Refine
Year of publication
- 2018 (14) (remove)
Document Type
- Doctoral Thesis (14) (remove)
Has Fulltext
- yes (14) (remove)
Keywords
- Energiewende (2)
- Nachhaltigkeit (2)
- Sustainability (2)
- Transformation (2)
- Abwasser (1)
- Abwasserbelastung (1)
- Bees (1)
- Bienen (1)
- Biocides (1)
- Biozide (1)
Institute
- Fakultät Nachhaltigkeit (14) (remove)
Social insects like honeybees (Apis mellifera) and stingless bees (Apidae: Meliponini) face a relatively high risk to be attacked by pests and pathogens. To decrease the risk of infection, in addition to an innate immune system, these species have evolved various cooperative defense mechanisms which contribute to the overall health of the colonies and are therefore also referred to as social immunity. The collection and use of plant resin is another important strategy of social immunity. Resin is a sticky, often aromatic substance with antimicrobial and deterrent properties secreted by plants for protection of the vegetative tissue. Honeybees and stingless bees take advantage of these properties by using resins for nest construction (often mixtures of resin and wax called "propolis" or "cerumen") and as defense against pests and pathogens. Plant resins, thus, play a crucial role for the ecology of these species and are an important resource for them. Nevertheless, how bees exploit available resin sources and if resin collection can protect colonies from diseases received comparatively little attention in the past. Therefore the aim of this thesis is to provide new insights into the plant origin and significance as well as the influence of resin resource diversity on bee colony health. For honeybees (A. mellifera) in temperate regions, precise information about which resin sources they use is largely lacking. By chemical comparing bee-collected resins and tree resins, the researcher traced back the resin sources used by individual bees. Results show that honeybees collect distinct resin types that are related to different tree species (several poplar species: Populus balsamifera, P. xcanadensis; Betula alba; Aesculus hippocastanum; several poplar species). With this study, the author provided the first evidence, that A. mellifera in temperate regions use a variety of different tree species as resin sources and, moreover, show preferences for specific resin sources. Furthermore, the researcher conducted an experimental field study in which she investigated whether propolis, as it is naturally deposited in the nests, can protect honeybee colonies against some of the most important pathogens (Varroa destructor mite, Deformed Wing Virus). The results of this study showed that propolis in (semi-) natural conditions can increase the disease resistance of honeybee colonies, underscoring the importance of resins for honeybee health. Resin collection by stingless bees is comparatively well studied and it is known that these species commonly forage on a variety of different plant species. To increase knowledge on whether and how bees may profit from a diversity of resin resources, the researcheer tested how the protective function of a resin varied among different sources (and their mixtures) and various potential aggressors (predators, parasites and pathogens). The results of this study revealed that resins from different trees vary in their effectivity against different target organisms. Moreover, resin blends were more effective than some of the individual resins, suggesting that bees can benefit from a variety of resin resources. In summary, honeybees in temperate regions, similar to tropical stingless bees, use a variety of different tree species as resin sources. Because resins from different tree species varied in their protective function, this indicates that bees can profit from a variety of different resins/resin sources by improving the defense against diverse pests and pathogens. Conversely, the lack of resin had a negative impact on the disease resistance of colonies. Consequently, availability as well as the variety of suitable resin sources is of great importance for the health of bees.
Seit den frühen 1990er Jahren wird transdisziplinäre Nachhaltigkeitsforschung in Form von problemorientierten Forschungs- und Lernprojekten konzeptioniert und praktisch umgesetzt, an denen außeruniversitäre Akteuren beteiligt sind. Diese Forschungsarbeit verfolgt drei Ziele: Erstens, die Konzeptualisierung der Begriffe Kultur, Multi-, Inter- und Transkulturalität in der Literatur zur transdisziplinären Nachhaltigkeitsforschung zu untersuchen. Zweitens, die Konzeptionierung und Umsetzung von transdisziplinären Forschungs- und Lernprojekten in Hinblick auf kulturelles Differenzieren zu analysieren. Drittens, konzeptionelle Beiträge zur Gestaltung von transdisziplinären Forschungs- und Lernprojekten zu entwickeln. Methodisch wird auf Literaturanalysen und eine qualitative Untersuchung zweier transdisziplinärer Lernforschungsprojekte zurückgegriffen. Unter dem Begriff Forschungs- und Lernprojekt werden in dieser Forschungsarbeit sowohl Forschungsprojekte als auch Lehr-Lernforschungsprojekte gefasst. Zentrale Ergebnisse der Forschungsarbeit sind die Folgenden: Erstens wird der Kulturbegriff in der transdisziplinären Nachhaltigkeitsforschung zwar vielfältig verwendet, als Forschungsthema, Hintergrund von Beteiligten, Kooperationsweise, Projektkontext, in Hinblick auf Interkulturalität oder als Wissenskultur, allerdings kaum ausdifferenziert und konkretisiert. Zweitens besteht auf der Ebene der Konzeptionierung von transdisziplinären Forschungs- und Lernprojekten: 1) ein starkes Übergewicht von Integration und Konsens gegenüber einer Auseinandersetzung mit Differenz, 2) eine implizite Vorauswahl von Beteiligten durch bestimmte Begrifflichkeiten und methodologische Ansätze und 3) eine Reproduktion von Machtverhältnissen durch (dichotome) Symmetrie- und Ausgleichsvorstellungen. Drittens zeigt sich auf der Ebene der Umsetzung von Lernforschungsprojekten: 1) eine starke Prozessorientierung der Projekte, 2) ein Spannungsfeld zwischen einer Öffnung und Steuerung in Hinblick auf den Projektverlauf und 3) vielfältige Differenzaushandlungen in Interaktionen (wie Zeitlichkeit, Verantwortung, Erfahrung, Relevanz). Die Ergebnisse zeigen, dass politische Implikationen der Forschung und zentrale Ungleichheitskategorien der Kultur- und Sozialwissenschaften (u.a. race, class, gender, body) kaum thematisiert werden. Vorschläge zur Gestaltung transdisziplinärer Forschungs- und Lernprojekte werden in Hinblick auf ein Verständnis von Forschungsdesigns als Prozesse, einem Erkunden von Differenzierungen und Forscherpositionen und der Bedeutung eines Verlernens entwickelt.
