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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.

In response to the globally increasing environmental, social, and economic crises, we as humanity must leave the path of business as usual and learn new ways to know, think, and act which may enable us to build a more sustainable future for all. In their role as facilitators, teachers in general are considered one, if not the most important, factor for successful learning. The implementation of education for sustainable development (ESD) across all education systems and preparing students to act as future change agents and lead the societal transformation towards sustainability also largely depends on competent and committed teachers. Correspondingly, the focus of political agendas and scientific research increasingly shifts to the effective education of educators. The different competence models that are currently being discussed in the international discourse around teacher education for sustainable development (TESD) suggest various sets of intended learning outcomes (ILOs). Yet, they usually share the assumption that teachers require ESD-related knowledge, pedagogical skills, and motivation to successfully implement ESD at the school level. In accordance with the concept of ESD-specific professional action competence (Bertschy et al., 2013), educational offers in ESD for pre-service teachers should also develop their content knowledge (CK), pedagogical content knowledge (PCK) as well as a positive attitude towards ESD. However, in the sense of a comprehensive construct, this concept has not yet been operationalized or measured. Furthermore, there is still a lack of deeper understanding as to how to best design individual courses as teaching and learning environments in TESD in order to support competence development in student teachers. Based on a dual case study, this cumulative dissertation investigates how individual ESD courses, as part of the teacher education programs at Leuphana University in Lüneburg/ Germany and Arizona State University (ASU) in Tempe/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.

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*innen 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*innen 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*innen in den Unterricht mit? 2. Welche Vorstellungen haben Wissenschaftler*innen? 3. Welche Unterschiede ergeben sich im Vergleich der Vorstellungen? Für die Beantwortung dieser Fragen wurden in der Erhebung problemzentrierte, leitfadengestützte Interviews mit 27 Achtklässler*innen 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 Entwickler*innen von Lehrmaterialien genutzt werden, um ein fachlich angemessenes Verstehen der naturwissenschaftlichen Schlüsselprinzipien der Energieträger und der Energiewende zu fördern. Darüber hinaus sind diese Ergebnisse interessant für Forschende, die an der Energiewende und deren wissenschaftlicher Kommunikation interessiert sind. Denn sie helfen zu verstehen, wie Missverständnisse vermieden und fachliche Begriffe geklärt werden können.

The currently widespread agricultural practices have been increasingly criticised in recent years. They are especially criticised for being unsustainable on an ecological, economic and social level (compare Kalfagianni & Skordili, 2019). Recent developments in the global food system lead to a lack of transparency and unethical practices with negative impacts on human health and the environment from the consumer’s perspective (Wellner & Theuvsen, 2017, p. 235) and to pressure of modernisation and intensification processes from the producer’s perspective. This results in fear for farmers’ existences (Boddenberg et al., 2017, p. 126) and leads to an increased vulnerability of the current food system (Kalfagianni & Skordili, 2019, pp. 3–4). It endangers long-term reliable food provisions and therefore calls for a change of supply and production practices.

Die Protestlandschaft in Deutschland hat sich in den letzten Jahrzehnten stark verändert und ihre Methoden vervielfältigt, beispielsweise im Zuge der Anti-Atombewegung. Anlass für Proteste geben zumeist als ungerecht empfundene wirtschaftliche, politische oder gesellschaftliche Zustände, oft verbunden mit Zweifeln an der Legitimität von Regierungsentscheidungen. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Protestform des zivilen Ungehorsams in einer Demokratie, über deren Legitimität ein breit gefächerter Diskurs geführt wird. Manche Stimmen in der öffentlichen Diskussion vertreten die Position, ziviler Ungehorsam sei widerrechtlich und gefährde die Demokratie (Laschet 2018; RWE Power AG 28.10.2018). Sie argumentieren, dass die BürgerInnen den Problemlösungsprozess der demokratisch gewählten Regierung überlassen sollten, die sie bei Unzufriedenheit abwählen könnten. VerfechterInnen des zivilen Ungehorsams argumentieren dagegen, dass eine Demokratie nur funktionieren könne, wenn die BürgerInnen ausreichend Gelegenheiten zur Partizipation hätten und das Regierungshandeln hinreichend legitimiert sei. Wenn diese Voraussetzungen nicht erfüllt seien, sei ziviler Ungehorsam auch in einer Demokratie berechtigt, um in einer Notsituation die Gegebenheiten zu korrigieren und auf diese Weise für die Erhaltung der demokratischen Staatsform einzutreten (vgl. Kapitel 3). Nach dieser Argumentation wäre ziviler Ungehorsam somit ein aus der Not geborenes Korrektiv gegen staatliches Unrecht. Für diesen Sachverhalt wird hier der Neologismus „Notkorrektiv“ eingeführt. Ziviler Ungehorsam hat sowohl historische als auch aktuelle Relevanz. Laut Martin Luther King Jr. ist beispielsweise die Boston Tea Party einer der bekanntesten und ältesten Akte des zivilen Ungehorsams (King Jr. 1963: 4). Als eines der aktuellsten Beispiele in Deutschland sind die Aktionstage des Bündnisses ‚Ende Gelände‘ am Rheinischen Braunkohlerevier im Herbst 2018 aufzuführen.

