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Die Kulturlandschaft im Alpenraum war in den letzten Jahrzehnten einem besonders starken Strukturwandel ausgesetzt. Als Region mit einem hohen Anteil an Grenzertragsstandorten lassen sich hier zwei gegenläufige Entwicklungen feststellen: zum einen findet eine Intensivierung der Landnutzung in Bereichen mit guter Zugänglichkeit und maschineller Nutzbarkeit statt, zum anderen kommt es häufig zu einem Rückgang der Nutzungsintensität oder Nutzungsaufgabe in Bereichen, in denen die landwirtschaftliche Bearbeitung schwierig ist. Die Auswirkungen auf die Biodiversität werden bei beiden Entwicklungen kritisch gesehen. Allerdings mangelt es an detaillierten Untersuchungen. Im Rahmen eines sechsjährigen Forschungsvorhabens wurden auf einer Weidefläche in den Allgäuer Alpen Laufkäfer, Spinnen und Vegetation untersucht. Auf der Fläche fand zu Beginn der Untersuchung eine Nutzungsänderung statt: ein großer Teil der vormals intensiv von Schafen beweideten Fläche wurde auf extensive Rinderbeweidung umgestellt. Kleine Teilflächen wurden aus der Nutzung genommen. Der Fokus dieser Dissertation liegt in den Untersuchungen der Laufkäfer. Hier wurde zunächst ein Erfassungsschema für Laufkäfer in schwer erreichbaren Gebieten der Alpen erarbeitet, um intensive und mehrjährige Untersuchungen logistisch durchführen zu können. Dabei wurden die Ergebnisse der Laufkäfererfassung über die gesamte Vegetationsperiode mit den Ergebnissen einer reduzierten Erhebung verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass eine Beprobung über jeweils zwei Wochen Anfang Juni und Anfang Juli den gesamten Datensatz hinreichend repräsentiert. Des Weiteren wurde untersucht, ob die Vegetation als Surrogat für die beiden untersuchten Arthropodengruppen (Spinnentiere und Laufkäfer) dienen kann, d.h. die Ergebnisse der Vegetation auf die anderen Artengruppen übertragbar ist. Dies wurde sowohl auf Ebene der Artzusammensetzung als auch des Artenreichtums für die drei Taxa geprüft. Zudem wurde überprüft, ob die unter vegetationskundlichen Aspekten abgegrenzten geschützten Lebensraumtypen auch besonders wertvolle Habitate für die Arthropodengruppen darstellen. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass eine ausreichende Kongruenz nicht gegeben und damit die Übertragbarkeit von Ergebnissen bei der Vegetation auf die untersuchten Arthropodengruppen in den Gebirgslebensräumen nicht gewährleistet ist. Dies hat eine hohe praktische Relevanz, da im Rahmen von Managementplanungen für die FFH-Richtlinie als auch bei der Bayerischen Alpenbiotopkartierung überwiegend ein starker Fokus auf vegetationskundlichen Aspekten liegt und insbesondere artenreiche Arthropodengruppen meist nicht betrachtet werden. Abschließend wurde mittels gemischter Modelle (mixed effects models) untersucht, welche Veränderungen bei den Laufkäfern nach der Nutzungsänderung im Untersuchungsgebiet auftraten. Sämtliche errechneten Modelle zeigten Veränderungen der abhängigen Variablen über die Zeit: nach Aufgabe der intensiven Schafbeweidung nahmen die Arten- und Individuenzahlen sowie die Biomasse an Laufkäfern zu. Die Tiere wurden durchschnittlich größer und es traten mehr herbivore Laufkäfer auf. Auch konnten unterschiedliche Entwicklungen zwischen den Standorten beobachtet werden. Die beobachteten Veränderungen werden im Artikel detailliert diskutiert. Die meisten Veränderungen, insbesondere die Zunahme der Artenzahlen sowie der durchschnittlichen Körpergröße, deuten auf eine Erholung der Laufkäferfauna von der intensiven Schafbeweidung hin. Die Nutzungsumstellung und die aktuell praktizierte extensive Rinderbeweidung werden im Gebiet naturschutzfachlich positiv bewertet. Die Arbeit liefert eine gute Vorlage und fundierte Begründung, gerade auch im Alpenraum verstärkt Laufkäfer bei der Beantwortung naturschutzfachlicher Fragestellungen einzubinden.
Süßwasserökosysteme stellen für menschliche Gesellschaften verschiedene Ökosystemdienstleistungen wie zum Beispiel Trinkwasser oder Fischressourcen bereit. In der modernen Landwirtschaft kommen große Mengen von Agrochemikalien zum Einsatz, die in die Fließgewässer gelangen und dort zur Schädigung des Ökosystems führen können. Die vorliegende Arbeit trägt wichtige Erkenntnisse zur Abschätzung von Exposition und Effekten bei, die aus dem Eintrag von Pestiziden in Fließgewässerökosysteme resultieren können. Dabei wird eine der umfangreichsten Feldstudien zu den Auswirkungen der Pestizidbelastung in kleinen landwirtschaftlichen Fließgewässern vorgestellt. Die Feldstudie wurde an 29 Bächen in zwei Gebieten Finnlands und Frankreichs durchgeführt und umfaßte die Aufnahme der Zusammensetzung der Invertebratengemeinschaften und eines wichtigen Ökosystemprozesses, dem Blattabbau. Des Weiteren wurde ein Pestizidmonitoring für Verbindungen durchgeführt, die nach den Ergebnissen behördlicher Untersuchungen in ökotoxikologisch relevanten Konzentrationen in den Gewässern vorkommen. Nach der Einleitung (Kapitel 1), werden in den Kapiteln 2-4 neue Methoden zur Erfassung der Pestizidbelastung von Fließgewässern vorgestellt und bewertet. Die Ergebnisse aus der Feldstudie zu den Auswirkungen von Pestiziden werden im Kapitel 5 präsentiert. Im 2. Kapitel wird eine neue Methode zur Erfassung von schwebstoffadsorbierten Pestiziden vorgestellt, bei der die Extraktion mit der beschleunigten Lösemittelextraktion (ASE) durchgeführt wurde. Die Methode zeigte gute Ergebnisse bezüglich Exaktheit und Genauigkeit der Wiederfindung bei der Extraktion 10 polarer und semi-polarer Pestizide verschiedener chemischer Klassen. Bei der Anwendung der Methode auf Schwebstoffproben aus den französischen Bächen wurden Konzentrationen gefunden, die auf Invertebraten toxisch wirken könnten. Zusätzlich wurde in dieser Studie die Geeignetheit von deuterierten Standards der Analyten zur Verwendung als interne Standards während der Extraktion, Aufreinigung und Analytik untersucht. Dabei zeigte sich, daß bei deuterierten Standards mit weniger als 10 Deuteriumatomen Unterschiede im Verhalten zur nicht-deuterierten Verbindung auftreten können. Das folgende Kapitel stellt ein Kalibrationsexperiment zur Ermittlung von Sammelraten für den Chemcatcher® Passivsammler mit polarer Empfängerphase vor. Sammelraten für Passivsammler werden benötigt, um nach der Ausbringung in Gewässern zeitlich-gewichtete Durchschnittskonzentrationen (engl. TWA) berechnen zu können. Für den Chemcatcher® bewegten sich die Sammelraten im Bereich von 0.1 bis 0.5 L pro Tag. Das Kalibrationsexperiment ergab zudem, daß der Chemcatcher® ohne diffusionslimitierende Membran für Felduntersuchungen mit bis zu 14 Tagen Expositionszeit geeignet ist. Die ermittelten Sammelraten werden im 4. Kapitel verwendet, um TWAs für die Freilandexposition des Chemcatchers® in den französischen Bächen zu berechnen. Ferner wird die Leistungsfähigkeit des Chemcatchers® mit zwei weiteren Verfahren zur Erfassung von gewässerbezogener Pestizidbelastung verglichen. Dabei zeigte sich, daß die Probenahme der Wasserphase mit dem Chemcatcher® oder einem ereignisbezogenen Wasserprobenehmer bei polaren und semipolaren Pestiziden ein angemesseneres Bild der Belastung liefert als die Probenahme der Schwebstoffphase. Das 5. Kapitel ist den Auswirkungen von Pestiziden gewidmet und präsentiert eine Risikoabschätzung für die Auswirkungen der Pestizideinträge in die französischen und finnischen Gewässer. Zusätzlich werden potentielle Effekte auf den Blattabbau untersucht und die Anwendbarkeit des „Gefährdete Arten“ (SPEcies At Risk - SPEAR) Index für das länderübergreifende Biomonitoring beurteilt. Das Hauptergebnis der Studie ist, daß Pestizide selbst in Konzentrationen, die bisher als unbedeutend angesehen wurden, sowohl die Struktur der Invertebratengemeinschaften verändern als auch den Blattabbau hemmen können. Des Weiteren war der SPEAR Indikator geeignet, Effekte von Pestiziden über verschiedene Regionen hinweg nachzuweisen. Zusammenfassend weist diese Arbeit nach, daß Pestizide einen wichtigen Störfaktor für Fließgewässerökosysteme darstellen können und liefert Methoden zur Expositions- und Effektabschätzung die in zukünftigen Studien Anwendung finden könnten.