Einsatz der Planarchromatographie mit wirkungsbezogener Detektion zur Untersuchung von Wässern
(2018)
Unter Wirkungsbezogener Analytik (WBA) wird die Kopplung eines chromatographischen Trennverfahrens mit einem biologischen Testsystem verstanden. Der Vorteil bei dieser Herangehensweise ist, dass die zuvor getrennten Probeninhaltsstoffe anhand ihrer Aktivität mit einem in vitro-Testsystem detektiert werden. Es hat sich gezeigt, dass die Hochleistungsdünnschichtchromatographie (HPTLC) besonders geeignet für die WBA ist. Bislang konnte nicht gezeigt werden, dass die WBA mit HPTLC auch als routinefähige Methode eingesetzt wurde. In dieser Arbeit erfolgte eine Optimierung der Detektion der Endpunkte Biolumineszenzhemmung (Aliivibrio fischeri), antibiotische Wirkung (Bacillus subtilis), Neurotoxizität (Acetylcholinesterase) von der HPTLC-Platte hinsichtlich Routinefähigkeit. Zusätzlich konnte in ersten Versuchen gezeigt werden, dass es möglich ist, direkt gentoxische Verbindungen mittels des umu-Tests auf der HPTLC-Platte nachzuweisen. Für die einzelnen Biotests sind unterschiedliche Inkubationszeiten notwendig. Dies führt aufgrund von Diffusion auf der HPTLC-Platte zu einer Bandenverbreiterung. Es wurden unterschiedliche Methoden und Arbeitsweisen zur Verminderung der Diffusion erprobt und optimiert. Eine Möglichkeit ist die mechanische Eindämmung durch die Einbringung einer Gaze in eine verfestigte Calciumalginatschicht. Optimiert wurde dieses Verfahren am Bacillus subtilis-Hemmtest. Für Enzymtests ist eine vergleichsweise kurze Inkubationszeit notwendig. Daher tritt hier eine geringere Bandenverbreiterung auf, womit eine mechanische Einschränkung der Diffusion nicht geeignet ist. Um die auftretende Bandenverbreiterung möglichst gering zu halten, wurde besonders die Aufbringung des Substrats optimiert. Dies geschah am Beispiel des HPTLC-Acetylcholinesterasehemmtests. Die Ermittlung der unterschiedlichen bandenverbreiternden Einflussfaktoren erfolgte mittels statistisches Versuchsplanung. Anhand der gewonnenen Erkenntnisse konnte die Methode soweit optimiert werden, dass die bei der Detektion von AChE-Inhibitoren auftretende Bandenverbreiterung sehr gering gehalten werden kann. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit des Verfahrens lassen sich selbst geringe Spuren von Verunreinigungen in Referenzsubstanzen detektieren. Besonders für den Routineeinsatz der WBA mit der HPTLC ist die Vergleichbarkeit der Ergebnisse erforderlich. Dazu wurde anhand des HPTLC-Leuchtbakterienhemmtests mit Aliivibrio fischeri eine Auswertestrategie erarbeitet. Die Ermittlung der Biolumineszenzhemmung findet analog zum Küvettentest statt und kann ortsaufgelöst als Hemmwert-Chromatogramm dargestellt werden. Die Darstellung der Hemmung in einem Hemmwert-Chromatogramm gleicht die Stauchung der Peaks aufgrund des sigmoiden Verlaufs der Dosis-Wirkungsbeziehung teilweise aus. Durch die nichtlineare Beziehung zwischen Konzentration bzw. Flächenmasse und Wirkung der unbekannten Substanzen ist es für den Vergleich von Proben notwendig, einen Bezugspunkt zu setzen. Bewährt hat sich dafür der EC50-Wert. Da aber in den meisten Fällen die Konzentration unbekannt ist, wird als Bezugspunkt das Auftragevolumen gewählt, welches erforderlich ist um eine Hemmung von 50% auszulösen. Der Kehrwert des berechneten Auftragevolumens für 50% Hemmung stellt das reziproke Iso-Hemmvolumen (RIHV) dar. Dieser RIHV-Wert hat sich für den Probenvergleich in verschiedenen Anwendungen bewährt. Das Prinzip der Auswertung kann vom HPTLC-Leuchtbakterientest mit Anpassung auf den HPTLC-Bacillus subtilis-Hemmtest übertragen werden. Für den Vergleich der Wirkung auf die Acetylcholinesterase-Hemmung wird in Anlehnung zum RIHV, das reziproke Iso-Aktivitätsvolumen (RIAV) herangezogen. Hier wird das Auftragevolumen, welches notwendig ist, eine Aktivität der AChE von 50% zu erreichen, als Kehrwert angegeben. Zur Ermittlung der Messunsicherheit der Chromatographie und der detektierten Wirkung wurden parallel zu den Proben Referenzverbindungen untersucht. Bei der Überwachung einer gesicherten Deponie über einen Zeitraum von 4,5 Jahren konnte gezeigt werden, dass es sich bei der Hochleistungsdünnschichtchromatographie mittels automatisierter Mehrfachentwicklung (HPTLC/AMD) um