In response to the challenges of the energy transition, the German electricity network is subjected to a process of substantial transformation. Considering the long latency periods and lifetimes of electricity grid infrastructure projects, it is more cost-efficient to combine this need for transformation with the need to adapt the grid to future climate conditions. This study proposes the spatially varying risk of electricity grid outages as a guiding principle to determine optimal levels of security of electricity supply. Therefore, not only projections of future changes in the likelihood of impacts on the grid infrastructure were analyzed, but also the monetary consequences of an interruption. Since the windthrow of trees was identified a major source for atmospherically induced grid outages, a windthrow index was developed, to regionally assess the climatic conditions for windthrow. Further, a concept referred to as Value of Lost Grid was proposed to quantify the impacts related to interruptions of the distribution grid. In combination, the two approaches enabled to identify grid entities, which are of comparably high economic value and subjected to a comparably high likelihood of windthrow under future climate conditions. These are primarily located in the mid-range mountain areas of North-Rhine Westphalia, Baden-Württemberg and Bavaria. In comparison to other areas of less risk, the higher risk in these areas should be reflected in comparably more resilient network structures, such as buried lines instead of overheadlines, or more comprehensive efforts to prevent grid interruptions, such as structural reinforcements of pylons or improved vegetation management along the power lines. In addition, the outcomes provide the basis for a selection of regions which should be subjected to a more regionally focused analysis inquiring spatial differences (with respect to the identified coincidence of high windthrow likelihoods and high economic importance of the grid) among individual power lines or sections of a distribution network.

The image of the solitary scientist is receding. Increasingly, researchers are expected to work in collaborative interdisciplinary teams to tackle more complex and interrelated problems. However, the prospect of collaborating with others, from different disciplines, exerts countervailing forces on researchers. There is the lure of transcending the limitations of one’s own knowledge, methods and conventions, belonging to diverse intellectual communities and tackling, together, ambitious research topics. On the other hand, there is the risk that collaborating across disciplinary boundaries will be taxing, confounding at times, with no guarantee of success. In short, interdisciplinary collaboration is both a desirable and difficult way to conduct research. This thesis is about collaborative interdisciplinary research from the perspective of a formative accompanying researcher. I accompanied an interdisciplinary research team in the field of sustainability over three years for the duration of a collaborative project. Formative accompanying research (FAR) is an approach to ‘research into research’ that learns about, with and for a collaborative interdisciplinary team. I found – through immersion in the literature, my own daily experiences of collaborating, and my observations – that interdisciplinary collaboration is very difficult. It requires a basic understanding and appreciation of other disciplines and methods, as well as the skills to integrate research inquiries and findings across diverse epistemologies. It also requires awareness that collaborative interdisciplinary research is more than an intellectual task of knowledge creation. Other factors matter, such as interpersonal relationships, power differentials, different research tempos and a sense of belonging. And these factors have an impact on processes and outcomes of collaborative knowledge creation. Knowing this implies a willingness to keep learning and to tolerate discomfort so as to cultivate deeper levels of collaborative capacity. I discovered that in these deeper levels lie skills for staying with inevitable tensions, for talking and listening to generate new understanding together, and for applying a researcher’s frank curiosity to oneself too. A formative accompanying researcher, who is part of the team she is researching, has to navigate delicate terrain. In this thesis, I develop a FAR methodology that takes seriously the questions of positionality and relationality, and reflect on the experiences of putting these into practice. A FAR practice involves remaining in dynamic movement between observing and participating, between exercising curiosity and care, and between the researchers’ own sense of impartiality and investment in relation to the issues at hand. There is merit in furthering the methodology and practice of FAR on its own terms. This includes attending to the skills required by a formative accompanying researcher to remain oriented within the concentric circles of research, relationship and loyalty that make up a collaborative team. There is also the question of how FAR, and other forms of research into research, can help to advance collaborative interdisciplinary research. I argue for creating the conditions in research teams that would enable treating collaboration as a capacity to develop, and that would facilitate team members’ receptivity to learning with FAR. Furthermore, I explore dilemmas of intervening as a formative accompanying researcher and of sustaining dynamic positionality over the long-term. In the field of sustainability research, and in multiple other research fields, the future is a collaborative one. This thesis is concerned with how to collaborate so that the experience and the outcomes lend themselves to what Rabinow terms a “flourishing existence”.