Ökologische Nachhaltigkeit in Beherbergungsbetrieben in regionalen Naturparks in der Deutschschweiz
(2014)
Der Konflikt um den Braunkohleabbau im Allgemeinen und den Hambacher Forst im Speziellen ist im Sommer 2018 in Deutschland erneut eskaliert und fand eine immer breitere Wahrnehmung in der Öffentlichkeit. Der Protest im und um den Hambacher Forst steht symbolisch für die Auseinandersetzungen um die deutsche Klimapolitik und damit für die Machtverhältnisse zwischen Staat, Wirtschaft und Zivilgesellschaft. Akteure verschiedener Standpunkte mussten in diesem Konflikt ihre Position begründen. Dies führte zu einer Intensivierung der Diskussion um Legalität, Legitimität, Demokratie und Gerechtigkeit. Die scheinbare Diskrepanz zwischen einer rechtsstaatlichen Demokratie und dem zivilen Ungehorsam als einem möglichen Korrektiv führte zu der hier bearbeiteten Forschungsfrage: Ist der Einsatz von zivilem Ungehorsam am Fallbeispiel "Ende Gelände", Rheinisches Braunkohle Revier, legitim, wenn nicht sogar notwendig, um die Grundprinzipien des demokratischen Staates zu wahren? Als Grundlage für die Beantwortung der Fragestellung soll erörtert werden, ob in der rechtsstaatlichen, sozialen und repräsentativen Demokratie Deutschlands die Protestform des zivilen Ungehorsams legitim sein kann und, sofern dies der Fall ist, unter welchen Umständen diese Legitimität gegeben ist.
The smallholder-dominated landscapes of southwestern Ethiopia support a unique biodiversity with great importance to local livelihoods and high global conservation value. These landscapes, however, are severely threatened by deforestation, forest degradation and the adverse effects of farmland management regimes. These changes have fundamentally altered the structure of the landscapes and threaten their biodiversity and ecosystem services. Managing biodiversity and related services in such rapidly changing landscapes requires a thorough understanding of the effects of land use change and the reliance of local communities on biodiversity. This dissertation examines woody plant biodiversity patterns and services and presents several recommendations regarding biodiversity and multiple ecosystem services in smallholder-dominated landscapes of southwestern Ethiopia. Using a social-ecological systems approach, the author conducted four studies on the complex interactions of local people and woody plant diversity. First, he investigated the effects of human-induced forest degradation on woody plant species. His results suggest that forest biodiversity has been affected by the combined effects of coffee management intensity, landscape context and history at the local and landscape level. Specifically, richness of forest specialist species significantly has decreased with coffee management intensity and in secondary compared to old growth forests, but increased with current distance from forest edge in both primary and secondary forests. These findings highlight the need to maintain undisturbed forest sites to conserve forest biodiversity. Second, the author examined legacy effects of past agricultural land use on woody plant biodiversity. The results show that historical distance seems to be the most important variable affecting woody plant composition and distribution in farmland sections of the landscapes. The author found evidence for immigration credits for generalist and pioneer species but not for extinction debts for forest specialist species which might be rapidly paid off in farmland. The results suggest not only an unrecognized conservation value of old farmland but also a disturbing loss of forest specialist species. To slow this trend, it is necessary to shift to a cultural landscape development approach and to restore forest specialist species in the landscapes. Third, the author evaluated the supply of potential multiple ecosystem services and the relationships between the diversity of woody plant and ecosystem service in the three major land use types, namely forests with and without coffee management and farmland. The results revealed a high multifunctionality of landscapes and showed that ecosystem services significantly increase with woody plant diversity in all types of land use. These findings suggest that the woody plant diversity and multifunctionality in southwestern Ethiopian landscapes has to be maintained. Fourth, the author explored farmers' woody plant use to assess their dependency on and maintenance of woody plants and also considered the influence of property rights and management in this context. He found that local farmers used 95 species for eleven major purposes from all major land uses across the landscapes. He also found that most of the widely used tree species regenerated successfully throughout the landscapes, including in farmland. Local people felt, however, that their property and tree use rights were limited, especially in forests, and that some of the most widely used plant species, including important timber species, appeared to have been overharvested in forests. The results suggest that many species are important for local livelihoods, but a perceived low sense of property rights also seems to adversely affect the management of woody plants, particularly in forests. By focusing on woody plants and their ecosystem services to local people, this dissertation documents a dramatic loss of native forest biodiversity and rapid changes in the cultural landscapes of southwestern Ethiopia. Overall, the findings suggest the need for preservation of intact forest sites and for cultural landscapes development to safeguard biodiversity and multifunctionality of the landscapes in the future. This, in turn, requires holistic and integrated approaches that involve local people and recognize their basic needs of woody plants and their property rights to foster the management of biodiversity and ecosystem services. Maintaining primary forests in and using cultural landscape approaches to the rapidly changing rural setting of southwestern Ethiopia would also contribute to the global effort to halt biodiversity loss.
