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Institut
- Fakultät Nachhaltigkeit (165) (entfernen)
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.
Excessive fertilizer use leads to nutrient imbalances and losses of these to the environment through leaching, runoff and gaseous emissions. Nutrient use efficiency (NUE) in agriculture is often low and improving it could increase the sustainability of agricultural systems. The main aims of this thesis were to gain a better understanding of plant-soil-microbe interactions in order to improve agricultural NUEs. The studies included experimentally tested how crops respond to addition of high carbon amendments, fertilizer application rates and timing, and crop rotations. Furthermore, methods for measurement of roots were compared and a protocol for measurement of roots was developed. The first experiment simulated an agricultural field using mesocosms. In this setting, the researchers tested the effect of 4 previous crops (precrops), which either had or did not have a symbiosis with arbuscular mycorrhizal fungi (AMF)/rhizobia, on the focal crop (winter barley). They also tested the addition of high carbon amendments (wheat straw/sawdust) for immobilization of residual soil nitrogen (N) at harvest of the previous crop. Overall, the findings were that non-AMF precrops had a positive effect on winter barley yield compared to AMF precrops. Wheat straw reduced N leaching, whereas sawdust addition had a negative effect on the yield of winter barley. The second experiment tested the effect of different fertilizer (N/phosphorus (P)) application timings on plant traits grown in rhizoboxes. Overall, delaying N application had a more detrimental effect on plant biomass than delaying P application. The root system increased its root length initially due to N-deficiency, but was quickly thus N-limited that root length was relatively lower than the control group. Because of the many root related measurements in the second experiment, a step-by-step method for measuring root traits under controlled and field conditions was developed and included in this thesis. This method paper describes precisely how root traits of interest can be measured, and helps with deciding which approach should be taken depending on the experimental design. Additionally, the authors compared the bias and accuracy of several popular root measurement methods. Overall, these results highlight the importance of crop choice in crop rotations and the plasticity of root systems in relation to nutrient application. The results show high carbon amendments could reduce nitrate leaching after the harvest of crops, especially those with high risk of nitrate leaching, although they had only small impacts on yield.
The aim of this paper is to determine how a carbon footprint label for grocery products can be designed to facilitate a sustainable consumption behaviour. Therefore, a mixed-method approach was used consisting out of a review of relevant literature and an explorative quantitative survey with n=158 participants. It was found that consumers generally have a positive attitude towards carbon labelling, but they lack understanding of the term, its underlying concepts and the emissions caused by grocery products. In regard to the design criteria of a carbon label, labels with a coloured scale are preferred most by consumers. Also, the mechanisms of consumer behaviour imply that not all parts of the behaviour are visible and controllable for individuals themselves. The concluding concept proposal summarises important criteria of a carbon labelling system that has the goal to educate consumers and facilitate a lower carbon consumption behaviour, such as a simple visual design, the use of a colour scale, a design enabling a comparison, the provision of a link to further information, the public enforcement of the system and overall uniformity.
