@phdthesis{Sut2014, author = {Sut, Magdalena Maria}, title = {Detection and behavior of iron-cyanide complexes in soils of a former Manufactured Gas Plant site}, address = {Cottbus}, issn = {2196-4122}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-40631}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {Soils and groundwater on sites of the former Manufactured Gas Plants (MGPs) are contaminated with various complex iron-cyanides (Fe-CN). The aim of this thesis was to evaluate a new method for the CN detection and to investigate the stability and retardation of Fe-CN complexes in soils. This study seeks for enhancing the efficiency of phytoremediation as a proper approach to decontaminate Fe-CN complexes and thus tries to make a contribution to environmental protection. Feasibility of Field Portable Near Infrared (FP NIR) Spectrometry to determine CN concentrations in soil was evaluated in order to develop a rapid and non-destructive in-situ method. The study revealed that FP NIR could be a reliable device for detecting CN concentrations >2400 mg kg-1 in the field and >1750 mg kg-1 after sample preparation in the laboratory, however the limits of detection are too high to replace the traditional methods. The applicability of neutral solution extraction to determine the water soluble CN fraction and the stability of Prussian Blue under saturated and unsaturated water conditions was studied in a column and batch experiments. Study revealed continuous solubility of Prussian Blue, in acidic and slightly alkaline MGP soils. Dissolution of ferric ferrocyanide under circum-neutral pH and oxic water conditions was proposed to be a function of time, where the released amount is dependent on the soil pH and total CN content. Modeling the long-term release of Fe-CN complexes from the MGP soils revealed two-phase-process. The fast released phase was attributed to the transport process of readily dissolved hexacyanoferrats that is taking place in the liquid phase combined with desorption of CN bound to heterogeneous surfaces that are in direct contact with aqueous phase (outer-sphere complexation). The CN release rates increased with increasing pH, decreased with low initial CN concentration and were retarded by the increase in OM content. The retardation of Fe-CN in soil was investigated in batch and column experiments. Experiments revealed that the excess of the available iron, which induced the formation of the Prussian Blue colloids despite the circum-neutral pH, was a very important factor in decreasing the CN concentration. Additionally, despite the chemical factors influencing the potential reaction with manganese oxides, the physical factors like pore size distribution, variation in the grain size etc. can reduce the CN concentration due to mechanical retention of the vertical colloidal ferric ferrocyanide movement. This study proposes colloidal vertical transport of the solid Fr-CN complexes as a potential alternative process influencing the CN mobility in the circum-neutral pH and under the excess of available iron conditions. The results presented in this thesis revealed limitations of the FP, but advancing the sample pretreatment procedures can improve the feasibility of the spectrometer in detecting CN signal. Long-term extraction with the distilled water provides reliable assessment of the potential environmental hazard due to continuous dissolution of the solid Fe-CN complexes. Inconsistency of the Prussian Blue stability reported in the literature to the one obtained in this study imply usage of the CN contaminated MGP soils, instead of synthetic solutions, to advance the knowledge concerning the solid Fe-CN dissolution behavior. Furthermore, in the non-acidic soils the CN solubility might be influenced by the equilibrium with manganese Fe-CN mineral.}, subject = {Phytoremediation; Soil contamination; Cyanide; Remediation; FIA; NIR; Altlastsanierung; Phytoremediation; {\"U}bergangsmetallcyanide; NIR-Spektroskopie; Fließinjektionsanalyse}, language = {en} } @phdthesis{Dietrich2021, author = {Dietrich, Nils}, title = {Einfl{\"u}sse unterschiedlich aufbereiteter Bioabfallg{\"a}rreste auf die bodenphysikalischen Kennwerte von Ackerb{\"o}den}, doi = {10.26127/BTUOpen-5653}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-56539}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2021}, abstract = {Bioabf{\"a}lle sind eine wertvolle Ressource, welche laut Kreislaufwirtschaftsgesetzt (KrWG) m{\"o}glichst umfassend genutzt werden sollte. Hierf{\"u}r bietet sich neben der aeroben Kompostierung der Einsatz von kommunalen Bioabf{\"a}lle in Biogasanlagen an, wodurch neben dem stofflichen zus{\"a}tzlich ein energetisches Recycling erfolgt. Um G{\"a}rreste im nat{\"u}rlichen Stoffkreislauf ganzheitlichen bodenbezogen einsetzen zu k{\"o}nnen, m{\"u}ssen rechtliche Qualit{\"a}tsanforderung der Bioabfallverordnung (BioAbV) und der D{\"u}ngeverordnung (D{\"u}V) eingehalten werden, was eine nachgelagerte Aufbereitung der G{\"a}rreste bedingt. Dabei ist die Landwirtschaft schon heute der Hauptabnehmer der bei der Bioabfallbehandlung erzeugten Komposte und G{\"a}rreste. Bedingt durch das heterogene Ausgangsmaterial Bioabfall und der anaeroben Behandlungsmethode unterscheiden sich die entstehenden Bioabfallg{\"a}rreste von klassischen organischen D{\"u}ngern (Mist, Kompost und Kl{\"a}rschlamm). {\"U}ber die bodenphysikalische Wirkung aufbereiteter Bioabfallg{\"a}rreste ist wenig bekannt, da der Fokus bei Abfallstoffen bisher eher auf den chemischen und biologischen Parametern liegt. Gemeinhin wird eine positive bodenphysikalische Wirkung bei Zuf{\"u}hrung von organischer Substanz impliziert. Diese Annahme zu pr{\"u}fen, ist Forschungsgegenstand dieser Arbeit. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Wirkung von vier unterschiedlich aufbereiteten G{\"a}rrestprodukten aus der Bioabfallverg{\"a}rung auf die bodenphysikalischen Kennwerte in einem dreij{\"a}hrigen Feldversuch und f{\"u}nf Gef{\"a}ßversuchen (sandiger Boden) untersucht. Die verwendeten G{\"a}rrestsubstrate entstammen einer zweistufigen Biogasanlage und wurden im Nachgang nochmals kompostiert sowie teilweise pelletiert. Zur Charakterisierung des Einflusses der G{\"a}rrestprodukte auf die bodenphysikalischen Kennwerte wurden an gest{\"o}rten und ungest{\"o}rten Bodenproben aus dem Feldversuch sowie den Gef{\"a}ßversuchen die Parameter Textur, Lagerungsdichte, Kennwerte der Wasserbindung, ges{\"a}ttigte Wasserleitf{\"a}higkeit und Luftleitf{\"a}higkeit unter Laborbedingungen bestimmt. Die Applikation von aufbereiteten Bioabfallg{\"a}rreste auf landwirtschaftlichen Nutzfl{\"a}chen f{\"u}hrt zu einer Zunahme des Gehalts an organischer Substanz im Boden und kann damit positiv auf die bodenphysikalischen Eigenschaften wirken. Innerhalb des dreij{\"a}hrigen Feldversuches und der Gef{\"a}ßversuche konnten jedoch keine signifikanten Effekte der aufbereiteten G{\"a}rrestprodukte auf die bodenphysikalischen Kennwerte festgestellt werden. Da die Wirkung organischer D{\"u}nger auf physikalische Bodeneigenschaften sowohl von der applizierten Menge als auch von der Versuchsdauer abh{\"a}ngen, sind Effekte voranging in Langzeitversuchen festzustellen, was bei zuk{\"u}nftigen Versuchsdesignen beachtet werden sollte.}, subject = {Bodenphysik; Organische Bodenhilfsstoffe; G{\"a}rreste; Pellets; Lagerungsdichte; Soil physics; Organic soil additives; Pellets; Bulk density; Bodenphysik; G{\"a}rrest; Bodendichte; Organisches D{\"u}ngemittel; Pellet}, language = {de} } @phdthesis{Hirsch2016, author = {Hirsch, Florian}, title = {Post-LGM-zeitliche Pedogenese und Geomorphodynamik in den spanischen Zentralpyren{\"a}en}, address = {Cottbus}, issn = {2196-4122}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-43765}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2016}, abstract = {Obwohl die pleistoz{\"a}nen Vereisungen bereits lange Gegenstand geowissenschaftlicher Forschung sind, wird das j{\"u}ngste Glazial bez{\"u}glich Ausmaß und Chronologie kontrovers diskutiert. F{\"u}r die spanischen Zentralpyren{\"a}en wird derzeit, wie auch f{\"u}r andere Vergletscherungsgebiete w{\"a}hrend des Sp{\"a}tpleistoz{\"a}ns, eine zum globalen letzten glazialen Maximum (gLGM) fr{\"u}here und damit asynchrone Vereisung angenommen. Aufgrund der zeitlichen Differenz von 10 ka bis 30 ka vor dem gLGM ist in den spanischen Zentralpyren{\"a}en eine im Vergleich zu den gLGM-zeitlich gepr{\"a}gten Vergletscherungsgebieten differenzierte Geomorphodynamik und Bodenbildung zu erwarten. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Darstellung der sp{\"a}tquart{\"a}ren Bodenentwicklung und Geomorphodynamik in zwei benachbarten T{\"a}lern der spanischen Zentralpyren{\"a}en, die beide von gLGM-asynchronen Gletschervorst{\"o}ßen gepr{\"a}gt wurden. Die Untersuchungen wurden mittels einer Kombination sedimentologischer und bodenkundlicher Methoden durchgef{\"u}hrt, um neben der Identifikation der Sedimentfazies die pedogene Entwicklung darzustellen. Die chronologische Einordnung der Befunde erfolgte mittels 15 optisch stimulierter Lumineszenzdatierungen (OSL-Datierungen) und einer 14C-Datierung. Die Ergebnisse belegen eine prozessual sehr {\"a}hnliche Landschaftsentwicklung wie in den mitteleurop{\"a}ischen Glazial- und Periglazialgebieten. Zwar konnten in der vorliegenden Arbeit keine rißzeitlichen Sedimente datiert werden, die intensive Lessivierung auf den als rißzeitlich beschriebenen l{\"o}ssbedeckten Terrassen wird aber auf die Entwicklung einer Parabraunerde w{\"a}hrend des letzten Interglazials zur{\"u}ckgef{\"u}hrt. Mit dem W{\"u}rm beginnt sowohl im Glazialraum als auch im Extraglazialraum eine Phase aktiver Geomorphodynamik. F{\"u}r den Periglazialbereich k{\"o}nnen L{\"o}ssanwehung um 61 ± 4 ka und Solifluktion um 55 ± 5 ka nachgewiesen werden. Die {\"u}ber glazialen Sedimenten hangenden und von Solifluktion und L{\"o}sseintrag gepr{\"a}gten Hauptlagen wurden zwischen 14,4 ± 1,2 ka bis 10,6 ± 0,8 ka gebildet. In den rezent von Lessivierung gekennzeichneten Hauptlagen wurden bei den mikromorphologischen Untersuchungen keine Pedorelikte einer fr{\"u}heren Bodenbildung gefunden. Dies weist unter Ber{\"u}cksichtigung der Altersdifferenz von etwa 20 ka zwischen den hier datierten Hauptlagen und dem bisher angenommenen Alter des letzten Gletschervorstoßes um 35 ka entweder auf eine markante Stabilit{\"a}t der Landschaft ohne jegliche Bodenentwicklung {\"u}ber einen Zeitraum von 20 ka oder auf eine massive Erosion vor 14,4 ka. Aufgrund der methodisch problematischen OSL-Datierungen, auf denen die Asynchronit{\"a}tstheorie basiert, muss die gLGM-asynchrone Chronologie der spanischen Zentralpyren{\"a}en stark angezweifelt werden. Diese Schlussfolgerung wird untermauert durch die in der j{\"u}ngsten Literatur mehrfach beschriebenen maximalen Gletschervorst{\"o}ße in den {\"o}stlichen Pyren{\"a}en, die zum gLGM-synchrone Alter aufweisen, und in Anbetracht der Befunde aus der vorliegenden Arbeit.}, subject = {Mikromorphologie; Bodenentwicklung; Vergletscherung; Quart{\"a}r; Pleistoz{\"a}n; Pyren{\"a}en; Landschaftsentwicklung; Lessivierung; Mikromorphologie; Rubefizierung; Holoz{\"a}n; Bodenentwicklung; Landschaftsentwicklung; Pyren{\"a}en; Sekund{\"a}re Carbonate; Bodenbildung; Late quaternary; Soil development; Soil genesis; Landscape development; Periglacial slope deposits; Micromorphology; Pyrenees; Rubefication; Secondary carbonates}, language = {de} } @phdthesis{Bonhage2023, author = {Bonhage, Alexander}, title = {Effects of historical charcoal burning on soil landscapes in West Connecticut, USA}, isbn = {2196-4122}, doi = {10.26127/BTUOpen-6565}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-65652}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {The central theme of this thesis revolves around the impacts of historic charcoal burning on todays soils and soil landscapes in Connecticut, USA. The first chapter gives an overview of the state-of-research regarding the spatial distribution, morphology and chemical- as well as physical soil composition of so called relict charcoal hearth (RCH) landforms. RCHs can be described as unique soil microhabitats in the context of flora and fauna growth. The central research aim of the thesis is led by the question: How and to what extend does the historical charcoal industry control the distribution, development and properties of present day soils in Connecticut, USA? This thesis presents results from two field-campaigns in 2017 and 2018 where 52 RCH sites were surveyed and sampled in Litchfield County, Connecticut. The resulting dataset comprises of more than 1245 soil samples from 154 soil profiles