten insbesondere auch im Bereich der Landnutzung und des Landnutzungswandel stiegen seit Mitte des 18 Jahrhunderts die atmosphärischen CO2 und CH4 Konzentrationen deutlich an. Um die zu erwartenden Auswirkungen des globalen Klimawandels abzuschwächen aber auch um die weltweite Ernährungssicherheit zu gewährleisten, bedarf es der Entwicklung neuer Landnutzungssysteme welche sich durch verminderte Treibhausgasemissionen und ein nachhaltiges Management der Bodenkohlenstoffvorrate auszeichnen. 
Dies erfordert die akkurate und präzise Quantifizierung des Einflusses von Landnutzung und Landnutzungswandel auf die CO2 und CH4 Emissionen. Eine gängige Methode zur Bestimmung von Spurengasemissionen und darauf aufbauend der C Senken bzw. Quellenfunktion verschiedenster Ökosysteme stellen Haubenmessungen dar. Unterschiedliche Haubendesigns, Messprozeduren und Strategien bei der Datenaufbereitung führen jedoch mitunter zu erheblichen Unsicherheiten bei den gemessenen C Emissionen. Dies kann die Aussagekraft von Metastudien maßgeblich beeinträchtigen, da die Vergleichbarkeit mittels geschlossener Hauben durchgeführter Untersuchungen nicht gewährleistet werden kann. Daher ist eine Standardisierung der Erfassung und Auswertung von Haubenmessungen dringend erforderlich. 
Im Rahmen dieser Arbeit wurden deshalb eine Reihe von Fallstudien durchgeführt um: (I) standardisierte Routinen zu entwickeln welche eine fehlerfreiere Datenerfassung und Bearbeitung von Haubenmessungen erlauben und so nachvollziehbare, reproduzierbare und vergleichbare C Emissionen liefern; (II) erarbeitete Routinen zu validieren indem auf geschlossenen Haubenmessungen basierende C Emissionen mit unabhängigen Daten verglichen werden; und (III) mittels entwickelter Separationsverfahren Teilflüsse präzise zu quantifizieren um Beziehungen zwischen CO2 und CH4 Flüssen und ihren Treibern besser analysieren zu können. Die durchgeführten Fallstudien zeigen: (I) die Notwendigkeit eingesetzte Hauben unter möglichst realistischen (Feld)-Bedingungen hinsichtlich ihrer Dichtigkeit (insbesondere an der Abdichtung zwischen Rahmen und Haube) zu überprüfen, da nur so fehlerfreie Messungen sichergestellt werden können; (II) das die entwickelten Routinen zur standardisierten Datenbearbeitung ein geeignetes flexibles Werkzeug darstellen um eine verlässliche Abschatzung gasförmige C Emissionen vorzunehmen; (III) das die zeitliche Dynamik von CO2 und CH4 Flüssen sowie kleinräumige Unterschiede in der Entwicklung von Bodenkohlenstoffvorraten gut mittels automatischer Haubenmesssysteme erfasst werden können (Validierung der Ergebnisse mittels wiederholter Bodeninventarisierung); und (IV) das ein einfacher Algorithmus zur Separation von CH4 in seine Flusskompartimente (blasenförmiger Massenfluss vs. Diffusion) die Identifizierung von Treibern verbessert und so ein akkurateres Füllen von Messlücken ermöglicht. 
Die in der Arbeit vorgestellten Routinen zur standardisierten Datenerfassung und Bearbeitung finden gegenwärtig national wie international Anwendung und helfen somit bei der Generierung  vergleichbarer, akkurater und präziser Abschätzungen von standort-/ökosystemspezifischen C Emissionen.
N2  - Следовые газы CO2 и CH4 относятся к наиболее значимым парниковым газам и являются важнейшими компонентами глобального углеродного (С) цикла. С середины XVIII столетия их атмосферная концентрация значительно увеличилась, в результате возросшей антропогенной деятельности, в особенности за счет такой сферы как землепользование и изменение землепользования. С целью смягчения последствий глобального изменения климата и обеспечения продовольственной безопасности, необходима разработка систем землепользования, которые будет способствовать сокращению эмиссии следовых газов и обеспечат устойчивое управление углеродными запасами почв. В свою очередь, это требует проведения аккуратной и точной количественной оценки воздействия землепользования и изменения землепользования на эмиссии CO2 и CH4. Стандартным способом для оценки динамики следовых газов и определения функции накопления или потери углерода экосистемой является метод закрытых камер. Данный метод часто используется с учетом предположения, что аккуратность и точность полученных результатов достаточно высоки, чтобы оценить разность между потоками углеродсодержащих газов. Например, при сравнении способов воздействия на экосистему либо для оценки углеродных потоков от ее компонентов. 