In recent years, especially since 2015, Germany and other European countries have accepted high numbers of refugees. The social and vocational integration of these refugees and of those yet to come represents a challenge. (Social) entrepreneurship is one means to achieve this goal, to fully tap into the potential of refugees and to give them a chance to make a living in host countries. This dissertation examines the potential of vocational integration of refugees through (social) entrepreneurial activities. It includes a detailed literature review and suggests possible direction in the emerging field of refugee (social) entrepreneurship. This dissertation shows that to foster refugee (social) entrepreneurship, the identification and evaluation of specific and potential needs for support is essential. Incubators in particular have a high potential for supporting refugee entrepreneurs, in part it is possible for them to address some of the challenges faced by this target group, which differ from those of locals or migrant entrepreneurs. More specifically, this dissertation aims to answer two research questions: (1) What are relevant (social) entrepreneurial concepts that can contribute to the vocational integration of refugees? (2) What are the distinct contributions of and challenges faced by refugees when it comes to their vocational integration through (social) entrepreneurial activities? Analyzing select practical cases, this dissertation has several important implications for researchers who seek to bridge the gap between academia and society in the context of refugee entrepreneurship and refugee social entrepreneurship research. The findings presented here are also relevant for practitioners, for example those working at business incubators, who aim to facilitate the vocational and social integration of refugees in general and refugees with entrepreneurial aspirations in particular.

Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Entwicklung des Vorlandes als Ergebnis der sich ändernden hydraulischen Bedingungen zu untersuchen. Die Untersuchung beschäftigt sich mit der Entwicklung des Vorlandes, da dieses Gebiet stark abhängig von Wasserstandsänderungen ist. Diese werden möglicherweise durch Klimawandel verstärkt und können folglich die zahlreichen Funktionen des Vorlandes beinträchtigen. Diese Problematik erfordert die Durchführung einer Untersuchung, die zunächst die durch die Variationen der Wasserstände betroffenen physikalischen Prozesse im Fluss und in den Flussauen analysiert und anschließend eine Methodologie für die Analyse der zukünftigen Entwicklung des Vorlandes herleitet. Beispielhaft wurde ein Bereich an der unteren Mittelelbe in Niedersachsen, Norddeutschland für die Untersuchung ausgewählt. Zu diesem Zweck befasst sich die Untersuchung im ersten Teil mit der aktuellen Diskussion über den Klimawandel und mit den bestehenden Schwierigkeiten, zu einer belastbaren zukünftigen Prognose des Ausmaßes der klimatischen Veränderungen zu gelangen. Anschließend konzentriert sich die Untersuchung auf die Interaktionen zwischen Abflüssen, Vegetation und Sedimenten, die die Flussmorphodynamik bedingen. In diesem Teil der Untersuchung werden die Konzepte des Equilibriums des Flusses und der Anpassung des Gerinnes erläutert. Diese beschäftigen sich mit der Reaktionskette, die aufgrund des Klimawandels im Fluss und in den Flussauen ausgelöst werden kann. Darauffolgend werden die mathematischen Beziehungen für die Darstellung der physikalischen Prozesse, die bei Veränderungen der Abflüsse, der Vegetation und Sedimentation stattfinden, und die entsprechenden Wechselwirkungen erläutert. Zu ihnen gehören Gleichungen zur Darstellung der Flusswasserbewegung, des Widerstandes, der Sedimentation, der Grundwasserbewegung und der Bodenwasserbewegung. Ein Aspekt, der entlang der gesamten Untersuchung hervorgehoben wird, ist die enge Beziehung zwischen den Fluss- und Flussauenprozessen und der in diesen Zonen bestehenden Vegetation. Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Untersuchung der mathematischen Modelle, die eine Analyse des zukünftigen Verhaltens des Vorlandes ermöglichen. Mithilfe dieser Untersuchung werden die Vorteile der eindimensionalen Modellierung für die Prognose der Entwicklung dieses Gebiets deutlich. Hinsichtlich Modellierungen von längeren Zeiträumen, z.B. über 100 Jahre, wie in der vorliegenden Arbeit, liefert die eindimensionale Modellierung schnellere Ergebnisse mit weniger Rechnerleistung. Die Untersuchung im ersten Teil der Dissertation führt zur Erkenntnis, dass sich das Verhalten des Vorlandes aus der Interaktion zwischen Fluss- und Flussauenmorphologie und der Auenvegetation ergibt. Diese Interaktionen bestimmen letztlich die zukünftigen Wasserstände und somit die hydraulischen Bedingungen für diese Zone. Für die Analyse des zukünftigen Verhaltens des Vorlandes unter Einfluss des Klimawandels wird eine Methodologie vorgeschlagen, die als Dynamische Interaktion von Modellen bezeichnet wird. Diese Methodologie prognostiziert die Entwicklung des Vorlandes als Ergebnis der Interaktion zwischen Fluss- und Flussauenmorphologie und der Vegetation. Um diese Prognose durchzuführen, werden drei eindimensionale Modelle verwendet, die eine Darstellung des Verhaltens der Fluss- und Flussauenmorphologie und der Vegetation ermöglichen. Die Fluss- und Flussauenmorphologie wird durch ein eindimensionales Flussmodell und ein eindimensionales Sedimenttransportmodell dargestellt. Für die Bestimmung der Verteilung der Vegetation wird zunächst die Bodenwasserbewegung modelliert. Mit diesen Ergebnissen wird durch den Zusammenhang zwischen Bodenwasserstand, Überflutungstoleranz der Pflanzen und Geländehöhe die Variation der potenziellen Flächen für die Pflanzengesellschaften, ein in dieser Dissertation entwickeltes Konzept, analysiert. Der Einfluss des Klimawandels wird durch die Variation von Abflüssen im Flussmodell, im Sedimenttransport- und Bodenwasserbewegungsmodell, sowie bei der Analyse von Veränderungen der Vegetation, berücksichtigt. Dazu werden die durch regionale Klimamodelle prognostizierten zukünftigen Niederschläge in die Berechnung der zukünftigen Abflüsse durch eine in dieser Dissertation entwickelten Modifikation des stochastischen Modells AutoRegressive-Moving-Average (ARMA) eingeschlossen. Die ausgearbeiteten Entwicklungsprognosen der verschiedenen Modelle werden miteinander verknüpft, um zukünftige Wasserstände und Überflutungen und damit die neuen hydraulischen Bedingungen für das Vorland zu prognostizieren. Im zweiten Teil dieser Dissertation wird die vorgeschlagene Methodologie der Dynamischen Interaktion von Modellen in einem Fallbeispiel angewandt. Dafür wurden zwei Messstationen an der Elbe zwischen Elbe-km 511 und 515 installiert, die auch im Rahmen des Projekts KLIMZUG-NORD verwendet wurden. Diese Messstationen ermöglichten innerhalb von 2 Jahren die Erhebung von mehr als 300.000 Felddaten. Diese Informationen erlauben es, die Entwicklung des Vorlandes (2021-2050) in einer regulierten Flussstrecke der Elbe (Mittelelbe) zu prognostizieren. Dazu werden zunächst die bedeutenden Charakteristika des Untersuchungsgebiets dargestellt und nachfolgend Material und Methoden erläutert, die für die Analyse der Entwicklung des Vorlandes im Untersuchungsgebiet erforderlich sind. Die Flussmorphologie wird für den Zeitraum 2001-2100 modelliert, da eine Tendenz bei möglichen Variationen in einem kurzen Zeitraum nur schwer wahrgenommen werden kann. Die jeweiligen Modelle werden u.a. mithilfe erhobener Felddaten, Daten aus der Literatur, Klimadaten aus den Stationen des Deutschen Wetterdiensts (DWD), projizierten Daten des regionalen Klimamodells REMO, Daten des hydrologischen ATLAS von Deutschland, Abflussdaten des Pegels Neu Darchau (Elbe-km 536,4), Geschiebe-Schwebstoffdaten des Wasser- und Schifffahrtsamts (WSA) und der Bundesanstalt für Gewässerkunde (BfG), Wassertemperaturdaten der Arbeitsgemeinschaft für die Reinhaltung der Elbe (ARGE-ELBE) und das Digitale Geländemodell (DGM) kalibriert. Die durch das stochastische Modell ARMA/Variation erhaltenen Berechnungen der zukünftigen Abflüsse, die die Prognose der regionalen Klimamodelle berücksichtigen, werden mit den durch die BfG-Modelle erhaltenen Ergebnissen verglichen, um die Problematik der Vielfalt von klimatischen Prognosen anzugehen. Die BfG-Modelle wurden im Rahmen des Projekts Klimaveränderung und Wasserwirtschaft (KLIWAS) entwickelt. Die Anwendung der Methodologie der Dynamischen Interaktion von Modellen auf das Untersuchungsgebiet ermöglicht die Annahme, dass in den nächsten 30 Jahren aufgrund des Klimawandels (Zunahme der Winterniederschläge) ein Anstieg der Wasserstände und Überflutungsrisiken im Vorland dieses Gebiets auftreten wird. Dieser prognostizierte Zustand des Vorlandes basiert hauptsächlich auf Veränderungen der Vegetation, da diese zu neuen Rauigkeitswerten (Manning-Werten) und dadurch zum Anstieg der Wasserstände führen. Schließlich werden in dieser Dissertation die Anwendung und Bedeutung der vorgeschlagenen Methodologie für die Analyse der Entwicklung des Vorlandes anderer Flüsse und Regionen außerhalb Mitteleuropas behandelt.