ein reproduzierbares Chromatographiesystem handelt. Bei der Anwendung des Leuchtbakterien-, Bacillus subtilis- und des Acetylcholinesterase-Hemmtests auf verschiedene Deponie- und Abwasserproben wurden über einen Zeitraum von sieben Monaten Standardabweichungen von 5-9% Hemmung für die testspezifischen Referenzsubstanzen ermittelt. Als Ergebnis der Validierung wurden der HPTLC-Aliivibrio fischeri-, der HPTLC-Bacillus subtilis- und der HPTLC-Acetylcholinesterase- Hemmtest am 24.03.2015 von der deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) akkreditiert. Zur Ermittlung potenziell gentoxischer Substanzen wurde der umu-Test ausgewählt. Mit dem umu-Test auf der HPTLC-Platte ist es derzeit möglich, die aus der DIN 38415-3 bekannte direkt wirkende gentoxische Substanz 4-Nitroquinolin-N-oxid (4-NQO) auf der HPTLC-Platte nachzuweisen. Für einen erfolgreichen Nachweis von indirekt wirkenden Substanzen, die erst nach der Aktivierung durch Stoffwechselenzyme gentoxisch wirken, war es nicht möglich, das erforderliche Metabolisierungssystem auf der HPTLC-Platte aufrecht zu erhalten. Zur Durchführung der WBA ist für die meisten Wasserproben (z. B. Oberflächenwasser oder Grundwasser) eine Anreicherung erforderlich. Parallel zu den Arbeiten mit den biologischen Testsystemen erfolgte die Optimierung der Anreicherung von organischen Verbindungen aus Wasserproben. Für die Festphasenextraktion (SPE) wurden verschiedene Materialien bei den pH-Werten 2, 7 und 9 mit Substanzen unterschiedlicher Polarität getestet. Die besten Wiederfindungen über den gesamten Polaritätsbereich erzielte die Phase "Agilent Plexa" (Polydivinylbenzol) mit einer angepassten Elutionsabfolge. Bei der Auswahl des Materials und der Anpassung der Elutionsabfolge wurde auch auf einen möglichst geringen Blindwert für den Biolumineszenz-Hemmtest mit Aliivibrio fischeri geachtet. Damit wurde eine für die WBA geeignete Anreicherungsmethode gefunden. Zur Verbesserung der Extraktionsausbeute von polaren Verbindungen mittels Flüssig-Flüssig-Extraktion (LLE) wurde die Mikro-LLE mit dem in allen Verhältnissen mit Wasser mischbaren Extraktionsmittel Acetonitril getestet. Die im Blindwert auftretenden störenden Substanzen konnten durch Ausheizen des zur Phasentrennung erforderlichen Natriumchlorids erheblich reduziert werden. Bei den Untersuchungen zur Wiederholbarkeit mit einer Deponiesickerwasserprobe und der Detektion der Biolumineszenz von Aliivibrio fischeri waren nur geringe Abweichungen der Hemmwerte detektierbar. Aufgrund der zu erwartenden komplexen Zusammensetzung von Proben aus dem Deponiebereich ist eine Gradientenelution für die HPTLC/AMD notwendig. Anhand von Referenzverbindungen und Extrakten aus verschiedenen Deponien wurde die HPTLC/AMD-Trennung für ein Screening optimiert. Mit diesem Screening-Gradient ist es möglich, die wirkenden Probenbestandteile über die gesamte Trennstrecke zu verteilen. Zusätzlich fand noch eine Entwicklung einer isokratischen HPTLC-Trennung für eine schnelle Beurteilung von Proben statt, wobei bei dieser Methode Abstriche bezüglich der Trennleistung gemacht werden mussten. Zudem konnte gezeigt werden, dass der aufwendige Identifizierungsprozess durch spezifische postchromatographische Derivatisierungsreaktionen auf der HPTLC-Platte unterstützt werden kann. Dazu wurde der Bratton-Marshall-Nachweis von primären Aminen optimiert. Durch den Nachweis von austauschbaren Protonen mittels des H/D-Austausches lassen sich die denkbaren Strukturen deutlich einschränken. Für einen nahezu vollständigen H/D-Austausch hat sich die Kopplung von HPTLC und Massenspektrometer (MS) als besonders geeignet gezeigt, da hier nur wenige Milliliter an deuterierten Lösemitteln benötigt werden. Erprobt wurden die optimierten Methoden an verschiedenen Wässern, welche aus Kläranlagen und aus dem Umfeld von Deponien stammen. Durch die Einführung des RIHV- bzw. RIAV-Wertes ist es möglich Wässer von verschiedenen Probennahmestellen, z. B. Deponiesickerwässer, anhand ihrer Wirkung vergleichend zu beurteilen. Auch kann damit die Veränderung des Wirkungsmusters über einen Aufbereitungsprozess beobachtet werden. Die Untersuchungsergebnisse zeigen zudem, dass auch bei der WBA Feldblindproben entscheidend sind, um Proben sicher beurteilen zu können.