В научной литературе описано множество различных вариантов конструкций закрытых камер, связанных с ними операционных процедур и стратегий обработки данных. Это широкое разнообразие вносит свой вклад в общую неопределенность при оценке эмиссии парниковых газов методом закрытых камер. В результате, полученные на основе мета-анализа выводы обладают определенными ограничениями, т.к. методологические различия между разными исследованиями затрудняют сравнение их результатов. В связи с этим, необходимо проведение стандартизации сбора и обработки данных для методики закрытых камер. 
В рамках данных тезисов, был выполнен ряд тематических исследований с целью:(1) разработать для методики закрытых камер стандартизированные процедуры несмещенного сбора и обработки данных, которые позволят получить явно отслеживаемые, воспроизводимые и сопоставимые оценки углеродных потоков; (2) провести валидацию этих процедур, путем сравнения оценок потоков углерода, полученных методом закрытых камер с результатами оценки других независимых методов; (3) разработать, на основе анализа данных, способы для разделения углеродных потоков и установить процессы, регулирующие их пространственно-временную динамику. 
Результаты тематических исследований показали: (1) Важно проводить испытания конструкции камер на герметичность в полевых условиях и удостовериться, что измерения потоков углерода несмещенные. В сравнении с влиянием герметичности камеры, использование клапанов для выравнивания давления и вентиляторов имело несущественное значение и влияло только на точность измерений; (2) Было подтверждено, что разработанные стандартизированные методы обработки данных являются мощным и гибким инструментом оценки эмиссии углерода. На сегодняшний день эти методы успешно применяются на широком спектре разнообразных наборов данных углеродных потоков для различных типов экосистем; (3) Измерения, выполненные автоматическими закрытыми камерами, отчетливо демонстрируют временную динамику потоков CO2 и CH4 и, что наиболее важно, они хорошо выявляют мелкомасштабные пространственные различия в накоплении почвенного углерода, что было подтверждено с помощью повторяемой инвентаризации почвенных запасов углерода; (4) Простой алгоритм разделения эмиссии CH4 на потоки выбросов в виде диффузии газа и выделения в виде пузырей улучшает идентификацию экологических факторов, которые их регулируют, что позволяет более точно оценить эмиссии CH4 в периоды между измерениями. 
В целом предложенные стандартизированные методы сбора и обработки данных значительно увеличивают точность моделей выделения-поглощения газообразных углеродных эмиссий. Таким образом, будущие исследования, проведенные с учетом рекомендуемых усовершенствований, позволят получить новые ценные данные и гипотезы для расширения нашего понимания пространственно-временной динамики потоков углеродсодержащих газов, экологических факторов их регулирования и лежащих в их основе процессов.
N2  - Le dioxyde de carbone (CO2) et le méthane (CH4) font partie des gaz à effet de serre les plus importants et sont également des éléments majeurs du cycle global du carbone. Depuis le milieu du XVIIIe siècle, leur quantité dans l’atmosphère a considérablement augmenté en raison de l'intensification des activités anthropiques, notamment l'exploitation des terres et la modification de l'utilisation de ces dernières. Afin d’atténuer les effets du changement climatique et d’assurer la sécurité alimentaire, il faut mettre au point des systèmes d’utilisation des terres qui favorisent la réduction des émissions de gaz à effet de serre ainsi qu’une gestion durable des stocks de carbone dans les sols. Cela exige une quantification exacte et précise de l'influence de l'utilisation des terres et de la modification de l'utilisation des sols sur les émissions de CO2 et de CH4. La méthode à chambre fermée est une méthode courante pour déterminer l’évolution des gaz présents à faible concentration atmosphérique et du puits de carbone, ou pour analyser la fonction primaire d'un écosystème singulier. Cette méthode est souvent utilisée en supposant que l’exactitude et la précision sont suffisamment élevées pour déterminer les différences dans les émissions de gaz à effet de serre, par exemple pour comparer les traitements ou les différentes composantes de l’écosystème.
