Schwarzerden sind die weltweit fruchtbarsten Böden und dementsprechend werden sie überwiegend ackerbaulich genutzt. Die unterschiedlichen, historischen Logiken des Aufbaus der Klassifikationen und der Kriterien für die Zuordnung zu bestimmten Bodentypen führen dazu, dass die in dieser Doktorarbeit Böden wie folgt klassifiziert wurde: a) Pelosol-Tschernoseme nach deutscher Kartieranleitung KA5 (Ad-hoc-Arbeitsgruppe Boden 2005), b) ausgelaugte und gewöhnliche Schwarzerden nach der Klassifikation und Diagnostik der Böden der UdSSR (Egorov et al. 1977), und c) segregierte und tonig-illuviale Agrarschwarzerde nach der Klassifikation und Diagnostik der Böden Russlands (Shishov et al. 2004). Schwarzerden entwickeln sich auf sehr tonreichen Böden und weisen infolge von Quellung und Schrumpfung Slikensides auf, so dass sie unter Beachtung der WRB-Definitionen dann als Vertisole zu bezeichnen sind. In dieser Arbeit wurden 104 Publikationen aus der überwiegend russischsprachigen Fachliteratur der vergangenen Jahrzehnte in Bezug auf den Humuszustand von Schwarzerden ausgewertet und ein Methodenvergleich für den organischen Kohlenstoff (Corg) und die Texturbestimmungen durchgeführt. Die Tyurin-Methode wird in Russland traditionell für die Corg-Bestimmung verwendet. Es ist eine Methode der nassen Veraschung der organischen Substanz, bei der das erhitzte Oxidationsmittel K2Cr2O7 verwendet wird. In dieser Arbeit wird ein Umrechnungskoeffizient von 1,03 empfohlen. Für die Übertragung der Textur wird empfohlen, die Körnungssummenkurven zu erstellen. Die Schwarzerden wurden auf dem Territorium des ehemaligen Bodenbearbeitungs–Dauerfeldversuches am Forschungsinstitut für Landwirtschaft V.V. Dokučaev in der Zentralen Schwarzerde-Region Kamennaya Steppe („Steinsteppe“) im Bezirk Voronezh untersucht. Die Analysen haben gezeigt, dass nach 25 Jahren der ausgleichenden Bewirtschaftung keine signifikanten Unterschiede zwischen den ehemaligen Varianten des Versuches mehr existieren. / Chernozems, are of particular importance. They are the world's most fertile soils and are therefore predominantly used for arable farming. The different, historical logics of the respective structure of the classifications and their criteria for assignment to certain soil types determined the soils analysed in this doctoral thesis. They were classified as follows: a) ‘Pelosol-Tschernoseme’ according to the German mapping guide KA5 (Ad-hoc-Arbeitsgruppe Boden 2005), b) ‘leached and ordinary Chernozems’ following the classification and diagnostics of the soils of the USSR (Egorov et al. 1977), and c) "segregated and clayey-illuvial agricultural Chernozems " according to the Classification and Diagnostics of Russian Soils (Shishov et al. 2004). Chernozems can develop on very clay-rich soils and exhibit slikensides as a result of swelling and shrinkage. They can then be described as Vertisols in accordance with the WRB definitions. In this thesis, 104 publications from the predominantly Russian-language special literature of the past decades were analysed with reference to the humus condition of Chernozems and the method comparison of measurements of organic carbon (Corg) and texture was implemented. The Tyurin method is traditionally used in Russia for Corg determination. It is a method of wet combustion of organic matter, in which the heated oxidising agent K2Cr2O7 is used. In this work, a conversion coefficient of 1.03 is recommended. For the texture is it recommended that the total grain size curves be created for a transfer. The Chernozems were analysed on the fields of the former long-term tillage trial at the Research Institute of Agriculture V.V. Dokučaev in the Central Chernozem Region Kamennaya Steppe (stone steppe) in the Voronezh district. The analyses show that after 25 years of compensatory management, there are no longer any significant differences among the former variants of the trial.

