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Die Kulturlandschaft im Alpenraum war in den letzten Jahrzehnten einem besonders starken Strukturwandel ausgesetzt. Als Region mit einem hohen Anteil an Grenzertragsstandorten lassen sich hier zwei gegenläufige Entwicklungen feststellen: zum einen findet eine Intensivierung der Landnutzung in Bereichen mit guter Zugänglichkeit und maschineller Nutzbarkeit statt, zum anderen kommt es häufig zu einem Rückgang der Nutzungsintensität oder Nutzungsaufgabe in Bereichen, in denen die landwirtschaftliche Bearbeitung schwierig ist. Die Auswirkungen auf die Biodiversität werden bei beiden Entwicklungen kritisch gesehen. Allerdings mangelt es an detaillierten Untersuchungen. Im Rahmen eines sechsjährigen Forschungsvorhabens wurden auf einer Weidefläche in den Allgäuer Alpen Laufkäfer, Spinnen und Vegetation untersucht. Auf der Fläche fand zu Beginn der Untersuchung eine Nutzungsänderung statt: ein großer Teil der vormals intensiv von Schafen beweideten Fläche wurde auf extensive Rinderbeweidung umgestellt. Kleine Teilflächen wurden aus der Nutzung genommen. Der Fokus dieser Dissertation liegt in den Untersuchungen der Laufkäfer. Hier wurde zunächst ein Erfassungsschema für Laufkäfer in schwer erreichbaren Gebieten der Alpen erarbeitet, um intensive und mehrjährige Untersuchungen logistisch durchführen zu können. Dabei wurden die Ergebnisse der Laufkäfererfassung über die gesamte Vegetationsperiode mit den Ergebnissen einer reduzierten Erhebung verglichen. Es konnte gezeigt werden, dass eine Beprobung über jeweils zwei Wochen Anfang Juni und Anfang Juli den gesamten Datensatz hinreichend repräsentiert. Des Weiteren wurde untersucht, ob die Vegetation als Surrogat für die beiden untersuchten Arthropodengruppen (Spinnentiere und Laufkäfer) dienen kann, d.h. die Ergebnisse der Vegetation auf die anderen Artengruppen übertragbar ist. Dies wurde sowohl auf Ebene der Artzusammensetzung als auch des Artenreichtums für die drei Taxa geprüft. Zudem wurde überprüft, ob die unter vegetationskundlichen Aspekten abgegrenzten geschützten Lebensraumtypen auch besonders wertvolle Habitate für die Arthropodengruppen darstellen. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass eine ausreichende Kongruenz nicht gegeben und damit die Übertragbarkeit von Ergebnissen bei der Vegetation auf die untersuchten Arthropodengruppen in den Gebirgslebensräumen nicht gewährleistet ist. Dies hat eine hohe praktische Relevanz, da im Rahmen von Managementplanungen für die FFH-Richtlinie als auch bei der Bayerischen Alpenbiotopkartierung überwiegend ein starker Fokus auf vegetationskundlichen Aspekten liegt und insbesondere artenreiche Arthropodengruppen meist nicht betrachtet werden. Abschließend wurde mittels gemischter Modelle (mixed effects models) untersucht, welche Veränderungen bei den Laufkäfern nach der Nutzungsänderung im Untersuchungsgebiet auftraten. Sämtliche errechneten Modelle zeigten Veränderungen der abhängigen Variablen über die Zeit: nach Aufgabe der intensiven Schafbeweidung nahmen die Arten- und Individuenzahlen sowie die Biomasse an Laufkäfern zu. Die Tiere wurden durchschnittlich größer und es traten mehr herbivore Laufkäfer auf. Auch konnten unterschiedliche Entwicklungen zwischen den Standorten beobachtet werden. Die beobachteten Veränderungen werden im Artikel detailliert diskutiert. Die meisten Veränderungen, insbesondere die Zunahme der Artenzahlen sowie der durchschnittlichen Körpergröße, deuten auf eine Erholung der Laufkäferfauna von der intensiven Schafbeweidung hin. Die Nutzungsumstellung und die aktuell praktizierte extensive Rinderbeweidung werden im Gebiet naturschutzfachlich positiv bewertet. Die Arbeit liefert eine gute Vorlage und fundierte Begründung, gerade auch im Alpenraum verstärkt Laufkäfer bei der Beantwortung naturschutzfachlicher Fragestellungen einzubinden.