Toutefois, la vaste gamme de conceptions de chambres différentes, les procédures de mesure et les stratégies de traitement des données décrites dans la documentation scientifique contribuent à l’incertitude générale quant à l’analyse des émissions récoltées en chambre fermée. Par conséquent, les résultats des méta-analyses sont limités, car ces différences méthodologiques entravent la comparabilité des études. La standardisation de l’acquisition et du traitement des données en chambre fermée est donc indispensable.
Dans le cadre de cette thèse, une série d'études de cas ont été réalisées pour: (I) élaborer des routines standardisées pour l'acquisition et le traitement de données impartiales, dans le but de fournir des estimations des émissions de carbone en chambre fermée traçables, reproductibles et comparables; (II) valider ces routines en comparant les émissions de carbone obtenues par la méthode des chambres fermées avec des estimations indépendantes des émissions de carbone; et (III) révéler les processus qui déterminent la dynamique spatio-temporelle des émissions de carbone en développant un processus de traitement de données basé sur l’approche de la séparation des flux.
Les études de cas montrent: (I) l'importance de tester la conception des chambres dans des conditions de terrain pour une étanchéité appropriée et pour assurer une mesure impartiale des flux. Comparé à l'intégrité de l'étanchéité, l'utilisation d'une soupape de compensation de pression et d'un ventilateur était d'une importance mineure, affectant principalement la précision des mesures; (II) que les routines de traitement des données standardisées développées se sont avérées être un outil puissant et flexible pour estimer les émissions de carbone. L'outil est maintenant appliqué avec succès sur un large éventail de séries de données de flux provenant d'écosystèmes très différents; (III) que les mesures faites à l’aide de chambres automatiques montrent très bien la dynamique temporelle des flux CO2 et de CH4 et, surtout, qu'elles détectent avec précision les différences spatiales à petite échelle dans le développement des réserves de carbone dans le sol lorsqu'elles sont validées par des inventaires périodiques du sol; et (IV) qu’un algorithme simple pour séparer les flux de CH4 en ébullition et en diffusion améliore l'identification de facteurs environnementaux, ce qui permet de combler avec précision les données manquantes des flux de CH4 mesurés.
Dans l'ensemble, les routines standardisées proposées pour l'acquisition et le traitement des données ont grandement amélioré l'exactitude de la détection des profils source/évier des émissions de carbone gazeux. Par conséquent, les études futures, qui tiennent compte des améliorations recommandées, fourniront de nouvelles données et de nouvelles perspectives précieuses pour élargir notre compréhension de la dynamique spatio-temporelle du gaz carbone, de ses moteurs environnementaux spécifiques et des processus sous-jacents.
N2  - Los gases traza CO2 y CH4 pertenecen a los gases de efecto invernadero más importantes del ciclo global del carbono (C). Su concentración en la atmósfera se ha incrementado significativamente desde mediados del siglo XVIII como resultado de la intensificación de las actividades antropogénicas, como el uso del suelo y el cambio en los usos de la tierra. Para mitigar el cambio climático global y garantizar la seguridad alimentaria es necesario desarrollar sistemas de uso del suelo que favorezcan la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero y una gestión sostenible del carbono en el suelo.
Esto requiere un cálculo exacto y preciso de la influencia del uso del suelo y de los cambios en el uso del suelo en las emisiones de CO2 y CH4. Un método común para determinar las dinámicas del gas traza y la función de fuente o sumidero de C de un ecosistema es el método de las cámaras cerradas. Este método se utiliza comúnmente asumiendo que la exactitud y precisión son lo suficientemente elevadas para determinar las diferencias en la emisiones de gases C, por ejemplo, comparaciones de tratamientos o de los diferentes componentes del ecosistema.