In dieser Studie wurden stabile Isotopenverhältnisse genutzt um die Mechanismen der aquatisch-terrestrischen C – und N-Dynamiken über verschiedene Skalenebenen hinweg in der Moränenlandschaft von Nordostdeutschland zu identifizieren; einer Landschaft, die stark landwirtschaftlich genutzt wird und in der es eine Vielzahl von kleinen Wasserkörpern (Sölle) gibt. Auf der regionalen Landschaftsskala spiegeln d13C-Isotopenkarten des org. Materials in Oberböden und von Pflanzenblättern eines 38.2 km2 großen Gebietes den Eintrag von org. Material von C3-Pflanzen, deren Wassernutzungseffizienz im org. Material des Bodens eingeprägt wurde, sowie den Eintrag von Mais (C4-Pflanze), wider. Die d15N-Isotopenkarte des org. Materials in Böden weist verschiedene Düngepraktiken hin. Auf der regionalen Sollskala deuten die d13C- und d15N-Isotopenwerte von Oberflächensedimenten von 51 Söllen auf kürzliche Einträge des org. Materials und Bewirtschaftungseffekte im Einzugsgebiet hin. Tiefere Sedimente sind durch die Ablagerung org. Materials von terrestrischen Pflanzen sowie dessen Umsetzungsgrad geprägt in Abhängigkeit von der Wasserführung. Auf der Transekt-Skala, d.h. entlang von Transekten von Erosions- zu Depositionsgebieten im Einzugsgebiet eines Solls, beeinflussen Erosion, Pflanzenproduktion, mikrobielle Umsetzung und Gülledüngung verschiedene Fraktionen des org. Materials. Auf der Aggregat-Skalenebene sind die Art und der Anteil spezifischer organo-mineral Assoziationen entlang des Transekts variabel. Bodenpartikel vom Feld und hereinwachsende Makrophyten sind die Quellen des org. Materials in Sedimenten. Diese Studie hat erfolgreich stabile Isotopenverhältnisse zur Identifikation von Mechanismen der C- und N-Dynamik auf individuellen Skalenebenen angewendet. Kleine Inlandwasserkörper sind Schlüsselelemente für die C- und N-Dynamik in landwirtschaftlich genutzten Moränenlandschaften. / In moraine landscapes, carbon (C) and nitrogen (N) dynamics can vary greatly across landscape structures and soil types especially when small water bodies are interspersed in the landscape. This study used stable isotope ratios to identify the mechanisms regulating the aquatic-terrestrial C and N dynamics across different scales in the young moraine landscape of NE Germany – a landscape intensively used for agriculture and interspersed with countless of small water bodies, the so-called kettle holes. At the regional landscape scale, d13C isoscapes of topsoil bulk soil organic matter (SOM) and plant leaves collected from a 38.2 km2 area revealed long-term inputs OM from C3 crops, which imprinted their water use efficiency status onto the soil, as well as short-term inputs from corn. The d15N SOM isoscape identified fertilization-induced impacts on the N dynamics of agricultural fields and grasslands. At the regional kettle hole scale, d13C and d15N of surface sediments of 51 kettle holes reflected recent OM inputs and management practices in the catchment. Deeper sediments recorded the degree to which the OM has been processed within the kettle hole depending on the water-logging period. At the transect scale, erosion, plant productivity, microbial decomposition and slurry fertilization affected OM fractions in topsoil along transects spanning erosional to depositional areas in the catchment of one arable kettle hole. At the aggregate scale, the pathway and magnitude of OM-mineral associations changed along the transect. OM in sediments was derived from clay- and silt-sized particles from the field, together with emergent macrophyte contributions. By means of stable isotopes techniques, different mechanisms were identified at the individual scales. Consideration of the spatial heterogeneity of all scales is essential to understand landscape C and N dynamics. Small inland water bodies are key constituents of C and N dynamics in moraine agricultural landscapes.