Despite growing research on sustainability transformations, our understanding of how transformative transdisciplinary research can support local actors who foster change towards sustainability is still somewhat limited. To contribute to this research question, the investigator conducted research in a transdisciplinary case study in Southern Transylvania, where non-governmental organizations (NGO) drive sustainability initiatives to foster desired changes (e.g., supporting small-scale farmers or conserving natural and cultural heritage). Interactions with these local actors and reflections on the research question shaped the research of this dissertation. In paper 1, the author conducted a literature review on amplification processes that describe actions, which local actors can apply to increase the impact of their sustainability initiatives. In paper 2, he conducted a literature review on the application of indigenous and local knowledge (ILK) in sustainability transformations research to understand whether this research engages with the conceptualization of transformations from local actors. The results show that ILK is generally applied to confirm and complement scientific knowledge in contexts of environmental, climate, social-ecological, and species change. In paper 3, the author derived principles that provide guidance for how to integrate sustainability initiatives from local actors in transformative transdisciplinary research. Based on his transdisciplinary research with the NGOs in Southern Transylvania and by using systems and futures thinking as an approach for analysis, he derived three principles that provide guidance for the co-design of sustainability intervention strategies that build on, strengthen, and complement existing initiatives from local actors. In paper 4, the author explored empirically how to identify relevant local actors for collaborations that seek to intervene in specific characteristics of a system (e.g., parameters or design of a system). He applied a leverage points' perspective to analyse the social networks of the NGOs in Southern Transylvania that amplify the impact of their initiatives. This dissertation as a whole contributes insights to three recommendations of how transformative transdisciplinary research can support local actors fostering change towards sustainability: First, by conducting research that studies and supports local actors who increase the impact of their sustainability initiatives via amplification processes (Paper 1 and 4); Second, by engaging specifically with the initiatives, networks, and knowledge from local actors, who foster bottom-up, place-based transformations (Paper 1-4); Third, by identifying and collaborating with local actors that are relevant for strategic systems interventions that build on, strengthen, and complement existing initiatives (Paper 3-4).
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.
Um das noch bestehende Reichweitenproblem von Elektrofahrzeugen zu lösen, sind Fahrzeugkonzepte wie Plug-in Hybridfahrzeuge sehr vielversprechend, sofern mit ihm überwiegend im Batteriebetrieb gefahren wird. Sie kombinieren die Vorteile des Verbrennungsmotors und des Elektromotors, sodass das lokale Emissionsproblem in Ballungszentren gelöst werden kann, ohne dass der Kunde dabei auf die Reichweite verzichten muss. Wenn das Fahrzeug allerdings überwiegend für Kurzstrecken genutzt wird, sind alterungsbedingte Veränderungen des Kraftstoffes möglich, da dieser länger im Tank verbleibt als üblich. In dieser Arbeit wird ein Konzept zur sensorischen Bestimmung der Qualität des Kraftstoffes vorgestellt. Hierzu wurde ein Prototyp entwickelt, in dem mithilfe des Real- und Imaginärteils der Permittivität alternde Kraftstoffe erkannt werden können. Dabei konnte durch das frequenzabhängige Permittivitätssignal des Sensors spezifisch zwischen nieder- und hochmolekularen Oxidationsprodukten in Kraftstoffen unterschieden werden. Da das Verbrennungs- und Emissionsverhalten des Motors von der Kraftstoffmischung vorgegeben ist, bietet eine zusätzliche sensorische Erfassung der Kraftstoffzusammensetzung weitere Optimierungspotenziale, um Emissionen zu reduzieren: So ist das Motormanagement im Fahrzeug zumeist auf Referenzkraftstoffe mit gleichbleibender Qualität abgestimmt. Variable Kraftstoffzusammensetzungen, die durch die Erdöllagerstätte und den zusätzlichen Konversionsverfahren zur Herstellung von fortschrittlichen Kraftstoffen vorgegeben sind, werden in dieser Anpassungsstrategie bisher nicht berücksichtigt. Als weitere Aufgabe wird in dieser Arbeit daher ein multisensorischer Ansatz verfolgt, wonach zusätzlich zur Kraftstoffalterung noch die Kraftstoffzusammensetzung erkannt werden kann. Insgesamt bietet die Sensorik das Potenzial zur kontinuierlichen Kraftstoffüberwachung in Plug-in Hybridfahrzeugen, um so einen Beitrag zum sicheren und nachhaltigen Betrieb solcher Fahrzeuge gewährleisten zu können.
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 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.
