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Neben den von Hathaway aufgeführten Folgen der industriellen Landwirtschaft, lassen sich außerdem weltweit degradierte Böden, massives Artensterben und ein zunehmender anthropogener Klimawandel verzeichnen. Infolgedessen lassen sich ebenso Auswirkungen auf die soziale Sphäre feststellen, beispielsweise negative Einflüsse auf die menschliche Gesundheit und die ungleiche globale ökonomische Gewinnverteilung. Um diesen Trend zu brechen, muss Landwirtschaft neu gedacht und transformiert werden. Dafür bedarf es innovativer und vor allem nachhaltiger Landnutzungskonzepte, die eine zukunftsfähige Lebensmittelproduktion gewährleisten. In diesem Kontext ist die Sicherstellung der nachgefragten Produktmengen ebenso relevant, wie ein ökologischer Beitrag für gesündere Böden, für die Förderung der Artenvielfalt, die Speicherung von Kohlenstoff und für ein intaktes Klimageschehen. Gleichzeitig sollte das Ziel sein, dass die Landwirt*innen gut von ihrer Arbeit leben können. Einen Beitrag zu einem solchen zukunftsfähigen Landnutzungskonzept können Waldgärten leisten. Dabei handelt es sich um mehrschichtige Systeme, welche multifunktional die natürliche Struktur von Wäldern und Waldrändern imitieren. Auf diese Weise können verschiedene Funktionen erfüllt werden, wie beispielsweise die Produktion von vielfältigen Lebensmitteln. Bisher ist das Konzept des Waldgartens in Deutschland noch nicht weit verbreitet. Es wurde bisher wenig wissenschaftliche Forschung auf dem Gebiet betrieben und in Deutschland existieren bisher nur wenige Waldgärten. In anderen Ländern bestehen hingegen schon länger erste Erfahrungen oder auch schon lange Traditionen mit Waldgärten. Im Folgenden wird die Fallstudie Hof an den Teichen vorgestellt, zusammengefasst welche Vorarbeiten bereits stattgefunden haben und das Forschungsziel und die Forschungsfragen hergeleitet.

Nachhaltigkeitsziele im Sinne einer Ökologie, Ökonomie und Soziokultur lassen sich im Bauwesen auf verschiedene Instrumente zurückführen. Optimierung des Wärmeschutzes durch die Energieeinsparverordnung (Effizienz) oder Minimierung von Abfall im Kreislaufwirtschaftsgesetz (Suffizienz). Um jedoch eine neue Qualität der Nachhaltigkeit zu schaffen, ist ein Paradigmenwechsel notwendig. Dabei können Cradle to Cradle Prinzipien als ökoeffektive Methode angewandt werden, in dem exemplarisch die Biodiversität eingebunden, gesunde Bauprodukte verbaut und erneuerbare Energien genutzt werden. Die Natur dient als Vorbild (Konsistenz). Demnach werden Gebäude nützlich für Mensch, Umwelt und Gesellschaft umgesetzt und gleichzeitig Werte geschaffen. Für den deutschen Einzelhandel bestehen vielschichtige Potenziale, da der Gebäudebestand mit mehreren Millionen Quadratmetern bedeutend ist und die Bauwerke aufgrund von Konzeptänderungen oder Verschleiß der Ladenflächen regelmäßig umgebaut werden. Die Forschung beginnt mit einer Bestandsaufnahme von Cradle to Cradle Bauprodukten und Analyse eines real umgesetzten Einkaufszentrums. Um Einflussfaktoren von Stakeholdern zu identifizieren, wurden qualitative Experteninterviews mit ausgewählten Projektbeteiligten aus Bauherrn, Betreibern, Beratern, Mietparteien und Herstellern durchgeführt. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde erforscht, inwieweit sich Bauprodukte aus der Gebäudeplanung in wissenschaftlicher Theorie und praktischer Bauwirtschaft umsetzen lassen, Geschäftsmodelle anwendbar sind, Trends und Innovationen im Zusammenhang stehen oder Änderungen in Politik oder Wirtschaft notwendig sind. Im Ergebnis wurden Maßnahmen für eine neue Qualität der Nachhaltigkeit bei Einzelhandelsgebäuden identifiziert. Exemplarisch wird anhand der Interviews deutlich, dass neben einem staatlichen Umweltzeichen oder einer Green Building Planungsdisziplin, insbesondere die Ökonomie in Form von Investitions- und Betriebskosten den größten Stellenwert besitzt. Es braucht einen staatlichen Regulierungsrahmen und neue Geschäftsmodelle, damit nachhaltige Bauprodukte wirtschaftlich werden und durch Stakeholder in den Prozessen der Planung, Bauausführung und dem Betrieb berücksichtigt werden.