The overall aim of this thesis is to develop empirical probabilistic frameworks that help to quantify the impacts of temporal and spatial scale dependencies and model uncertainties of climate projections regarding precipitation-dependent parameters. The thesis is structured in four articles. Article one is the first study that analyzed climate projections from the spatially highly resolved regional climate model (RCM) ensemble EURO-CORDEX. Additionally, the significance and the robustness of the projected changes are analyzed, and improvements related to the higher horizontal resolution of the new data set are discussed. A major finding is, that RCM simulations provide higher daily precipitation intensities, which are missing in the global climate model (GCM) simulations, and that they show a significantly different climate change of daily precipitation intensities with a smoother shift from low towards high intensities. The second article elaborates on impacts of temporal and spatial aggregation on extreme precipitation intensities. By combining radar data with cloud observations, the different temporal and spatial scaling behavior of stratiform and convective type precipitation events can be analyzed for the first time. The separation between convective and stratiform type events also allows to quantify the contribution of convective events to the extremes. Further, it is shown that temporal averaging has similar effects on the precipitation distribution as spatial averaging. Associated pairs of temporal and spatial resolutions that show comparable intensity distributions are identified. Using precipitation data from radar observations, a gauge station network and a spatially highly resolved regional climate model, the third paper optimizes the process that finds associated temporal and spatial scales (see second article). This information is used to develop a method that adjusts point measurements to the temporal and spatial scale of a previously defined model grid. The study shows that this procedure can be used to improve bias-adjustment methods in areas with a low gauge station density. It is known that the EURO-CORDEX ensemble overestimates precipitation and shows a common cold bias in the Alpine region. The fourth article evaluates how these biases are changing the temperature distribution and the temperature dependency of precipitation-frequencies. These biases are a source of uncertainty that is not captured by the robustness tests performed in the first article. A probabilistic-decomposition-framework is developed to quantify the impact of these biases on precipitation-frequency changes and to investigate causes for the ensemble spread.
Organophosphorus flame retardants and plasticizers (OPEs) have been utilized for decades as plasticizers and, to a lesser extent, as flame retardants in various consumer products to improve their material properties. The research presented in this thesis investigated the occurrence, distribution and transport of OPEs with a focus on the coastal and estuarine environment. Due to the wide range of physicochemical properties of OPEs, the environmental fate and behaviour of OPEs was investigated over a range of compartments, starting from the atmospheric occurrence to the aquatic phase and the behaviour in sediments. The aim was to gather information on the OPE contamination situation in the coastal and estuarine environments, to identify specific contamination patterns for source assessment and to investigate the distribution behaviour of OPEs between gas- and particle-phases to evaluate their environmental transport mechanism. To achieve these scientific goals, sensitive and robust chemical analytical methods for the detection and quantification of OPEs in a variety of environmental samples using gas-chromatography coupled with tandem mass spectrometry were developed. Water samples were removed along the Elbe and Rhine Rivers to test the hypothesis of whether specific point sources, such as wastewater treatment plants, are the major input pathways for OPE contamination in rivers. A total of 65 water samples, including an intensive measurement campaign during the flood event in 2013 at the Elbe, was taken and analysed for OPEs. No obvious point sources were identified along either of the rivers analysed. No significant increase or decrease in the OPE concentrations or a change in patterns were observed over a transect of over 300 km at the Elbe, with an increase in water discharge of 2.5. This finding suggested that the OPE input in large rivers is primarily driven by diffuse sources, such as surface runoff, or by minor point sources rather than local point sources. To examine the specific pattern of OPE contamination in individual rivers and estuaries, 37 sediment samples from 8 rivers in Europe and China were analysed. With this analytical data, a fingerprint analysis of the OPE patterns identified could be conducted. All the rivers investigated in Europe displayed a very similar fingerprint. In contrast, the fingerprint from China differed significantly from the one in Europe. For example, in China, the OPE restricted in Europe, Tris(2-chloroethly)phosphate, was found to be one of the major OPE components, while Tris(2-butoxyethyl) phosphate, a major compound in Europe, was negligible in China. The investigation showed that the fingerprinting analysis is a useful tool to identify different regions or characterize specific rivers regarding their OPE contamination. In addition, it could be shown that legislative restriction and processes have an impact on local or even EU-wide contamination patterns. At a coastal site next to the German city of Büsum, 58 air samples were taken over one year. Using the newly developed analytical method, it was possible to analyse the gas, as well as the particle phase, of the samples collected with very low detection limits for OPEs. In contrast to expectations, no annual trend in OPE concentrations, phase distributions or patterns was observed, but the investigation of the phase distribution challenged the previous scientific consensus that OPEs occur as primarily bound to particles in the atmosphere. Several compounds were detected in significant amounts in the gas phase. To validate these novel results, a model analysis based on the chemical