The flux of N2O from soil can be due to nitrification or denitrification. Since aerobic and anaerobic microsites can develop within the same soil aggregate, nitrification and denitrification could be occurring at the same time. The contribution of nitrification and denitrification to the flux of N2O can be studied by differentially 15N-labelling the NO3− and NH4+ pools in soils. By periodically measuring and comparing the enrichments of the N2O, NH4+ and NO3− pools, the relative importance of the two processes can be quantified. The conclusions are based on calculations which assume that the 15N atom fractions of the nitrification and denitrification pools remain uniform throughout the incubation. The initial uniformity of the denitrification pool was tested by adding a nitrification-inhibitor, C2H2, at time zero and examining the 15N-distribution of the accumulated N2O at subsequent times. If the 15N distribution in the N2O is random it originated from one source, but ifthe 15N distribution is non-random the N2O originated from two or more sources. Two soil incubation experiments were conducted. In the first experiment fresh sieved soil was incubated over 10 days at 40, 50 and 60% moisture content with (NH2)2CO (70 μmol N g−1) and KNO3 (14 μmol N g−1) differentially labelled at 10 atom% excess 15N. The headspace was sampled daily for N2O before being refreshed with normal air. Every second day the sizes and enrichments of the NH4+ and NO3− pools were determined by destructive sampling. In the second experiment the assumption that the method of addition of label created only one denitrifying pool was tested by blocking nitrification with C2H2 (10 kPa). Fresh soil was incubated for three incubation times (6, 12 and 24 h) with differentially-labelled NH4NO3 (1.46 μmol N g−1) enriched to 20 atom% excess 15N, with glucose (42 and 83 μmol C g−1) to promote denitrification. In the first experiment the enrichment of the N2O did not match either the enrichment of the NH4+ or NO3− pools, showing that N2O was being produced by nitrification and denitrification. Quantification of the fractional contributions of nitrification and denitrification showed that denitrification was the dominant process in the first 2 days, but then nitrification became the dominant process for the rest of the incubation. More N2O was produced at 50 and 60% moisture than at 40% moisture, but the relative contributions of the two processes were the same at all moisture contents. Nitrification was responsible for 70% of the N2O flux. In the second experiment examination of the isotopic composition of the N2O showed that the 15N atoms were randomly distributed throughout the molecules. The N2O therefore orginated from one denitrifying pool, confirming that our method of addition of label initially created one NO3− pool for denitrification. There seems to be no feasible way at present to test the uniformity of the nitrification pool.

There are numerous methods for measuring inorganic, dissolved organic, and microbial N in soils, although many of these are complex or require expensive equipment. We have modified methods for the measurement of NH 4 + , NO 3 − , total dissolved N (TDN), and soil microbial biomass N (SMBN) in soils. The methods are based on a microtiter plate format and are rapid and simple to perform. Ammonium is quantified by a colorimetric method based on the Berthelot reaction. Total dissolved N and SMBN (by CH 3 Cl fumigation‐extraction) are quantified as NO 3 − after alkaline persulfate oxidation. Nitrate is estimated directly or after persulfate oxidation by reduction of NO 3 − to NO 2 − by VCl 3 and subsequent colorimetric determination of NO 2 − by acidic Griess reaction. The new suite of methods was compared with conventional methods such as high‐performance anion‐exchange chromatography for NO 3 − and high‐temperature catalytic oxidation for TDN. Our methods produced comparable detection limits, linearities, and precisions compared with the conventional methods. Limits of quantification were 7 μg NH 4 + –N L −1 , 55 μg NO 3 − –N L −1 , and 0.275 mg TDN L −1 The accuracy of the proposed methods was excellent, with recoveries of added NH 4 + , NO 3 − , and glycine ranging between 96 and 99%. Linearities of the respective calibrations were high ( R 2 > 0.99), and precisions for NH 4 + (CV = 2.1%), NO 3 − (CV = 3.5%), and TDN (CV = 3.9%) were comparable to the reference methods. The simplicity, rapidity, and low cost of the proposed methods therefore allow an expansion of the scope and range of N cycle studies where sophisticated instrumentation is not available.