This dissertation, entitled “How to Embed Sustainability in the Core of Higher Education Institutions: Drivers of, Barriers to, & Patterns behind the Implementation Processes of Sustainability Curricula – Insights from a Quantitative Meta-Study with Data from around the Globe,” addresses the question of how sustainability curricula1 can be implemented and established in higher education institutions2. This research question is based on the assumption that sustainable development requires new ways of thinking and acting in the world. Accordingly, universities – as hubs for knowledge generation, innovation, and education – provide a central leverage point for sustainably developing society at large. Therefore, the institutionalization of sustainability curricula is not only socially demanded, but also stipulated in numerous political statements from the international community (e.g., those of the UN and UNESCO) and operationalized via Sustainable Development Goal No. 4: “Quality Education”. Previous findings on how such implementation can be successful and what factors support or inhibit the process have come primarily through case studies of individual higher education institutions. These studies provide important insights but have been largely descriptive rather than analytical and leave open questions about the generalizability of their findings – for example, the extent to which other universities can be guided by the experiences of the respective higher education institutions. The present dissertation addresses this research gap. Through a meta-study (i.e., an analytical comparison of existing case studies), generalizable findings on the implementation processes of sustainability curricula are explored. In the first step, a case universe was collected in order to provide a database for deeper analyses. In two further analysis steps that built on the case universe from Step 1, certain factors that promote or inhibit the implementation of sustainability curricula (Step 2) and specific implementation patterns (Step 3) were examined. The following paragraphs provide greater details and an overview of the respective findings. In the first step, a database of peer-reviewed English-language case studies from around the globe that report on such processes was created. A total of 230 case studies were identified, 133 of which focus on the implementation processes of sustainability curricula.3 A bibliometric analysis of the 230 case studies revealed that this field of research is growing, although the discourse is primarily dominated by authors from North America, Europe, Oceania, and Asia, with South America and Africa being underrepresented. In addition, a citation analysis demonstrated that some universities incorporate findings from other countries whereas other universities act in isolation. This observation leaves open the question of the extent to which universities learn from one another in order to advance the implementation of sustainability curricula. In the second step of the analysis, the qualitative data of the collected case studies (sample of 133 case studies) were compared using the case survey method, which is a specific type of a meta-1 Sustainability curricula include courses, programs, and certificates from all fields of study that deal in some form with sustainability topics. For a more-detailed discussion of what education for sustainable development (ESD) entails, see Section Error! Reference source not found.. 2 Higher education institutions (HEIs) include universities, universities of applied sciences, and other institutions that offer at least a bachelor’s degree. 3 A detailed explanation of the case sample and subsamples can be found in Section Error! Reference source not found.. analysis. The focus of the comparison lay on the drivers of and barriers to the processes of sustainability curriculum implementation at higher education institutions. Driving- and inhibiting factors have been thoroughly examined theoretically in the discourse on education for sustainable development (ESD), especially those pertaining to higher education institutions. However, no large body of data has yet been created to empirically test these hypotheses. The present meta-study found that the following factors lead to the deep-rooted and comprehensive establishment of sustainability curricula: strong leadership support; the establishment of sustainability curricula in the areas of education, research, campus operations, and outreach activities; formal participation of internal (including students) and external stakeholders; and engagement by sustainability champions (change agents), who are often the first to implement sustainability curricula and can face strong resistance. Other enabling factors include strategic planning, coordination, communication, having a vision, external political influence, the presence of a window of opportunity (e.g., an environmental disaster, a change in presidency), and the availability of interdisciplinary meeting spaces. On the other hand, the strongest cited barriers to the implantation of sustainability curricula were found to be the lack of interdisciplinary meeting spaces, the lack of a vision, the lack of incentives, the lack of resources, an overly full curriculum, and an unsupportive / overly bureaucratic organizational structure. The third step of the analysis also built on data from the 133 case studies and explored whether certain types or patterns of implementation processes occur. Through the analysis, six implementation patterns were identified that share similar driving- and inhibiting factors. The respective interplay between factors leads to various degrees of sustainability curriculum implementation in terms of how deeply rooted and comprehensive this implementation is. As discussed in greater detail below, in descending order of the level of achieved deep-rooted change, these patterns are (1) a collaborative paradigm shift, (2) bottom-up institutional change, (3) top-down institutional change, (4) the presence of many barriers that hinder institutional change, (5) externally driven initiatives, and (6) initiatives that are scattered due to a lack of coordination. Across all patterns, two phases could be identified: First, the impetus to implement ESD may be initiated not only by internal actors, but also by external ones. This initiation can take hold from the “bottom-up” (i.e., by students or faculty), from the “top-down” (i.e., at the presidential level), or in both directions simultaneously. The following key factors appear to be important in driving the initial implementation forward: a culture of open communication between all stakeholders in which feedback