Seit den frühen 1990er Jahren wird transdisziplinäre Nachhaltigkeitsforschung in Form von problemorientierten Forschungs- und Lernprojekten konzeptioniert und praktisch umgesetzt, an denen außeruniversitäre Akteur_innen 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 Forscher_innen-Positionen und der Bedeutung eines Verlernens entwickelt. Die folgenden Vorschläge zur Gestaltung von transdisziplinären Forschungs- und Lernprojekten werden aus den Ergebnissen entwickelt: Kulturkonzepte sollten nicht als voneinander getrennt, sondern als miteinander verschränkt betrachtet werden. Generell sollten Kulturkonzepte stärker definiert werden. So können durch offene Kulturkonzepte problematische Implikationen (Stereotypen, Rassismus, Kulturalisierung) vorgebeugt werden, die Zielen transdisziplinärer Forschung entgegenstehen. In Hinblick auf die Arten und Weisen kulturellen Differenzierens sollte bewusster mit Differenzierungen umgegangen werden (Wer differenziert wen wie?). Dies schließt ein, eine Sensibilität gegenüber kulturellem Differenzieren zu entwickeln und Differenzierungen in Forschungsprozessen zu erkunden. Kulturelles Differenzieren entfaltet ein wichtiges epistemologisches und transformatives Potential in der transdisziplinären Forschung, um Selbstverständlichkeiten zu reflektieren und Gemeinsamkeiten zu entdecken.

The overall aim of this PhD-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 journal 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.

Nowadays, our (western-world) society is characterized by digitalization. This is realized by information and communication technologies, consuming a huge amount of energy. 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.

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.

In der Forschungsarbeit wird ein Rahmenmodell von Kompetenzen nachhaltigkeitsorientierter Verwaltungsführung in Kommunen und ihrer Förderung entwickelt und beschrieben. Methodische Grundlage hierfür bilden eine systematische Literaturrecherche sowie 25 qualitative, leitfadengestützte Interviews mit 13 verwaltungsexternen und 12 verwaltungsinternen Experten aus drei Fallstädten (Freiburg, Wernigerode, Ludwigsburg). Übergeordnetes Ziel des Modells ist der Auf- bzw. Ausbau nachhaltigkeitsorientierter Prozesse in Kommunalverwaltungen, um nachhaltige Entwicklung auf lokaler Ebene insgesamt zu fördern. Aufbauend auf dem Managementmodell Mintzbergs und drei Sustainable-Leadership-Modellen werden hierfür nachhaltigkeitsorientierte Handlungsbereiche von Oberbürgermeistern, Beigeordneten und Fach- bzw. Amtsleitungen im Verwaltungsalltag aufgezeigt. Ob bzw. inwieweit diese Handlungsmöglichkeiten genutzt werden, hängt unter anderem von der Ausprägung zentraler Kompetenzen nachhaltigkeitsorientierter kommunaler Verwaltungsführung ab. Diese werden u. a. basierend auf Ansätzen von Nachhaltigkeitskompetenzen für Führungspersonen aus der Privatwirtschaft herausgearbeitet. Ferner werden Förderungsmöglichkeiten solcher Kompetenzen in Aus- und Fortbildung sowie in der Organisationsentwicklung und im kommunalen Personalmanagement hergeleitet und beschrieben. Potentielle konkrete Förderungsmethoden werden ebenfalls untersucht.