properties of OPEs was conducted using three different phase distribution models. The results from the environmental data were strongly supported by the simulations, and the formal knowledge could be refuted. Consequently, the atmospheric transport assumptions and estimations about the long-range transport of OPEs have to be reassessed because compounds in the gas phase undergo other types of transport degradation and elimination mechanisms than particle-boundones. The novel findings presented in this thesis challenged an important aspect regarding the perceived scientific knowledge about the behaviour of OPEs in the environment and call on the scientific community to reassess the environmental behaviour of OPEs. The insights presented on the patterns highlight the impact of environmental policies and regulatory mechanisms to work towards the final goal of a good environmental status and the avoidance of adverse effects of discarded chemicals on humans and the environment.
Restoration and management of abandoned, dry Continental heathland and sandy grassland communities
(2018)
Whereas heathlands in the Atlantic biogeographical region have been in the centre of interest, dry heathland communities in the Continental biogeographical region have been widely neglected. Thereby, the conservation status of both habitat types is listed as unfavourable-bad across the Continental biogeographical region. Surprisingly, no detailed studies are available on cost-efficient and sustainable restoration and management schemes to successfully restore and maintain highly degraded, long-abandoned Continental heaths and sandy grasslands, and thus, to counteract the poor conservation status of the habitat types. This shows the great need for research for the Continental biogeographical region. Thus, the present thesis provides substantial knowledge about the population dynamics of the key plant species of dry heaths Calluna vulgaris (L.) HULL by investigating key processes in the biology of the species as well as about the restoration and management of long-abandoned, dry Continental heathland and sandy grassland communities. In order to better understand the process of successful Continental heathland restoration, I analysed the reproductive potential (seed production, soil seed bank, and germination ability of seeds) of degenerate Calluna stands as well as the effects of single and combined management options on the generative rejuvenation (i.e., recruitment and survival) of Calluna. The results are based on a comprehensive three-year field experiment including the management options year-round, low-intensity cattle and horse grazing, one-time mowing and one-time shallow soil disturbances combined with greenhouse investigations on the soil seed bank content and germination ability of Calluna seeds. The results showed that even after long-term abandonment, seed production of degenerate Calluna stands and the germination ability of seeds proved to be high, being similar to Atlantic heathlands, whereas the soil seed bank is considerably reduced probably due to the dry conditions in the Continental region. In addition, low-intensity grazing with free-ranging robust breeds and the combination with one-time mowing at the beginning of the restoration process is an effective means of supporting the generative rejuvenation of this key plant species in degraded Continental heaths. The second study of this thesis focussed on the first-year establishment of Calluna in managed and unmanaged dry heaths and heaths in mosaics with dry sandy grasslands. The germination ability of seeds of different life-history phases of Calluna was analysed to determine if the predominance of the late life-history phase restricts the rejuvenation process of this key plant species. In addition, beside effects of management measures (year-round, low-intensity grazing, one-time mowing, one-time shallow soil disturbances) the author analysed the most important safe site conditions that possibly influenced the germination and the first-year survival of Calluna. The results of the study combine field experiments with growth chamber investigations. The author found that life-history phase of Calluna did not significantly affect seed germination and thus, the predominance of the degenerate life-history phase does not restrict the rejuvenation process. In addition, the results of the study revealed that grazing and thus trampling intensity must be temporarily and locally enhanced at the beginning of the restoration process of highly degraded heaths to increase safe site availability for successful Calluna establishment. Thereby, shadowing is the most important safe site condition. In the third study, the author investigated the impacts of year-round low-intensity cattle and horse grazing on the development of the highly competitive grass Calamagrostis epigejos (henceforth referred to as Calamagrostis), as well as the vegetation structure and plant species richness of long-abandoned but nutrient-poor dry heathland and sandy grassland communities, their mosaics and Calamagrostis stands. Finally, I assessed the local conservation status of the habitat types after seven years of grazing in comparison to long-abandoned sites. The results are based on a comprehensive field study on two spatial scales (plot-level: 25 square meters, macroplot-level: 1 ha). The author found that grazing successfully reduced the coverage and prevented the further spread of Calamagrostis, while simultaneously maintained or improved characteristic species richness and vegetation structure across the different nutrient-poor vegetation types over time, and thus enhanced the local conservation status of habitat types of community interest. In conclusion, the results of the studies considerably improved the understanding of dry, Continental heathland and sandy grassland restoration and management. They provide evidence that even after long-term management abandonment, year-round low-intensity cattle and horse grazing is a suitable management tool for restoring, maintaining and even improving nutrient-poor heathland and sandy grassland communities. However, at the beginning of the restoration process, additional management measures are necessary to faster restore abandoned habitats, especially highly degraded heaths.
