Die Auswertung des Ist-Zustands von 546 Dauerbeobachtungsflächen gibt einen Überblick über die N- und Humusversorgung sächsischer Ackerböden. Auf dieser Basis wurden Handlungsempfehlungen zur Optimierung des Kohlenstoff- und Stickstoffkreislaufs erarbeitet. Die Methoden zur Anrechnung der N-Verfügbarkeit und der N-Mineralisation aus organischen Düngern und Humusumsatz bedürfen bei der N-Düngebedarfsermittlung in Abhängigkeit von den Standortbedingungen der weiteren Optimierung. Redaktionsschluss: 09.12.2019

Impacts of land use and climate change in tropical forests on the global carbon budget are of principal interest in the recent research, as these forests amount to about 48 % of the world’s forested area. Interest has been focused on lowland tropical forests mainly, but tropical montane forests occupy about 20 % of all tropical forests. Soils of tropical montane forests are frequently waterlogged and characterised by high soil organic carbon stocks. Furthermore, along altitudinal gradients, changes in stand structure and net primary production can be observed that have not been fully explained yet. As causes reduced microbial activity and nitrogen turnover in soils of tropical montane forests have been suggested. Against the background of climate change, carbon turnover mechanisms in soils of these forests are of special interest. The present study therefore aimed at determining and quantifying relevant carbon and nitrogen pools as well as nitrogen mineralisation potentials. Furthermore, size, activity, and structure of microbial biomass were characterised. The collected data was supposed to provide basic knowledge on carbon and nitrogen cycling in tropical montane forest soils. Thus, evaluation of the susceptibility of their carbon stocks for climate change as well as nitrogen and carbon limitation of microbial organic matter decomposition was possible. Field work of this study was conducted during 2003–2005 at an altitudinal transect that in- cluded five study sites between 1 050 and 3 060 m amsl. Total soil respiration was recorded biweekly over two years, the contribution of roots to total soil CO2 efflux over one year. Soils of the study sites were sampled twice and biochemical and microbial parameters were determined.

The conceptual subject of this study was to investigate the effects of microbial biofilms of the hyporheic zone of the river Elbe on nutrient dynamics and elimination. This resulted in four aspects, which were carried out separately. One aspect was the investigation of the dynamics of inorganic nitrogen compounds in the upper sediment layers, as highest microbial activity could be expected due to increased import of nutrients. Dissolved oxygen is suggested to control the nitrogen dynamics in the hyporheic zone, as dissolved oxygen in the flowing water varied seasonally and diurnally due to the photosynthetic activity of the algae and infiltrated in the hyporheic zone. The second aspect was the investigation of advective transport of algal cells through porous media. In laboratory columns the retention and retardation of morphological different algae was estimated. In the year 2001, it was possible to use the diving bell of the Office of Water and Navigation Magdeburg. Samples of the river bed at two different sites (Dresden-Übigau and Coswig near Lutherstadt-Wittenberg) were taken. Microbial activity rates, detrital and grain size parameters were detected. This sample material was also used for the detection of the microbial biocoenosis at the two sites. The microorganisms of the flowing water, the interstitial water and associated to the sediment were characterized by means of the fluorescence in situ hybridization (FISH) technique. Multivariate statistical analysis was performed on the FISH data at different spatial and phylogenetic scales. / Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Untersuchung von mikrobiellen Biofilmen in hyporheischen Sedimenten der Elbe sowie deren Auswirkungen auf die Stoffdynamik und die Nährstoffelimination. Daraus ergaben sich vier Teilaspekte, die separat bearbeitet wurden. Ein Aspekt war die Untersuchung der Stickstoffdynamik in den obersten Sedimentschichten, da hier aufgrund des erhöhten Importes von Nährstoffen die höchste mikrobielle Aktivität zu erwarten ist. Wesentliche biologische Steuergröße ist hierbei vermutlich der Gelöstsauerstoff, der saisonal sowie diurnal durch die photosynthische Aktivität der Algen auch die biochemischen Umsätze im hyporheischen Interstitial beeinflußt. Der zweite Aspekt war die Untersuchung des advektiven Transportes von Algen durch poröse Medien. In Laborversuchen wurde die Retention und die Retardation von morphologisch unterschiedlichen Algen untersucht. Im Jahr 2001 konnte der Taucherschacht des Wasser- und Schiffahrtsamtes Magdeburg genutzt werden. Dadurch konnte Probenmaterial aus der Flußmitte an zwei unterschiedlichen Standorten (Dresden-Übigau und Coswig bei Lutherstadt-Wittenberg) entnommen werden. Es wurden mikrobielle Umsatzraten, Detritus- und Korngrößen- Kenngrößen bestimmt. Ebenfalls am Probenmaterial der Taucherschachtaktion wurde die Fluoreszenz in situ Hybridisierung angewendet. Dies ermöglichte eine Bestandsaufnahme der Bakterien sowohl im Freiwasser der beiden Standorte, als auch im Interstitialwasser und den Bakterien assoziiert ans Sediment. Die Ergebnisse wurden auf unterschiedlichen räumlichen und phylogenetischen Ebenen mit multivariaten statistischen Methoden ausgewertet.