and detailed stratigraphic and morphometrical information for all RCH sites. RCH landforms result in three distinct soils: charcoal rich horizons (Auh horizons), mineral soil horizons dividing multiple Auh horizons horizontally (Cu horizons) and buried former topsoil's (Ahb horizons) or buried mineral soil horizons (Bwb horizons). Sites on flat terrain (< 4° slope) have mostly one Auh horizon, while sites on steeper terrain (> 4° slope) have mostly two, sometimes up to three Auh horizons. The total volume of sites on slopes is positively correlated to the local slope, i.e. it increases with larger steepness of the terrain. Compared to reference soils, RCH soils are enriched in total soil organic carbon and especially in pyrogenic carbon. Vertical gradients of organic carbon concentrations in Auh and Cu horizons suggest an enrichment of non-pyrogenic organic matter in the topsoil and a vertical translocation of highly aromatic carbon compounds into intermediate and buried soil horizons. Furthermore, Auh horizons have a lower bulk density, a higher crystallinity ratio (Fed/Fet) of pedogenic iron oxides and are enriched in exchangeable elements (Ca2+, Mg2+, Mn2+) as well as oxalate extractable manganese-oxides compared to reference soils. A deep-learning based automated mapping workflow called ARCHMAGE (Automated Relict Charcoal Hearth Mapping and Geospatial Exploration) was created to gain a continuous, state wide database of RCH sites locations and other relevant geospatial information. This database, in combination with calculation of site specifics RCH volumes and soil carbon stocks, showed that in regions with high RCH site densities, significant additions to local soil organic and especially pyrogenic carbon stocks are present. This effect is scale dependent, with a larger effect size on county scale and below (≤ 1:650,000).}, subject = {Soil science; Geoarchaeology; Geomorphology; Bodenkunde; Geoarch{\"a}ologie; Geomorphologie; Connecticut; Bodenkunde; K{\"o}hlerei; Meiler; Geoarch{\"a}ologie}, language = {en} } @phdthesis{Lemmnitz2013, author = {Lemmnitz, Christine}, title = {Charakteristik der Benetzungshemmung quart{\"a}rer und terti{\"a}rer Substrate - R{\"a}umliche und zeitliche Variabilit{\"a}t, Schl{\"u}sselfaktoren f{\"u}r die Ausbildung und Eingang in die hydrologische Modellierung}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-34602}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2013}, abstract = {Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte die Untersuchung quart{\"a}rer und terti{\"a}rer sandiger Substrate im rekultivierten Bereich des Tagebaus Welzow-S{\"u}d im Lausitzer Braunkohlerevier {\"u}ber einen Zeitraum von 28 Monaten. Die Substrate und Substratmischungen wurden auf ihre Benetzungseigenschaften sowohl im Hinblick auf die r{\"a}umliche Heterogenit{\"a}t und zeitliche Variabilit{\"a}t als auch in Abh{\"a}ngigkeit von Art und Gehalt an organischer Substanz untersucht. Die Bewertung der Benetzungseigenschaften erfolgte mittels Kontaktwinkelmessungen und WDPT-Test in Freiland und Laborstudien. W{\"a}hrend die quart{\"a}ren Substrate im gesamten Untersuchungszeitraum durchgehend gut benetzbar waren und als hydrophil eingestuft wurden, wiesen die untersuchten terti{\"a}ren Sande im feldfeuchten Zustand zum Teil extreme Benetzungshemmung auf. Wie die vorliegende Untersuchung best{\"a}tigt, wurde nachgewiesen, dass trotz kleiner gemessener Kontaktwinkel eine ausgepr{\"a}gte Benetzungshemmung vorliegen kann. Die untersuchten terti{\"a}ren Substrate sind durch eine hohe horizontale und vertikale r{\"a}umliche Heterogenit{\"a}t der Benetzungseigenschaften gekennzeichnet. Am oberen Hangbereich und auf den Kuppenbereichen lag {\"u}berwiegend starke Benetzungshemmung vor. Durch den daraus resultierenden Oberfl{\"a}chenabfluss verbunden mit Substratverlagerung wurden zum Teil erhebliche Relief{\"a}nderungen, resultierend in einer ausgepr{\"a}gten Kuppen- und Rinnenstruktur, beobachtet. Zudem wiesen die terti{\"a}ren Substrate ein zeitlich stark differenziertes Benetzungsverhalten auf. W{\"a}hrend im Winter und im Fr{\"u}hjahr {\"u}berwiegend eine gute Benetzbarkeit des Substrats bestand, lag im Sommer und im Herbst zum Teil erheblich ausgepr{\"a}gte Benetzungshemmung vor. Die zeitliche Variabilit{\"a}t der Benetzungseigenschaften des terti{\"a}ren Substrats wird maßgeblich durch die Luft- und Bodentemperaturen sowie einen kritischen Bodenwassergehalt von 2 Masse-\% beeinflusst. Des Weiteren konnten Abh{\"a}ngigkeiten zwischen schwach oder m{\"a}ßig ausgepr{\"a}gter Benetzungshemmung und der Niederschlagsmenge nachgewiesen werden. Je h{\"o}her die Niederschlagsmenge, desto schw{\"a}cher war die Benetzungshemmung ausgepr{\"a}gt. Bei vorliegender starker Benetzungshemmung des terti{\"a}ren Substrats erfolgten {\"A}nderungen im Benetzungsverhalten hingegen vor allem durch langanhaltende Niederschlagsereignisse oder Niederschlagsereignisse hoher Intensit{\"a}t. Die Zugabe organischer Substanz verschiedener Art und Herkunft f{\"u}hrte in allen F{\"a}llen zur Induzierung von Benetzungshemmung. Sowohl in den Freiland- als auch in den Laborversuchen wurde mit steigendem Gehalt an organischem Kohlenstoff eine st{\"a}rker ausgepr{\"a}gte Benetzungshemmung nachgewiesen. F{\"u}r die untersuchten Substrate konnte ein kritischer Wert von 0,25 \% organischen Kohlenstoffs ermittelt werden, unterhalb dessen vorwiegend Benetzbarkeit der Substrate vorlag. Als Haupteinflussparameter f{\"u}r die Ausbildung der Benetzungseigenschaften des terti{\"a}ren Substrats wurden die Parameter Globalstrahlung und Lufttemperatur sowie der Bodenwassergehalt mittels multivariater statistischer Methoden identifiziert. Ein konzeptioneller Ansatz zur Implementierung des Parameters Benetzungshemmung in die hydrologische Modellierung erm{\"o}glicht mittels meteorologischer und bodenphysikalischer Parameter die exemplarische Zuordnung von terti{\"a}ren Substratproben in Gruppen mit hydrophilen, m{\"a}ßig benetzungsgehemmten und sehr stark benetzungsgehemmten Eigenschaften ohne direkte Messung der Benetzungshemmung. Der integrierte Versuchsansatz zur in situ Charakterisierung der Benetzungseigenschaften verschiedener Substrate und Substratmischungen im Freiland und erg{\"a}nzender Laborstudien erm{\"o}glicht eine verbesserte Analyse der pedologischen