The German energy system is under transformation. The so-called Energiewende (in English, Energy turn) relies, among other things, on renewable energies for building a more sustainable energy system. Regions (Landkreise) are one relevant level where different administrative bodies make decisions and plans both for the implementation and for the use of renewable energies. However, in order to realize the goals of the Energiewende, developments in the wider society are necessary. This is why scientific research can and should foster such developments with more research on the social aspects of energy-related topics. The present work contributes to the understanding of transition processes towards a sustainable use of regional renewable energy by focusing on the role of contextual conditions, practical experiences, and temporal dynamics in the implementation and use of renewable energy in German regions. In this way, this work wants to contribute fostering the development of regional energy transition strategies for the realization of the Energiewende. The conceptual background for this piece of transformation research lies in three bodies of literature dealing respectively with transitions of socio-technical systems, transformations of socioecological systems, and time ecology. From a critical engagement with this literature, three main results have emerged. First, an evidence-based, spatially distinct analysis of contextual conditions for the use of renewable energy in all German regions has resulted in the identification of nine types of regions, so-called energy context types. Second, empirical research on practices in regional settings learned from the knowhow of actors from regional administration has shown that political and economic conditions are crucial as well as that process management, exchange, and learning are helpful for renewable energy implementation. Third, conceptual work about a deeper understanding of the temporal dimensions of transformation processes has made it possible to point out a three-step approach to include temporal dynamics into sustainability transformations management - the time-in-transformations-approach. The literature suggests that regions need to be treated individually; but developing an energy transition strategy for each region individually would be extremely resource intensive. Overall, this work outlines a compromise for a more efficient approach towards regional energy transition strategies which still considers the individuality of regions. As a result, the author suggests to develop generic regional energy transition strategies that are adapted to each of the nine energy context types of German regions, that include the experiences of practitioners, and that consider temporal dynamics of transformation processes. Transdisciplinary research is a promising approach to meet many of the challenges for the realization of the Energiewende.
The fact that digitalization comes along with a lot of negative effects onto the environment is slightly known in the case of energy consumption by hardware, especially regarding mobile devices, having a limited battery life. However, awareness of environmental issues of software, being the driver of hardware, is mainly missing, even if the research field addressing corresponding issues is growing. Thus, the doctoral thesis at hand addresses the question How to draw (a) developers and (b) usersattention to environmental issues of software? By presenting (a) a calculation method of the carbon footprint of software projects and (b) a concept for an eco-label for software products, evaluated by a user survey, the doctoral thesis provides two strategies how to draw the attention to environmental issues of software. Summarizing, this thesis can act as a basis for further research in bridging from science to society in the context of environmental issues of software. Its findings can be seen as starting points for practical implementations of methods and tools supporting a more environmentally friendly way of developing software and informing about environmental issues of software usage. In order to get the implementation of the research results of the thesis going, it highlights practical implications for diverse groups of stakeholders - researchers, certifiers, public administration and professional purchasers, and environmental associations - that have been identified as being important for the practical implementation of the presented concepts and, thus, represent the target group of the doctoral thesis.