Die Energiewende steht im Zentrum aktueller gesellschaftlicher Debatten. Die Frage ist: Wie kann die gegenwärtige Klimakrise aufgehalten und gleichzeitig der Energiebedarf gedeckt werden? Einigkeit besteht darüber, dass eine Strategie zur Energiewende die Umstellung auf erneuerbare Energieträger beinhalten muss. Das Problem ist: Zentrale Begriffe wie "erneuerbare Energieträger " sind uneindeutig und deshalb besonders für naturwissenschaftliche Laien missverständlich. Ihnen wird dadurch die gesellschaftliche Teilhabe an der Debatte erschwert. Wie kann der naturwissenschaftliche Unterricht dazu beitragen, die oben benannten Missverständnisse aufzuklären? Er muss die Schüler dabei unterstützen, die naturwissenschaftlichen Schlüsselprinzipien der verschiedenen Energieträger und darauf aufbauend die Energiewende angemessen zu verstehen. Zu diesem Zweck muss der Unterricht entsprechend strukturiert werden. Welche Leitlinien sowohl die Lehrkräfte der Naturwissenschaften als auch die Entwickler der Unterrichtsmaterialien dabei beachten sollten: Das klärt die vorliegende Studie. Hierfür wird das Modell der didaktischen Rekonstruktion als Forschungsrahmen genutzt. Ausgehend von einem gemäßigt konstruktivistischen Lehr-Lernverständnis werden drei Unterfragen beantwortet: (1) Welche vorunterrichtlichen Vorstellungen bringen Schüler in den Unterricht mit? (2) Welche Vorstellungen haben Wissenschaftler? (3) Welche Unterschiede ergeben sich im Vergleich der Vorstellungen? Für die Beantwortung dieser Fragen wurden in der Erhebung problemzentrierte, leitfadengestützte Interviews mit 27 Achtklässlern geführt und Auszüge aus zwei wissenschaftlichen Gutachten ausgewählt. Mit einer qualitativen Inhaltsanalyse konnten in der Auswertung Inhaltsaspekte identifiziert werden, die Potenzial für die unterrichtliche Vermittlung haben. Mit dem so reduzierten Datenmaterial wurde eine systematische Metaphernanalyse durchgeführt. Damit wurden erfahrungsbasierte Muster hinter den Vorstellungen rekonstruiert. Aus dem systematischen Vergleich der Ergebnisse lassen sich Lernchancen und Lernhindernisse für das Verstehen von naturwissenschaftlichen Hintergründen der Energiewende ableiten. Diese werden in Form von Leitlinien für den naturwissenschaftlichen Unterricht zusammengefasst. Diese Leitlinien können von Lehrpersonen und Entwicklern von Lehrmaterialien genutzt werden, um ein fachlich angemessenes Verstehen der naturwissenschaftlichen Schlüsselprinzipien der Energieträger und der Energiewende zu fördern.
Hochtemperatur-Aquiferwärmespeicher erleichtern Wärmesystemen durch eine saisonale Lastverschiebung die Erschließung und Integration von erneuerbaren Wärmequellen. Ein mittleres Temperaturniveau von >50 Grad Celsius ermöglicht zumeist eine direkte Entladung ohne einen anschließenden Temperaturhub über eine Wärmepumpe. Aufgrund der thermischen Trägheit von ATES-Systemen ist die Berücksichtigung von Lastfalländerungen durch jährlich variierende Lastprofile besonders in der Einschwingphase sinnvoll. Da es bis zu 20 Jahre dauern kann, bis der Aquifer einen quasistationären Zustand erreicht, konnte in Langzeitstudien ein großer Einfluss von unterschiedlichen Lastprofilen auf energetische und finanzielle Simulationsergebnisse nachgewiesen werden. Zur Verbesserung der Investitionsplanung wurde ein Verfahren entwickelt, das sowohl die Prognosefähigkeit als auch die Prognosegenauigkeit von Energiesystem- und Wirtschaftlichkeitsanalysen erhöht, indem über einen wahrscheinlichkeitsbasierten Ansatz (Monte-Carlo-Temperaturschätzung) Normalverteilungsfunktionen für gewünschte Auswertungsgrößen (z.B. Kapitalwert) abgeleitet werden können. Aus 2000 Simulationsjahren wurde über konzeptspezifische Verteilungsfunktionen der wahrscheinlichste Eintrittsfall abgeleitet und zu einem repräsentativen Szenario aggregiert. Das aggregierte Szenario mündet in ein konzeptspezifisches Gleichungssystem, das mit den Freiheitsgraden Energiepreise, Kalkulationszinssatz und Förderanteil gelöst wird. Im Gegensatz zu der etablierten Methode, die Wirtschaftlichkeitsberechnung im Anschluss an eine energetische Systemsimulation anzuhängen, wurde in dieser Arbeit ein holistisches Modell in TRNSYS entwickelt, das für jeden Simulationszeitschritt simultan Energie- und Zahlungsströme berechnet. In dem Modell konnten Verbesserungen in der Prognosegenauigkeit um den Faktor 20 nachgewiesen werden. Mit dem neuen Verfahren kann die Frage der Wirtschaftlichkeit nicht nur mit ja oder nein beantwortet werden, sondern zusätzlich mit der jeweiligen Eintrittswahrscheinlichkeit belegt werden.
