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Um die weiterhin ansteigende Weltbevölkerung auch zukünftig mit Nahrungsmitteln und anderen wichtigen Rohstoffen zu versorgen, bedarf es einer immer größeren Nutzungsausweitung der Landwirtschaft auf natürliche Flächen. Im Jahre 2009 wurde ein Drittel der Landoberfläche der Erde bereits landwirtschaftlich genutzt. In jüngster Zeit kommt der Landwirtschaft zusätzlich eine wichtige Bedeutung als Energielieferant zu. Ein weiter steigender Flächenbedarf ist die Konsequenz dieser Entwicklung. Dies führt zum Verlust von Habitaten und somit zu einer starken Fragmentierung der Landschaft. Die direkten und indirekten Auswirkungen dieser Entwicklung auf den weltweiten Biodiversitätsrückgang werden mittlerweile als eine der Hauptursachen für den Rückgang vieler Arten anerkannt. Auch der Gesetzgeber hat dieses Problem erkannt und versucht dem entgegenzuwirken. In der vorliegenden Arbeit wird durch einen multiplen Methodenansatz der Einfluss der Habitatfragmentierung auf die Konnektivität der Populationen von zwei unterschiedlich mobilen Insektenarten untersucht. Als Modelarten wurden eine wenig mobile Heuschreckenart (Chorthippus montanus) und ein hoch mobiler Tagfalter (Brenthis ino) ausgewählt, welche beide an feuchte Grünländer gebunden sind. Für C. montanus wurde gezeigt, dass die Art nur ein sehr eingeschränktes Mobilitätspotenzial besitzt und stark an ihr Habitat gebunden ist. Daher ist eine Durchquerung von ungeeigneten Lebensräumen als äußerst unwahrscheinlich zu erachten. Eine Studie zur Mobilität und dem Verhalten von Brenthis ino belegt eine starke Philopatrie für eine nicht territoriale Insektenart. Zusätzlich zu den Fang-Wiederfang-Untersuchungen im Freiland wurden populations- und landschaftsgenetische Analysen durchgeführt. Die populationsgenetischen Analysen zeigen eine starke Isolation der Populationen von C. montanus, während zwischen den untersuchten Populationen von B. ino eine gute Konnektivität besteht. Mittels der landschaftsgenetischen Analyse wird gezeigt, dass Wälder und bebaute Flächen für beide Arten substanzielle Genefluss-Barrieren darstellen. Basierend auf einer GIS gestützten Analyse wird dargelegt, dass eine lokal ausreichende Vernetzung von Grünländern in Rheinland-Pfalz durch den Biotopverbund existiert. Die Berücksichtigung der Konnektivität bei der Auswahl und Ausgestaltung der Instrumente zur rechtlichen Sicherung und Umsetzung des Biotopverbundes (-§ 21 BNatSchG) bergen großes Potenzial zum Schutz von Grünländern. Ferner wird gezeigt, dass die Landschaftsplanung zwar ein geeignetes Instrument zur Erarbeitung des Biotopverbundes ist, aber kein Instrument zur rechtlichen Sicherung desselbigen im Sinne des -§ 21 Abs. 4 BNatSchG sein kann.
