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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.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit Zukunft, Narrativen und globalem Klimawandel in den zwei Bereichen Umweltwissenschaften und Science Fiction. Es werden zwei Arten dargestellt, in die Zukunft zu blicken: Einerseits werden Szenarien in den Umweltwissenschaften genutzt, um globale Modelle aufzustellen. Hierfür wird erläutert, was die Szenariotechnik ist und welche Merkmale sie hat. Andererseits werden Science Fiction und kreative Zukunftsvorstellungen diskutiert. Die beiden Themenfelder werden durch zwei Beispiele konkretisiert: Die "Shared Socioeconomic Pathways" (SSPs) und die Anthologie "Everything Change" (herausgegeben von Milkoreit, Martinez, Eschrich, 2016). Im Diskussionskapitel wird auf Narrative, Perspektive, Diversität, Umweltkommunikation, Komplexität und Zukunft eingegangen. Insgesamt wird das Fazit gezogen, dass die beiden Beispiele gegensätzliche Ziele haben, aber komplementäre Wirkung erzielen können. Mit einem Beispiel aus der partizipativen Forschung wird verdeutlicht, dass eine Kombination der beiden Felder dazu beitragen kann, sinnvolle Handlungsoptionen gegenüber dem Klimawandel zu entwickeln.
Das Bildungskonzept Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) gilt als Schlüsselfaktor für eine nachhaltige Entwicklung. Die Stärkung der Kompetenzen von Multiplikatoren und somit Lehrkräften als Gestalter formaler Bildung ist ein Ziel auf dem Weg zu einer qualitativ hochwertigen Bildung. Es gilt, im Verlauf der Lehrkräftebildung Möglichkeiten zu schaffen, die Entwicklung relevanter Kompetenzen gezielt zu unterstützen, um effektivere Ergebnisse im Bereich BNE zu erreichen. Für den universitären Teil der Lehrkräftebildung geht dies einher mit einer entsprechenden Gestaltung von Lernumgebungen, durch die angehende Lehrkräfte relevante Kompetenzen zu Beginn ihres individuellen Bildungsweges entwickeln können. Darüber hinaus sollen durch entsprechende Fort- und Weiterbildungsformate auch bereits im Schuldienst tätige Lehrkräfte erreicht werden. Das als transdisziplinäres Format angelegte Entwicklungsteam Sachunterricht, bestehend aus Sachunterrichtslehrkräften, Vertretern außerschulischer Bildungsorte und Forschenden der Universität, bildet den Ausgangspunkt dieser Arbeit. Die vorliegende Arbeit fokussiert die Untersuchung von Möglichkeiten der Professionalisierung von (angehenden) Lehrkräften zu BNE im Kontext des Entwicklungsteams. Dazu wurde zunächst theoretisch-konzeptionell der Frage nachgegangen, welche Kompetenzen relevant für die Integration von BNE in Schule und Unterricht sind und wie Lehr-Lernsettings gestaltet werden sollten, um die Entwicklung entsprechender Kompetenzen zu unterstützen. Im Rahmen zweier empirischer Studien wurde anschließend einerseits die Kompetenzentwicklung seitens der Studierenden analysiert, die an einem durch das Entwicklungsteam begleiteten Seminar teilnahmen. Andererseits liegt der Fokus auf dem spezifischen Format des transdisziplinären Entwicklungsteams und es wurde untersucht, inwiefern wechselseitiges Lernen zwischen den Entwicklungsteammitgliedern initiiert werden und dies in einer Veränderung der pädagogischen Praxis resultieren kann. Aufgrund seiner hohen Anschlussfähigkeit an den bildungswissenschaftlichen Diskurs wurde das Modell der BNE-spezifischen professionellen Handlungskompetenz den konzeptionellen Überlegungen und den darauf aufbauenden empirischen Untersuchungen zugrunde gelegt. Die Gestaltung eines Lehr-Lern-Settings für angehende Lehrkräfte mit dem Ziel der Förderung entsprechender Kompetenzen wurde anhand des Konzepts der offenen Lernumgebung vorgenommen. Die Ergebnisse zeigen zum einen, dass das in enger Zusammenarbeit mit dem Entwicklungsteam als offene Lernumgebung durchgeführte Seminar die Professionalisierung der Studierenden unterstützt und der Aufbau von (BNE-spezifischer) professioneller Handlungskompetenz durch kollaboratives Gestalten in Kooperation mit der Praxis ermöglicht wird. Zum anderen zeigt sich, dass die transdisziplinäre Zusammenarbeit ein wechselseitiges von- und miteinander Lernen zu BNE im Entwicklungsteam Sachunterricht fördert und Professionalisierungsprozesse sowohl seitens der Lehrkräfte als auch des außerschulischen Akteurs zumindest in einigen Bereichen angestoßen wurden.