In einer zukünftig nachhaltigen Gesellschaft wird Wasserstoff eine bedeutende Rolle als Energieträger spielen. Der Übergangspfad von reinem Erdgas zur Verwendung von Gemischen bis 50 % Wasserstoff muss eingehender untersucht werden. Die in dieser Arbeit durchgeführte Forschung konzentriert sich auf die Sicherheitsaspekte, Schadstoffentwicklung und Stabilitätsfelder von laminaren Flammen. Ein entscheidender Parameter für die Sicherheit von Brenneranlagen ist die laminare Brenngeschwindigkeit. In dieser Arbeit wurden Methan-Wasserstoff-Gemische experimentell vermessen und mit numerischen Daten unter Verwendung verschiedener Reaktionsmechanismen verglichen. Zur hochgenauen Messung der laminaren Brenngeschwindigkeit wurde der Heat Flux Brenner verwendet. In der vorliegenden Untersuchung wurden die laminaren adiabaten Brenngeschwindigkeiten für Methan-Wasserstoff-Sauerstoff-Stickstoff-Gemische bei verschiedenen Äquivalenzverhältnissen und variierten Sauerstoffanteilen untersucht. Die experimentellen Daten bis 20 % Wasserstoff bei reduziertem Sauerstoffgehalt konnten durch zehn ausgewählte detaillierte Reaktionsmechanismen nur teilweise wiedergegeben werden. Weiterführende Messungen befassen sich mit Methan-Wasserstoff-Luft Gemischen bei verschiedenen Äquivalenzverhältnissen, Temperaturen und Wasserstoffgehalten bis zu 50 %. Für diese Parameter wurde anschließend in Abhängigkeit der Höhe über dem Brenner eine Abgasanalyse mit dem Ziel der lokalen Stickstoffoxidkonzentration durchgeführt. Dabei zeigte sich im laminaren adiabaten Zustand eine Verringerung der Stickstoffoxide, insbesondere im brennstoffreichen Bereich. Eine Überlagerung von erhöhter Brenngeschwindigkeit und einhergehender kürzerer Verweilzeit wurde in Wasserstoff-Methan-Flammen im Vergleich zu reinen Methan-Flammen als Ursache ermittelt und numerisch nachvollzogen. Die experimentellen Daten konnten durch ausgewählte Reaktionsmechanismen nur teilweise wiedergegeben werden. Final wurden für vergleichbare Bedingungen an einem Gegenstrombrenner auch nicht vorgemischte Flammen bis zu einem Wasserstoffanteil von 50 % detaillierter untersucht. Dabei lag das Hauptaugenmerk der Ermittlung der Verlöschungsstreckungsgrenzen. Es konnte gezeigt werden, dass sich diese im Fall der Wasserstoffbeimischung deutlich iivergrößern, was auch von den numerischen Modellen vorhergesagt wurde. Im Fall einer Sauerstoffreduktion kommt es hingegen zu einer deutlichen Verkleinerung des stabilen Flammenbereiches. Es konnte gezeigt werden, dass sich dieser Zusammenhang nichtlinear zwischen der Sauerstoff- und Brennstoffkonzentration verhält. Abschließend konnte ein umfassender Datensatz zu laminaren Brenngeschwindigkeiten, Erlöschungsstreckungsraten und Schadstoffen für Methan-Wasserstoff-Flammen bis zu einem Anteil von 50 % Wasserstoff erstellt werden. Dieser dient der Verbesserung bestehender Reaktionsmechanismen und liefert grundlegende Erkenntnisse zur Auslegung von Brennern.:1 Einleitung, Motivation und Aufgabenstellung der Arbeit 2 Stand der Wissenschaft und Technik 3 Versuchsaufbau, verwendete Messmethoden und experimentelle Versuchsdurchführung 4 Numerische Methoden 5 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur laminaren Brenngeschwindigkeit 6 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur Erlöschungsstreckungsrate 7 Einfluss der Wasserstoffbeimischung