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The smallholder-dominated landscapes of southwestern Ethiopia support a unique biodiversity with great importance to local livelihoods and high global conservation value. These landscapes, however, are severely threatened by deforestation, forest degradation and the adverse effects of farmland management regimes. These changes have fundamentally altered the structure of the landscapes and threaten their biodiversity and ecosystem services. Managing biodiversity and related services in such rapidly changing landscapes requires a thorough understanding of the effects of land use change and the reliance of local communities on biodiversity. This dissertation examines woody plant biodiversity patterns and services and presents several recommendations regarding biodiversity and multiple ecosystem services in smallholder-dominated landscapes of southwestern Ethiopia. Using a social-ecological systems approach, the author conducted four studies on the complex interactions of local people and woody plant diversity. First, he investigated the effects of human-induced forest degradation on woody plant species. His results suggest that forest biodiversity has been affected by the combined effects of coffee management intensity, landscape context and history at the local and landscape level. Specifically, richness of forest specialist species significantly has decreased with coffee management intensity and in secondary compared to old growth forests, but increased with current distance from forest edge in both primary and secondary forests. These findings highlight the need to maintain undisturbed forest sites to conserve forest biodiversity. Second, the author examined legacy effects of past agricultural land use on woody plant biodiversity. The results show that historical distance seems to be the most important variable affecting woody plant composition and distribution in farmland sections of the landscapes. The author found evidence for immigration credits for generalist and pioneer species but not for extinction debts for forest specialist species which might be rapidly paid off in farmland. The results suggest not only an unrecognized conservation value of old farmland but also a disturbing loss of forest specialist species. To slow this trend, it is necessary to shift to a cultural landscape development approach and to restore forest specialist species in the landscapes. Third, the author evaluated the supply of potential multiple ecosystem services and the relationships between the diversity of woody plant and ecosystem service in the three major land use types, namely forests with and without coffee management and farmland. The results revealed a high multifunctionality of landscapes and showed that ecosystem services significantly increase with woody plant diversity in all types of land use. These findings suggest that the woody plant diversity and multifunctionality in southwestern Ethiopian landscapes has to be maintained. Fourth, the author explored farmers' woody plant use to assess their dependency on and maintenance of woody plants and also considered the influence of property rights and management in this context. He found that local farmers used 95 species for eleven major purposes from all major land uses across the landscapes. He also found that most of the widely used tree species regenerated successfully throughout the landscapes, including in farmland. Local people felt, however, that their property and tree use rights were limited, especially in forests, and that some of the most widely used plant species, including important timber species, appeared to have been overharvested in forests. The results suggest that many species are important for local livelihoods, but a perceived low sense of property rights also seems to adversely affect the management of woody plants, particularly in forests. By focusing on woody plants and their ecosystem services to local people, this dissertation documents a dramatic loss of native forest biodiversity and rapid changes in the cultural landscapes of southwestern Ethiopia. Overall, the findings suggest the need for preservation of intact forest sites and for cultural landscapes development to safeguard biodiversity and multifunctionality of the landscapes in the future. This, in turn, requires holistic and integrated approaches that involve local people and recognize their basic needs of woody plants and their property rights to foster the management of biodiversity and ecosystem services. Maintaining primary forests in and using cultural landscape approaches to the rapidly changing rural setting of southwestern Ethiopia would also contribute to the global effort to halt biodiversity loss.
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.
Polen weist eine kleinteilige Agrarstruktur auf – ein in den Augen der polnischen Agrarpolitik unerwünschtes Phänomen. Entsprechend misst sie der Veränderung der kleinteiligen Agrarstruktur Polens zu größeren Einheiten hin eine hohe Priorität bei. Vor dem Hintergrund vielfältiger sozial-ökologischer Krisenphänomene, die oftmals mit einer intensiven, industriellen und großskaligen Landwirtschaft verbunden sind, stellt sich jedoch die Frage, ob solche Bestrebungen im Hinblick auf Nachhaltigkeit, der sich die polnische Agrarpolitik und die Politik für die Entwicklung ländlicher Räume ebenfalls verpflichtet, zielführend sind. Um dieser Frage nachzugehen, wurde für die vorliegende Dissertation in zwei landwirtschaftlich besonders kleinteilig strukturierten Regionen Polens (Wojewodschaft Lubelskie und Wojewodschaft Podkarpackie) eine empirische Studie unter Betreibern von kleinen landwirtschaftlichen Betrieben durchgeführt. Ziel der Studie war es zu untersuchen, welche Lebenswirklichkeiten und Wirtschaftsweisen sich in kleinen landwirtschaftlichen Betrieben finden und ob diese Lebenswirklichkeiten und Wirtschaftsweisen den vielfältigen landwirtschaftsbezogenen sozial-ökologischen Krisenphänomenen entgegenwirken können. Den theoretischen Hintergrund der Arbeit bilden die Nachhaltigkeitsdebatte, das Konzept der gesellschaftlichen Naturverhältnisse der Sozialen Ökologie sowie wachstumskritische Positionen (insbesondere die Ansätze von Suffizienz und Subsistenz). Die Ergebnisse der empirischen Studie zeigen, dass die Lebenswirklichkeiten und Wirtschaftsweisen von Betreibern von kleinen landwirtschaftlichen Betrieben sehr vielfältig sind. Die befragten Landwirte verfolgen in ihren Betrieben unterschiedliche ökonomische Modelle. Doch trotz dieser unterschiedlichen Modelle, die die befragten Landwirte in ihren Betrieben verfolgen, liegen ihrem Handeln gleichermaßen der Wunsch nach Existenzsicherung und der Wunsch nach Autonomie als wesentliche Motivation zugrunde. Insgesamt zeigen die Ergebnisse der empirischen Studie einige der Herausforderungen für Betreiberinnen und Betreiber von kleinen landwirtschaftlichen Betrieben auf, die aus den gegenwärtigen institutionellen und politisch-wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Landwirtschaft resultieren. Ebenso zeigen die Ergebnisse, dass die Wirtschaftsweisen, die in den untersuchten kleinen Betrieben vorgefunden wurden, nur bedingt zu einer nachhaltigen Entwicklung ländlicher Räume beitragen können. Die Ergebnisse zeigen insbesondere die Dringlichkeit auf, die gegenwärtigen politisch-wirtschaftlichen Rahmenbedingungen für die Landwirtschaft zu ändern und naturerhaltende Wirtschaftsweisen auch finanziell attraktiv zu machen, wenn diese einen Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung ländlicher Räume leisten sollen.