Geographic ranges of species and their determinants are of great interest in the field of biogeography and are often studied in terms of the species" ecological niches. In this context, the range of a species is defined by the accessibility of an area, abiotic factors and biotic interactions, which affect a species" distributions with different intensities across spatial scales. Parapatry describes a distributional pattern in which the ranges of two species meet along sharp range limits with narrow contact zones. Such parapatric range limits are determined by changing abiotic conditions along sharp environmental gradients or can result from interspecific resource competition. However, it has been shown that often the interplay of abiotic conditions and species interactions determine parapatry. The geographic ranges of the land salamanders, Salamandra salamandra and S. atra, narrowly overlap in the European Alps with only few syntopic localities and to date, the cause of parapatry is unknown. The goal of this thesis was thus to identify the importance of abiotic and biotic factors for their parapatric range limits at different spatial scales. On a broad spatial scale, the role of climate for the parapatric range limits of the species was investigated within three contact zones in Switzerland. Climatic conditions at species" records were analysed and species distribution modelling techniques were used to explore the species" climatic niches and to quantify the interspecific niche overlap. Furthermore, it was tested whether the parapatric range limit coincides with a strong climatic gradient. The results revealed distinct niches for the species as well as the presence of strong climatic gradients which could explain the parapatric range limits of the species. Yet, there was a moderate interspecific niche overlap in all contact zones indicating that the species may co-occur and interact with each other in areas where they both find adequate conditions. Comparison among contact zones revealed geographic variation in the species" niches as well as in the climatic conditions at their records suggesting that the species can occur in a much wider range of conditions than they actually do. These findings imply that climate represents a main factor for the species" parapatric range limits. Yet, interspecific niche overlap and the geographic variation provide indirect evidence that interspecific interaction may also affect their spatial distribution. To test whether competition restricts the species" ranges on the habitat scale and to understand local syntopic co-occurrence of the salamanders within their contact zones, site-occupancy modelling was used. This approach allowed to find the habitat predictors that best explain the species" local distribution. While the slope of the site positively affected the occupancy probability of S. salamandra, no tested predictor explained that of S. atra. Also, there was no effect of the occurrence of one species on the occupancy probability of the other providing no evidence for competition. Should competition occur, it does not lead to spatial segregation of the species on this scale. Because biotic interactions most significantly affect the ranges of species on small spatial scales, the microhabitat conditions at locations of the species within syntopic contact zones were compared and a null model analysis was applied to determine their niche overlap. Resource selection probability function models were used to assess those attributes that affect the species" habitat selections. The results revealed species-specific microhabitat preferences related to leaf litter cover, tree number and that the species were active at different temperatures as well as times of the day. The high degree of diurnal activity of S. atra may be due to its preference of forest floor microhabitats that long remain suitable during daytime. Besides, there was a great niche overlap for shelters indicating that the species may compete for this resource. Differential habitat selection and the use of the available shelters at different times of the day may minimize species interactions and allow their local co-occurrence within contact zones. To identify whether the potential infection with the pathogenic chytrid fungus could serve as an alternative biotic explanation for the range margins of S. atra, several populations throughout its range were screened for infection. Since the occurrence of this pathogen was detected mostly at lower altitudes of the Alps, it may confine the range of S. atra to higher elevations. Because chytrid was not detected in any of the samples, the pathogen unlikely plays a role in determining its range limits. Overall, these findings underline the complexity of mechanisms that determine the range margins of parapatric species and provide an important basis for subsequent studies regarding the determinants of the parapatric distribution of the two salamander species.
Anlass dieser vorliegenden Arbeit ist die genannte Reformierung der Lehrerausbildung in Deutschland im Zusammenhang mit der europäischen Bologna-Reform an den Universitäten und pädagogischen Hochschulen während der letzten zehn Jahre. Nach einer Auseinandersetzung mit den Zielen und den daraus resultierenden Reformbestrebungen wird der Fokus der Forschungsarbeit auf das Bundesland Rheinland-Pfalz gerichtet, um dort das Duale Studien- und Ausbildungskonzept für angehende Lehrerinnen und Lehrer genauer zu beleuchten. Die Vorgehensweise der Forschungsarbeit gliedert sich in drei Bereiche. Auf der einen Seite wird durch die Arbeit die strukturelle Umsetzung der Lehrerausbildungsreform an den vier Universitäten in Rheinland-Pfalz (Kaiserslautern, Koblenz-Landau, Mainz und Trier) transparent gemacht. Dieser Schritt ist erforderlich, um zunächst den Ist-Stand der Ausbildung im Fach Geographie zu erfassen und damit sowohl die Gemeinsamkeiten als auch die spezifischen Merkmale der einzelnen Studienstandorte abbilden zu können. Eine sich anschließende Befragung der Studierenden liefert als Ergänzung zur ermittelten deskriptiven Grundlage zur Studiensituation weitere Erkenntnisse aus den Bereichen der Modularisierung des Studiums, der fachlichen und fachdidaktischen Grundlagenvermittlung, den praktischen Studienanteilen und der eigenen Kompetenzeinschätzung. Die Rückmeldungen der Experten, die das Reformkonzept an den Standorten landesweit umsetzen, geben im Rahmen dieser Arbeit weitere ergänzende Impulse. Gerade im Hinblick auf die Diskussion um die Stärken und Schwächen der bisher umgesetzten Reformziele und die Einschätzung zu den Entwicklungsmöglichkeiten können direkte Rückmeldungen der Akteure aus der ersten und zweiten Phase der Ausbildung wichtige Ergänzungen liefern. Dazu werden einige Ergebnisse der Experteninterviews zusammenfassend dargestellt. Abschließend werden wesentliche Schlussfolgerungen der gesamten Forschungsarbeit, insbesondere Empfehlungen für zukünftige Entwicklungsperspektiven und Forschungsfelder dargelegt.