Süßwasserökosysteme stellen für menschliche Gesellschaften verschiedene Ökosystemdienstleistungen wie zum Beispiel Trinkwasser oder Fischressourcen bereit. In der modernen Landwirtschaft kommen große Mengen von Agrochemikalien zum Einsatz, die in die Fließgewässer gelangen und dort zur Schädigung des Ökosystems führen können. Die vorliegende Arbeit trägt wichtige Erkenntnisse zur Abschätzung von Exposition und Effekten bei, die aus dem Eintrag von Pestiziden in Fließgewässerökosysteme resultieren können. Dabei wird eine der umfangreichsten Feldstudien zu den Auswirkungen der Pestizidbelastung in kleinen landwirtschaftlichen Fließgewässern vorgestellt. Die Feldstudie wurde an 29 Bächen in zwei Gebieten Finnlands und Frankreichs durchgeführt und umfaßte die Aufnahme der Zusammensetzung der Invertebratengemeinschaften und eines wichtigen Ökosystemprozesses, dem Blattabbau. Des Weiteren wurde ein Pestizidmonitoring für Verbindungen durchgeführt, die nach den Ergebnissen behördlicher Untersuchungen in ökotoxikologisch relevanten Konzentrationen in den Gewässern vorkommen. Nach der Einleitung (Kapitel 1), werden in den Kapiteln 2-4 neue Methoden zur Erfassung der Pestizidbelastung von Fließgewässern vorgestellt und bewertet. Die Ergebnisse aus der Feldstudie zu den Auswirkungen von Pestiziden werden im Kapitel 5 präsentiert. Im 2. Kapitel wird eine neue Methode zur Erfassung von schwebstoffadsorbierten Pestiziden vorgestellt, bei der die Extraktion mit der beschleunigten Lösemittelextraktion (ASE) durchgeführt wurde. Die Methode zeigte gute Ergebnisse bezüglich Exaktheit und Genauigkeit der Wiederfindung bei der Extraktion 10 polarer und semi-polarer Pestizide verschiedener chemischer Klassen. Bei der Anwendung der Methode auf Schwebstoffproben aus den französischen Bächen wurden Konzentrationen gefunden, die auf Invertebraten toxisch wirken könnten. Zusätzlich wurde in dieser Studie die Geeignetheit von deuterierten Standards der Analyten zur Verwendung als interne Standards während der Extraktion, Aufreinigung und Analytik untersucht. Dabei zeigte sich, daß bei deuterierten Standards mit weniger als 10 Deuteriumatomen Unterschiede im Verhalten zur nicht-deuterierten Verbindung auftreten können. Das folgende Kapitel stellt ein Kalibrationsexperiment zur Ermittlung von Sammelraten für den Chemcatcher® Passivsammler mit polarer Empfängerphase vor. Sammelraten für Passivsammler werden benötigt, um nach der Ausbringung in Gewässern zeitlich-gewichtete Durchschnittskonzentrationen (engl. TWA) berechnen zu können. Für den Chemcatcher® bewegten sich die Sammelraten im Bereich von 0.1 bis 0.5 L pro Tag. Das Kalibrationsexperiment ergab zudem, daß der Chemcatcher® ohne diffusionslimitierende Membran für Felduntersuchungen mit bis zu 14 Tagen Expositionszeit geeignet ist. Die ermittelten Sammelraten werden im 4. Kapitel