Biochar production and subsequent soil incorporation could provide carbon farming solutions to global climate change and escalating food demand. There is evidence that biochar amendment causes fundamental changes in soil nutrient cycles, often resulting in marked increases in crop production, particularly in acidic and in infertile soils with low soil organic matter contents, although comparable outcomes in temperate soils are variable. We offer insight into the mechanisms underlying these findings by focusing attention on the soil nitrogen (N) cycle, specifically on hitherto unmeasured processes of organic N cycling in arable soils. We here investigated the impacts of biochar addition on soil organic and inorganic N pools and on gross transformation rates of both pools in a biochar field trial on arable land (Chernozem) in Traismauer, Lower Austria. We found that biochar increased total soil organic carbon but decreased the extractable organic C pool and soil nitrate. While gross rates of organic N transformation processes were reduced by 50-80%, gross N mineralization of organic N was not affected. In contrast, biochar promoted soil ammonia-oxidizer populations (bacterial and archaeal nitrifiers) and accelerated gross nitrification rates more than two-fold. Our findings indicate a de-coupling of the soil organic and inorganic N cycles, with a build-up of organic N, and deceleration of inorganic N release from this pool. The results therefore suggest that addition of inorganic fertilizer-N in combination with biochar could compensate for the reduction in organic N mineralization, with plants and microbes drawing on fertilizer-N for growth, in turn fuelling the belowground build-up of organic N. We conclude that combined addition of biochar with fertilizer-N may increase soil organic N in turn enhancing soil carbon sequestration and thereby could play a fundamental role in future soil management strategies.

Invasive species pose a major threat to forest biodiversity, particularly on islands, such as the Galapagos. Here, invasive plants are threatening the remnants of the unique cloud forest and its iconic Darwin's finches. We posit that food web disturbances caused by invasive Rubus niveus (blackberry), but also the management measures used to control it, could contribute to the rapid decline of the insectivourous warbler finch ( Certhidae olivacea ). We compared changes in long-term management, short-term management and unmanaged areas. We measured C:N ratios, δ15N-nitrogen and δ13C-carbon signatures in bird blood and arthropods, as indicators of resource use change, in addition to mass abundance and diversity of arthropods. We reconstructed the bird's diets using isotope mixing models. The results revealed that finches in ( Rubus-invaded ) unmanaged areas foraged on abundant yet low quality arthropods and had shorter tarsi. Is this the first evidence of hidden hunger in degraded terrestrial ecosystems in Galapagos?

Zusammenfassung Die meisten Flüsse der Erde sind durch interagierende soziale und natürliche Prozesse geformt und verändert worden. Als industrialisierte Flusslandschaften (Industrialized Riverine Landscapes – IRL) sind sie Teil unserer kritischen Infrastruktur geworden, entscheidend für den Nexus Wasser-Energie-Nahrung, aber auch geprägt durch Extremereignisse und anfällig für den Biodiversitätsverlust im Zuge des globalen Wandels. Diese Situation stellt das Management von Flusslandschaften vor große Herausforderungen und erfordert dringend einen interdisziplinären Ansatz, der Natur‑, Sozial- und Ingenieurwissenschaften integriert, um die Ursachen und den Verlauf des Wandels von Flusssystemen zu analysieren und zu Lösungsansätzen beizutragen. Das FWF-Doktoratsprogramm IRL baut auf der Doktoratsschule „HR21 – Human Rivers Systems in the 21st century“ (hr21.boku.ac.at) an der BOKU Wien auf und erforscht Flusslandschaften als gekoppelte sozio-ökohydrologische Systeme (SEHS). Im Rahmen von Promotionsprojekten werden die Ursachen des Wandels und der Wandel selbst analysiert und mögliche Zukunftsszenarien dargestellt. Die Erforschung von Flüssen als SEHS bringt neue Einsichten in die Koevolution von Natur und Gesellschaft als Wissensgrundlage in eine nachhaltigere Zukunft. Die Doktoratsschule ist in vier Forschungscluster gegliedert, die sich an wesentlichen Systemgrößen der aktuellen Fluss- und Nachhaltigkeitswissenschaft orientieren: (1) Konnektivität, (2) Governance und Planung, (3) Metabolismus und (4) Vulnerabilität. Die DoktorandInnen forschen gemeinsam mit Teams aus BOKU-WissenschaftlerInnen und internationalen KooperationspartnerInnen mit dem Ziel, ein umfassendes Verständnis der Kopplung von natürlichen mit sozialen Systemen zu erhalten. Drei Forschungsfelder, die gleichzeitig drängende Probleme in Flusslandschaften und für die Gesellschaft darstellen, bilden den thematischen Schwerpunkt der fünfzehn neuen Doktoratsprojekte: (1) Extremereignisse, (2) Infrastruktur und Urbanisierung und (3) der Nexus Wasser-Energie-Nahrung.