in Methan-Flammen auf die Schadstoffbildung 8 Zusammenfassung und Ausblick 9 Literatur 10 Anhang / In a future sustainable society, hydrogen is expected to play an important role as an energy carrier. The transition path from pure natural gas to the use of mixtures, up to 50 % hydrogen, has to be investigated in more detail. The research that has been conducted focuses on the safety, pollutant emission and the stability areas of laminar flames. A significant parameter for the safety of burner systems is the laminar burning velocity. In this work, methane-hydrogen mixtures were measured experimentally and compared with numerical approaches using different reaction mechanisms. The Heat Flux Burner was used to measure the laminar burning velocity with high accuracy. In the present study, the laminar adiabatic burning velocities for methane-hydrogen-oxygen-nitrogen mixtures at different equivalence ratios and varied oxygen contents was investigated. The experimental data up to 20 % hydrogen at reduced oxygen content could only be partially reproduced by ten selected detailed reaction mechanisms. Further measurements are concerned with methane-hydrogen-air mixtures at different equivalence ratios, temperatures and hydrogen contents up to 50 %. For these parameters, an exhaust gas analysis was carried out as a function of the height above the burner with the aim of nitrogen oxide detections. A reduction in nitrogen oxides in the laminar adiabatic state was observed, especially in the fuel-rich range. A superposition of increased burning velocity and accompanying shorter residence time in the hydrogen-methane mixtures compared to pure methane flames was determined as the cause which could also be shown numerically. The experimental results could only be partially reproduced by selected reaction mechanisms. Furthermore, for comparable conditions, non-premixed flames up to a hydrogen content of 50 % were investigated in more detail. The main focus was the determination of the extinction strain rate limits. It could be shown that these increase significantly in the case of hydrogen admixture, which could also be predicted by the numerical models. In the case of oxygen reduction, on contrary, there is a significant reduction of the stable flame area. It could be demonstrated that this relationship is non-linear between the oxygen and fuel concentration. Finally, a comprehensive data set on laminar burning rates, extinction stretching rates and pollutants for methane-hydrogen flames up to a proportion of 50 % hydrogen could be generated. This can contribute to the improvement of existing reaction mechanisms and provide fundamental knowledge for the design of burners.:1 Einleitung, Motivation und Aufgabenstellung der Arbeit 2 Stand der Wissenschaft und Technik 3 Versuchsaufbau, verwendete Messmethoden und experimentelle Versuchsdurchführung 4 Numerische Methoden 5 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur laminaren Brenngeschwindigkeit 6 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur Erlöschungsstreckungsrate 7 Einfluss der Wasserstoffbeimischung in Methan-Flammen auf die Schadstoffbildung 8 Zusammenfassung und Ausblick 9 Literatur 10 Anhang / 在未来的可持续发展社会中，氢气将作为一种能源载体发挥重要作用。从纯天然气到使用高达50 %的氢气混合物的过渡需要进行更详细的科研调查。本论文的研究重点集中于安全角度，污染物的演变以及层流火焰的稳定性领域。作为燃烧系统安全的一个关键参数文章使用层状燃烧率。