und hydrologischen Prozesse der „critical zone". Erstmalig wurde im Rahmen der vorliegenden Dissertation anhand meteorologischer Parameter und dem Bodenwassergehalt eine Zuordnung von Benetzungseigenschaften durchgef{\"u}hrt. Die im Rahmen der vorliegenden Datenanalyse gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich der die Benetzungshemmung beeinflussenden Parameter bieten einen konzeptionellen Ansatz zur qualitativen Weiterentwicklung mathematischer Prozessmodelle der Abflussbildung. Die vorliegende Studie erm{\"o}glicht eine Absch{\"a}tzung der vorliegenden Benetzungseigenschaften anhand meteorologischer Parameter sowie kritischer Werte f{\"u}r den Bodenwassergehalt und den Gehalt an organischem Kohlenstoff. Durch die Einbindung in hydrologische und Erosionsmodelle wird damit im Weiteren die M{\"o}glichkeit gegeben, Oberfl{\"a}chenabfl{\"u}sse und Bodenabtr{\"a}ge von benetzungsgehemmten Fl{\"a}chen zu prognostizieren. Vor dem Hintergrund ver{\"a}nderter Niederschlagsmuster mit einer H{\"a}ufung meteorologischer Extremereignisse ist eine Einstufung der Bodensubstrate in Gef{\"a}hrdungsklassen zweckm{\"a}ßig, da die Ausbildung von Benetzungshemmung vor allem unter trockenen und warmen Bedingungen beg{\"u}nstigt wird. Somit kann ein Instrument geschaffen werden, um Bodendegradierung als Folge von Benetzungshemmung wirksam vorzubeugen.}, subject = {Hydrophobicity; Soil water repellency; Surface runoff generation; Erosion; Reclaimed mining area; Benetzungshemmung; Hydrophobie; Oberfl{\"a}chenabfluss; Erosion; Rekultivierung; Hydrophobie; Wiedervern{\"a}ssung; Erosion}, language = {de} } @phdthesis{Adesipo2021, author = {Adesipo, Adegbite Adeleke}, title = {Practical approach to reclamation of post-mining sites}, doi = {10.26127/BTUOpen-5871}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-58719}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2021}, abstract = {In order to integrate necessary interdisciplinary complexity, sustainability, defined targets and endpoints for reclamation progress, the objective of this research is to advance reclamation knowledge on (i) international scale and (ii) national scale, taking Nigeria as an example. On the international scale (i), a systematic reclamation threshold scale for assessing, evaluating, documenting, and monitoring reclamation progress was developed. The threshold stages begin from the initial state I0 down to degraded state D0 (depending on the type of mining). Reclamation starts with soil reconstruction R-2 up to revegetation R-1 (red zones) to reach minimum threshold R0 (amber zone). Beyond R0 are the green zones R1, R2, and R3 representing soil/abiotic condition, biological and improved threshold respectively. Adaptation of the threshold model to degraded ecosystems in national and international laws is recommended. On the national scale with Nigeria (ii), endowed with over 34 solid minerals and abundant crude oil, findings show that almost all mine sites are below the minimum threshold scale R0. The sites are adversely affected by Artisanal and Small Scale Mining (ASM), whereby, contamination and soil lithology disturbances are the state-of-the-art discussions. However, bioremediation (phytoremediation) is the most feasible remediation technique. Therefore, for the crude oil contaminated sites, this study highlights typical cogitation for large in-situ implementation and potential species for remediation. For the mineral resources, gold mining was the typical example. As a practical approach, experimental areas on an abandoned mining site (Site 1), an active mining site (Site 2) and an undisturbed vegetation site (Control) in southwestern Nigeria were mapped out to represent its mining and farming activities. On the sites, (a) the impacts of the ASM activities on the floristic association were assessed. (b) the potential of 2D Electrical Resistivity Tomography (ERT) was explored to characterize the horizontal and vertical landscape homogeneity of the mine sites, and lastly, (c) the study identified native high-accumulating plants growing on the sites that can be employed for phytoremediation. Thus, the results show that (a) the floristic association of the mine sites have been stressed and disturbed. (b) the resistivity structure of the sites shows that ASM has greatly impaired the lithological status of the sites. (c) out of the 9 considered species, Crinum jagus has the highest accumulation factor of 8.71, 37.47, 1.08 and 29.38 for Pb, Cd, Fe and Cu respectively. It is a recommendable novel plant in the tropics. However, future studies must verify its hyperaccumulator potentials, identify other high accumulating species and develop effective approaches and policies to curb ASM activities and enhance remediation in Nigeria.}, subject = {Ecological indicators; Functional species; Dendroremediation; Geophysical techniques; Crinum jagus; {\"O}kologische Indikatoren; Funktionelle Arten; Dendrosanierung; Geophysikalische Techniken; Crinum jagus; Nigeria; Rekultivierung; Bergbaunachfolgelandschaft; Phytoremediation}, language = {en} } @phdthesis{Mueller2017, author = {M{\"u}ller, Frank}, title = {Der Wandel der Kulturlandschaft im Raum Peitz infolge des mehrhundertj{\"a}hrigen Betriebes des dortigen Eisenh{\"u}ttenwerkes (Mitte 16. bis 19. Jahrhundert)}, address = {Cottbus}, issn = {2196-4122}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41443}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2017}, abstract = {Die arch{\"a}ologische Erschließung von bislang {\"u}ber 1000 Relikten ehemaliger Holzkohlemeiler im Vorfeld des Braunkohletagebaues J{\"a}nschwalde in der Niederlausitz f{\"u}hrte zu einer umfassenden Untersuchung des {\"o}rtlichen vorindustriellen Kulturlandschaftswandels. In diesem Kontext sollte der Hauptabnehmer der hier produzierten Holzkohle, das Peitzer Eisenh{\"u}ttenwerk, auch aus historiographischer Perspektive eingehender untersucht werden. Ziel der vorliegenden Dissertation ist demnach die Bewertung des Einflusses, den der Betrieb des Werkes auf die Kulturlandschaft im Untersuchungsgebiet aus{\"u}bte. Neben der quellenbasierten Aufarbeitung der Werksgeschichte wurde hierbei vor allem die Organisation der Rohstoffnutzung hinsichtlich Erschließung, Transport und Verbrauch aller f{\"u}r die Eisenproduktion ben{\"o}tigten Ressourcen, wie