In this dissertation, a multi-proxy study, which included palaeoecological, lithological, geochemical and geochronological methods, was carried out to investigate climatic and environmental changes and their interaction during the Quaternary in formerly glaciated and non-glaciated areas. The information obtained will be used to provide a better understanding of the regional stratigraphic framework and to establish broader regional terrestrial correlations within the global marine isotope stage (MIS) framework. This study was conducted on two key drillings, the Garding-2 research drill core in the German North Sea coastal area of Schleswig-Holstein and the GBY#2 archaeological core at the Gesher Benot Ya'aqov (GBY) site, in the Upper Jordan Valley in Israel. The results of this study are presented in three papers. Papers I and II focus on the study of the Garding-2 core, while the multi-proxy study of the GBY#2 core is presented in Paper III. The results of a variety of analyses conducted on the 240 m long Garding-2 sequence show interglacial-glacial cycles that are mainly controlled by variations in temperature. This sequence is composed of mainly fluvial-shallow marine sediments intercalated by muddy-peaty deposits. Based on the palynological and lithological findings, the Pliocene-Pleistocene transition was observed at 182.87 m. It is overlain by Praetiglian and the subsequent sediments of the Waalian and Bavelian Complexes. The boundary of either the second or third Cromerian Interglacial with younger sediments, which still belong to MIS 19, is marked by the last occurrence of Tsuga at 119.50 m and the development of mixed-deciduous forests. The palynologically equivalent sediments of the Bilshausen Interglacial were found below two Elsterian till layers, at 89.00 m-82.00 m. These sediments showed high and increased percentages of Pinus and Picea and scattered occurrences of Abies and Carpinus, which are similar to the features of the beginning of the Bilshausen or Rhume interglacial. An unconformity occurred at 80.29 m, at the bottom of late Holsteinian deposits, characterised by the occurrences of Fagus and Pterocarya, with low percentages of Abies and Carpinus and the absence of Buxus. These deposits are succeeded by sediments of the Fuhne cold period that shows higher percentages of NAP and occurrences of Ericales, Helianthemum and Selaginella selaginoides, which are unconformably overlain by Drenthian till at 73.00 m-71.00 m. A single peaty sample at 69.25 m with Pinus-Picea-Abies assemblage is correlated with the late Eemian Interglacial. This deposit is overlain by Weichselian glaciofluvial sediments. Middle-late Holocene sediments occurred from 20 m upwards, following a hiatus, which was caused by the Early Holocene transgression. A subsequent thin layer of marine Atlantic sediments is unconformably overlain by marine-tidal flat deposits up to 11.00 m. The first occurrence of Fagus (at 15.97 m) and Carpinus (at 15.03 m), which was optically stimulated luminescence (OSL)-dated to 3130 +/- 260 BP (at 16.22 m, Zhang et al., 2014), gives evidence for a Subboreal age for these deposits. Sandy sediments of the early Subatlantic, which were deposited between 11.00 m and the top of the Garding-2 sequence, indicate that local salt marshes, dunes and tidal flat vegetation expanded during this period. Due to regional features and the peculiarities of the local coastal environment, the expansions of Fagus and Carpinus, which are characteristic for the Subboreal-Subatlantic transition at about 2700 BP in northern Germany, are not clearly reflected in the Garding-2 pollen diagram. In the Mediterranean area, a 50 m long core of GBY#2, was drilled at the Acheulian site of Gesher Benot Ya'akov. The GBY#2 core provides a long Early-Middle Pleistocene geological, environmental and climatological record, which also enriches the knowledge of hominin-habitat relationships documented at the margins of the Hula Palaeo-lake. The sediment sequence of GBY#2 is under- and overlain by two basalt flows that are 40Ar/39Ar dated: two samples at the bottom of the core dated to 1195 +/- 67 ka (at 48.30 m) and 1137 +/- 69 ka (at 45.30 m), and another one at the top dated to 659 +/- 85 ka (at 14.90 m). With the additional chronological identification of the Matuyama Brunhes Boundary (MBB) and the correlation with the GBY excavation sites, the sedimentary sequence of GBY#2 provides the climatic history during the late part of the mid-Pleistocene transition (MPT, 1.2 Ma-0.5 Ma). Multi-proxy analyses including those of pollen and non-pollen palynomorphs, macro botanical remains, molluscs, ostracods, fish, amphibians and micromammals provide evidence for lake and lake-margin environments during MIS 20 and MIS 19. During MIS 20, relatively cool semi-moist conditions were followed by a pronounced dry phase. During the subsequent MIS 19, warm and moist interglacial conditions were characterised by Quercus-Pistacia woodlands in this area. The depositional environment changed from an open water lake during MIS 20 to a lake margin environment in MIS 19. This finding is at odds with changing climate conditions from relatively dry to moist. This discrepancy could be explained by the prograding pattern of the lake shore due to the infilling of the basin, which resulted in shallower water. Climatic changes during the Late Tertiary and the Quaternary in the high latitude regions in northwest Europe and during the Early-Middle Pleistocene in the mid latitude regions of the Middle East follow the patterns of global climatic changes, which are mainly controlled by orbital obliquity (+/-41 ka cycle) during the Early Pleistocene and by orbital eccentricity (+/-100 ka cycle) during the MPT (1.2 Ma-0.5 Ma) and the younger periods of the Quaternary. The results of this study also provide reliable evidence for long distance correlation of stratigraphic and climatic events of the Quaternary, which extends knowledge of regional and global impact of climatic fluctuations on the environment.