本文献通过实验测量了甲烷-氢气混合物，并对在不同反应机制的形成的数字数据进行了比较。 热流量燃烧器被用来高精度地测量层状燃烧速度。本研究针对不同当量比和不同氧含量的甲烷-氢-氧-氮混合物进行了层流绝热燃烧速度的分析。在氧气减少的情况下，至20 % 的氢气实验数据只能由10个选定的详细反应机制部分地重现。进一步的测量针对不同当量比、温度和氢含量至50 %的甲烷-氢-空气混合物。然后对这些参数依赖于燃烧器上方的高度，进行了废气分析，目的是确定局部的氮氧化物浓度。结果表明在层状绝热条件下，特别是在燃料丰富的区域，氮氧化物有所减少。与纯甲烷火焰相比，氢-甲烷火焰的高燃烧速度和短暂的停留时间两者叠加被确定为其原因，文章对此并进行了数值重建。实验数据只能被选定的反应机理部分重现。最后，文章在逆流燃烧器上的可比条件下，也对氢气含量至50 %的非预混火焰进行了更详细的研究。研究在此特别进行了熄灭应变率的测定。 结果表明，如同数值模型所预测，在氢气掺入的情况下，以上数值都明显增加。 而在氧气减少的情况下，稳定的火焰面积明显减少。由此可以证明氧气和燃料浓度之间的非线性关系。最后，文章结果可以用于建立一个关于甲烷-氢气 （其氢气比例最高至50 %）火焰的层流燃烧速度、熄灭应变率和污染物的综合数据集。这有助于优化现有的反应机制，并为燃烧器的设计提供基本知识。:1 Einleitung, Motivation und Aufgabenstellung der Arbeit 2 Stand der Wissenschaft und Technik 3 Versuchsaufbau, verwendete Messmethoden und experimentelle Versuchsdurchführung 4 Numerische Methoden 5 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur laminaren Brenngeschwindigkeit 6 Experimentelle und numerische Ergebnisse zur Erlöschungsstreckungsrate 7 Einfluss der Wasserstoffbeimischung in Methan-Flammen auf die Schadstoffbildung 8 Zusammenfassung und Ausblick 9 Literatur 10 Anhang

The aim of this study was to assess the effect of composting process of cow manure and rice straw with application of cow urine and to evaluate the quality of composting products. There were two treatment piles, in which one pile was applied with cow urine every week and another pile without urine application. Each pile was set up by one tone cow manure and 500kg rice straw. The piles were half-covered by plastic foil to protect from rain and turned one a week. The composting duration lasted 8 weeks. The parameters such as temperature, pH, DM, density and nitrogen were monitored and observed during the 8-week period. The results showed that there was a significant difference in temperature, compost quality and duration between two piles with and without cow urine application. The application of cow urine increased significant nitrogen and phosphorous content and shortened the composting process. This study recommends that cow urine should be applied for composting process of cow manure and rice straw in order to increase the quality of compost. The final product was in the range of matured compost level and can be used directly for agriculture crop. / Mục tiêu của nghiên cứu nhằm đánh giá ảnh hưởng đến chất lượng phân compost của việc bổ sung nước tiểu vào trong quá trình ủ phân từ nguyên liệu phân bò và rơm rạ. Thí nghiệm được thực hiện trên hai đống ủ phân, một đống ủ được bổ sung nước tiểu bò hàng tuần và một đống ủ không bổ sung nước tiểu bò như là một nghiệm thức đối chứng. Mỗi đống ủ được trộn 1 tấn phân bò và 500kg rơm. Đống ủ phân được đậy kín một nửa phía trên nhằm ngăn cản ảnh hưởng của mưa và được đảo trộn một lần mỗi tuần. Quá trình thí nghiệm được tiến hành trong 8 tuần. Các chỉ tiêu như nhiệt độ, pH, DM, mật độ và chất dinh dưỡng Nitơ và Phốt Pho được quan trắc trong thời gian ủ. Kết quả cho thấy có sự khác biệt đáng kể giữa hai đống phân ủ đối với các chỉ tiêu như nhiệt độ, chất lượng phân compost và thời gian ủ. Đống ủ phân có bổ sung nước tiểu có hàm lượng Nitơ và Phốt pho cao hơn và thời gian ủ ngắn hơn. Kết quả nghiên cứu khuyến cáo nên bổ sung nước tiểu bò cho quá trình ủ phân compost nhằm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng cho sản phẩm phân compost. Sản phẩm sau quá trình ủ đạt mức độ phân hữu cơ và có thể sử dụng cho cây trồng.