Das Ziel der vorliegenden Dissertation ist es, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Entwicklung des Vorlandes als Ergebnis der sich ändernden hydraulidschen 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. 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. 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. 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. 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.
A central aspect of sustainability governance is collaboration, which has been lauded for its benefits but also criticized for its challenges. The potential benefits of collaboration have apparently been recognized also in the context of EU agriculture. Yet, there has been a lack of holistic consideration of how collaboration can be systematically integrated and promoted in the governance of EU agriculture. Sustainable agriculture cannot only be encouraged through changes in the overall governance system but also through the support of existing and emerging small-scale collaborative initiatives for sustainable agriculture. Indeed, there has been substantial research on the conditions that influence success of similar collaborative initiatives. However, the knowledge resulting from this research remains rather scattered and does not allow for the identification of overall patterns. Additionally, little of this research specifically focuses on sustainable agriculture. What is more, the promotion of collaboration for sustainable agriculture is further complicated by the lack of clarity of the meaning of sustainable agriculture, which is an inherently ambiguous and contested concept. This cumulative dissertation aims to address these gaps by contributing to a better understanding of how collaboration can be facilitated and designed as a means to govern for and advance sustainable agriculture. For this purpose, the dissertation addresses three sub-aims: 1) Advancing the understanding of the concept of sustainable agriculture; 2) scrutinizing the current governance system regarding its potential to facilitate or hamper collaboration; 3) assessing conceptually and empirically how actor collaboration can be facilitated as a means to govern for sustainable agriculture, both from a top-down and a bottom-up perspective. In doing so, this dissertation focuses on EU agriculture and applies a mix of methods, ranging from qualitative to quantitative dominant. The findings of this dissertation highlight that collaboration has been underappreciated and even hampered as an approach to governing for sustainable agriculture. In contrast, this dissertation argues that collaboration offers one promising way to promoting and realizing agriculture and emphasizes the need to integrate different approaches to collaboration and to sustainable agriculture.
Metals fulfill crucial functions in areas as diverse as renewable energy, digitization and life style appliances, mobility, communication, or medicine. In the context of sustainability, achieving a more sustainable metal use means (i) minimizing the adverse effects associated with metal production and use and (ii) sustaining the availability of metals in a way that benefits present and future generations. Urgent need to act to avoid bottlenecks as well as meeting the challenge of possible conflicts of use among those areas of application calls for appropriate strategy making to intervene in the complex field of metal production and use that involves various, often interlinked operating levels, actors, and spatial and temporal scales. This dissertation focuses on strategies as a means to intervene in a system. It pursues the question, which design features could guide future strategy making to foster sustainability along the whole metal life cycle, and especially, how a better understanding of temporalities, i.e. understanding time in a diverse sense, could improve strategy design and help to bridge the assumed "transformation-material gap". This research converges the results from four research studies. A conceptual part explores the role of temporalities for interventions in complex and interlinked systems, which adds to the conceptual basis, on which the empirical part builds up to explore present and future interventions in metal production and use. The research revealed three essential needs that future strategies must tackle: (i) managing the complex interlinkages of processes and activities on various operational levels and spatial and temporal scales, (ii) providing clear guidance concerning the operationalization of sustainability principles, and (iii) keeping activities within the planet’s carrying capacity and embracing constant change as an inherent system characteristic. In response to these needs, the author developed three guidelines with two design features each (one relating to content, and one to the process of formulating and implementing the strategy) to guide future strategy making. The results show that time matters in this respect. If considered in close relation to space and diversely understood in the sense of temporalities, it serves to (i) understand the impact (duration and magnitude) of an intervention, (ii) recognize patterns of change that go beyond establishing linear, one-dimensional connections, and (iii) design interventions in a way that considers the resilience of a system. These findings can contribute to closer considering our understanding of transformation processes towards sustainability in future interventions in metal production and use.
Whereas the extant literature discusses what Sustainability-Oriented Innovations (SOIs) are and why firms develop them, little is known about how they are developed. To enable firms to innovate for sustainability, it is essential to know more about the processes underlying SOI development, which are considered as very difficult, with many firms failing. Drawing on several academic papers and relying on qualitative research methods, the thesis uses the Fireworks model to examine how innovation processes unfold at established small and medium-sized enterprises (SMEs). The main contribution of the thesis is to advance the Fireworks model to the context of SOIs unfolding at SMEs. The findings reveal that SOIs unfold in an emergent, somewhat chaotic way, that duration and outcome are uncertain, that the overall journey is composed of multiple intertwined innovation paths, of which several will likely lead to setbacks. To manage this complex process, the thesis suggests to set four management foci: (1) to create a dedicated organizational unit for exploration, (2) to create conditions allowing intelligent learning for efficient exploration, (3) to carry out in-depth investigation of the related technological innovation systems, and (4) to plan carefully the re-integration of the innovation into the core business for commercialization.