and reflection are welcome and even actively solicited, the development of a shared understanding and vision that further create a sense of ownership and long-term success, a high level of collaboration among all stakeholders, and existing initiatives that lead to knowledge sharing and other resources. In this regard, informal collaboration and cooperation can partially compensate for a lack of presidential-level support and/or a formal communication structure. Furthermore, developing a strategy with individual steps and shared responsibility leads to more-successful implementation of ESD at higher education institutions. The presented findings add a complementary empirical perspective to the discourse on the establishment of ESD at higher education institutions. First, the case studies that specifically address the implementation processes of sustainability curricula are reviewed and analyzed here for the first time as part of a research landscape. This research landscape reveals where research on such implementation processes has been or is being conducted. On this basis, both researchers and funders can reflect on the status quo and plan further research- or funding endeavors. Second, this dissertation offers the opportunity to compare a multitude of individual case studies and thus to develop new and generalizable insights into the implementation of sustainability curricula. The empirical analysis uses 133 case studies to identify key factors that promote or inhibit the implementation of sustainability curricula and to add a complementary perspective to the discourse, which has thus far been dominated by theoretical considerations and individual case studies. The analysis thereby offers a new perspective on generalizable influencing factors that appear to be important across different contexts. Thus far, specific patterns of implementation processes have been infrequently studied, and with few datasets. This dissertation analyzes the complex interplay between over 100 variables and provides one of the first research attempts at better understanding the processes that lead to the deep-rooted and comprehensive implementation of sustainability curricula. Internal and external practitioners of higher education institutions can find examples and evidence that can be useful in planning the next steps of their sustainability curriculum implementation. In the future, higher education institutions will play an even greater role in the journey toward sustainable development. This dissertation offers generalizable empirical findings on how universities can succeed in recognizing their own responsibility to that end and in realizing this transformation through the implementation of ESD.

Summary Since the early 2000s, ecosystem services strongly gained significance as a research topic. While the number of papers strongly increased, the concept was further developed which changed the way it was applied. From highlighting the value of ecosystems by viewing them not only from an ecological, but also from an economic perspective in the beginning, it is nowadays, among others, used to map and calculate the monetary value of ecosystem services. Lately, the International Panel on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) further developed the concept into Nature’s contributions to people (NCP) which puts a stronger emphasis on stakeholders and indigenous knowledge. However, so far none of the conceptual developments managed to integrate the temporal dimension of ecosystem services into this concept, although this should be the basis for a sustainable long-term management of ecosystems and their services. Therefore, I present three articles in this thesis that deal with temporal aspects of ecosystem services. In two of them I also present a proposal for a framework for the classification of ecosystem services based on their temporal dynamics. In this dissertation I differentiate between two types of temporal aspects, both of which have in common that change takes place over a certain period of time. The concepts of transformation, transition and regime shift are used to describe changes in social or ecological systems as a whole, for example the transformation towards a more sustainable society. The temporal dynamics that I present, on the other hand, relate to the temporal changes in ecosystem services themselves. The first article focuses on how the literature on ecosystem services incorporates social and ecological change, illustrated by the concepts of transformation, transition, and regime shift. The second and third articles deal with the temporal dynamics of ecosystem services. While the second article presents a preliminary framework for categorizing the temporal dynamics of ecosystem services, the third article uses this framework to test how the temporal dynamics of ecosystem services are represented in the literature. Based on the insights from the three articles, I conclude that most of the studies on ecosystem services only focus on one point in time. One reason for this is that most studies are conducted over a maximum of a four-year time span which does not allow to monitor dynamics over longer time spans. In most articles that do account for temporal aspects, the focus is strongly on the side of ecological supply of ecosystem services rather than on the demand-side which leads to the exclusion of stakeholder perceptions and therefore, makes it impossible to connect ecosystem service demand and supply over time. Moreover, the concept of change that is used most often in the literature is that of regime shifts which comes from a purely ecological background and focuses mostly on changes that happened in the past. This neglects the possibility of change towards a positive outcome in the future. In general, there is a strong disciplinary divide in the concepts and terminology used. This leads to a lack of exchange between different scientific disciplines and non-academic stakeholders. Approaches that are needed to solve problems of ecosystem service management are therefore impeded. To enable future research to better account for temporal aspects and connect supply and demand sides of ecosystem services with each other, I give four recommendations for future research. These are (I) take temporal dynamics into account by conducting long-term research, (II) ensure conceptual clarity, (III) create a solution-oriented agenda and (IV) take the demand side into account by involving stakeholders’ perceptions over time. By following these recommendations, future research could help to support the sustainable management of ecosystem services as dynamics will be better known and targeted measures can be implemented.