Die Dissertation widmet sich der Eisenbahninfrastruktur des Raumes Saarland-Lothringen-Luxemburg mit ihrer hohen Netzdichte sowie der Frage, wie diese Bahnstrecken besser genutzt werden können. Möglichkeiten, wie diese Strecken durch innovative, insbesondere aber durch grenzüberschreitende Angebote im Schienen-¬verkehr besser genutzt werden können, werden aufgezeigt. Ziel ist es zu zeigen, welche Potenziale der Schienenverkehr auf Basis der vorhandenen Bahninfrastruktur als Alternative zum dominierenden Straßenverkehr bieten könnte. Der Grenzraum SaarLorLux wird dazu porträtiert, einschließlich einer historischen Genese des Bahnsystems. Dieser historische Rückblick ist kartographisch aufbereitet. Die wechselhafte politische und wirtschaftliche Geschichte des Grenzraumes, insbesondere seine Montanindustrie haben den Untersuchungsraum und die Entwicklung seiner Eisenbahnen entscheidend geprägt. Neben den neuen und schnellen Korridor-Verbindungen nach Paris und Frankfurt wird auch eine gegenläufige Entwicklung aufgezeigt, die zu einem Einbruch der Fernverkehrsqualität für SaarLorLux geführt hat. Auch beim Güterverkehr ist ein Niedergang zu beobachten, gerade im Bereich der Güter in der Montanindustrie. Die Analyse des Bestandsnetzes der gesamten Verkehrsinfrastruktur einschließlich Luftfahrt, Schifffahrt und Straßenverkehr im SaarLorLux-Raum zeigt auf, welche Standards und Verbindungsqualitäten hier vorhanden sind. Ein Schwerpunkt der Betrachtung ist der Frage gewidmet, wie durch angebotsorientierte, aber auch durch organisatorische Maßnahmen die grenzüberschreitende Zusammenarbeit im Schienenregionalverkehr optimiert werden kann. Am Beispiel eines Ringverkehrs Luxemburg-Metz-Saarbrücken-Trier-Luxemburg (Q_Intracity) zeigt der Autor, welche Chancen sich ergäben, wenn die grenzüberschreitende Kooperation ausgeweitet würde. Weitere Vorschläge betreffen die Reaktivierung von derzeit kaum genutzten oder stillgelegten Bahnstrecken sowie die Verlängerung des bestehenden Nahverkehrs über die Grenze hinweg. Für den Saar-Rossel-Raum im Eurodistrikt Saarbrücken-Forbach erläutert die Abhandlung beispielhaft, wie ein neues Stadtbahnangebot die grenzüberschreitende und umwelt-¬freundliche Mobilität stärken kann. Dabei spielt die Wiedernutzung stillgelegter Bahnstrecken der ehemaligen lothringischen Kohlebahn HBL und des Bahnnetzes links der Saar eine große Rolle. Die vorgelegte Arbeit skizziert auch Verbesserungen für den Fernverkehr: Die Abhandlung umreißt die technischen Möglichkeiten, um vorhandene Bahnstrecken zeitgemäß auszurüsten. Die Elektromobilität spielt hierbei eine besondere Rolle Das Schließen von Lücken bei der Elektrifizierung vermag die Kapazitäten der Bahnstrecken deutlich auszudehnen und gerade auch dem Güterverkehr neue und günstigere Wege zu erschließen. Die ermittelte Elektrifizierung von rund dreihundert Kilometern an bestehenden Strecken im Unter-¬suchungsraum ermöglichte beispielsweise, den regelmäßigen Dieselbetrieb auf einem Netz von fast 500 Kilometern durch elektrische Traktion zu ersetzen. Ausgehend von der Analyse der Organisationsstruktur im Schienenverkehr und mit Blick auf die heterogene Struktur der Aufgabenträger im Schienenpersonennahverkehr schlägt der Autor vor, eine grenzüberschreitend agierende Instanz mit Verantwortung für den regionalen Nahverkehr zu schaffen. Diese sollte sich an dem Rechtsrahmen eines Europäischen Verbundes für Territoriale Zusammenarbeit (EVTZ) ausrichten und dazu beitragen, dass Angebote im bestellten Schienen-¬personennahverkehr nicht mehr an den Grenzen der Zuständigkeitsbereiche von Aufgabenträgern enden. Ein weiterer Vorschlag umfasst die Schaffung einer Infrastruktur-Sicherungs- und Entwicklungs-¬gesellschaft für den Schienen-verkehr. Ihre Aufgabe sollte die akteursüber-¬greifende Initiative sein mit dem Ziel, vorhandene aber aus der Nutzung genommene Bahnstrecken vor dem Verfall zu retten und für eine spätere Nutzung aufzuwerten. Die Abhandlung beinhaltet eine erste