verwendet, um TWAs für die Freilandexposition des Chemcatchers® in den französischen Bächen zu berechnen. Ferner wird die Leistungsfähigkeit des Chemcatchers® mit zwei weiteren Verfahren zur Erfassung von gewässerbezogener Pestizidbelastung verglichen. Dabei zeigte sich, daß die Probenahme der Wasserphase mit dem Chemcatcher® oder einem ereignisbezogenen Wasserprobenehmer bei polaren und semipolaren Pestiziden ein angemesseneres Bild der Belastung liefert als die Probenahme der Schwebstoffphase. Das 5. Kapitel ist den Auswirkungen von Pestiziden gewidmet und präsentiert eine Risikoabschätzung für die Auswirkungen der Pestizideinträge in die französischen und finnischen Gewässer. Zusätzlich werden potentielle Effekte auf den Blattabbau untersucht und die Anwendbarkeit des „Gefährdete Arten“ (SPEcies At Risk - SPEAR) Index für das länderübergreifende Biomonitoring beurteilt. Das Hauptergebnis der Studie ist, daß Pestizide selbst in Konzentrationen, die bisher als unbedeutend angesehen wurden, sowohl die Struktur der Invertebratengemeinschaften verändern als auch den Blattabbau hemmen können. Des Weiteren war der SPEAR Indikator geeignet, Effekte von Pestiziden über verschiedene Regionen hinweg nachzuweisen. Zusammenfassend weist diese Arbeit nach, daß Pestizide einen wichtigen Störfaktor für Fließgewässerökosysteme darstellen können und liefert Methoden zur Expositions- und Effektabschätzung die in zukünftigen Studien Anwendung finden könnten.
Ökologische Nachhaltigkeit in Beherbergungsbetrieben in regionalen Naturparks in der Deutschschweiz
(2014)
Der Konflikt um den Braunkohleabbau im Allgemeinen und den Hambacher Forst im Speziellen ist im Sommer 2018 in Deutschland erneut eskaliert und fand eine immer breitere Wahrnehmung in der Öffentlichkeit. Der Protest im und um den Hambacher Forst steht symbolisch für die Auseinandersetzungen um die deutsche Klimapolitik und damit für die Machtverhältnisse zwischen Staat, Wirtschaft und Zivilgesellschaft. Akteure verschiedener Standpunkte mussten in diesem Konflikt ihre Position begründen. Dies führte zu einer Intensivierung der Diskussion um Legalität, Legitimität, Demokratie und Gerechtigkeit. Die scheinbare Diskrepanz zwischen einer rechtsstaatlichen Demokratie und dem zivilen Ungehorsam als einem möglichen Korrektiv führte zu der hier bearbeiteten Forschungsfrage: Ist der Einsatz von zivilem Ungehorsam am Fallbeispiel "Ende Gelände", Rheinisches Braunkohle Revier, legitim, wenn nicht sogar notwendig, um die Grundprinzipien des demokratischen Staates zu wahren? Als Grundlage für die Beantwortung der Fragestellung soll erörtert werden, ob in der rechtsstaatlichen, sozialen und repräsentativen Demokratie Deutschlands die Protestform des zivilen Ungehorsams legitim sein kann und, sofern dies der Fall ist, unter welchen Umständen diese Legitimität gegeben ist.