auch der zugeh{\"o}rigen Abbaugebiete und Forstreviere analysiert. Die angewandte Methodik folgte der g{\"a}ngigen historiographischen Arbeitspraxis der Quellenkritik einschl{\"a}giger archivalischer Dokumente und der Literaturanalyse. Dabei zeigte sich unter anderem, dass der Einfluss des H{\"u}ttenwerkes nicht isoliert vom Geflecht staatlicher Wirtschaftsinteressen betrachtet werden kann, sondern nur ein in zeitlicher Perspektive ver{\"a}nderlich gewichteter Aspekt in den Erw{\"a}gungen zur wirtschaftlichen Inwertsetzung der Landschaft darstellte. Die durch {\"a}ußere und innere Faktoren eingeschr{\"a}nkte Eisenproduktion, die sich nahezu durch die gesamte Betriebszeit des H{\"u}ttenwerkes zog sowie die gleichzeitige stetig angestiegene Konkurrenz in- und ausl{\"a}ndischer Eisenproduzenten f{\"u}hrte im Laufe des 18. Jahrhunderts zu einem zunehmenden Bedeutungsverlust des Werkes innerhalb der wirtschaftlichen Erw{\"a}gungen Preußens. In gleichem Maße nahm die potentielle Einflussnahme des Werkes auf die Kulturlandschaft ab, da auch der Zugriff auf das Holz immer st{\"a}rker reglementiert wurde. Dennoch stellte das Peitzer Eisenh{\"u}ttenwerk ein Symbol f{\"u}r den vorindustriellen Wandel einer Kulturlandschaft dar, die vornehmlich mit der industriellen Braunkohlef{\"o}rderung in Verbindung gebracht wird.}, subject = {Umweltgeschichte; Eisenerzeugung; K{\"o}hlerei; Holz; Rohstoffverbrauch; Peitz ironwork; Charcoal production; Preindustrial resource management; Environmental history; History of technology; Eisenherstellung; H{\"u}ttenwerk; K{\"o}hlerei; Rohstoffverbrauch; Kulturlandschaft; Niederlausitz; Peitz; Geschichte <1554-1879>}, language = {de} } @phdthesis{Knoop2018, author = {Knoop, Christine}, title = {Anaerobic treatment of municipal organic waste from separate collection : digestate properties and substance flows during two-stage digestion and subsequent aerobic treatment}, address = {Cottbus}, issn = {2196-4122}, doi = {10.26127/BTUOpen-4820}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-48209}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2018}, abstract = {The provision of nutrients and organic matter to arable soils is critical to facilitate an intensive agriculture and secure long-term soil functionality. Municipal organic waste (MOW) is rich in nutrients and organic matter and its recycling onto agricultural lands presents a promising alternative to conventional fertilizers. In comparison to common aerobic treatment, the application of the biogas technology enables the recovery of both energy and soil amendments. The introduction of a mandatory separate collection in Germany in 2015 reflects the political will to increase MOW recovery rates and facilitates its utilization as feedstock in biogas plants. However, MOW is a challenging feedstock as its composition varies and it is often contaminated with impurities such as plastics and metals. The two-stage anaerobic digestion process with dry fermentation is very robust and offers possibilities for process control so that no extensive MOW pretreatment is required. To close nutrient circles, remaining digestates shall be processed to soil amendments, which can be redistributed to arable land. However, less is known about digestate properties from two-stage digestion of MOW and how they are influenced during the treatment process. Furthermore, only scarce information on nutrient recovery rates and the accumulation of elements during processing is available. Therefore, this thesis investigates the development of digestate properties during anaerobic and subsequent aerobic treatment at laboratory and semi-industrial scale. During a first experiment, changes in nutrient and heavy metal concentration in the solid digestate were monitored during anaerobic treatment of MOW in a two-stage laboratory biogas plant. A second investigation related amendment properties of MOW digestate of one origin to different post-treatment procedures. The impact of drying, composting and sieving on final digestate properties and specifically nutrient availability and heavy metal and carbon elution was evaluated. A third experimental approach investigated total material and substance flows during treatment of source-separated MOW in a semi-industrial scale two-stage biogas plant and subsequent digestate composting including impurities removal.}, subject = {Biowaste; Organischer Abfall; Verg{\"a}rung; G{\"a}rrest; Nutrients; Heavy metals; Digestion; Composting; Biotonne; N{\"a}hrstoffe; Schwermetalle; G{\"a}rreste; Kompostierung}, language = {en} } @phdthesis{Byizigiro2016, author = {Byizigiro, Rutazuyaza Vaillant}, title = {Geomorphic processes associated with Small-Scale Opencast Mining and mitigation measures: case study of the Gatumba Mining District in the Western Highlands of Rwanda}, publisher = {BTU Cottbus-Senftenberg}, address = {Cottbus}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36772}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2016}, abstract = {This thesis deals with geomorphic processes associated with Small-Scale Opencast Mining (SSOM) in the Gatumba sector of the Western Highlands of Rwanda. In this area tin and tantalum mining was carried out for decades, and it has brought about increase in the wealth and standard of living of the people. Though a lot has been done and achieved in soil erosion research, and despite the enormous wealth coming from mining in Rwanda and Gatumba sector in particular, the negative environmental impacts resulting from mining activities were overlooked by miners and stakeholders and are scarcely addressed in the research yet. This trend was bound to last since there were no valid guidelines for assessing impacts and reclamation of mine sites for the operators in the sector. It was recently, in 2007, that restoration of mining areas has received great attention from the Rwanda Geology and Mine Authority. The objective of the research was to assess and to increase the understanding of geomorphic impact produced by SSOM. In this regards, the following aspects which indicate the types and spatial distribution of geomorphic processes were measured: (i) investigate the landforms typical of SSOM, (ii) map the watershed morphometry of the study area, (iii) analyse the most relevant properties of soils in term of geomorphology, and (iv) to