A Matter of Connection: Competence Development in Teacher Education for Sustainable Development
(2021)
Based on a dual case study, this cumulative dissertation investigates how individual "education for sustainable development" (ESD) courses, as part of the teacher education programs at Leuphana University in Lüneburg/Germany and Arizona State University (ASU)/USA, actually foster students' ESD-specific professional action competence. Furthermore, this work sheds light on the link between learning processes and outcomes, to reveal which factors actually affect the achievement of ILOs and competence development. The findings of this study indicate that both courses under investigation eventually live up to their role and increased student teachers' competence and commitment to implement ESD in their future careers; yet, mainly due to their different thematic foci, to varying degrees. Additionally, the four Cs (personal, professional, social, and structural connections) were revealed as significant factors that support students' learning and should be considered when planning and designing course offerings in TESD, with the goal of developing students' knowledge, skills, and attitudes.
The principle of this thesis was to study the environmental fate of three highly used psychotropic drugs and this achieved through: 1) examining the biodegradability of TMI, DMI and CPTX, 2) studying the behaviour of TMP, DMI and CPTX in photodegradation tests using Xe and UV lamps with studying the effect of different environmental conditions on their UV-photodegradation behaviour, 3) monitoring the primary elimination of TMP, DMI and CPTX during photodegradation and biodegradation tests using HPLC, and measuring their degree of mineralization by means of dissolved organic carbon analyser (DOC), 4) elucidating the structures of the transformation products (TPs) which formed during the degradation of TMI, DMI and CPTX by using LC-MS/MS analysis, 5) analysing the biodegradability of their TPs by laboratory tests and in-silico assessments in order to determine the fate and persistence of these TPs in the aquatic environment, 6) conducting in-silico toxicity predictions for the selected psychotropic drugs and their TPs in human (carcinogenicity, genotoxicity and mutagenicity) and in eco-system (toxicity to microorganisms and toxicity in rainbow trouts). As an overall conclusion, the present work demonstrates that a combination of laboratory simulation tests, LC-MS/MS analysis and in-silico tools result in valuable new information regarding environmental fate of three important psychotropic drugs and their TPs. This dissertation also highlights that different environmental conditions such as temperature, initial drug concentration and pH can differently affect the degradation behaviour of pharmaceuticals even when they are highly structurally related. Therefore, one cannot conclude from one pharmaceutical to another but each one needs to be investigated individually and this present a great challenge for risk assessment kinetics of chemicals in the aquatic environment. The results presented here showed that the investigated pharmaceuticals and their TPs can negatively affect the environment which may be harmful to the ecosystem as they might have been present for decades in the aquatic environment without any knowledge of their environmental fate or connected risk. Therefore, further work needs to be done including analysis of environmental samples (e.g., surface waters), as well as laboratory toxicity tests to further expand knowledge on their exact environmental impact.
In zahlreichen, sowohl wissenschaftlichen als auch politischen Veröffentlichungen, wird die "Energiewende" als Transformationsprojekt eingeordnet. Zweifelsohne birgt eine Umstellung auf ein erneuerbares Energiesystem transformative Potenziale. Die Bedeutungsbestimmung von "Energiewende" oder auch Transformation bleibt in Politik und Forschung aber häufig unklar. Um dem zu begegnen, wird in der vorliegenden Studie die Bedeutung von "Energiewende", wie sie im Bundestag verhandelt wird, untersucht. Darauf aufbauend wird analysiert, ob und inwiefern die „Energiewende“ einem Anspruch als Transformationsprojekt gerecht werden kann, bzw. wie sich die Wirkrichtung der mit "Energiewende" verbundenen Politiken im Spannungsfeld beharrend – reformistisch – transformativ verorten lässt. Die besondere gesellschaftliche Bedeutung der Bundestags-Debatten um "Energiewende" leitet sich diskurstheoretisch unter anderem aus der ihnen zukommenden "Schaufensterfunktion" ab, wonach die Debatten strategisch auf eine außerparlamentarische Öffentlichkeit ausgerichtet sind. Hinzu kommt, dass sich der hier stattfindende Diskurs, bspw. in Gesetzen, unmittelbar materialisiert. Als Startpunkt der Untersuchung wird der Beginn der rot-grünen Regierungszeit gewählt (1998), da diese – u.a. wegen der Verabschiedung des Erneuerbaren-Energien-Gesetzes (EEG) und dem politischen Beschluss zum Atomausstieg – in besonderer Weise mit der "Energiewende" in Verbindung gebracht wird. Als Endpunkt dient die letzte vollständige Wahlperiode zum Zeitpunkt der Untersuchung. Die Diskursanalyse bezieht sich demnach auf die Bundestagsdebatten zur "Energiewende" zwischen der 14. und 18. Legislaturperiode (1998-2017). Das methodische Innovationspotenzial der Arbeit liegt insbesondere in der Verbindung aus einem Verfahren quantitativer, computerbasierter Diskursanalyse mit einer qualitativen Analyse. Als Ergebnis der Verknüpfung von Transformations- und Diskurstheorie wird ein methodisch komplexes Forschungsdesign präsentiert, das sich neben der Analyse des "Energiewende"-Diskurses auf weitere Bereiche der politischen Transformationsforschung übertragen lässt.