Sin embargo, la amplia gama de diseños de cámaras, los procedimientos operativos relacionados y las estrategias de procesamiento de datos descritas en la literatura científica contribuyen a la incertidumbre general de las estimaciones de emisiones basadas en cámaras cerradas. Además, los resultados de los metanálisis son limitados, ya que estas diferencias metodológicas dificultan la comparabilidad entre los estudios. Por lo tanto, la estandarización en la obtención y procesamiento de datos en el método de la cámara cerrada es muy necesaria. En esta tesis se desarrollan un conjunto de casos de estudio para: (I) Desarrollar rutinas estandarizadas para una obtención y procesamiento de datos imparcial, con el objetivo de proporcionar estimaciones de emisiones de C basadas en cámaras cerradas trazables, reproducibles y comparables; (II) Validar esas rutinas comparando las emisiones de C derivadas del método de las cámaras cerradas con estimaciones independientes de emisiones de C; y (III) revelar procesos que impulsan la dinámica espacio temporal de las emisiones de C, a través del desarrollo de un proceso de tratamiento de datos basado en el enfoque de la separación de flujos. Los casos de estudio muestran: (I) La importancia de someter a prueba el diseño de las cámaras a las condiciones de campo para una apropiada integridad del sellado y para garantizar una medición de flujo imparcial. Comparado con la integridad del sellado, el uso de la ventilación a presión y del ventilador resultó de menor importancia, afectando principalmente a la precisión de las mediciones. (II) que las rutinas estandarizadas desarrolladas para el procesamiento de datos demostraron ser una herramienta poderosa y flexible para estimar las emisiones de gases de C. La herramienta ahora se aplica con éxito en una amplia gama de conjuntos de datos de flujo de ecosistemas muy diferentes; (III) que las mediciones con cámaras automáticas muestran claramente la dinámica temporal de las emisiones de CO2 y lo más importante, que detectan con precisión diferencias espaciales a pequeña escala en el desarrollo del C en el suelo cuando se validan con inventarios periódicos del suelo ; y (IV) que un simple algoritmo para separar flujos de CH4 entre ebullición y difusión mejora la identificación de los impulsores ambientales, lo cual permite un procedimiento más exacto para el relleno del vacío de datos de las mediciones de los flujos de CH4.
En términos generales puede decirse que los algoritmos de obtención y procesamiento de datos estandarizados propuestos mejoraron en gran medida la precisión de detección de los patrones fuente / sumidero de emisiones de C gaseoso. Por lo tanto, los futuros estudios, que consideren las mejoras recomendadas, ofrecerán nuevos datos y conocimientos útiles para ampliar nuestra comprensión de la dinámica espacio-temporal del C de los gases, sus impulsores ambientales específicos y los procesos subyacentes.
T2  - Verbesserung von Mess- und Modellierungsansätzen der geschlossenen Haubenmessmethode zur besseren Erfassung von raumzeitlichen Veränderungen und potentiellen Treibern kohlenstoffbasierter Treibhausgasemissionen
KW  - greenhouse gases
KW  - closed chamber method
KW  - carbon dioxide
KW  - methane
KW  - Kohlenstoffdioxid
KW  - geschlossene Haubenmessmethode
KW  - Treibhausgase
KW  - Methan
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-421302
ER  - 
TY  - THES
A1  - Frank-Fahle, Béatrice A.
T1  - Methane-cycling microbial communities in permafrost affected soils on Herschel Island and the Yukon Coast, Western Canadian Arctic
T1  - Mikrobielle Gemeinschaften des Methankreislaufs in Permafrost beeinflussten Böden auf der Insel Herschel und an der Yukon-Küste, westliche kanadische Arktis
N2  - Permafrost-affected ecosystems including peat wetlands are among the most obvious regions in which current microbial controls on organic matter decomposition are likely to change as a result of global warming. Wet tundra ecosystems in particular are ideal sites for increased methane production because of the waterlogged, anoxic conditions that prevail in seasonally increasing thawed layers. The following doctoral research project focused on investigating the abundance and distribution of the methane-cycling microbial communities in four different polygons on Herschel Island and the Yukon Coast. Despite the relevance of the Canadian Western Arctic in the global methane budget, the permafrost microbial communities there have thus far remained insufficiently characterized. Through the study of methanogenic and methanotrophic microbial communities involved in the decomposition of permafrost organic matter and their potential reaction to rising environmental temperatures, the overarching goal of the ensuing thesis is to fill the current gap in understanding the fate of the organic carbon currently stored in Artic environments and its implications regarding the methane cycle in permafrost environments. To attain this goal, a multiproxy approach including community fingerprinting analysis, cloning, quantitative PCR and next generation sequencing was used to describe the bacterial and archaeal community present in the active layer of four polygons and to scrutinize the diversity and distribution of methane-cycling microorganisms at different depths. These methods were combined with soil properties analyses in order to identify the main physico-chemical variables shaping these communities. In addition a climate warming simulation experiment was carried-out on intact active layer cores retrieved from Herschel Island in order to investigate the changes in the methane-cycling communities associated with an increase in soil temperature and to help better predict future methane-fluxes from polygonal wet tundra environments in the context of climate change. Results showed that the microbial community found in the water-saturated and carbon-rich polygons on Herschel Island and the Yukon Coast was diverse and showed a similar distribution with depth in all four polygons sampled. Specifically, the methanogenic community identified resembled the communities found in other similar Arctic study sites and showed comparable potential methane production rates, whereas the methane oxidizing bacterial community differed from what has been found so far, being dominated by type-II rather than type-I methanotrophs. After being subjected to strong increases in soil temperature, the active-layer microbial community demonstrated the ability to quickly adapt and as a result shifts in community composition could be observed. These results contribute to the understanding of carbon dynamics in Arctic permafrost regions and allow an assessment of the potential impact of climate change on methane-cycling microbial communities. This thesis constitutes the first in-depth study of methane-cycling communities in the Canadian Western Arctic, striving to advance our understanding of these communities in degrading permafrost environments by establishing an important new observatory in the Circum-Arctic.