Biozide Wirkstoffe sind Chemikalien, die zum Schutz der menschlichen oder tierischen Gesundheit oder zum Schutz von Materialien vor Schädlingen eingesetzt werden. Monitoringergebnisse lassen vermuten, dass diese Wirkstoffe auch häufig im Innenraum von Haushalten eingesetzt werden und von dort vor allem über Abwasserleitungen und Kläranlagen in die Umwelt gelangen, wenn sie in Kläranlagen nicht eliminiert werden. Die Produkte, aus denen die Wirkstoffe aus Haushalten in das Abwasser gelangen, sind bislang jedoch nicht identifiziert worden. Aus diesem Grund konnten die daraus resultierenden Umweltbelastungen nicht eingeschätzt und keine entsprechenden Emissionsminderungsmaßnahmen umgesetzt werden. In dieser Arbeit wurde deshalb untersucht, in welchen Haushaltsprodukten biozide Wirkstoffe eingesetzt werden und in das Abwasser gelangen. Zudem sollte erforscht werden, was die Haushaltsmitglieder über Biozidprodukte wissen und wie sie mit ihnen umgehen. Ziel war es, die Anwendungen von bioziden Wirkstoffen in Haushalten zu identifizieren, von denen die höchsten Umweltbelastungen zu erwarten sind, und geeignete Emissionsminderungsmaßnahmen abzuleiten. Um die Anwendung biozider Wirkstoffe in Haushalten zu untersuchen, wurde zunächst durch eine Befragung in Haushalten eines dörflichen Wohngebietes ermittelt, was die Haushaltsmitglieder über Biozidprodukte wissen und wie sie die damit verbundenen Risiken im Vergleich zu anderen Haushaltsprodukten einschätzen. Zudem wurde für jeden der teilnehmenden Haushalte ein Inventar der vorhandenen Produkte erstellt. Dabei wurden neben den Biozidprodukten auch Wasch- und Reinigungsmittel und Körperpflegeprodukte untersucht. Ähnliche Erhebungen fanden zusätzlich in Haushalten in urbanen Gebieten statt. Die aufgrund der inventarisierten Produkte zu erwartenden Stoffe wurden im Laufe eines Jahres durch ein speziell abgestimmtes Monitoringprogramm im Abwasser des dörflichen Wohngebietes in Tages- und Stundenmischproben untersucht. Alle Proben wurden nach der Probenahme aufgearbeitet und mittels Flüssigchromatographie gekoppelt mit einem Triple-Quad-Massenspektrometer analysiert. Dabei wurden die Konzentrationen von 14 Wirkstoffen gemessen: 1,2-Benzisothiazol-3(2H)-on (BIT), C12-Benzalkoniumchlorid, Carbendazim, 5-Chlor-2-methyl-2H-isothiazol-3-on (CMIT), Dichloroctylisothiazolinon (DCOIT), N,NDiethyl-meta-toluamid (DEET), Diuron, Icaridin, 2-Octyl-2H-isothiazol-3-on (OIT), Piperonylbutoxid (PBO), Triclosan, Tebuconazol, Terbutryn und Tetramethrin. Vielen Befragten war nicht bewusst, dass sie Biozidprodukte nutzen. Der Begriff "Biozid" war oft nicht bekannt und wurde inhaltlich häufig falsch verstanden. Die Auswertungen der inventarisierten Produkte und der darin enthaltenen bioziden Wirkstoffe zeigten, dass ein Großteil der Wirkstoffe nicht aus Biozidprodukten in das Abwasser gelangt, sondern aus Körperpflegeprodukten und Wasch- und Reinigungsmitteln. Insgesamt 64 % der Anwendungen von bioziden Wirkstoffen in den inventarisierten Produkten wurden nicht unter der Umweltrisikobewertung der Verordnung (EU) 528/2012 über die Bereitstellung auf dem Markt und die Verwendung von Biozidprodukten berücksichtigt, was zu einer erheblichen Unterschätzung der Umweltrisiken führt. Die Ergebnisse der Abwasseruntersuchungen deuten ebenfalls darauf hin, dass biozide Wirkstoffe aus Wasch- und Reinigungsmitteln, Körperpflegeprodukten und Biozidprodukten gleichermaßen in das Abwasser eingetragen werden. Die Messergebnisse können gut mit den Produktinventaren in Verbindung gebracht werden. Einige Wirkstoffe scheinen maßgeblich durch Biozidprodukte eingetragen zu werden. Auch Konservierungsmittel wurden regelmäßig nachgewiesen. Für Triclosan hingegen ist gemäß den Inventaren Zahnpasta vermutlich die Produktgruppe, die in dem untersuchten Wohngebiet maßgeblich für den Eintrag ins Abwasser verantwortlich ist. Diese Arbeit zeigt zum ersten Mal, welche Produkte im Haushalt eine wichtige Quelle für biozide Wirkstoffe im Abwasser sind. Sie müssen mit einbezogen werden, wenn Emissionen an der Quelle reduziert werden sollen. Es sollten Maßnahmen ergriffen werden, die über die Produktzulassung von Biozidprodukten hinausgehen, um die Emissionen so gering wie möglich zu halten. Diese Maßnahmen sollten sich nicht darauf beschränken, die Bevölkerung über Biozidprodukte aufzuklären und zu sensibilisieren. Stattdessen sollten Maßnahmen früher in der Wertschöpfungskette ansetzen, wie zum Beispiel beim Design der Wirkstoffe oder der Formulierung der Produkte, um so Einträge biozider Wirkstoffe in die Umwelt zu verringern.