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.