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.
Aufgrund ihrer Struktur sind insbesondere urbane Strukturen von Klimafolgen wie z.B. Hitze, Stürme oder Starkregen betroffen. Der Raum- und Umweltplanung kommt dabei hinsichtlich der sozial-ökologischen Naturverhältnisse eine wichtige Rolle zu, sofern sie die Aufgaben der Krisenbewältigung annehmen und verantwortungsvoll wahrnehmen will. Auch die Hansestadt Lüneburg steht zukünftig vor einigen Herausforderungen. Durch den allgemeinen Trend der Urbanisierung und als Teil der Metropolregion Hamburg gilt Lüneburg als beliebter Wohnraum. Die vorliegende Arbeit lenkt den Blick auf die Klimafolgenanpassung bei Starkregen in der Stadtplanung allgemein und auf die Hansestadt Lüneburg. Zunächst werden die der Ausarbeitung zugrundegelegten Begriffe sowie die Bedeutung von Starkregenereignissen in der Stadtplanung definiert und näher erläutert. Darauf folgt die Darstellung der zur Beantwortung der Forschungsfrage verwendeten Methoden. Anschließend werden in der empirischen Forschung das bisherige Auftreten von Starkregen analysiert, bestehende Adaptionsstrategien norddeutscher Städte und Regionen aufgezeigt, ein Zukunftsausblick auf Grundlage wissenschaftlicher Prognosen gegeben und konkrete, auf die Hansestadt Lüneburg bezogene Analysen und Szenarien erstellt, bevor ein Resümee der empirischen Forschung gezogen werden kann. Abschließend wird das methodische Vorgehen reflektiert, die Ergebnisse diskutiert und ein kurzer Ausblick auf zukünftige Herausforderungen gegeben.
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.
Tropical forests worldwide support high biodiversity and contribute to the sustenance of local people’s livelihoods. However, the conservation and sustainability of these forests are threatened by land-use changes and a rapidly increasing human population. This dissertation, therefore, aimed to characterize biodiversity patterns in the moist Afromontane forests of southwestern Ethiopia and to examine how biodiversity patterns are affected by land-use and land-use changes (mediated by coffee management intensity, landscape attributes and housing development) in a context of a rapidly growing rural population. To achieve this goal, the author takes an interdisciplinary approach where, first, she examined the effects of coffee management intensity on diversity patterns of woody plants and birds, spanning a gradient of site-level disturbance from nearly undisturbed forest interior to highly managed shade coffee forests. Results showed that specialized species of woody plants (forest specialists) and birds (forest specialists, insectivores and frugivores) were affected by coffee management intensity. The richness of forest specialist trees and the richness and/or abundance of insectivores, frugivores and forest specialist birds decrease with increasing levels of disturbance. Second, the author investigated the effects of landscape context on woody plants, birds and mammals. Community composition and specialist species of woody plants and birds were sensitive to landscape context, where woody plants responded positively to gradients of edge-interior and birds to gradients of edge-interior and forest cover. Further results showed that a diverse mammal community, with 26 species, occurs at the forest edge of shade coffee forests and that the leopard, an apex predator in the region depended on large areas of natural forest. A closer examination of leopard activity patterns revealed a shift in the diel activity as a response to human disturbance inside the forest, further highlighting the importance of natural undisturbed forests for leopards in the region. Together, these findings demonstrate the value of low managed shade coffee forests for biodiversity, and importantly, emphasize the irreplaceable value of undisturbed natural forests for biodiversity. Third, the researcher investigated the effects of prospective rural population growth (mediated by housing development) on the forest mammal community. Here, population growth was projected to negatively influence several mammal species, including the leopard. Housing development that encroached the forest entailed worse outcomes for biodiversity than a combination of prioritized development in already developed areas and coffee forest protection. Fourth, to understand the motivations behind high human fertility rates in the region, she examined the determinants of women fertility preferences, including their perceptions on social and biophysical stressors affecting local livelihoods such as food insecurity and environmental degradation. Fertility preferences were influenced by underlying social norms and mindsets, a perceived utilitarian value of children and male dominance within the household, and were only marginally affected by perceptions of social and biophysical stressors. The findings suggest the need for new deliberative and culturally sensitive approaches that engage with pervasive social norms to slow down population growth. Overall, this dissertation demonstrates the key value of moist Afromontane forests in southwestern Ethiopia for biodiversity conservation. It indicates the need to promote coffee management practices that reduce forest degradation and highlights that high priority should be given to the conservation of undisturbed natural forests. It also suggests the need to integrate conservation goals with housing development in landscape planning. A promising approach to achieve the above conservation priorities would be the creation of a Biosphere Reserve and to promote the ecological connectivity between the larger forest remnants in the region. Finally, this dissertation demonstrates the importance of placed-based holistic approaches in conservation that consider both proximate and distal drivers of forest biodiversity decline.