Eine biochemische Indikation des Anteils exogener organischer Kohlenstoffquellen (EOC), der nach dem Eintrag potenziell im Boden verbleibt (Cpot) wurde entwickelt. Haupthypothese dieser Studie war, dass der Abbau von EOC durch die biochemische Zusammensetzung vorhergesagt werden kann, welche bei Pflanzenrückständen von der Kulturart, dem Pflanzenrückstandstyp sowie dem Anbausystem und im Allgemeinen vom Ausgangssubstrat organischer Düngestoffe und der EOC-Kategorie (pyrogen , mikrobiell und pflanzlich) beeinflusst wird. Zunächst wurden Pflanzenrückstände im Energiepflanzenanbau zur Biogasgewinnung (Restpflanze / Stroh, Stoppeln, Grobwurzeln, Feinwurzeln, natürlicher Bestandsabfall) von Mais, Sorghum, Sudangras, Wintergetreide, Hafer, Erbse in Einzel-, Zwei- und Mischkultursystemen betrachtet. In einem zweiten Schritt wurden Pflanzenrückstände im Allgemeinen mit organischen Düngern, Komposten, Rückständen aus anaerober Vergärung in der Biogasproduktion (Gärrückstände) und Biokohlen verglichen. Die biochemische Zusammensetzung von EOC wurde durch die Konzentrationen von Kohlenstoff- (C), Stickstoff (N), wasserlöslicher Kohlehydrate (WSC), Hemizellulose (HEM), Zellulose (CEL) und Lignin (LIC) in g pro kg Trockenmasse dargestellt. In Inkubationsversuchen wurde EOC gleichmäßig mit Boden vermischt und über 310 Tage die Zugabe-induzierte Kohlendioxid-Freisetzung gemessen. Cpot wurde als Grenzwert der Modellschätzung für die Inkubationsdaten bestimmt. Die Beziehung zwischen biochemischer Zusammensetzung und Cpot wurde durch die Partial-Least-Squares-Regression-Methode abgeleitet. Cpot unterschied sich stärker zwischen verschiedenen organischen Düngestoffen, als speziell zwischen verschiedenen Pflanzenrückständen und konnte durch die biochemische Zusammensetzung vorhergesagt werden. Der Indikator für Cpot (in g C pro kg EOC) wurde als Ipot = 269 + 13 N – 0.5 WSC + 0.7 CEL + 1.5 LIC für Pflanzenrückstände und im Allgemeinen als Ipot = 924 – 1.9 C + 2.0 LIC vorgeschlagen. / A biochemical indication for the fraction of exogenous organic carbon (EOC), potentially remaining in soil after application (Cpot) has been developed. Main hypothesis of this study was that decomposition of EOC can be predicted by the biochemical composition, which in case of plant residues is influenced by the crop residue type, crop species and agricultural management and in general depends on the original substrate and category (pyrogen, microbial, and plant-derived EOC) of organic materials. A first set of EOC was created, containing plant residues in energy crop cultivation for biogas production (shoot / straw, stubble, coarse root, fine root, and litter) of maize, sorghum, sudan grass, winter cereal, pea, and oats in single-, double- and intercropping systems. In a second set of EOC, plant residues in general were compared with other organic fertilisers, urban composts, residues of anaerobic fermentation in biogas production (digestates), and biochar. The biochemical composition of EOC was characterised by the concentrations of carbon (C), nitrogen (N), water-soluble carbohydrates (WSC), hemicelluloses (HEM), cellulose (CEL), and lignin (LIC) in g per kg dry matter. In incubation experiments, EOC was homogeneously incorporated into soil and EOC-induced carbon dioxide-release was measured for 310 d. Cpot was determined as modelled limit for the incubation results. Finally, the relation between biochemical composition and Cpot of EOC was evaluated by the partial least squares regression method. Cpot largely varied between different types and categories of EOC, while less variation was obtained between different plant residues. The biochemical composition was predictive for Cpot (expressed as g C per kg EOC), proposing the biochemical indicator as Ipot = 269 + 13 N – 0.5 WSC + 0.7 CEL + 1.5 LIC specifically for plant residues and as Ipot = 924 – 1.9 C + 2.0 LIC for EOC in general.