Kostenschätzung und eine erste Priorisierung der vorgeschlagenen technischen, infrastrukturellen und administrativen Maßnahmen. Das Leitmotiv ist dabei Erhalt vor Neubau. Neubaustrecken sind nur in geringem Umfang von 32 Kilometern vorgesehen, wohingegen auf rund 165 Kilometern bestehender Trassen ein Personen-¬verkehrsangebot wieder aufgenommen werden sollte und mindestens 50 neue Bahnhöfe und Haltestellen zu errichten sind. Der Autor ermittelt einen Bedarf von rund 500 Kilometern, um Strecken mit moderner Leit- und Sicherungstechnik, Funkbetrieb und Gleiswechselbetrieb zu modernisieren. Die Dissertation versteht sich als ersten Beitrag, um für den SaarLorLux-Raum einen Masterplan Schiene zu verwirklichen. Die Abhandlung beinhaltet 147 überwiegend kartographische Abbildungen und 23 Tabellen. Im Anhang greift ein Kartendossier im Format DIN A 3 15 Karten aus der Abhandlung großformatig auf.
Mechanisch-biologisch behandelte Abfälle zeigen im Vergleich mit unbehandelten Siedlungsabfällen völlig veränderte geomechanische Eigenschaften auf. Das Emissionspotenzial ist weitgehend reduziert. Dies erforderte eine Anpassung der Deponietechnik bezüglich Materialeinbau und Deponiebetrieb. Um sowohl das Deponieverhalten der mechanisch-biologisch behandelten Abfälle sowie das verbleibende Emissionspotenzial beurteilen zu können, wurde in dieser Arbeit ein breit angelegtes Untersuchungsprogramm im Deponiefeld umgesetzt, welches zum Ziel hat, das Langzeitverhalten des mechanisch-biologisch behandelten Abfalls im Deponiefeld zu beschreiben. Hieraus wurden Empfehlungen für Deponiebetreiber abgeleitet, die eine langfristige Sicherung der gesetzlichen Anforderungen an das Ablagern von MBA-Material gewährleisten. Somit wird der Forderung nach einem nachhaltigen Schutz der Umwelt Rechnung getragen. Eine solche Sicherung ermöglicht einen langfristig ökonomisch und ökologisch tragbaren Deponiebetrieb und somit die nötige Planungssicherheit für Deponiebetreiber. rnDie bisherigen Erfahrungen haben gezeigt, dass MBA-Deponien unter den beschriebenen Bedingungen ohne größere Probleme betrieben werden können. Durch die mechanisch-biologische Behandlung wurde jedoch der gesamte Bereich der Ablagerung neu definiert. rnSchwerpunkt des Untersuchungsprogramms war die Untersuchung der Temperatur- und Feuchtigkeitsentwicklung im Deponiekörper, der daraus resultierenden Auswirkungen auf die Zusammensetzung und Menge des Deponiegases sowie die Beurteilung der geotechnischen Erfordernisse an das abzulagernde Material und das Deponiefeld. Hierbei stand die Untersuchung von Porenwasserdrücken im Vordergrund. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Temperaturniveaus im Deponiekörper mit ca. 16-25-°C etwas unter den von DSR lagen. Die Deponiegaszusammensetzung weicht ebenfalls etwas von den Ergebnissen aus DSR ab. Die Deponiegasmenge liegt im erwarteten Bereich und lässt Rückschlüsse auf das Gasphasenmodell zu. An den Zuordnungskriterien konnten keine wesentlichen Veränderungen oder Abbauraten bezogen auf das Ursprungsmaterial beobachtet werden. Die Anforderungen an den Einbau von mechanisch-biologisch behandelten Abfällen sollten weiterhin unter der Maßgabe: verdichteter Dünnschichteinbau, Profilierung mit 5-10% Gefälle, Einbauwassergehalt 30-35 %, geringstmögliche Einbaufläche und einer arbeitstägigen Abdeckung des Deponiefeldes mit wasserundurchlässigem Material in regenintensiven Monaten und im Winter erfolgen. Ein Deponiebetrieb nach den Vorgaben des Anhanges 5, Nr. 6 der Deponieverord-nung, nach dem ein Deponiebetreiber den Anfall von Sickerwasser so gering zu halten hat, wie dies nach dem Stand der Technik möglich ist, ist somit umsetzbar. Aufgrund der geringen Sickerwassermengen und des verdichteten Materialeinbaus stellt der Deponiekörper mit MBA-Material kein umweltrelevantes Gefährdungspotenzial bezogen auf die Deponiegasemissionen dar, insofern nach Abschluss des Deponiekörpers eine Methanoxidationsschicht als Oberflächenabdichtung aufgebracht wird.