Die Energiewende steht im Zentrum aktueller gesellschaftlicher Debatten. Die Frage ist: Wie kann die gegenwärtige Klimakrise aufgehalten und gleichzeitig der Energiebedarf gedeckt werden? Einigkeit besteht darüber, dass eine Strategie zur Energiewende die Umstellung auf erneuerbare Energieträger beinhalten muss. Das Problem ist: Zentrale Begriffe wie "erneuerbare Energieträger " sind uneindeutig und deshalb besonders für naturwissenschaftliche Laien missverständlich. Ihnen wird dadurch die gesellschaftliche Teilhabe an der Debatte erschwert. Wie kann der naturwissenschaftliche Unterricht dazu beitragen, die oben benannten Missverständnisse aufzuklären? Er muss die Schüler dabei unterstützen, die naturwissenschaftlichen Schlüsselprinzipien der verschiedenen Energieträger und darauf aufbauend die Energiewende angemessen zu verstehen. Zu diesem Zweck muss der Unterricht entsprechend strukturiert werden. Welche Leitlinien sowohl die Lehrkräfte der Naturwissenschaften als auch die Entwickler der Unterrichtsmaterialien dabei beachten sollten: Das klärt die vorliegende Studie. Hierfür wird das Modell der didaktischen Rekonstruktion als Forschungsrahmen genutzt. Ausgehend von einem gemäßigt konstruktivistischen Lehr-Lernverständnis werden drei Unterfragen beantwortet: (1) Welche vorunterrichtlichen Vorstellungen bringen Schüler in den Unterricht mit? (2) Welche Vorstellungen haben Wissenschaftler? (3) Welche Unterschiede ergeben sich im Vergleich der Vorstellungen? Für die Beantwortung dieser Fragen wurden in der Erhebung problemzentrierte, leitfadengestützte Interviews mit 27 Achtklässlern geführt und Auszüge aus zwei wissenschaftlichen Gutachten ausgewählt. Mit einer qualitativen Inhaltsanalyse konnten in der Auswertung Inhaltsaspekte identifiziert werden, die Potenzial für die unterrichtliche Vermittlung haben. Mit dem so reduzierten Datenmaterial wurde eine systematische Metaphernanalyse durchgeführt. Damit wurden erfahrungsbasierte Muster hinter den Vorstellungen rekonstruiert. Aus dem systematischen Vergleich der Ergebnisse lassen sich Lernchancen und Lernhindernisse für das Verstehen von naturwissenschaftlichen Hintergründen der Energiewende ableiten. Diese werden in Form von Leitlinien für den naturwissenschaftlichen Unterricht zusammengefasst. Diese Leitlinien können von Lehrpersonen und Entwicklern von Lehrmaterialien genutzt werden, um ein fachlich angemessenes Verstehen der naturwissenschaftlichen Schlüsselprinzipien der Energieträger und der Energiewende zu fördern.
Hochtemperatur-Aquiferwärmespeicher erleichtern Wärmesystemen durch eine saisonale Lastverschiebung die Erschließung und Integration von erneuerbaren Wärmequellen. Ein mittleres Temperaturniveau von >50 Grad Celsius ermöglicht zumeist eine direkte Entladung ohne einen anschließenden Temperaturhub über eine Wärmepumpe. Aufgrund der thermischen Trägheit von ATES-Systemen ist die Berücksichtigung von Lastfalländerungen durch jährlich variierende Lastprofile besonders in der Einschwingphase sinnvoll. Da es bis zu 20 Jahre dauern kann, bis der Aquifer einen quasistationären Zustand erreicht, konnte in Langzeitstudien ein großer Einfluss von unterschiedlichen Lastprofilen auf energetische und finanzielle Simulationsergebnisse nachgewiesen werden. Zur Verbesserung der Investitionsplanung wurde ein Verfahren entwickelt, das sowohl die Prognosefähigkeit als auch die Prognosegenauigkeit von Energiesystem- und Wirtschaftlichkeitsanalysen erhöht, indem über einen wahrscheinlichkeitsbasierten Ansatz (Monte-Carlo-Temperaturschätzung) Normalverteilungsfunktionen für gewünschte Auswertungsgrößen (z.B. Kapitalwert) abgeleitet werden können. Aus 2000 Simulationsjahren wurde über konzeptspezifische Verteilungsfunktionen der wahrscheinlichste Eintrittsfall abgeleitet und zu einem repräsentativen Szenario aggregiert. Das aggregierte Szenario mündet in ein konzeptspezifisches Gleichungssystem, das mit den Freiheitsgraden Energiepreise, Kalkulationszinssatz und Förderanteil gelöst wird. Im Gegensatz zu der etablierten Methode, die Wirtschaftlichkeitsberechnung im Anschluss an eine energetische Systemsimulation anzuhängen, wurde in dieser Arbeit ein holistisches Modell in TRNSYS entwickelt, das für jeden Simulationszeitschritt simultan Energie- und Zahlungsströme berechnet. In dem Modell konnten Verbesserungen in der Prognosegenauigkeit um den Faktor 20 nachgewiesen werden. Mit dem neuen Verfahren kann die Frage der Wirtschaftlichkeit nicht nur mit ja oder nein beantwortet werden, sondern zusätzlich mit der jeweiligen Eintrittswahrscheinlichkeit belegt werden.