In der vorliegenden Arbeit wurden Prozesse untersucht, welche die Akkumulation von Kohlenstoff und Stickstoff im Endosperm von Gerste im frühen Zeitraum nach der Anthese beeinflussen. Es wurde die C- und N-Verlagerung in Pflanzen der Sorte ´Bomi` sowie den low-starch-Mutanten Risoe 16 und Risoe 13 zu 8, 14 und 20 Tagen nach Anthese untersucht. Im Fokus standen die Vorgänge im Endosperm. Für die Termine 14 und 20 Tage nach Anthese wurde daher die Zusammensetzung des Proteins nach Fraktionierung in Albumine/Globuline, Hordeine und Gluteline analysiert. Mittels 13C- und 15N in vivo Doppel-Pulsmarkierung ganzer Pflanzen erfolgte die Untersuchung des Beitrages der aktuellen C- und N-Assimilation zur Endospermentwicklung. Im Untersuchungszeitraum konnte keine C-Remobilisierung festgestellt werden. Dahingegen wurde bei ´Bomi` und Risoe 16 eine Genotyp-abhängige Mobilisierung von Stickstoff in den vegetativen Organen nachgewiesen. Die Analyse von Frisch- und Trockenmassen der Endosperme offenbarte ein um 17 % niedrigeres Vermögen zur Akkumulation von Trockenmasse bei Risoe 16 und Risoe 13 gegenüber bei gleicher Sink-Kapazität. Es zeigte sich weiterhin, dass die C- und N-Einlagerung in das Endosperm nicht komplett unabhängig erfolgten. Die Analyse der Proteinfraktionen des Endosperms offenbarte, dass deren Bildungsdynamik und Zusammensetzung von Veränderungen im Stärkemetabolismus beeinflusst wird. Die Albumin/Globulin-Menge pro Endosperm betrug bei Risoe 16 bzw. Risoe 13 zu 14 dpa das 3,5- und 1,9-fache des Wertes von ´Bomi`. Sie stieg beim Wildtyp bis 20 dpa an, während sie bei den Mutanten zumindest tendenziell sank. Weiterhin fiel die Hordeinmenge im Mittel beider Mutanten gegenüber ´Bomi` zu 14 dpa 57 % und 20 dpa 38 % niedriger aus. Für die Glutelinmenge zeigte sich erst zu 20 dpa ein Unterschied, wobei der Wert von Risoe 16 und Risoe 13 37 % bzw. 29 % höher als jener des Wildtyps lag. / This thesis investigates processes that influence the accumulation of carbon and nitrogen in the early stage of endosperm development. The C- and N allocation was examined at 8, 14 and 20 days post anthesis (dpa) in the barley cultivar ´Bomi` and the low-starch mutants Risoe 16 as well as Risoe 13. The endosperm was in the focus of interest. Therefore the composition of its protein was determined at 14 and 20 dpa by fractionation in albumins/globulins, hordeins and glutelins. Furthermore the contribution of current C-and N assimilation to endosperm development was investigated by employing 13C- and 15N in vivo double puls-labelling of whole plants. During the investigation period no C remobilisation occurred. In contrast a genotype dependent mobilization of nitrogen in the vegetative organs was proved for ´Bomi` and Risoe 16. The analysis of endosperm fresh and dry weight revealed a 17 % lower ability to accumulate dry matter for Risoe 16 and Risoe 13 as compared to ´Bomi` although sink capacity was comparable. Furthermore there werevstrong indications that C- and N incorporation in the endosperm were not completely independent from each other. The analysis of the endosperm protein revealed that its composition as well as the formation dynamics and the amount of the single fractions were influenced by the changes in starch metabolism. The amount of albumin/globulin per endosperm of Risoe 16 and Risoe 13 at 14 dpa was 3.5 and 1.9-fold higher as compared with ´Bomi`. In the following 6 days it rose for the wildtype, while it tended to decrease for the mutants. Furthermore the amount of hordeins (mean value of both) in the endosperm of the mutants was 57 % and 38 % lower than that of ´Bomi` at 14 dpa and 20 dpa, respectively. The amounts of glutelins were not distinct between genotypes at 14 dpa but at 20 dpa with 37 % and 29 % higher values compared with ´Bomi` for Risoe 16 and Risoe 13, respectively.