In der Dissertation "Kartographische Medien zur Entscheidungsunterstützung: empirische Untersuchungen georäumlicher Visualisierungen im Rahmen des Trierer Kommunalhaushalts" werden kartographische Medien im Hinblick auf die Funktion der Entscheidungsunterstützung bei der Aufstellung eines Kommunalhaushalts untersucht. Die Akteure der Haushaltsaufstellung können in drei Gruppen aufgeteilt werden: Bürger, Politiker und Verwaltungsmitarbeiter. Die grundlegende Fragestellung der Arbeit lautet: Wie muss ein räumliches Finanzauskunftssystem gestaltet sein, um die Beteiligten in verschiedenen Phasen des Entscheidungsprozesses bestmöglich zu unterstützen? Ziel ist dabei die modellhafte Entwicklung eines nutzerorientierten kommunalen Finanzauskunftssystems. Zur Erstellung der kartographischen Medien werden zunächst die Ausgaben des Trierer Kommunalhaushalts georeferenziert und mit Hilfe von Karten visualisiert. Die Georeferenzierung erfolgt dabei über die theoretische Herleitung der Raumwirkung einzelner Haushaltspositionen, die vom Grundsatz her sehr kleinräumig, gesamtstädtisch oder auch regional wirken können. Theoretisch lassen sich 79% der Ausgabepositionen des Finanzhaushalts und 45% der Ausgabepositionen des Ergebnishaushalts 2009 räumlich verorten. Einschränkungen der Georeferenzierungsquote ergeben sich aus der Datenverfügbarkeit der Stadtverwaltung Trier. Die erzeugten Kartendarstellungen unterscheiden sich im Hinblick auf die Komplexität der dargestellten Inhalte. Zum Einsatz kommen verschiedene kartographische Modellformen sowie unterschiedliche Darstellungsformen der Legende (verbal und numerisch). Der Studie besteht aus zwei empirischen Untersuchungsreihen: einer Online-Befragung und einem Bildschirmexperiment mit eye tracking und Logfile-Aufzeichnung. Diese haben gezeigt, dass die Unterschiede zwischen den drei Akteursgruppen nicht entscheidend sind. Die generelle Haltung der Probanden zur Relevanz des Raumbezugs ist vielmehr ausschlaggebend dafür, ob das Medium Karte positiv angenommen wird oder nicht. Während die Relevanz des Kriteriums "Raum" bei Entscheidungen nachgewiesen wurde, bleibt die Frage nach dessen Gewichtung innerhalb diverser Einflussgrößen kommunal-politischer Entscheidungen offen. Kartographische Medien können eine sinnvolle Unterstützung im Entscheidungsprozess darstellen, bedürfen jedoch je nach Art der Fragestellung und dementsprechend vom Nutzer durchzuführenden räumlichen Operationen einer Kombination mit Texten und/oder Tabellen. Der Bedarf an Nutzerunterstützung steigt mit der Komplexität der räumlichen Operationen: das Bilden von Mustern ist für die Nutzer mit erheblich mehr Blickaufwand verbunden als das Identifizieren von Werten in der Karte. Generell stellt die Komplexität des Informationsgehalts für die Probanden keinen Hinderungsgrund dar, mit kartographischen Medien zu arbeiten. Vielmehr müssen sich die dargestellten Inhalte an den Interessen der Akteure orientieren. Beim Betrachten der Kartendarstellungen spielen Erfahrungen im Georaum eine wesentliche Rolle. Die Untersuchung konnte zeigen, dass das Raumwissen der Probanden jedoch oft mangelhaft ist. Kartographische Medien können dabei helfen, das Raumwissen auch in Bezug auf die Verteilung von Merkmalen im Raum zu steigern. Die Probanden steuerten in der empirischen Erhebung viele Anregungen zur Gestaltung eines interaktiven Systems bei, die darauf hinweisen, dass eine nutzerorientierte Systemgestaltung zwingend erforderlich ist, wenn möglichst viele Akteure von einem kommunalen Finanzauskunftssystem profitieren sollen.