Vocational Integration of Refugees - Chances and Challenges of Refugee (Social) Entrepreneurship
(2019)
In recent years, especially since 2015, Germany and other European countries have accepted high numbers of refugees. The social and vocational integration of these refugees and of those yet to come represents a challenge. (Social) entrepreneurship is one means to achieve this goal, to fully tap into the potential of refugees and to give them a chance to make a living in host countries. This dissertation examines the potential of vocational integration of refugees through (social) entrepreneurial activities. It includes a detailed literature review and suggests possible direction in the emerging field of refugee (social) entrepreneurship. This dissertation shows that to foster refugee (social) entrepreneurship, the identification and evaluation of specific and potential needs for support is essential. Incubators in particular have a high potential for supporting refugee entrepreneurs, in part it is possible for them to address some of the challenges faced by this target group, which differ from those of locals or migrant entrepreneurs. More specifically, this dissertation aims to answer two research questions: (1) What are relevant (social) entrepreneurial concepts that can contribute to the vocational integration of refugees? (2) What are the distinct contributions of and challenges faced by refugees when it comes to their vocational integration through (social) entrepreneurial activities? Analyzing select practical cases, this dissertation has several important implications for researchers who seek to bridge the gap between academia and society in the context of refugee entrepreneurship and refugee social entrepreneurship research. The findings presented here are also relevant for practitioners, for example those working at business incubators, who aim to facilitate the vocational and social integration of refugees in general and refugees with entrepreneurial aspirations in particular.
Viable communication systems
(2020)
Society has come to the point that it requires a "Great Transformation" towards sustainability to ensure the viability of the planet for a vital society. The energy transition plays a central role for this transformation. For transforming the patterns of energy production and use in an energy transition as part of the "Great Transformation", this process of change now needs to strengthen its focus on information, communication, and knowledge systems. Human society needs to establish a knowledge system that has the potential to create usable knowledge for sustainability solutions. This requires organizing a communication system that is sufficiently complex, interconnected, and, at the same time, efficient for integrating reflexive, open-ended, inter- and transdisciplinary learning, evaluation, and knowledge co-production processes across multiple levels. This cumulative dissertation contributes to research in this direction by applying a systemic sustainability perspective on the content and organization of communication in the field of research on sustainable energy and the operational level of municipal climate action as part of the energy transition. Regarding sustainability, this thesis uses strong sustainability and its principles as a frame for evaluating the content of communication. Regarding the systemic perspective, the thesis particularly relies on the following theories: (i) the human-environment system model by R. Scholz as an overarching framework regarding interactions between humans and nature, (ii) social systems theory by N. Luhmann to reflect the complexity of society, (iii) knowledge management to consider the human character of knowledge and a practice-oriented perspective, and (iv) management cybernetics, in particular, the Viable System Model by S. Beer as a framework to analyze and assess organizational structures. Furthermore, the thesis leverages the potential of text mining as a method to identify and visualize patterns in texts that reflect prevalent paradigms in communication. The thesis applies the above conceptual and methodological basis in three case studies. Case Study 1 investigates the measures proposed in 16 municipal climate action plans of regional centers in Lower Saxony, Germany. It uses a text mining approach in the form of an Summary interpretation network analysis. It analyzes how different societal subsystems are connected at the semantic level and to what extent sustainability principles can be recognized. Case Study 2 analyzes and reflects paradigms and discursive network structures in international scientific publications on sustainable energy. The study investigates 26533 abstracts published from 1990 to 2016 using a text mining approach, in particular topic modeling via latent Dirichlet allocation. Case Study 3 turns again to the cases of municipal climate action in Lower Saxony examined in Case Study 1. It examines the involvement of climate action managers of these cities in multilevel knowledge processes. Using design principles for knowledge systems, it evaluates to what extent knowledge is managed in this field across levels for supporting the energy transition and to what extent local innovation potential is leveraged or supported. The three case studies show that international research on sustainable energy and municipal climate action in Germany provide promising contributions to achieve a transformation towards sustainability but do not fully reflect the complexity of society and still support a growth paradigm, in contrast to a holistic sustainability paradigm. Further, the case studies show that research and local action are actively engaging with the diversity of energy technologies but are lagging in dealing with the socio-epistemic (communication) system, especially with regard to achieving cohesion. Using the example of German municipalities, Case Studies 1 and 3 highlight the challenges of achieving coherent local action for sustainability and bottom-up organizational learning due to incomplete or uncoordinated multilevel knowledge exchange.
Die Arbeit liefert die Grundlagen zur chemischen Entfernung von Biodiesel aus dem Motoröl, um eine Minderung der Einschleppungsproblematiken beim Einsatz von biogenen Kraftstoffen und Dieselpartikelfiltern zu erzielen. Das Prinzip beruht auf einer wechselwirkenden Beimischkomponenten die eine Azeotropbildung mit Biodiesel einleitet. Eine gaschromatographische Headspace-Screening-Methode diente der Messung von Aktivitätskoeffizienten in Anwesenheit von Biodiesel. Die Ergebnisse dieser Analysen lieferten erste Erkenntnisse welche funktionalen Gruppen eine notwendige starke Wechselwirkung mit Biodiesel besitzen. Die gaschromatographischen Analysen wurden zudem mit Simulationsrechnungen mittels COSMOtherm untermauert. Im Laborversuch haben sich polare Säuren wie Ameisensäure oder Essigsäure als gute Beimischkomponenten erwiesen. Aldehyde, Ketone oder Alkohole sind weniger geeignet. Säuren wirken als Hydrogen Bond Donator und besitzen hohe Aktivitätskoeffizienten mit Biodiesel. Durch die Destillation des gebildeten azeotropen Gemischs kann die Entfernung von Biodiesel aus dem Motoröl bei niedrigen Temperaturen von ca. 180 Grad Celsius bis 190 Grad Celsius realisiert werden. Ohne den Einsatz von Beimischkomponenten liegt die Destillationstemperatur von Biodiesel bei ca. 330 Grad Celsius.