Economic globalization has not only reinforced the power of global firms, but also the sustainability challenges we are facing today on global and regional levels. Against this background, an increasingly broad range of governance efforts has aimed at fostering more sustainable business practices. At the national level, in addition to regulatory policy instruments, market-based and network instruments as well as self-regulatory Corporate Social Responsibility (CSR) initiatives have emerged. These instruments differ not only in their degree of bindingness between compulsory and voluntary, but also involve a greater diversity of actor groups like government, business, and civil society organizations. In addition, international instruments like the UN Global Compact principles, the GRI Reporting Guidelines or the

Water is an essential natural resource, yet we are experiencing a global water crisis. This crisis is first and foremost a crisis of governance rather than of actual physical resources. Capacities of single, unitary states are severely challenged by the complex, multi-scalar, and dynamic structure of contemporary problems in water resource management. New modes of governance stress the potential of public participation and scalar restructuring for effective and legitimate environmental decision-making. However, a lack evidence on the actual implementation and instrumental value of novel governance modes stands in stark contrast to the strong beliefs and assumptions that often see these being propagated as ´panaceas´ or ´universal remedies´. With this doctoral dissertation I aim to contribute to a deeper understanding of the implementation and performance of public participation and scalar restructuring in environmental governance, and particularly to engage in systematic research into the contextual factors that shape the performance of such governance innovations. Based on the conceptual approaches of participatory, multi-level governance and scale, I advance a conceptual framework specifying mechanisms and important contextual factors describing the potential of participation and rescaling to impact on the efficacy of environmental decision-making. Applying this framework, I employ a mixed-methods approach combining qualitative, quantitative, set-theoretic, and review methods, with the aim of maximising the validity of results. Drawing on the institutional frame of the European Water Framework Directive (WFD), I first assess the extent and conditions under which participation and rescaling are actually implemented in the European water resource management regime. Subsequent analyses examine whether these governance shifts, where implemented, actually lead to environmentally effective and legitimate political decisions, and foster social outcomes. Results indicate that actual changes in governance structures remain modest, whereas previous institutional structures and experiences prove rather durable. Hence, despite recent shifts distributing authority towards alternative actors and scales, the state has persisted in its role as central authority in the European water resource management regime. To the extent that they were implemented, public participation and rescaling were generally positively related with the environmental effectiveness and legitimacy of political outcomes. The analysis provides a context-sensitive understanding, by unravelling the supposedly linear relationship between governance inputs and outputs to develop a more nuanced picture of the governance process rather as a composition of multiple, interdependent causal mechanisms that, depending on their actual configuration, lead to various outcomes. In this way, particularly the tension between legitimacy and effectiveness of political outcomes is disentangled, with both being seen as the result of distinct but interrelated properties of the governance system and its contextual circumstances. The thesis furthermore provides insights of practical and policy relevance, highlighting the need and potential to take a context-sensitive perspective in policy design and decision-making. The framework paper and the Ph.D. thesis thus together enhance academic understanding of environmental governance and its potential contributions to sustainability transitions.