assess the soil loss potential in the study area. Primary and secondary data were collected from Government agencies and personal observations. Desk study to review papers and relevant literatures, field observation and experiments, laboratory analyses, mapping and modelling using RUSLE were combined together to develop a practical and integrated methodological approach to effect and realize the objectives. The argument guiding this analytical approach is that physical processes produced by mining cannot be assessed through a single method. The first step mainly concentrated on defining mining sites suitable for assessing geomorphic processes. Within the two studied mines, namely Ruhanga and Gatare, different plots were identified based on the post-mining land uses, to investigate the level of soil and landscape degradation by comparing them with that of control sites located outside of mining influence. Modelling using RUSLE in GIS interface enabled to quantify soil loss potential within the mines and the watershed. Results indicate that the direct processes associated with opencast mining commonly involve pitting and trenching. Indirect and less conspicuous processes emerge as a long-term consequence of mining. They include depletion of organic matter, compaction or loosening of soil particles in mine sites mostly reflected by low content in organic matter, low rating in soil stable aggregates, and often high soil bulk densities which are variably distributed within the mine sites. This could explain the restriction or lowering, or the rapid infiltration of water into the soil during field experiments, as a consequence probably of the sealing of soil pores or the formation of fissures around mine shafts, from which slides or slumps occur. In average, soil organic matter comprises between 1 and 2.5 \% on control sites and ex-mine cultivated sites. organic matter content of soils on reclamation sites was in the same ranges with that of control and ex-mine cultivated sites, but could reach 4,8 \% in topsoil of some sample locations. The ex-mine self-recovering sites present much lower organic matter content which doesn't exceed 2 \% in general. The soil aggregation rating of the area is from very low (8\%) to low (≤13.5 \%). In general, the bulk density ranges between 1.29 to 1.56 g cm-3, and locally can attain 1.76 g cm-3. As a consequence, the total porosity changes locally. Application of correlation and multiple regression models showed a strong influence of soil organic matter on the bulk density. Infiltration tests performed on different experimental sites showed differences of rates in water intake rates as in infiltration curves as well. Infiltration rates are variably distributed over the mines. They range from very slow (3.8 mmhr-1) to rapid (111.18 mm hr-1). Atterberg Limits analyses showed that soils of Gatumba Mining District do not possess extreme properties and they are suitable for engineering purposes. The liquid limit ranges between 51 \% and 26 \%, whereas the plastic limit is comprised between 22 \% and 18 \%. The highest plastic index (PI) determined was 29 \% and the later soil had a plastic index of 6 \%. The average soil loss in the Gatumba watershed is 27.45 t ha-1 yr-1 with a standard deviation of 0.891. More than 65\% of land are prone to high rates of soil loss (exceeding 10 t ha-1 yr-1), and an increasing soil erosion follows increasing slope and land use patterns. The maxima of soil erosion rates are found in Upper Kibilira, Kirombozi and Gisuma catchments respectively. Based on different scenarios applied to quantify soil erosion rates, we found that more the organic matter content from 0. 5\%, 2\% and >2\%) is increased with better support practice (from contour, strip and terrace), more the soil erosion potentials are decreased linearly, in the order of 18.8 to 17.8 t ha-1 yr-1 from 2\% to >2 \% of organic matter content respectively. To make SSOM more environmentally sustainable, there is a need of developing integrated practices and cross-cutting approaches that reduce the environmental impact of mining operations, and leave mine sites in an acceptable state for reuse by people or systems. Practices such as isolation of soil and earth material, stabilization of slopes and amendments of sites to be restored should be highly considered in the process of rehabilitation of affected sites.}, subject = {Small-scale opencast mining; Geomorphology; Processes; Landforms; Mitigation strategies; Geomorphologie; Prozesse; Landformen; Schadensminderungsmaßnahmen; Kleinr{\"a}umige Tagebaue; Zinn; Tantal; Tagebau; Geomorphologie; Landschaftsentwicklung; Schadensmindernde Maßnahme; Ruanda}, language = {en} } @phdthesis{Wonschik2017, author = {Wonschik, Claus-Robert}, title = {Mikrobielle Carbonisierung - Untersuchung und Bewertung von Verfahren und Produkt}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-41607}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2017}, abstract = {Die im Rahmen dieser Arbeit durchgef{\"u}hrten Untersuchungen sollten zeigen, ob das Verfahren der Mikrobiellen Carbonisierung ein alternatives Behandlungsverfahren zur Anhebung der Kohlenstoff- und N{\"a}hrstoffgehalte von Kompost ist und sich Emissionen einsparen lassen. Hierzu wurde das Verfahren der Mikrobiellen Carbonisierung einer offenen Kompostierung in verschiedenen Versuchsreihen gegen{\"u}bergestellt, in denen neben Prozessbedingungen auch die Substrateigenschaften untersucht wurden. Die Untersuchungen zeigen, dass die Endsubstrate der Mikrobiellen Carbonisierung eine hohe Kohlenstoffeffizienz aufweisen. Die h{\"o}heren Kohlenstoffgehalte der MC-Komposte im Vergleich zu konventionellen Komposten gehen mit einem h{\"o}heren Wasserhalteverm{\"o}gen einher, das insbesondere in niederschlagsarmen Regionen bei der Kompostanwendung vorteilhaft sein kann. In Bezug zu den {\"u}brigen N{\"a}hrstoffen, konnten keine signifikant h{\"o}heren Konzentrationen in den MC-Komposten im Vergleich zu den konventionell erzeugten Komposten festgestellt werden. Dar{\"u}ber hinaus sollte im Rahmen der Arbeit die Frage beantwortet werden, ob mikrobiell karbonisierte Komposte g{\"u}tegesichert sind und einen Beitrag zur Steigerung von Ertr{\"a}gen leisten k{\"o}nnen. Die Untersuchungen zeigen, dass die Schwermetallgrenzwerte insbesondere bei den