This doctoral dissertation aims to contribute to clarification of the potential of learning for water governance. The goal is to trace and understand the environmental impacts of learning through participation (research aim 1) and adaptive management (research aim 2), and the effect of learning on participation as a governance mode (research aim 3). For this goal, the researcher engages in a predominantly qualitative research design following the case study method. For every specific research aim cases are selected and analysed qualitatively according to conceptual categories and mechanisms which are defined beforehand. Quantitative studies are used to corroborate the results for research aim 1 and 2 in a mixed-method approach to enhance the validity of results. The empirical research context is European water governance, the implementation of the EU Water Framework and EU Floods Directive (WFD, FD) specifically. Eight cases of participatory decision-making across three European countries and five cases of adaptive management in Northern Germany for WFD implementation are examined to identify whether learning in these processes enhanced environmental outcomes. To detect whether governance learning by public officials occurred, the design of participatory processes for FD implementation in ten German federal states is assessed. The findings of research aim 1, understanding learning through participation and its effects on water governance, reveal that participatory planning led to learning through improved understandings at an individual and group level. Learning did, however, hardly shape effective outcomes. In the AM cases (research aim 2) managers and participants of implementing networks improved their knowledge as well as capacities, and spread the results. Nonetheless, environmental improvement was not necessarily linked to ecological learning. Regarding learning about participation as a governance mode (research aim 3) all interviewed public officials in German federal states reported some degree of governance learning, which emerged not systematically but primarily drawing on own experiences and intuition. These findings are condensed into three overarching lessons for learning in water governance: (1) Interactive communication seems to form the overall frame for participant and group learning. Framing of learning experiences turned out to play an important and potentially distorting role, for which professional facilitation and structured knowledge aggregation methods might be an im-portant counterbalance. (2) Learning did not automatically enhance environmental outcomes. It may thus not be an explanatory variable for policy outcomes, but a conditioning or intervening variable related to collective action, motivation for participation, and situating the issue at hand at wider societal levels. (3) The concepts of puzzling and powering might help understand learning as a source for effectiveness in the long-term when complemented with interest-based debates for creat-ing sufficient political agency of policy issues. Learning seen as puzzling processes might instruct acceptance and legitimization for new powering efforts. The perpetuation of learning in systematic ways and structures appears to characterize an alternative to this reflexive and strategic interplay, for which the water-related EU directives provide the basis.
Pestizide werden als Pflanzenschutzmittel im landwirtschaftlichen Bereich und als Biozide z. B. in der Industrie, in Haushalten und Kommunen eingesetzt. Bereits auf den behandelten Flächen und in den angrenzenden Gewässern können Pestizide Abbauprozessen durch u. a. Photolyse unterliegen. Diese Prozesse führen zur Entstehung von Transformationsprodukten (TP), deren Berücksichtigung bei der Umweltrisikobewertung für ein umfassendes Risikomanagement von großer Bedeutung ist. Doch gibt es über die in der Umwelt vorkommenden Transformationsprozesse und die dabei entstehenden TP immer noch Wissenslücken. Darüber hinaus sind die Eintragswege von TP, vor allem von Biozid-TP, in die angrenzenden Gewässer zum Teil unbekannt. Da eine Vielzahl von TP mit unterschiedlich starken ökotoxikologischen Effekten bewertet werden muss, besteht ein großer Bedarf an schnellen und umfassenden Methoden, um die stetig wachsende Anzahl an Chemikalien auf dem Markt erfassen zu können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, das Verhalten und den Verbleib ausgewählter Pestizid-TP in der aquatischen Umwelt zu analysieren. Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche Phototransformationsprozesse von Pestiziden sowie der Eintrag aus Fassaden über Regenwasserversickerungsanlagen (RVA) in angrenzenden Gewässern der Stadt Freiburg untersucht. Schlussendlich erfolgte die Identifizierung der ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP in einem mehrstufigen Ansatz durch die Kombination experimenteller und computerbasierter Methoden. Inwiefern unterschiedliche Phototransformationsprozesse zu unterschiedlichen TP führen, wurde im ersten Teil der Arbeit durch einen Vergleich der Entstehung von TP durch direkte und indirekte Photolyse der Substanzen Penconazol, Terbutryn und Mecoprop untersucht. Weiterhin wurde der Abbau durch die Bestrahlung mit unterschiedlichen Xenonlampen untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Eintrag von Bioziden, die in Fassadenanstrichen Anwendung finden, und deren TP über Regenwasserversickerungsanlagen in das Grundwasser untersucht. Dabei wurden qualitative und quantitative Target-Screening-Methoden zum Nachweis und zur Quantifizierung bekannter und unbekannter TP der Biozide Diuron, Terbutryn und Octhilinon (OIT) in der aquatischen Umwelt mittels Flüssigkeitschromatographie mit gekoppeltem Massenspektrometer (LC-MS) kombiniert. Die ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP wurden im dritten Teil dieser Arbeit in einem mehrstufigen Ansatz untersucht. Insgesamt zeigte sich, dass die Berücksichtigung von TP im Rahmen von Gewässerüberwachung und Risikobewertung eine genauere Abschätzung der Risiken durch Schadstoffe ermöglicht. Die in dieser Dissertation entwickelte Vorgehensweise, bei der TP zunächst im Labor erzeugt und bewertet und anschließend in aquatischen Systemen gezielt analysiert werden, kann einen wichtigen Beitrag zur Regulatorik des Einsatzes und der Zulassung von Pestiziden leisten.