Both sustainability and transdisciplinary research can change academic research, especially with regard to its relevance for, and relationship with, its environments. Transdisciplinary sustainability research (TSR), thus, offers the opportunity to change non-sustainable development paths of sciences themselves. In order to fully exploit this possibility, this PhD project addresses the question of how TSR, in the first place, does conceptualize and, in the second place, could conceptualize knowledge, research, and science. Firstly, this PhD project analyzes, from a discourse studies perspective, the term problem in TSR, against the background of discourses on sustainable development. Secondly, it explores the historical-analytical and transformative concept of the problematic. The results, firstly, show the consequences of a problem-solving focus for TSR, and secondly, differentiate it from a transformative direction of problematic designing, as a more appropriate view on the dimensions of transformation and their qualities of change that matter for TSR. This PhD project aims to contribute to a self-understanding of, and a philosophical communication about, TSR, as a research form in the sustainability sciences.
It is understood among research and policy makers that addressing unsustainable individual consumption patterns is key for the vision of sustainable development. Education for Sustainable Consumption (ESC) is attributed a pivotal role for this purpose, aiming to improve the capacity of individuals to connect to and act upon knowledge, values and skills in order to respond successfully and purposefully to the demands of sustainable consumption. Yet despite political, scientific, and educational efforts and increasing awareness in the general population, little has been achieved to substantially change behavioral patterns so far. As part of the explanation for this shortcoming, it has been argued that current ESC practices have neglected the personal dimension of sustainable consumption, especially the affective-motivational processes underlying unsustainable consumption patterns. Against this background, this cumulative thesis is guided by the question how personal competencies for sustainable consumption can be defined, observed, and developed within educational settings. Special attention is given to mindfulness practices, describing the practice of cultivating a deliberate, unbiased and openhearted awareness of perceptible experience in the present moment. Drawing upon an explorative, qualitative research methodology, the thesis looks at three different mindfulness-based interventions aiming to stimulate competencies for sustainable consumption, reaching out to a total number of 321 participants (employees and university students). In this thesis, the author suggests to define personal competencies for sustainable consumption as abilities, proficiencies, or skills related to inner states and processes that can be considered necessary or sufficient to engage with sustainable consumption (SC). These include ethics, self-awareness, emotional resilience, selfcare, access to and cultivation of personal resources, access to and cultivation of ethical qualities, and mindsets for sustainability. The thesis holds that the observation of personal competencies benefits from a combination of different methodological and methodical angles. When working with self-reports as empirical data, a pluralistic qualitative methods approach can help overcoming shortcomings that are specifically related to individual methods while increasing the self-reflexivity of the research. Moreover, it is suggested to let learners analyze their own personal statements in groups, applying scientific methods. The products of the group analyses represent data based on an inter-subjectively shared perspective of learners that goes beyond self-estimation of personal competencies. In terms of developing personal competencies for SC, it can be concluded that mindfulness practice alone is not sufficient to build personal competencies for SC. While it can stimulate generic personal competencies, individuals do not necessarily apply these competencies within the domain of their consumption. Nevertheless, mindfulness practice can play an important role in ESC, insofar as it lays the inner foundation to engage with sustainability-related issues. More precisely, it allows learners to experience the relevance of their inner states and processes and the influence they have on actual behaviors, leading to a level of selfawareness that would not be accessible solely through discursive-intellectual means. Furthermore, participants experience mindfulness practice as a way to develop ethical qualities and access psychological resources, entailing stronger emotional resilience and improved well-being. In order to unleash its full potential for stimulating personal competencies for SC, however, the findings of the thesis suggest that mindfulness practice should be (a) complemented with methodically controlled self-inquiry and (b) related to a specific behavioral change. In this vein, self-inquiry-based and self-experience-based learning – two pedagogical approaches developed during the period of research for this thesis – turned out to be promising pedagogies for educational settings striving to stimulate the development of personal competencies for SC.
Comparable collaborations between farmers and institutions with communal catering have been less in research focus so far. Within the region of Lüneburg, an example for such a regional-organic cooperation is not known yet. Thus,this work represents the starting point to fill the research gap within the field of sustainable food systems in urban living labs as part of the research project GLOCULL (Globally and Locally-sustainable food-water-energy innovation in Urban Living Labs). The work aims at building up such a regional-organic food cooperation between a local farmer and a kindergarten community catering servicebased on scientific insights and practical persons’ knowledge.