MC-Komposten sowohl die Bioabfallverordnung, als auch die D{\"u}ngemittel-verordnung nahezu immer einhalten. Hinsichtlich der Seuchen- und Phytohygiene sind die MC-Substrate nach einer achtw{\"o}chigen Behandlung als unbedenklich anzusehen und halten die Vorgaben der Bioabfallverordnung bez{\"u}glich der Pr{\"u}fkriterien und Indikatororganismen ein. Pr{\"a}ventiv wird jedoch eine zw{\"o}lfw{\"o}chige Behandlung empfohlen, da die physikalischen Hygienisierungsfaktoren der Bioabfallverordnung, im speziellen die Temperaturf{\"u}hrung, nicht eingehalten werden. Dies ist im Wesentlichen auf die mesophilen Prozessbedingungen bei der Mikrobiellen Carbonisierung zur{\"u}ckzuf{\"u}hren. Durch eine Sondergenehmigung des Verfahrens ist jedoch eine Marktf{\"a}higkeit gegeben. Die durchgef{\"u}hrten Versuchsreihen zeigen {\"u}berdies, dass die Emissionen bei der Mikrobiellen Carbonisierung im Vergleich zur offenen Kompostierung signifikant geringer sind. Dies kann auf den geringeren Mineralisierungsgrad der MC-Komposte zur{\"u}ckgef{\"u}hrt werden, da bei der Mikrobiellen Carbonisierung im Gegensatz zur Kompostierung keine aktive Bel{\"u}ftung oder mechanische Umsetzung der Substrate stattfindet. Des Weiteren ist der technische und apparative Aufwand bei der Mikrobiellen Carbonisierung geringer als bei der offenen Kompostierung. Dies f{\"u}hrt dazu, dass die Mikrobielle Carbonisierung in {\"o}konomischen Aspekten anderen am Markt verf{\"u}gbaren Technologien {\"u}berlegen ist.}, subject = {Mikrobielle Carbonisierung; Biologische Abfallbehandlung; Organische Abf{\"a}lle; Bodenverbesserung; Biologische Verfahrenstechnik; Humusreproduktion; Organischer D{\"u}nger; Microbial carbonation; Biological digestion; Organic waste; Soil improvement; Biotechnology; Humus reproduction; Organic fertilizer; Biologische Abfallbehandlung; Organisches D{\"u}ngemittel; Bioverfahrenstechnik; Humuswirtschaft; Organischer Abfall}, language = {de} } @phdthesis{Nicolay2017, author = {Nicolay, Alexander}, title = {Untersuchungen zur (pr{\"a}-)historischen Relief-, Boden- und Landschaftsentwicklung im s{\"u}dlichen Brandenburg (Niederlausitz)}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-44334}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2017}, abstract = {Ausgangspunkt f{\"u}r die vorliegende Arbeit war die Annahme, dass die arch{\"a}ologisch dokumentierte historische und moderne Holzkohleproduktion (17. bis 19. Jhd.) im Gebiet der Niederlausitzer Braunkohlentagebaue (S{\"u}dbrandenburg) {\"a}olische Dynamik i.S. einer Umweltverw{\"u}stung ausl{\"o}ste. Hauptgegenstand der Untersuchungen waren nat{\"u}rliche sowie nutzungsbedingte Ver{\"a}nderungen des Reliefs und des Bodens im Bereich von Kleint{\"a}lern, D{\"u}nen- und Flugsandfeldern. Die vorliegende Arbeit setzt sich mit den kausalen Zusammenh{\"a}ngen zwischen Landschaftsentwicklung (Relief-, Substrat- und Pedogenese) und (pr{\"a}-)historischer Landnutzung, insbesondere im Hinblick auf die Rekonstruktion geomorphologischer Teilaktivit{\"a}ts- bzw. -stabilit{\"a}tsphasen auseinander. Sie kn{\"u}pft damit an eine Reihe j{\"u}ngerer Arbeiten zur postglazialen Landschaftsentwicklung in Ost- und Nordostdeutschland an. Zur r{\"a}umlichen und zeitlichen Abgrenzung und zur Charakterisierung der {\"a}olischen Dynamik sowie der pedogenen Entwicklung wurden mittels sedimentologisch-bodenkundlicher Methoden pedostratigraphische Detailuntersuchungen an arch{\"a}ologischen Sondagen und begrabenen Bodenprofilen durchgef{\"u}hrt. Die chronologische Einordnung der Befunde in den Kontext der Kultur- und Siedlungsgeschichte erfolgte Anhand 29 optisch stimulierter Lumineszenz-Datierungen (OSL) an {\"a}olischen und fluvialen Sedimenten sowie anhand 27 14C-Datierungen an begrabenen B{\"o}den. Arch{\"a}ologische Befunde sowie historische Karten wurden in die Betrachtung einbezogen und trugen wesentlich zur Rekonstruktion der Landschaftsgeschichte bei. Im Ergebnis der Untersuchungen wurden neun Phasen morphologischer Teilaktivit{\"a}t bzw. -stabilit{\"a}t identifiziert. Phasen {\"a}olischer Aktivit{\"a}t wurden f{\"u}r die j{\"u}ngere Dryas, das durch Menschen wenig beeinflusste Pr{\"a}boreal/Boreal sowie mehrheitlich f{\"u}r das {\"a}ltere Holoz{\"a}n nachgewiesen. {\"A}olische Umlagerungsprozesse und Bodenbildungen konnten zudem mit germanischen und mittelalterlichen sowie erstmals mit modernen Siedlungs- und Landnutzungsphasen korreliert werden. Die {\"a}olische Umlagerung konzentriert sich dabei vor allem auf siedlungsnahe Randbereiche. Siedlungsferne Bereiche sind aufgrund ihrer Marginalit{\"a}t bzw. ihrer anhaltend forstlichen Nutzung dagegen unbeeinflusst. Phasen morphologischer Stabilit{\"a}t sind durch Bodenbildungen sowie Nachweise ehemaliger ackerbaulicher Nutzung charakterisiert. Als maßgebliche pedogenetische Prozesse wurden die f{\"u}r Mitteleuropa typische Verbraunung/Verlehmung und Podsolierung identifiziert. Die Podsolierung der Braunerden fand den Ergebnissen zufolge fr{\"u}hestens in der Bronzezeit statt. Die j{\"u}ngste Phase wurde auf ca. 250 Jahre alten {\"a}olischen Sedimenten nachgewiesen. Die vorliegenden Ergebnisse bekr{\"a}ftigen die bislang vorliegenden Ergebnisse {\"u}berregionaler Forschungen zur Thematik, tragen aufgrund ihrer Regionalit{\"a}t und Interdisziplinarit{\"a}t jedoch wesentlich zum Verst{\"a}ndnis der Kultur- und Landschaftsentwicklung in der Niederlausitz bei.