Das 21. Jahrhundert als "urban century" bietet neben vieler positiver Aspekte auch zahlreiche Herausforderungen im Stadtraum. Neben Stressfaktoren wie Lärm und Umweltverschmutzung nehmen Extremwetterereignisse wie Hitze und Starkregen zu, muss also eine Klimafolgenanpassung erfolgen und muss zusätzlicher Wohnraum für mehr Menschen geschaffen werden. Erholungs- und Aktivitätsräume stehen zudem in Konkurrenz zum Ausbau der Infrastruktur. Die Herausforderungen bedingen die Notwendigkeit für transdisziplinäre Diskurse und Arbeitsweisen im Rahmen einer klimawandelgerechten Stadtentwicklung. Mit diesem Hintergrund setzt sich die Arbeit zum Ziel Potenziale zu erarbeiten, die sich in Lüneburg für eine Begrünung der Innenstadt bieten, um dem sich wandelnden Klima zu begegnen, sowie herauszuarbeiten welche Akteuren, Schlüsselfaktoren und Schlüsselelemente die Umsetzung von Begrünungsmaßnahmen einschränken oder stärken. Mit der Methode der Konstellationsanalyse sollen zukunftsgerichtete und zentrale Handlungsfelder verdeutlicht werden. Es soll die Basis für eine erfolgreiche und nachhaltige Arbeitsweise sowie Zusammenarbeit im Bereich der Klimafolgenanpassung in Lüneburg gelegt werden.
Transforming the International Food Supply – Sustainable Practices in Small Intermediary Businesses
(2021)
The global food system faces many complex challenges, and there is general agreement that a transformation is needed. While localizing food has been proposed as a means to this end, changing global food supply chains may also lead to sustainable food systems. Because most food systems today have an international dimension and are likely to remain connected, on one way or another, to other ones across the globe, it is necessary to find solutions to problems such as exploitation or environmental degradation. Addressing this challenge and the related gap in the literature, this study examines the emerging practices of small intermediary food businesses, which act between agricultural producers and consumers, and may have the potential to advance sustainability in international food supply. Including a systematic review of the literature on food systems change (Study#1), this dissertation adopts a transformational sustainability research methodology, which is solution-oriented, aims to integrate system, target and transformation knowledge, and is characterized by a transdisciplinary research practice. It conceptualizes challenges of international food supply and empirically investigates entrepreneurial solution approaches to address these challenges (Study#2). Two transdisciplinary research projects with small coffee businesses located in Germany, Mexico, and the U.S. were conducted to examine how these approaches could be implemented (Study#3, Study#4, Workshop reports 1+2). Overall, this study shows that challenges in international food supply chains can be conceptualized as negative effects of large geographical and relational distances. It also identifies five entrepreneurial solution approaches specified by twelve sustainability-oriented design principles to address these negative effects. Creating relational proximity between supply chain actors, that is, strong relationships based on knowledge and care, seems to be a key factor to advance sustainability in international food supply.The results also suggest that by building such strong relationships and changing the fundamental principles of international food trade, small intermediary businesses could be important agents in food system transformations.
Transformative learning is increasingly set to become an essential component in sustainability transformation. Despite, little has been done to systematically explore the contribution to sustainability transformation. This learning theory developed decades ago independently of sustainability discourses; however, it provides an analytical framework for understanding the learning processes, outcomes and conditions in individual and social learning towards sustainability transformation. Against this background, the following research question arises: To which extent can transformative learning lead to sustainability transformation? This doctoral work aims to explore transformative learning processes, outcomes, and conditions occurring and advancing towards sustainability transformation of the textile-fashion industry in Mexico. Taking an exploratory approach, the methods employed were literature reviews to untangle concepts and to construct theoretical pillars to support the empirical research design and data analysis. For data collection, snowball-sampling techniques were used to explore the practice field of the textile-fashion industry in Mexico. Qualitative interviews were employed to gather data about the learning experiences of actors. Qualitative and quantitative methods were required to perform the respective data analysis, the qualitative codification of interviewees' responses. Analysis of social media content was also utilised to understand the communication and business practices of projects involved in the transformation of the textile-fashion sector. As a result, this work comprises three articles, one a systematic literature review and two empirical research articles, investigating the transformative learning processes of entrepreneurs in the development of sustainability niches. As for the findings of this doctoral work, the use of transformative learning in sustainability transformation requires a careful study of the theory and its conceptual elements. Regarding the case study, transformative learning is inherent in forming and developing sustainability niches as entrepreneurs venture into them: It is individual prior learning, expectations and actions that initiate the path of sustainability transformation while disorienting dilemmas, critical reflection, and discourse accelerate them. Through these stages, it is when individual learning turns into social learning. On the other hand, based on the multi-level perspective, the interplay between the niche, regime and landscape levels generates a space for sustainability transformation and transformative learning.
To counteract species loss and preserve the remaining biodiversity, with its important ecosystem functioning and services essential to human well-being, there is an urgent need to develop promising and long-term conservation strategies. In order to achieve these goals, extensive research to gain a better understanding of the general mechanisms underlying community diversity is of greatest importance. Especially, the identification of intrinsic ecological and distributional species traits is receiving increased attention in ecology and conservation biology research. Depending on the expression of their traits, species perform particular ecosystem functions and respond in a specific manner to environmental conditions. Although insects make up the largest part of animal diversity, the majority of studies on extinctions have mainly focused on vertebrates. Among invertebrates either charismatic taxa or those targeted by conservation laws have been investigated until now (e.g. butterflies or saproxylic beetles). Being highly species-rich and trait-diverse, ground beetles (Coleoptera: Carabidae) should be even more suitable for conducting trait-based analyses. Thus, using ground beetles as a model taxon, four case studies focusing on the analyses of traits form the basis of this doctoral thesis. The work of this thesis was conducted with the aim of gaining general insights on the influence of species traits on ground beetle community compositions, such as habitat occupancy and species vulnerability to extinction, for instance. An important aspect when investigating species traits is the consideration of confounding factors, such as dependent relations between the different traits. Compiling a large dataset of 555 Central European species, the author identified that dependent relations between the six tested traits of ground beetles (distribution range size, habitat specialization, body size, hind-wing morphology, breeding season and trophic level) are highly common. Across all identified dependent trait relations, the relation between body size and hind wing morphology or range size and hind wing morphology showed the strongest significant dependencies. Since the consideration of trait relations is necessary to provide reliable interpretations, all analyses of this thesis tested several traits simultaneously and considered possible trait interactions. Studies on local communities found specific traits characterizing the local species pools of certain habitat types. Here, the species pools of seven different habitat types (coastal, forest, mountain, open, riparian, wetland and special habitat) were used to determine habitat-specific trait filters. The identified traits, characteristic for certain habitat types, were in most cases in accordance with the previous findings on local communities. Across Germany, the species of frequently disturbed habitat types, namely coastal, riparian and wetland habitats were characterized by small body size, high amount of macroptery, intermediate to high habitat specialization, spring breeding, and predatory feeding behavior. The species of stable habitat types (forest, mountain, and open habitats), however, were found to be generally larger in body size and more frequently breeding in autumn, further displaying greater variations in the other traits. The gained knowledge on the habitat-specific filtering of traits improve our understanding of the organization and assembly of communities, and can thereby help to detect alterations in the habitat-specific species pool due to natural or human-induced environmental changes. Furthermore, traits can provide evidence on species occurrences and vulnerability to extinction. Three case studies of this thesis aimed to gain new insights on this topic, through the investigations on the following research questions: (1) Which traits drive species extinction risks of Central European ground beetle species? (2) How traits influence the species occurrences of 28 forest species within a large area in Central Europe? (3) Whether certain traits are related to long-term population trends of the species pool from an ancient forest in northern Germany? The results indicated, that depending on the habitat type and tested species pool, different traits prove to be good predictors for the vulnerability of species. Nevertheless, across different geographical and taxonomical scales, especially species with small range sizes and high habitat specialization faced a greater risk of extinction. Therefore, the two traits distributional range size and habitat specialization emerge as reliable predictors of ground beetles vulnerability to extinction. Interestingly, body size did not display a consistent response; while increasing body size led to higher extinction risk in riparian, wetland and open habitats and large macropterous species showed higher extinction risks across the entire species pool, smaller species showed long-term population declines in an ancient forest.