Die Arbeit liefert die Grundlagen zur chemischen Entfernung von Biodiesel aus dem Motoröl, um eine Minderung der Einschleppungsproblematiken beim Einsatz von biogenen Kraftstoffen und Dieselpartikelfiltern zu erzielen. Das Prinzip beruht auf einer wechselwirkenden Beimischkomponenten die eine Azeotropbildung mit Biodiesel einleitet. Eine gaschromatographische Headspace-Screening-Methode diente der Messung von Aktivitätskoeffizienten in Anwesenheit von Biodiesel. Die Ergebnisse dieser Analysen lieferten erste Erkenntnisse welche funktionalen Gruppen eine notwendige starke Wechselwirkung mit Biodiesel besitzen. Die gaschromatographischen Analysen wurden zudem mit Simulationsrechnungen mittels COSMOtherm untermauert. Im Laborversuch haben sich polare Säuren wie Ameisensäure oder Essigsäure als gute Beimischkomponenten erwiesen. Aldehyde, Ketone oder Alkohole sind weniger geeignet. Säuren wirken als Hydrogen Bond Donator und besitzen hohe Aktivitätskoeffizienten mit Biodiesel. Durch die Destillation des gebildeten azeotropen Gemischs kann die Entfernung von Biodiesel aus dem Motoröl bei niedrigen Temperaturen von ca. 180 Grad Celsius bis 190 Grad Celsius realisiert werden. Ohne den Einsatz von Beimischkomponenten liegt die Destillationstemperatur von Biodiesel bei ca. 330 Grad Celsius.
Pestizide werden als Pflanzenschutzmittel im landwirtschaftlichen Bereich und als Biozide z. B. in der Industrie, in Haushalten und Kommunen eingesetzt. Bereits auf den behandelten Flächen und in den angrenzenden Gewässern können Pestizide Abbauprozessen durch u. a. Photolyse unterliegen. Diese Prozesse führen zur Entstehung von Transformationsprodukten (TP), deren Berücksichtigung bei der Umweltrisikobewertung für ein umfassendes Risikomanagement von großer Bedeutung ist. Doch gibt es über die in der Umwelt vorkommenden Transformationsprozesse und die dabei entstehenden TP immer noch Wissenslücken. Darüber hinaus sind die Eintragswege von TP, vor allem von Biozid-TP, in die angrenzenden Gewässer zum Teil unbekannt. Da eine Vielzahl von TP mit unterschiedlich starken ökotoxikologischen Effekten bewertet werden muss, besteht ein großer Bedarf an schnellen und umfassenden Methoden, um die stetig wachsende Anzahl an Chemikalien auf dem Markt erfassen zu können. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist daher, das Verhalten und den Verbleib ausgewählter Pestizid-TP in der aquatischen Umwelt zu analysieren. Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche Phototransformationsprozesse von Pestiziden sowie der Eintrag aus Fassaden über Regenwasserversickerungsanlagen (RVA) in angrenzenden Gewässern der Stadt Freiburg untersucht. Schlussendlich erfolgte die Identifizierung der ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP in einem mehrstufigen Ansatz durch die Kombination experimenteller und computerbasierter Methoden. Inwiefern unterschiedliche Phototransformationsprozesse zu unterschiedlichen TP führen, wurde im ersten Teil der Arbeit durch einen Vergleich der Entstehung von TP durch direkte und indirekte Photolyse der Substanzen Penconazol, Terbutryn und Mecoprop untersucht. Weiterhin wurde der Abbau durch die Bestrahlung mit unterschiedlichen Xenonlampen untersucht. Im zweiten Teil der Arbeit wurde der Eintrag von Bioziden, die in Fassadenanstrichen Anwendung finden, und deren TP über Regenwasserversickerungsanlagen in das Grundwasser untersucht. Dabei wurden qualitative und quantitative Target-Screening-Methoden zum Nachweis und zur Quantifizierung bekannter und unbekannter TP der Biozide Diuron, Terbutryn und Octhilinon (OIT) in der aquatischen Umwelt mittels Flüssigkeitschromatographie mit gekoppeltem Massenspektrometer (LC-MS) kombiniert. Die ökotoxikologischen Eigenschaften von 45 Pestizid-TP wurden im dritten Teil dieser Arbeit in einem mehrstufigen Ansatz untersucht. Insgesamt zeigte sich, dass die Berücksichtigung von TP im Rahmen von Gewässerüberwachung und Risikobewertung eine genauere Abschätzung der Risiken durch Schadstoffe ermöglicht. Die in dieser Dissertation entwickelte Vorgehensweise, bei der TP zunächst im Labor erzeugt und bewertet und anschließend in aquatischen Systemen gezielt analysiert werden, kann einen wichtigen Beitrag zur Regulatorik des Einsatzes und der Zulassung von Pestiziden leisten.