Agricultural production of smallholder farmers in Myanmar is facing soil fertility degradation and in consequence, crop yields decline due to the imbalances of nutrient supply. In most cases, all above ground biomass is removed from the fields after harvesting the crops and during land preparation for the next crop. Higher temperatures also stimulate the higher mineralisation rates and released mineral nutrients are lost from fallow lands before sowing the next crops. Regarding the addition of mineral fertilizers, except for cash crops, farmers are reluctant to apply fertilizers for the crops that are sown for household’s self-sufficiency. In the Dry Zone, irrigated agriculture is available in recent years and farmers could overcome water scarcity through irrigation. With the availability of irrigation water, farmers could prolong the cropping period, nevertheless crop yields are decreasing year by year. In recent decades, research findings are indicating the benefits of biochar application for soil fertility improvement and food security. Smallholder farmers can produce biochar from agricultural by-products such as pigeon pea stems, cotton stems and rice husks by using biochar stoves. Large-scale production is possible by producing both biochar and thermal energy simultaneously, such as getting rice husk biochar and producing thermal energy by burning rice husks. By those means, environmental pollution due to the smokes from stubble burnings and the health hazards from smokes arise from kitchens can also be reduced. Present research was conducted to test the effects of the application of biochars produced from different crop residues together with NPK fertilizers on crop yields and soil properties in the rice-chickpea-cotton cropping system of the Central Dry Zone area of Myanmar during 2012 and 2013 cropping seasons at Shwe Daung Farm, Mandalay Division, Myanmar. Effects of biochar applications in combination with NPK fertilizers were compared with NPK fertilizer (without biochar) application and the control (without biochar and NPK fertilizers). Biochars used in the experiments were produced from three kinds of locally available raw materials (rice husk, rice straw and, pigeon pea stem) at temperature above 550°C by using a kiln made from a 200-Liter diesel barrel. Field experiments were conducted on sandy loam soil in the Central Dry Zone of Myanmar. After harvesting rice in 2012, chickpea was sown without application of both organic and inorganic fertilizers. After harvesting chickpea in 2013, cotton was sown on the same experimental plots. Treatments were rice husk biochar (Rh) 20 Mg ha-1 + NPK fertilizers; rice straw biochar (Rs) 20 Mg ha-1 + NPK fertilizers; pigeon pea stem biochar (Ps) 20 Mg ha-1 + NPK fertilizers; rice husk biochar and farmyard manure mixture (Rh biochar + FYM) 10 Mg ha-1 + NPK fertilizers; NPK fertilizers (without biochar); and the control (without fertilizer and biochar). Biochar weights represented fresh biochar weights. Equal rate of NPK fertilizers were applied in all treatments. However, fertilizer rates were different with respect to the crops. In rice experiment, 100:50:50 kg ha-1 rate of Urea (N): Triple Super Phosphate (P): Muriate of potash (K) was applied. In cotton experiment, 100:30:117 kg ha-1 rate of Urea (N): Triple Super Phosphate (P): Muriate of potash (K) was applied. Crop growth data, yield component data and yield data of each treatment were recorded. Soil samples from topsoil (0-0.2 m) were taken before starting the experiments, after harvesting rice and cotton, respectively, and analysed. A biogeochemical model, denitrification decomposition (DNDC) model, was used to estimate soil organic carbon storage and greenhouse gas emissions during crop growing seasons and to quantify the long-term impact of biochar applications on rice, chickpea and cotton yields.The results from soil analyses indicated that although initial soil pH was at 8.0 and pH values of biochars ranged between 8.0 and 10.0 soil pH after two years of biochar application did not increase. pH values were below 8.0. That value was lower than initial soil pH. That could be due to the effect of the change of cropping system from upland to lowland rice cultivation and the effects of biochar additions to the alkaline sandy loamy soil of the experimental site. Although total exchangeable cation value was not significantly different among the treatments, compositions of major cations were significantly different among the treatments. Exchangeable potassium increased in Rs biochar + NPK applied soils. Exchangeable sodium increased in control, and conventional NPK fertilizer applied soils. Reduction of soil bulk density from 1.8 g cm-3 to 1.6-1.7 g cm-3 occurred in biochar treatments compared to control and conventional NPK fertilizer application treatments. Positive changes of total carbon and total nitrogen of soils were found in biochar treatments compared to control and conventional NPK fertilizer application. Application of pigeon pea stem biochar + NPK fertilizers showed the highest crop growth and the highest yield in rice. The highest chickpea yield was obtained from the plot that applied rice husk biochar + NPK fertilizers. Cotton crop growth and yield was the highest in rice husk biochar and farmyard manure mixture + NPK fertilizer application. The lowest crop growth and yield was obtained from the control in cotton. The results of this study suggested that biochars from different biomass materials had different effects on soil properties and crop yields under different growing conditions and cultivated crops. Although the applied biochars had a high pH, soil pH did not increase after biochar applications. The growth and yield of tested crops were higher than that of the control and conventional NPK fertilizer application. Rice husk biochar and farmyard manure mixture + NPK fertilizer application can be assumed as a suitable soil amendment application under upland crop cultivation. Pigeon pea stems biochar + NPK fertilizers should be applied in rice cultivation. Rice husk biochar + NPK fertilizers and rice husk biochar-farmyard manure mixture + NPK fertilizers showed as the appropriate biochar soil amendments for the study area compared to rice straw biochar + NPK fertilizers and pigeon pea stem biochar + NPK fertilizers. Application of these biochars increased total exchangeable cations, reduced bulk density, increased organic carbon, regulated soil pH and, can easily be accessed by smallholder farmers by promising crop yields for sustainable agricultural production. Rice straw biochar + NPK fertilizers and pigeon pea stem biochar + NPK fertilizers also showed positive influences on soil fertility and crop growth. However, extensive application of those biochars might require large-scale productions and distributions. To obtain the detail information regarding the impact of biochar application on the agro-ecosystem and surrounding atmosphere, further research activities may need to carry out under different agricultural production conditions. When model fitness was tested, it was found that DNDC model was fit for the simulation of crop yields and soil organic carbon under the conditions of the experimental site. Simulation of soil organic carbon dynamics and crop yields for 30 years and 50 years after the addition of biochars in combination with NPK fertilizers showed that such applications could maintain the crop yields at the same level up to 50 years. That could maintain soil organic carbon at a level higher than conventional NPK fertilizer application. Regarding the simulation of GHGs emissions, the model simulated nitrous oxide emission close to actual emissions of agricultural soils of Myanmar. Simulated CH4 emissions from control and conventional NPK fertilizer application variant were consistent with the well-known emissions of Myanmar rice fields. To confirm the accuracy of simulated CH4 emissions from biochar applied soils, it may need field investigations and validations of model results. Simulated effects of rice husk-, rice straw- and pigeon pea stem fresh biomass applications and that of rice husk-, rice straw- and pigeon pea stem biochar applications on rice, chickpea, cotton yields and soil organic carbon (SOC) were compared. Objective of this simulation was to compare the effects of fresh biomass-applications and the application of biochars produced from the same biomass on crop yields and SOC by using DNDC model. The results showed that simulated rice yields of rice husk biochar and rice straw biochar applications were 33% and 31%, respectively, higher than that of pigeon pea green manure applications. However, simulated rice yield from pigeon pea stem biochar application was 4% higher than that of iv pigeon pea stem green manure application. Simulated chickpea yield from pigeon pea green manure treatment was the highest among all of biochar and biomass applications. Simulated cotton yields obtained from fresh biomass applications were lower than that of biochar applications. In estimating the future yields, all crop yields from rice husk and rice straw biomass applications were lower than that of rice husk and rice straw biochar applications in the initial year of simulation. However, in the following years, the yields remained at the same level up to the end of simulated years. In pigeon pea stem green manure application, crop yields were higher than the other treatments since the initial year up to the end of simulated years. Simulated SOC was lower in fresh biomass applications compared to biochar applications.