Pestizide werden als Pflanzenschutzmittel im landwirtschaftlichen Bereich und als Biozi-de z. B. in der Industrie, in Haushalten und Kommunen eingesetzt. Bereits auf den behandel-ten Flächen (z. B. auf Äckern oder Hausfassaden) und in den angrenzenden Gewässern kön-nen Pestizide Abbauprozessen durch u. a. Photolyse unterliegen. Diese Prozesse führen zur Entstehung von Transformationsprodukten (TP), deren Berücksichtigung bei der Umweltrisi-kobewertung 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 gro-ßer 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 ana-lysieren. Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche Phototransformationsprozesse von Pesti-ziden sowie der Eintrag aus Fassaden über Regenwasserversickerungsanlagen (RVA) in an-grenzenden Gewässern der Stadt Freiburg untersucht. Schlussendlich erfolgte die Identifizie-rung 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 unter-sucht. Die Ergebnisse zeigen, dass unterschiedliche Phototransformationsprozesse zu unter-schiedlichen TP führen können. So entstanden durch indirekte Photolyse von Mecoprop un-terschiedliche TP im Vergleich zu den TP, die durch direkte Photolyse gebildet wurden. Wo-hingegen kein Unterschied der Entstehung der TP von Penconazol und Terbutryn festgestellt wurde. Der Vergleich von drei verschiedenen Xenonlampen zur Simulation von Photolyse im Labormaßstab zeigte, dass eine genaue Spezifizierung der Lampen hinsichtlich des emittierten Spektralbereich sowie der absoluten Photonenflussdichte notwendig ist. Auf diese Weise können künftig Fehler bezüglich der Geschwindigkeit des direkten Abbaus insbesondere von schwach absorbierenden Pestiziden vermieden werden. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Eintrag von Bioziden, die in Fassadenanstrichen An-wendung 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, Ter-butryn und Octhilinon (OIT) in der aquatischen Umwelt mittels Flüssigkeitschromatographie mit gekoppeltem Massenspektrometer (LC-MS) kombiniert. Die Untersuchung zeigt, dass der gewählte methodische Ansatz einen wichtigen Beitrag zur Identifikation von Eintragspfaden in Gewässer leisten kann. Auf diese Weise wurden erstmalig dezentrale Versickerungssyste-me als Eintragspfad für biozide Wirkstoffe und insbesondere deren TP ins Grundwasser iden-tifiziert. Weiterhin wurden Fassaden als Quelle von Biozid-TP durch die Ausgangssubstanz Diuron und des TP-219 anhand eines Beregnungsexperiments einer 14-jährigen Hausfassade festgestellt.. Die ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP wurden im dritten Teil dieser Ar-beit in einem mehrstufigen Ansatz untersucht. Dafür erfolgten auf der ersten Stufe eine Lite-raturauswertung und die Anwendung computerbasierter Methoden, um die bakterielle Ökoto-xizität und Genotoxizität zu ermitteln. Im Fall von toxischen Hinweisen wurden photolytische Mischungen durch Photolyse der Ausgangssubstanzen hergestellt. Diese wurden auf der zwei-ten Stufe in einem Leuchtbakterientest hinsichtlich der akuten und chronischen Ökotoxizität und der Wachstumshemmung untersucht. Die Genotoxizität wurde in einem Umu-Test ermit-telt. Bestätigten sich die positiven Befunde, erfolgten auf der dritten Stufe Einzeluntersuchun-gen der TP durch die zuvor genannten Tests. Die Ergebnisse legen nahe, dass mit Hilfe des mehrstufigen Verfahrens eine schnelle und umfassende Ersteinschätzung der Ökotoxizität von Pestizid-TP erfolgen kann. Dabei bietet vor allem die Kombination von computerbasierten Methoden und experimentellen Tests die Möglichkeit einer Vielzahl von Substanzen gerecht zu werden und auch schwer synthetisierbare und analysierbare Substanzen einzubeziehen. So konnten mit Hilfe des Ansatzes 96 % der TP bewertet werden. Insgesamt zeigte sich, dass die Berücksichtigung von TP im Rahmen von Gewässerüberwa-chung und Risikobewertung eine genauere Abschätzung der Risiken durch Schadstoffe er-möglicht. Die in dieser Dissertation entwickelte Vorgehensweise, bei der TP zunächst im La-bor erzeugt und bewertet und anschließend in aquatischen Systemen gezielt analysiert wer-den, kann einen wichtigen Beitrag zur Regulatorik des Einsatzes und der Zulassung von Pes-tiziden leisten. Die Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse und Methodenvorschläge um, im Sin-ne der Ziele einer nachhaltigen Entwicklung der Vereinten Nationen, einer Verschmutzung der Gewässer in qualitativer und quantitativer Hinsicht vorzubeugen.