}, subject = {{\"A}olische Dynamik; Bodenentwicklung; Bodenerosion; Landschaftsentwicklung; Geoarch{\"a}ologie; Drift sand; Soil formation; Soil erosion; Landscape development; Geoarchaeology; Bodenentwicklung; Bodenerosion; Geoarch{\"a}ologie; Landschaftsentwicklung}, language = {de} } @phdthesis{Damptey2023, author = {Damptey, Frederick Gyasi}, title = {Effects of forest restoration on ecosystem attributes in a post-mining area in Ghana}, doi = {10.26127/BTUOpen-6258}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-62580}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2023}, abstract = {Approaches to restore post-mining areas should provide sustainable solutions for recovering biodiversity and ecosystem services in regions experiencing massive deforestation. Key components that are impacted by surface mining activities and that restoration intervention should therefore target are biodiversity attributes and ecosystem service provisioning. The consequences of restoration decisions in post-mining areas in the Afrotropical region (here Ghana) remain understudied. To this end, l assessed levels of soil properties, biodiversity and ecosystem service in a post-mining area after two decades of active forest restoration by comparing them to attributes of the surrounding dominant land-use types. l hypothesized that (i) the interventions applied to restore and manage a post-mining area improve ecosystem attributes beyond conditions observed in the alternative dominant land-use types and even reaching levels comparable to reference forest (Chapter III), (ii) soil conditions and the functional structure of tree communities drive ecosystem functions and multifunctionality, with highest multifunctionality levels in the restored and natural forests (Chapter IV), (iii) the structure of tree communities coupled with pronounced climatic seasonality support a higher number of arthropods and arthropod functional groups particularly in the wet season and in structurally heterogeneous land-use types (Chapter V), and (iv) active forest restoration enhances the levels of ecosystem service provision similar to the reference forest with possible trade-offs or synergies among individual ecosystem services across forest types (Chapter VI). Chapter I provides an introduction to deforestation, and further highlights global and national initiatives, including active forest restoration, to reverse or minimize the impacts of tropical deforestation. Chapter II details the methodological approaches applied for sampling. Chapter III focussed on soil properties in addition to below and above-ground biomass of trees. The characteristic soil attributes for the restored forest were not significantly different from those in the reference forest, except for bulk density and base saturation, but differed significantly from attributes in all other land-use types. Chapter IV focussed on how the functional structure of tree communities affects the provision of ecosystem services. For functional composition, both the leaf economic spectrum and the seed mass dimensions separated different land-use types. Chapter V addresses the research question on how post-mining restoration affects arthropod communities. Communities of ground-active arthropods differed significantly between land-use types depending on the season. By quantifying the various ecosystem attributes in the field and transforming them into ecosystem service proxies, l could primarily identify synergies with no apparent trade-off between ecosystem services across the forest land-use types (Chapter VI).}, subject = {Arthropods; Biodiversity; Ecosystem services; Ghana; Post-mining restoration; Gliederf{\"u}ßer; Biodiversit{\"a}t; {\"O}kosysteme; Ghana; Rekultivierung; Physikochemische Bodeneigenschaft; Biodiversit{\"a}t; {\"O}kosystemdienstleistung}, language = {en} } @phdthesis{Kolzau2017, author = {Kolzau, Sebastian}, title = {Phytoplankton nitrogen and phosphorus limitation and the N₂-fixation potential of Nostocales at varying nitrogen supplies and light intensities in lakes}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-42886}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2017}, abstract = {In order to lower the phytoplankton biomass in lakes it is theoretically most effective to reduce the nutrient that is actually limiting. However, it is widely assumed that the abundance and N₂-fixation rate of N₂-fixing cyanobacteria (Nostocales) would increase in response to reduced N loading, and thereby render efforts to improve water quality by N reduction ineffective. Nostocales N₂-fixation has a huge energy demand and consequently the light intensity may affect the response of Nostocales biovolume and N₂-fixation to varying N additions. This led to the following aims, for which three different sets of experiments were conducted. (i) Determination of the seasonal dynamic of N- and P-limitation for four lakes of differing lake types in the German lowlands and testing the power of four N:P ratios to predict the limiting nutrient: Biweekly experiments were performed in 4 lakes differing in lake. For the shallow lakes there was a trend from P limitation in spring to N or light limitation in summer and autumn, while the deep lake remained predominantly P limited. The ability of in-lake N:P ratios to predict the relative strength of N vs. P limitation was tested using linear regression. All four N:P ratios had significant positive relationships with the response ratio to N and P additions, but the TN:TP and DIN:TP ratios performed best. Nitrogen limitation was predictable, frequent and persistent, suggesting that nitrogen reduction could play a role in water quality management. (ii) Determination of the response of Nostocales biovolume and N₂-fixation to varying N additions: To achieve this, an experiment with water from an N limited lake (LAN) was conducted. While the Nostocales biovolume did not respond to varying N additions, the N₂-fixation increased in low N microcosms. To quantify the extent to which Nostocales compensated for the varying N addition rate, we calculated a compensation rate (CR). By the end of the experiment a CR of 36 \% was reached. However, at biovolumes typical for summer in LAN the CR would be much lower. Therefore, in shallow polymictic lakes like LAN, reduced N loading may lower both in-lake N concentrations and biovolumes of non-fixing phytoplankton without significantly impacting Nostocales biovolume. (iii) Determination of the effect of the light intensity on the response of Nostocales biovolume and N₂-fixation to varying N additions: To accomplish this aim another microcosm experiment with water from LAN was conducted. While at low and intermediate light intensities the reduction of N addition had no effect on Nostocales biovolume, at high light intensities it led to an increase. The N₂-fixation increased at all light intensities when N addition got reduced. This positive response to a reduction in N addition increased with light, showing that Nostocales may take advantage of being able to fix N₂ mainly at high light intensities.}, subject = {N₂-fixation; Nostocales; Nitrogen limitation; Lake; Stickstofffixierung; Nostocales; Stickstofflimitation; See; Nostocales; See; Stickstofffixierung}, language = {en} }