Fire plays an important role in the earth system by influencing ecosystems and climate, but climate in turn also influences fire. The system became more complex when humans started using fire as a tool. Understanding the interaction between humans, fire and climate is the major aim of paleofire research. Understanding changes in these three aspects in the past will help predicting future climate, fire and human interactions. The use of lake sediment cores as natural archives for reconstructing past fire activity by counting charcoal particles is well established. This present dissertation is dedicated to the evaluation and application of specific organic molecular markers for biomass burning: levoglucosan, mannosan and galactosan were used as proxies for reconstructing past fire activity in lake sediments thorough the entire Holocene. First, a new analytical method was developed using high-performance anion exchange chromatography combined with mass spectrometry to separate and detect these three monosaccharide anhydrides in lake sediments. The suitability of this analytical method was proven by comparing the levoglucosan, mannosan and galactosan results in selected lake sediment samples from Lake Kirkpatrick, New Zealand and by correlating the results with macroscopic charcoal. Furthermore, the method was successfully applied to a lake sediment core from Lake Petén Itzá, Guatemala to reconstruct regional Holocene fire history. The analyses of levoglucosan were combined with fecal sterols to reconstruct late Holocene human fire interactions at Lake Trasimeno, Italy, demonstrating low fire activity during the Roman period. This combination of studies proves that these molecular markers are valid fire proxies in sediments from multiple locations around the globe. Comparison of levoglucosan, mannosan and galactosan concentrations with macroscopic charcoal trends in Lake Kirkpatrick and Lake Petén Itzá, suggests that the molecular markers represent more regional fire history and low temperature fires in contrast to macroscopic charcoal, which is a local fire proxy. In addition, vegetation changes (Lake Kirkpatrick and Lake Petén Itzá) and charcoal morphotypes (Lake Petén Itzá) were compared to the levoglucosan/mannosan and levoglucosan/(mannosan+galactosan) ratios suggesting that these ratios may be a suitable tool to track burned fuel. Biodegradation tests demonstrate the potential degradation of levoglucosan, mannosan and galactosan if dissolved in water, but findings in ancient sediment samples suggest that particle-bound levoglucosan, mannosan and galactosan can be buried in sediments over millennial time scales. Although uncertainties still exist, the results of this research suggests that organic molecular markers are a suitable regional fire proxy and isomer ratios may help understand changes in burned vegetation.

This PhD thesis examines the connections between sustainability knowledge management (SKM) and sustainability management tools in small and medium-sized enterprises (SMEs). While previous literature has established that knowledge is essential for the application of sustainability management tools, the effects of such tools on knowledge management are under-researched in the sustainability context. Drawing on multiple academic papers and utilizing various research methods, including a systematic literature review, several quantitative surveys and a multiple case study approach, the thesis systematically examines how such tools can facilitate the identification, acquisition, conversion, application and retention of sustainability knowledge, and potentially lead to the improvement of SKM effectiveness in SMEs. Furthermore, it examines how support functions for sustainability management tools and SKM correspond with each other. The findings reveal that sustainability management tools facilitate the SKM processes (identification, acquisition, conversion, application and retention), and align with the support factors (e.g. top management support, shared vision, employee qualifications) to advance SKM in SMEs. Particularly, such tools permit the institutionalization of sustainability knowledge into the daily routines and practices in SMEs. Additionally, tools create a support structure for SKM, embedding and preserving sustainability knowledge in documents, policies, procedures and norms for an enterprise´s collective knowledge for sustainability management. The thesis concludes with complementing areas of future research and offers practical implications for SME management.

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.