N2  - Permafrost beeinflusste Ökosysteme gehören zu den Regionen, in denen als Folge der globalen Erwärmung eine Veränderung des mikrobiell-kontrollierten Abbaus von organischem Material zu erwarten ist. Besonders in den Ökosystemen der feuchten Tundralandschaften kommt es zu einer verstärkten Methanpoduktion unter wassergesättigten und anoxischen Bedingungen, die durch immer tiefere saisonale Auftauschichten begünstigt werden. Die vorliegende Doktorarbeit kontenzentrierte sich auf die Untersuchung der Abundanz und Verteilung der am Methankreislauf beteiligten mikrobiellen Gemeinschaften in vier unterschiedlichen Polygonen auf der Insel Herschel und an der Yukon Küste in Kanada. Trotz des relevanten Beitrags der kanadischen West-Arktis am globalen Methanhaushalt, sind die dortigen mikrobiellen Gemeinschaften im Permafrost bisher nur unzureichend untersucht worden. Die zentrale Zielstellung der vorliegenden Arbeit besteht darin, die derzeitige Lücke im Verständnis der Kohlenstoffdynamik in der Arktis im Zuge von Klimaveränderungen und deren Bedeutung für den Methankreislauf in Permafrost-Ökosystemen zu schließen. Dies erfolgt durch Untersuchungen der am Abbau der organischen Substanz im Permafrost beteiligten methonogenen und methanothrophen mikrobiellen Gemeinschaften und ihrer möglichen Reaktionen auf steigende Umgebungstemperaturen. Um dieses Ziel zu erreichen, wurde ein Multiproxy-Ansatz gewählt, der die Analyse der Gemeinschaften mittels genetischen Fingerprintmethoden, Klonierung, quantitativer PCR und moderner Hochdurchsatzsequenzierung („Next Generation Sequencing“) beinhaltet, um die in der Auftauschicht der vier untersuchten Polygone vorhandenen Bakterien- und Archaeen-Gemeinschaften zu charakterisieren sowie die Diversität und Verteilung der am Methankreislauf beteiligten Mikroorganismen in unterschiedlicher Tiefe eingehend zu analysieren. Diese Studien wurden mit physikalisch-chemischen Habitatuntersuchungen kombiniert, da diese die mikrobiellen Lebensgemeinschaften maßgeblich beeinflussen. Zusätzlich wurde ein Laborexperiment zur Simulation der Klimaerwärmung an intakten Bodenmonolithen von der Insel Herschel durchgeführt, um die Veränderungen der am Methankreislauf beteiligten Gemeinschaften aufgrund steigender Bodentemperaturen zu untersuchen, sowie sicherere Voraussagen bezüglich der Methanfreisetzung in polygonalen Permafrostgebieten im Zusammenhang mit dem Klimawandel treffen zu können.
KW  - Permafrost
KW  - Mikrobiologie
KW  - Methan
KW  - Kohlenstoff
KW  - Arktis
KW  - Permafrost
KW  - microbiology
KW  - methane
KW  - carbon
KW  - Arctic
Y1  - 2013
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65345
ER  -