Gegenwärtige atmogene N-Einträge in die Lüneburger Heide überschreiten die durch den critical-load für Sandheiden definierte Belastungsgrenze von 10-20 kg ha-1 und zeigen den Handlungsbedarf für eine langfristige Erhaltung dieser geschützten Lebensräume. Die traditionelle Schafbeweidung im NSG Lüneburger Heide kann diese hohen atmogenen N-Einträge kompensieren. Das Herdenmanagement minimiert den Nährstoffeintrag über die Exkremente der Tiere, so dass diesem Transfer nur eine geringe Bedeutung zukommt. Die N-Austräge über das Sickerwasser vor, während und nach den Pflegemaßnahmen spielen nur eine untergeordnete Rolle. Extensive Pflegemaßnahmen wie die Mahd und das kontrollierte Brennen sind nicht geeignet die atmogenen N-Einträge langfristig zu kompensieren. Intensiven Pflegemaßnahmen (Schoppern, Plaggen) gelingt dieses, benötigen aber einen zu langen Bearbeitungszyklus, innerhalb dessen kombinierte Verjüngungsmaßnahmen notwenig werden. Die Pflegemaßnahmen haben Auswirkungen auf die N- und P-Vorräte im Heidesystem und führen großteils zu einer P-Verarmung. Das kontrollierte Brennen beeinflusst den P-Haushalt am geringsten. Eine Kombination des Feuereinsatzes mit anderen extensiven Maßnahmen erscheint daher sinnvoll.
Sustainable landscape development is the main goal of decision makers worldwide. Achieving this goal in the long term leads to achieving social, economic and environmental sustainability. Remote sensing has been playing an essential role in monitoring remote areas. This study has employed part of the role of remote sensing in supporting the direction of decision makers towards sustainable landscape development. The study has focused on some of the main elements affecting sustainable environment: land uses, specifically agricultural land uses, water quality, forests, and water hazards such as floods. Three research programs were undertaken to investigate the role of Terrasar-x imagery, as a source of remote sensing data, in monitoring the environment and achieving the previous stated elements. The investigation was intended to investigate the effectiveness of TSX imagery in identifying the cropping pattern of selected study areas by employing a pixel-based supervised maximum likelihood classifier, as published in Paper I, assessment of the efficiency of using TSX imagery in determining land use and the flood risk maps by applying an object-based decision tree classifier as published in Paper II, and determination of the potential of inferential statistics tests such as the two samples Z-test and multivariate analysis, for example Factor Analysis, for identifying the kind of forest canopy, based on the backscattering coefficient of TSX imagery of forest plots, as presented in Paper III. Papers I and II covered two pilot areas in the Lower Saxonian Elbe Valley Biosphere Reserve “das Biosphärenreservat "Niedersächsische Elbtalaue" around Walmsburger Werder and Wehninger Werder. Paper III focused on the Fuhrberger Feld water protection area near Hanover in Germany. The inputs for this research were mainly SAR Imagery and the ground truth data collected from field surveys, in addition to databases, geo-databases and maps. The study presented in Paper I used two filters to decrease speckle noise namely De-Grandi as multi-temporal speckle filter, and Lee as an adaptive filter. A multi-temporal classification method was used to identify the different crops using a pixel-based maximum likelihood classifier. The classification accuracy was assessed based on the external user accuracy for each crop, the external producer accuracy for each crop, the Kappa index and the external total accuracy for the entire classification. Three cropping pattern maps were produced namely the cropping pattern map of Wehninger Werder in 2011 and the cropping pattern maps of Walmsburger Werder in 2010 and in 2011. The study showed that image filtering was essential for enhancing the accuracy of crop classification. The multi-temporal filter De-Grandi enhanced the producer accuracy by about 10% compared to the Lee filter. Furthermore, gathering and utilizing large ground truth data greatly enhanced the accuracy of the classification. The research verified that using sequence images covering the growing season usually improved the classification results. The results exposed the effect of the polarization and demonstrate that the majority of the classifications produced according to the crop calendar had higher total producer accuracy than using all acquisitions. The study demonstrated undertaken in Paper II applied the decision tree object-based classifier in determining the major land uses and the inundation extent areas in 2011 and 2013 using the Lee-filtered imagery. Based on the maps produced for the land uses and inundation areas, the hazard areas due to the floods in 2011 and 2013 were identified. The study illustrated that 95% of the inundated area was classified correctly, that 90% of vegetated lands were accurately determined, and around 80% of the forest and the residential areas were correctly recognized. The research undertaken in Paper III statistically analyzed the backscattering coefficient of the Lee-filtered TSX in some forest plots by the Factor Analysis and two sample Z-test. The study showed that Factor analysis tools succeeded in differentiating between the coniferous forest and the deciduous forest and mixed forest, but failed to discriminate between the deciduous and the mixed forest. On one hand, only one factor was extracted for each sample plot of the coniferous forest with approximately equal loadings during the whole acquisition period from March 2008 to January 2009. On the other hand, two factors were extracted for each deciduous or mixed forest sample plot, where one factor had high loadings during the leaf-on period from May to October, and the other one had high loadings during the leaf-off period from November to April. Furthermore, the research revealed that the two sample Z-test enabled not only differentiation between the deciduous and the mixed forest against the coniferous forest, but also discrimination between deciduous forest and the mixed forest. Statistically significant differences were observed between the mean backscatter values of the HH-polarized acquisitions for the deciduous forest and the mixed forest during the leaf-off period, but no statistically significant difference was found during the leaf-on period. Moreover, plot samples for the deciduous forest had slightly higher mean backscattering coefficients than those for the mixed forest during the leaf-off period.
