Role of dissolved organic nitrogen in the soil nitrogen cycle of forest ecosystems [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Bettina Schmidt

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.Role of Dissolved Organic Nitrogenin the Soil Nitrogen Cycleof Forest EcosystemsDISSERTATIONzur Erlangung des Doktorgrades (Dr. rer. nat.)der Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaftender Universität Bayreuthvorgelegt vonBETTINA SCHMIDT– Dipl.-Geoökologin –geboren am 09.07.1981 in ErlangenBayreuth, im Juni 2010Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von April 2007 bis Juni 2010 am Lehrstuhlfür Bodenökologie der Universität Bayreuth unter der Betreuung von Prof. Dr. EgbertMatzner angefertigt.Amtierender Dekan: Prof. Dr. Stephan ClemensTag der Einreichung der Dissertation: 22.06.2010Tag des wissenschaftlichen Kolloquiums: 10.12.2010Prüfungsausschuss:1. Prof. Dr. Egbert Matzner (Erstgutachter)2. Prof. Dr. Stefan Peiffer (Zweitgutachter)3. Prof. Dr. John Tenhunen (Vorsitz)4. Prof. Dr. Bernd Huwe5. Prof. Dr. Gerhard Gebauer.“Adopt the pace of nature: her secret is patience.”Ralph Waldo Emerson (1803-1882)Table of ContentsTable of . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IList of Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VList of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIIIList of Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IXSummary XZusammenfassung XIII1 Synthesis: Role of dissolved organic nitrogen in the soil nitrogencycle of forest ecosystems 11.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Publié le : vendredi 1 janvier 2010
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Role of Dissolved Organic Nitrogen
in the Soil Nitrogen Cycle
of Forest Ecosystems
DISSERTATION
zur Erlangung des Doktorgrades (Dr. rer. nat.)
der Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften
der Universität Bayreuth
vorgelegt von
BETTINA SCHMIDT
– Dipl.-Geoökologin –
geboren am 09.07.1981 in Erlangen
Bayreuth, im Juni 2010Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von April 2007 bis Juni 2010 am Lehrstuhl
für Bodenökologie der Universität Bayreuth unter der Betreuung von Prof. Dr. Egbert
Matzner angefertigt.
Amtierender Dekan: Prof. Dr. Stephan Clemens
Tag der Einreichung der Dissertation: 22.06.2010
Tag des wissenschaftlichen Kolloquiums: 10.12.2010
Prüfungsausschuss:
1. Prof. Dr. Egbert Matzner (Erstgutachter)
2. Prof. Dr. Stefan Peiffer (Zweitgutachter)
3. Prof. Dr. John Tenhunen (Vorsitz)
4. Prof. Dr. Bernd Huwe
5. Prof. Dr. Gerhard Gebauer.
“Adopt the pace of nature: her secret is patience.”
Ralph Waldo Emerson (1803-1882)Table of Contents
Table of . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
List of Tables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V
List of Figures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII
List of Abbreviations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX
Summary X
Zusammenfassung XIII
1 Synthesis: Role of dissolved organic nitrogen in the soil nitrogen
cycle of forest ecosystems 1
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.1 General introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.2 Dissolved organic nitrogen in the soil nitrogen cycle . . . . . . . 3
1.1.3 Composition of dissolved organic nitrogen . . . . . . . . . . . . 4
1.1.4 Amounts and drivers of dissolved organic nitrogen in forest soils . 7
1.1.5 Sources of dissolved organic nitrogen in forest soils . . . . . . . . 9
1.1.6 Fate of dissolved organic nitrogen in forest soils . . . . . . . . . 11
1.1.7 Objectives of this study . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2 Material and methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.1 Sites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.2 Field measurements and incubation experiments . . . . . . . . . 15
1.2.3 Analytical methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.2.4 Statistics, calculations and modelling . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.3 Results and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2 High precipitation causes large fluxes of dissolved organic carbon
and nitrogen in a subtropical montane Chamaecyparis forest in Tai-
wan 47
Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.2 Material and methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.1 Site description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.2 Sample collection and analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
ITable of Contents
2.2.3 Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.4 Statistical analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
2.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3 Microbial uptake and mineralization of dissolved organic nitrogen
from forest floors 73
Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.2 Material and methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.2.1 Sampling site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.2.2 Sample preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.2.3 Incubation, analysis and calculations . . . . . . . . . . . . . . . . 78
3.2.4 Spectroscopic properties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.2.5 Calculation of a nitrogen balance . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.2.6 Statistical analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
3.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.4.1 Influence of initial litter extract chemistry on DON decomposition 94
3.4.2 Relationship between DOC and DON biodegradation . . . . . . . 95
3.4.3 Influence of NO additions on DON biode . . . . . . . 963
3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
4 Abiotic reaction of nitrite with dissolved organic carbon? Testing the
Ferrous Wheel Hypothesis 105
Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
4.2 Material and methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
4.3 Results and discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
IITable of Contents
Appendix 117
Own contributions of the candidate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Publications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Acknowledgements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
Declaration / Erklärung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
III

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