Veterinary antibiotics are released to arable agricultural soil together with manure, including nutrients, organic matter, and microorganisms. Previously, the effects of antibiotic-contaminated manure on soil microbial community activity, function, structure, and resistance have been reported under controlled experimental conditions. This thesis further evaluated the antimicrobial effects as influenced by different manure compositions, soil microhabitats and moisture regimes, plants, and different distances to roots. Microbial community responses were determined by phenotypic phospholipid fatty acid (PLFA) and genotypic 16S rRNA gene fragment analyses. (Chapter 3) demonstrates that medication of pigs with difloxacin (DIF) and sulfadiazine (SDZ) alters the molecular-chemical pattern of slurries, confounding the detection of a consistent antibiotic effect in bulk and respective rhizosphere soil. This was evaluated in a 63-day mesocosm experiment considering typical agricultural manure applications to maize planted soil. Fecal bacteria were detected even 14 days after manure amendment. Manure of DIF- and SDZ-medicated pigs clearly affected the microbial community in mesocosm bulk and rhizosphere soil, temporarily matching antibiotic effects reported in previous studies. (Chapter 4) discusses the influences of different soil microhabitats on antibiotic fate and the effects on soil microflora. Total extractable SDZ was more than two-fold larger in earthworm burrows and soil macroaggregate surfaces compared to bulk soil or the interior fraction of aggregates. Furthermore, soil microbial communities were affected by a combination of soil microhabitat and treatment, which was reflected by different structural and functional community responses to SDZ in laboratory and under field conditions. (Chapter 5) evaluates if SDZ effects on microbial communities are more pronounced in soils which undergo periodic changes in soil moisture by drying-rewetting dynamics compared to soils without such moisture fluctuations. This was tested in a 49-day climate chamber soil pot experiment grown with grass. Manure-amended pots without or with SDZ contamination were incubated under a dynamic moisture regime with repeated drying and rewetting changes of more than twenty percent maximum water holding capacity compared to the control moisture regime. The microbial biomass, but less pronouncedly the community structure, showed an increased responsiveness to the combined stress of SDZ and dynamic moisture changes in the laboratory. Similar responses were documented under field conditions. (Chapter 6) indicated adverse effects of SDZ on root geotropism, number of lateral roots, and water uptake by plants in a 40-day greenhouse experiment with willow and maize grown in soil with environmentally relevant and worst-case antibiotic contamination. (Chapter 7) showed that the associated microbial community responded to a combination of plant species, distance to the root, and antibiotic spiking concentration. In highly antibiotic-contaminated soils, the structural and functional responses of the microbial community were dominated by indirect antibiotic effects on plants and roots.
A sustainable development of forests and their ecosystem services requires the monitoring of the forests" state and changes as well as the prediction of their future development. To achieve the latter, eco-physiological forest growth models are usually applied. These models require calibration and validation with forestry reference data. This data includes forest structural parameters such as tree height or stem diameter which are easy to measure and can be used to estimate the core model parameters, i.e. the tree- biomass pools. The methods traditionally applied to derive the structural parameters are mainly manual and time-consuming. Hence, the in situ data acquisition is inefficient and limited in its ability to capture the vertical and horizontal variability in stand structure. Ground-based remote sensing bears the potential to overcome the limitations of the traditional methods. As they can be automated, ground-based remote sensing methods allow a much more efficient data acquisition and a larger spatial coverage. They are also able to capture forest structure in its three dimensions. Nevertheless, at present further research is required, in particular with respect to the practical integration of ground-based remote sensing data into forest growth models as well as regarding factors influencing the structural parameter retrieval from this data. Therefore, the goal of this PhD thesis was to investigate the influencing factors of two ground-based remote sensing methods (terrestrial laser scanning and hemispherical photography), which have not or only scarcely been studied to date. In addition, the use of forest structural parameters derived from these methods for the calibration of a forest growth model was assessed. Both goals were achieved. The results of this thesis could contribute significantly to a comprehensive assessment of ground-based remote sensing and its potential to derive the forest structural parameters. However, the use of these methods to calibrate forest growth models proved to be limited. An optimized data sampling design is expected to eliminate the major limitations, though. Furthermore, the combination of ground-based, airborne, and satellite remote sensing sensors was suggested to provide an optimized framework for the general integration of remotely sensed data into forest growth models. This combination of remote sensing observations at different scales will contribute greatly to a modern forest management with the purpose of warranting a sustainable forest development even under growing economic and ecological pressures.
Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation ist die Untersuchung der aktuellen Geomorphodynamik in den Gullyeinzugsgebieten der Souss-Ebene, Südmarokko. Eine Sonderstellung nehmen besonders in der Taroudant-Region die durch land-levelling Maßnahmen beeinflussten Flächen ein. Anhand von experimentellen Feldmethoden werden verschiedene Prozesse der Bodenerosion aufgenommen und bewertet. Mittels Luftbildmonitoring mit einer Drohne erfolgt eine Analyse des Gullywachstums. Durch eine Zusammenführung der Methodenkombination kann ein Gesamtbild der aktuellen geomorphologischen Prozessdynamik im Souss erstellt werden. Mit Zerfall der Zuckerindustrie Ende des 17. Jahrhunderts setzt im Souss Becken aufgrund der nahezu vollständigen Abholzung der Arganwälder die lineare Bodenerosion ein. Mit der Transformation von traditioneller Landwirtschaft zu modernen Zitrusfrucht- und Gemüseplantagen, beginnt Anfang der 1960er Jahre ein sehr dynamischer Landnutzungswandel. Die Expansion der Anbauflächen, die von Wadi- und Gullysystemen tief zerschnittenen sind, wird durch Planierungsmaßnahmen vorangetrieben. Auf den planierten Flächen entwickeln sich durch die Verdichtung des Bodens, das Entfernen von Vegetationsbedeckung sowie Krustenbildung auf dem schluffig-lehmigen Substrat bei Starkniederschlagsereignissen zumeist erneut Gullys. Die rasche lineare Zerschneidung bedroht weitere Anbauflächen. Eine nachhaltige Entwicklung auf diesen Flächen ist daher fraglich. Durch starke Verschlämmung nach Niederschlägen bilden sich auf den planierten Flächen sehr schnell physikalische Bodenkrusten aus. Ihre Mikromorphologie ist aufgrund der Belastungen mit schwerem Gerät sowie mehrfacher Erosions- und Akkumulationszyklen durch Plattenstruktur und Vesikel geprägt, wodurch die Infiltrationskapazität des Bodens verringert wird. Diese Auswirkungen können durch Messungen mit dem Einringinfiltrometer bestätigt werden. Sie zeigen auf ungestörten Flächen durchschnittlich eine 2,6-fach höhere Infiltrationsrate als auf planierten Flächen. Durch eine Inventarisierung der Bodeneigenschaften und Oberflächencharakteristika kann ihre signifikante Veränderung nach Planierungsmaßnahmen identifiziert werden. So zeigen planierte Flächen hohe Anteile an Bodenverkrustung und wenig Vegetationsbedeckung auf. Ungestörte Flächen sind dagegen weniger verkrustet und stärker mit Vegetation bedeckt. Zudem kann eine Kompaktion der oberen Bodenschicht nachgewiesen werden. Diese Faktoren wirken auf die Oberflächenabflussbildung und den Sedimentabtrag ein. Die Ergebnisse von 122 Niederschlagssimulationen mit einer Kleinberegnungsanlage zeigen einen signifikanten Anstieg der mittleren Oberflächenabflüsse und Sedimentfrachten (1,4-, bzw. 3,5-mal höher) auf planierten im Gegensatz zu ungestörten Testflächen. Mithilfe des Gullymonitorings wird die Entwicklung eines kompletten Gullys durch Starkniederschlagsereignisse auf einer planierten Fläche detektiert. Dabei wird in einem 3,5 ha großen Einzugsgebiet etwa 1080 t Bodenmaterial erodiert. Hier wurde errechnet, dass Gullyerosion für 91 % des gesamten Bodenverlustes im Einzugsgebiet verantwortlich ist. Die Fläche dient nur als Lieferant des Erosionsagens Wasser. Das Verfüllen des ursprünglichen Gullysystems mit Material der umliegenden Hänge führt zu einer Erniedrigung der Geländehöhe von durchschnittlich über 5 cm. Auf ungestörten Flächen wird dagegen nur ein geringes Gullywachstum verzeichnet. Die vorgestellte Methodenkombination lässt eine gezielte Beschreibung der aktuellen Geomorphodynamik in den Einzugsgebieten der Souss-Ebene zu. Durch die land-levelling Maßnahmen wird die Prozessdynamik signifikant erhöht. Eine Verminderung der Vegetationsbedeckung, schnelle Krustenbildung sowie Bodenkompaktion unterstützen hohe Oberflächenabflussbildung und Sedimentabtrag. Durch lineare Konzentration des Abflusses wird rapide Gullyerosion gefördert. Ganze Gullysysteme können sich auf Planierungsflächen durch nur ein einziges Starkniederschlagsereignis ausbilden. Dadurch sind Anbauflächen, Gebäude und Infrastruktur gefährdet.