Urban areas are prone to climate change impacts. Simultaneously the world's population increasingly resides in cities. In this light, there is a growing need to equip urban decision makers with evidence-based climate information tailored to their specific context to adequately adapt to and prepare for future climate change. To construct climate information high-resolution regional climate models and their projections are pivotal. There is a need to move beyond commonly investigated variables, such as temperature and precipitation, to cover a wider breath of possible climate impacts. In this light, the research presented in this thesis is centered around enhancing the understanding about regional-to-local climate change in Berlin and its surroundings, with a focus on humidity. More specifically, following a regional climate modelling and data analysis approach, this research aims to understand the potential of regional climate models, and the possible added value of convection-permitting simulations, to support the development of high-quality climate information for urban regions, to support knowledge-based decision-making. The first part of the thesis investigates what can already be understood with available regional climate model simulations about future climate change in Berlin and its surroundings, particularly with respect to humidity and related variables. Ten EURO-CORDEX model combinations are analyzed, for the RCP8.5 emission scenario during the time period 1970-2100, for the Berlin region. The results are the first to show an urban-rural humidity contrast under a changing climate, simulated by the EURO-CORDEX ensemble, of around 6% relative humidity, and a robust enlarging urban drying effect, of approximately 2-4% relative humidity, in Berlin compared to its surroundings throughout the 21st century. The second part explores how crossing spatial scales from 12.5km to 3km model grid size affects unprecedented humidity extremes and related variables under future climate conditions for Berlin and its surroundings. Based on the unique HAPPI regional climate model dataset, two unprecedented humidity extremes are identified happening under 1.5°C and 2°C global mean warming, respectively SH>0.02 kg/kg and RH<30%. Employing a double-nesting approach, specifically designed for this study, the two humidity extremes are downscaled to the 12.5km grid resolution with the regional climate model REMO, and thereafter to the 3km with the convection-permitting model version of REMO (REMO NH). The findings indicate that the convection-permitting scale mitigates the SH>0.02kg/kg moist extreme and intensifies the RH<30% dry extreme. The multi-variate process analysis shows that the more profound urban drying effect on the convection-permitting resolution is mainly due to better resolving the physical processes related to the land surface scheme and land-atmosphere interactions on the 3km compared to the 12.5km grid resolution. The results demonstrate the added value of the convection-permitting resolution to simulate future humidity extremes in the urban-rural context. The third part of the research investigates the added value of convection-permitting models to simulate humidity related meteorological conditions driving specific climate change impacts, for the Berlin region. Three novel humidity related impact cases are defined for this research: influenza spread and survival; ragweed pollen dispersion; and in-door mold growth. Simulations by the regional climate model REMO are analyzed for the near future (2041-2050) under emission scenario RCP8.5, on the 12.5km and 3km grid resolution. The findings show that the change signal reverses on the convection-permitting resolution for the impact cases pollen, and mold (positive and negative). For influenza, the convection-permitting resolution intensifies the decrease of influenza days under climate change. Longer periods of consecutive influenza and mold days are projected under near-term climate change. The results show the potential of convection-permitting simulations to generate improved information about climate change impacts in urban regions to support decision makers. Generally, all results show an urban drying effect in Berlin compared to its surroundings for relative and specific humidity under climate change, respectively for the urban-rural contrast throughout the 21st century, for the downscaled future extreme conditions, and for the three humidity related impact cases. Added value for the convection-permitting resolution is found to simulate humidity extremes and the meteorological conditions driving the three impacts cases.
The food and land use system is one of the most important global economic sectors. At the same time, today's resource-intensive agricultural practices and the profit orientation in the food value chain lead to a loss of biological diversity and ecosystem services, high emissions, and social inequality - so-called negative externalities. From a scientific perspective, there is a broad consensus on the need to transform the current food system. This paper investigates the suitability of True Cost Accounting (TCA) as an approach to inte-grating positive and negative externalities into business decisions in the food and land use system, focusing on the retail sector due to its high market power and resulting influence on externalities along the entire food value chain. For this purpose, a qualitative study was con-ducted with sustainability managers of leading European food retail companies in terms of their annual turnover, sustainable finance experts, and political actors related to environmental and social policy. A sample of N=11 participants was interviewed about the emergence and meas-urement of externalities along the food value chain, the current and future relevance of knowing about externalities for food retail companies, and the market and policy framework necessary for the application of TCA. The data collected was evaluated using the method of qualitative content analysis according to Mayring. Findings show that TCA is a suitable method for capturing positive and negative external ef-fects along the food value chain and thus also for meeting the growing social, political, and financial demands for its sustainable orientation. At the same time, there are still some chal-lenges in the application of TCA, both from a theoretical and a practical point of view. The main challenges at present are the lack of a standardised methodology, data availability, and key performance indicators. Due to the focus on prices, margins and competitors, food retail groups, in particular, emphasise the risk of revenue and profit losses as well as customer churn when applying TCA. Hence, the introduction of TCA in the food and land use system requires the development of measures that are socially acceptable, backed by legal frameworks and promote the scientific development of the methodology. This offers the opportunity to create a level playing field, apply the polluter-pays principle to the entire value chain and support science in developing appropriate indicators as well as a TCA database. Food retail companies can benefit from addressing TCA at an early stage by analysing their value chain to initiate change processes early, identify risk raw materials and products, reduce negative externalities through targeted measures, sensitise customers to the issue and thus differentiate themselves from competitors.