Der Citratzyklus (TCA) ist einer der bedeutendsten Stoffwechselwege für alle lebenden Organismen. Trotz der zentralen Rolle dieses Prozesses im Pflanzenmetabolismus ist er nur relativ wenig untersucht worden. In dieser Arbeit berichte ich über die Produktion und die funktionale Analyse von Tomatenpflanzen (Solanum lycopersicum), die unabhängig eine leicht eingeschränkte Aktivität der mitochondrialen Citrat-Synthase (CS) und zweier Isocitrat-dehydrogenasen (mitochondriale NAD-IDH und cytosolische NADP-ICDH) zeigen. Die transgene Pflanzen wiesen mehrheitlich keine erkennbare Veränderung eines Wachstumphänotyps auf. Obwohl die photosyntetische Leistung keine Änderungen gezeigt hatte, war die mitochondriale Respiration gestiegen, begleitet von einem reduzierten Kohlenstoff-fluss durch den Citratzyklus. Darüber hinaus waren die CS Pflanzen charakterisiert durch wesentliche Änderungen im Blattmetabolismus, einschließlich eines eingeschränkten Niveaus des photosynthetischen Pigments und Zwischenprodukten des Citratzyklus zusammen mit einer Akkumulation von Nitraten, verschiedenen Aminosäuren und Stärken. Zusammengefasst deuten diese Ergebnisse auf eine Einschränkung der Nitrat-Aufnahme hin. Das mit Hilfe von TOM1 Mikroarrays und quantitativer RT-PCR durchgeführte Transcript-profiling hat gezeigt, dass die fehlende Aktivität der mitochondrialen CS teilweise von einer gestiegenen, peroxisomalen CS Isoform ausgeglichen wird. Die metabolische Verschiebung ergab eine Verstärkung der photorespiratorischen Leistung, die vermutlich eine ausgleichende Rolle in der Produktion organischer Säuren und der Wiederherstellung der Redox-Balance spielt. Interessantenweise war die metabolische Antwort von Blättern auf Stickstoffmangel in NADP-ICDH Pflanzen dramatischer als in NAD-IDH Pflanzen, was darauf hindeutet, dass die cytosolische Isoform der Hauptlieferant von 2-Oxoglutarat im Tomatenmetabolismus sein könnte. / Although the TCA cycle is a respiratory metabolic pathway of central importance for all living organisms, relatively few molecular physiological studies of plants were performed to date. Here, I report the generation and functional analysis of tomato plants (Solanum lycopersicum) independently displaying mildly limited activity of mitochondrial citrate synthase (CS) and two isocitrate dehydrogenases, namely mitochondrial NAD-IDH and cytosolic NADP-ICDH. The transgenic plants revealed minor phenotypic alterations. Although the leaf photosynthetic performance was largely unaltered, the changes in mitochondrial respiration and carbon flux through the TCA cycle were observed. Moreover, the plants were characterized by significant modifications in the leaf metabolic content and in maximal catalytic activities of several enzymes involved in primary C and N metabolism. These results hint towards limitations in nitrate assimilation pathway. The transcript profiling performed by utilizing TOM1 microarrays and quantitative RT-PCR approach revealed that the deficiency in mitochondrial CS activity was partially compensated by up-regulation of peroxisomal CS isoform. The limitations in the activities of isocitrate dehydrogenases resulted in up-regulation of the photorespiratory pathway, which presumably played a compensatory role in supporting organic acid production and re-establishing redox balance in the transgenic leaves. Interestingly, the leaf metabolic response towards nitrogen starvation conditions was far more dramatic in NADP-ICDH transgenic plants than NAD-IDH plants, hinting that the cytosolic isoform may be the major 2-oxoglutarate supplier in tomato metabolism.