Comparing the results of the phylogeographies of the four species included in this thesis, some accordances have been found, even though certain patterns are only represented in one or two species. In all cases, the findings of the studied species strongly support the existence of forests or forest-like ecosystems beyond the classic forest refugia in the Mediterranean areas (Iberian, Apennine and Balkan peninsulas) during glacial times. However, evidence of glacial refugial areas in Southeastern Europe, especially the Balkans, have been found in this study as well. The analysed populations of Aposeris foetida, Melampyrum sylvaticum and Erebia euryale showed high genetic diversity values and mostly higher private fragments in this area, which is a strong indicator for centres of glacial survival during Würm and, regarding the results of M. sylvaticum, even during the Riss ice age. Three of the analysed species (A. foetida, M. sylvaticum and Colias palaeno) supported a second main glacial refuge area located along the Northern Alps. Again, high genetic diversity values and the uniqueness of the populations living in this region today prove the importance of this area as a glacial centre of survival. Those results confirm several recently published studies on forest species and strongly indicate the persistence of forest-like structures or even forests during the ice ages along the foothills of the Northern Alps. Additionally, the persistence of C. palaeno in this area furthermore supports the existence of peatlands north of the Alps, at least during the last glacial. The results of M. sylvaticum and E. euryale further indicate the vicinity of the Tatra Mountains as core areas for glacial survival. However, the genetic patterns found for E. euryale are ambiguous. Due to an intermediate position of two genetic lineages (originating in the Eastern Alps and Southeastern Europe), the Tatras could also reflect a postglacial mixture zone of those lineages. Moreover, the glacial and postglacial importance of this area for woodland species was accentuated, supporting other phylogeographic studies published. Besides the congruities among the results of the study species, some unique patterns and therefore further potential glacial refugia have also been illuminated in this thesis. For instance, the calcicole species, A. foetida, most probably had further survival area at both sides of the Dinaric Alps, supported by high genetic diversity values and a high number of private fragments found in Croatian populations. Furthermore, the surroundings of the German Uplands and the margin of the Southern Alps provided suitable conditions for glacial survival for M. sylvaticum, while the Eastern and Southeastern Alpine region most probably sheltered the Large Ringlet E. euryale during ice ages. Additionally, this butterfly species survived at least the glaciation along the foothills of the Massif Central, whose present populations showed a unique genetic lineage and their genetic diversity values have been measurably higher than in other populations for this species. Finally, a large and continuous Würm distribution is highly likely south of the Fennoscandian glaciers in Central Europe for C. palaeno, which might indicate extended peatland areas during Würm glacial. With all the patterns found in this study, the understanding of glacial persistence of forest, respectively forest-like structures and peatlands during Würm or even Riss glacial in Europe could be advanced. The congruencies among the analysed woodland and bog species illustrate the importance and location of extra-Mediterranean refugia for European mountain forests and the glacial presence of Central European peatlands. Thus, already postulated theories could be supported and further pieces of the overall puzzle could be added. The varieties of the different survival centres once more clarified that further phylogeographic studies on mountain forest of different habitat requirements and especially peatland species have to be implemented to get a clearer picture of the glacial history of these habitats.