Das 21. Jahrhundert als "urban century" bietet neben vieler positiver Aspekte auch zahlreiche Herausforderungen im Stadtraum. Neben Stressfaktoren wie Lärm und Umweltverschmutzung nehmen Extremwetterereignisse wie Hitze und Starkregen zu, muss also eine Klimafolgenanpassung erfolgen und muss zusätzlicher Wohnraum für mehr Menschen geschaffen werden. Erholungs- und Aktivitätsräume stehen zudem in Konkurrenz zum Ausbau der Infrastruktur. Die Herausforderungen bedingen die Notwendigkeit für transdisziplinäre Diskurse und Arbeitsweisen im Rahmen einer klimawandelgerechten Stadtentwicklung. Mit diesem Hintergrund setzt sich die Arbeit zum Ziel Potenziale zu erarbeiten, die sich in Lüneburg für eine Begrünung der Innenstadt bieten, um dem sich wandelnden Klima zu begegnen, sowie herauszuarbeiten welche Akteuren, Schlüsselfaktoren und Schlüsselelemente die Umsetzung von Begrünungsmaßnahmen einschränken oder stärken. Mit der Methode der Konstellationsanalyse sollen zukunftsgerichtete und zentrale Handlungsfelder verdeutlicht werden. Es soll die Basis für eine erfolgreiche und nachhaltige Arbeitsweise sowie Zusammenarbeit im Bereich der Klimafolgenanpassung in Lüneburg gelegt werden.
Gegenwärtige atmogene N-Einträge in die Lüneburger Heide überschreiten die durch den critical-load für Sandheiden definierte Belastungsgrenze von 10-20 kg ha-1 und zeigen den Handlungsbedarf für eine langfristige Erhaltung dieser geschützten Lebensräume. Die traditionelle Schafbeweidung im NSG Lüneburger Heide kann diese hohen atmogenen N-Einträge kompensieren. Das Herdenmanagement minimiert den Nährstoffeintrag über die Exkremente der Tiere, so dass diesem Transfer nur eine geringe Bedeutung zukommt. Die N-Austräge über das Sickerwasser vor, während und nach den Pflegemaßnahmen spielen nur eine untergeordnete Rolle. Extensive Pflegemaßnahmen wie die Mahd und das kontrollierte Brennen sind nicht geeignet die atmogenen N-Einträge langfristig zu kompensieren. Intensiven Pflegemaßnahmen (Schoppern, Plaggen) gelingt dieses, benötigen aber einen zu langen Bearbeitungszyklus, innerhalb dessen kombinierte Verjüngungsmaßnahmen notwenig werden. Die Pflegemaßnahmen haben Auswirkungen auf die N- und P-Vorräte im Heidesystem und führen großteils zu einer P-Verarmung. Das kontrollierte Brennen beeinflusst den P-Haushalt am geringsten. Eine Kombination des Feuereinsatzes mit anderen extensiven Maßnahmen erscheint daher sinnvoll.