This work summarizes properties of nitrogen containing GaAs, which are relevant for optoelectronic application and allow a deeper insight in the physics of this material. In the first part the dependence of the banggap energy of nitrogen implanted GaAs on several process parameters (implanted nitrogen concentration, implantation temperature, annealing duration and temperature) is investigated. The second part focuses on the relaxation dynamics of highly excited carriers. For this, the carrier relaxation dynamics in nitrogen implanted GaAs, in epitaxially grown GaAsN and in (pure) GaAs are investigated by means of pump probe measurements on a femtosecond time scale. The comparision of experimental results to calculated scattering rates leads to relevant informations of scattering mechanisms and electronic properties. / Diese Arbeit widmet sich Eigenschaften von Stickstoff-haltigem Gallium-Arsenid, die sowohl für das physikalische Verständnis als auch für optoelektronische Anwendungen dieses Materials relevant sind. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Abhängigkeit der Bandlücken-Energie von verschiedenen Prozess-Parametern (Stickstoffkonzentration, Implantationstemperatur, Ausheildauer und -temperatur) in Stickstoff-implantiertem GaAs untersucht. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Relaxationsdynamik hoch angeregter Ladungsträger. Neben dem oben bereits angesprochenen Material wird in Anrege-Abfrage-Experimenten mit Femtosekunden-Zeitauflösung zusätzlich epitaktisch gewachsenes GaAsN und (Stickstoff-freies) GaAs untersucht. Die Berechnung der Streuraten und der Vergleich mit experimentell gewonnenen Daten liefert wesentliche Informationen über beteiligte Steumechanismen und elektronische Eigenschaften.

This thesis describes the conception and implementation of the hydrological model ArcEGMO-URBAN and its application to the basin of the Havel river in north-eastern Germany. The model has been developed in order to make up the balance of nitrogen and phosphorus inputs from point sources in urban areas on the scale of river basins. The nutrient input can be calculated with a high spatial resolution and according to its seasonal variation. At the same time, the impact of the rainfall on the nutrient input is being focused on in this project. ArcEGMO-URBAN models rainfall-runoff processes and pollution-transport processes in urban areas taking natural, technological and social parameters into consideration. Input data are meteorological and terrestrial data with a high spatiotemporal resolution as well as statistic data on the scale of municipalities. The digitally available spatial data are being analysed with GIS functions before the actual modelling and later merged to areas with similar attributes. Technological and social parameters are assigned to these areas which were derived from statistic data. The diversity of the input data and their high spatial resolution allow for the description of relevant processes differentiated on the scale of urban patches. The model considers different urban water technologies and their determined matter fluxes as well as different sewer systems. With regard to rainfall-runoff processes the following sub-processes are considered for this model: the runoff-generation and runoff-concentration on sealed surfaces, the runoff-transformation and combination with the dry weather flow in the sewer system, and the split-up of the runoff in retention tanks and waste water treatment plants. Referring to pollution-transport processes the following sub-processes are taken into account: the atmospheric pollution and surface pollution dependent on the type of land use, and the matter transport in the sewer system. The sub-processes of matter accumulation and matter erosion on the land surface can be calculated by using mean values of pollution or, more detailed, by using special functions for processes of accumulation as well as erosion. In order to guarantee an easy application, the model's conception allows the use of input data and parameters of varying accuracy. Both, either measurements or statistical data can be used for the calculation dependent on the available data. The model is programmed in "C" and, therefore, usable on every established computer system. The model's validation succeeds for several sub-processes as well as sub catchments. Results of the model's application in the basin of the Havel river illustrate that the model calculates similar annual matter loads when compared to established other models. Furthermore, the results show the potential of the model to calculate the seasonal variation of matter loads and to calculate scenarios by using GIS based parameters. ArcEGMO-URBAN therefore is a capable tool for the identification of nutrient input from point sources on the scale of river catchments. / Diese Arbeit beschreibt die Konzeption und Realisierung des Modells ArcEGMO-URBAN sowie die Modellanwendung im Flussgebiet der Havel. ArcEGMO-URBAN wurde entwickelt um die punktuell in Gewässer eingetragenen Frachten von Gesamtstickstoff und Gesamtphosphor aus urbanen Räumen auf der Ebene von Flussgebieten zu bilanzieren. Die Nährstoffeinträge werden mit einer hohen räumlichen Auflösung und in ihrer innerjährlichen Dynamik berechnet, wobei der Einfluss des Niederschlagsgeschehens auf die Stoffeinträge besonders thematisiert wird. ArcEGMO-URBAN modelliert die Niederschlags-Abfluss- und die Schmutz-Transport-Prozesse in urbanen Räumen unter Berücksichtigung von naturräumlichen, technologischen und sozialen Parametern. Eingangsgrößen sind meteorologische und terrestrische Daten mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Auflösung sowie statistische Angaben auf Gemeindeebene. Die digital vorliegenden Flächendaten werden vor der Modellierung mittels GIS-Funktionen ausgewertet und zu Flächen mit gleichen Eigenschaften zusammengefasst. Diesen Flächen werden technologische und soziale Parameter zugeordnet, welche aus den statistischen Angaben abgeleitet wurden. Durch die hohe inhaltliche und räumliche Auflösung der Eingangsdaten können relevante Prozesse teilflächendifferenziert beschrieben werden. Es können sowohl unterschiedliche Wasserver- und -entsorgungstechnologien und die durch sie induzierten Stoffströme als auch unterschiedliche Kanalisationsverfahren berücksichtigt werden. Bezogen auf den Niederschlags-Abfluss-Prozess werden die Abflussbildung und Abflusskonzentration auf befestigten Flächen, die Abflusstransformation und Überlagerung mit dem Trockenwetterabfluss im Kanalnetz und die Abflussaufteilung an Sonderbauwerken bzw. Kläranlagen berechnet. Für die Berücksichtigung der Stoff-Transport-Prozesse werden die durch die Atmosphäre und spezifische Nutzungen bedingten Stoffeinträge sowie der durch die Kanalisation bestimmte Stofftransport berechnet. Die auf der Oberfläche stattfindenden Teilprozesse von Stoffakkumulation und -abtrag können über mittlere Verschmutzungswerte oder detailliert über Akkumulations- und Abtragsfunktionen berechnet werden. Um ein weites Anwendungsspektrum zu gewährleisten, ist das Modell so konzipiert, dass eine Parametrisierung mit Eingangsdaten unterschiedlicher Qualität möglich ist. Abhängig von der verfügbaren Datenbasis werden entweder konkrete Messwerte oder statistische Größen verwendet. Das Programm ist in "C" programmiert und damit auf jeder Rechnerarchitektur lauffähig. Die Validierung des Modells gelingt für einzelne Teilprozesse aber auch für Teilgebiete gut. Die Ergebnisse im Flussgebiet der Havel belegen, dass das Modell ähnliche jährliche Nährstofffrachten wie bereits eingeführte Modelle berechnet. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse das Potenzial des Modells, die innerjährliche Dynamik punktueller Stoffeinträge abzubilden und durch die GIS-gestützte Parametrisierung aufwandsarm Szenarien zu berechnen. Damit ist ArcEGMO-URBAN ein geeignetes Modell zur Bestimmung von Nährstoffeinträgen aus punktuellen Quellen auf der Ebene von Flussgebieten.

This work summarizes properties of nitrogen containing GaAs, which are relevant for optoelectronic application and allow a deeper insight in the physics of this material. In the first part the dependence of the banggap energy of nitrogen implanted GaAs on several process parameters (implanted nitrogen concentration, implantation temperature, annealing duration and temperature) is investigated. The second part focuses on the relaxation dynamics of highly excited carriers. For this, the carrier relaxation dynamics in nitrogen implanted GaAs, in epitaxially grown GaAsN and in (pure) GaAs are investigated by means of pump probe measurements on a femtosecond time scale. The comparision of experimental results to calculated scattering rates leads to relevant informations of scattering mechanisms and electronic properties. / Diese Arbeit widmet sich Eigenschaften von Stickstoff-haltigem Gallium-Arsenid, die sowohl für das physikalische Verständnis als auch für optoelektronische Anwendungen dieses Materials relevant sind. Im ersten Teil dieser Arbeit wird die Abhängigkeit der Bandlücken-Energie von verschiedenen Prozess-Parametern (Stickstoffkonzentration, Implantationstemperatur, Ausheildauer und -temperatur) in Stickstoff-implantiertem GaAs untersucht. Der zweite Teil konzentriert sich auf die Relaxationsdynamik hoch angeregter Ladungsträger. Neben dem oben bereits angesprochenen Material wird in Anrege-Abfrage-Experimenten mit Femtosekunden-Zeitauflösung zusätzlich epitaktisch gewachsenes GaAsN und (Stickstoff-freies) GaAs untersucht. Die Berechnung der Streuraten und der Vergleich mit experimentell gewonnenen Daten liefert wesentliche Informationen über beteiligte Steumechanismen und elektronische Eigenschaften.