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Background: Increasing exposure to engineered inorganic nanoparticles takes actually place in both terrestric and aquatic ecosystems worldwide. Although we already know harmful effects of AgNP on the soil bacterial community, information about the impact of the factors functionalization, concentration, exposure time, and soil texture on the AgNP effect expression are still rare. Hence, in this study, three soils of different grain size were exposed for up to 90 days to bare and functionalized AgNP in concentrations ranging from 0.01 to 1.00 mg/kg soil dry weight. Effects on soil microbial community were quantified by various biological parameters, including 16S rRNA gene, photometric, and fluorescence analyses.
Results: Multivariate data analysis revealed significant effects of AgNP exposure for all factors and factor combinations investigated. Analysis of individual factors (silver species, concentration, exposure time, soil texture) in the unifactorial ANOVA explained the largest part of the variance compared to the error variance. In depth analysis of factor combinations revealed even better explanation of variance. For the biological parameters assessed in this study, the matching of soil texture and silver species, and the matching of soil texture and exposure time were the two most relevant factor combinations. The factor AgNP concentration contributed to a lower extent to the effect expression compared to silver species, exposure time and physico–chemical composition of soil.
Conclusions: The factors functionalization, concentration, exposure time, and soil texture significantly impacted the effect expression of AgNP on the soil microbial community. Especially long-term exposure scenarios are strongly needed for the reliable environmental impact assessment of AgNP exposure in various soil types.
Because EU water quality policy can result in infrastructure creation or adaptation at the local level across member states, compliance cases are worth examining critically from a sustainable spatial planning perspective. In this study, the 2000 EU Water Framework Directive’s (WFD) reach to local implementation efforts in average towns and cities is shown through the case study of nonconforming household wastewater infrastructure in the German state of Rhineland Palatinate. Seeing wastewater as a socio-technical infrastructure, we ask how the WFD implementation can be understood in the context of local infrastructure development, sustainability, and spatial planning concepts. In particular, this study examines what compliance meant for the centralization or decentralization of local wastewater infrastructure systems—and the sustainability implications for cities
from those choices.
Understanding the mechanisms that shape access to the fisheries ecosystem service in Tsokomey, Accra
(2019)
Questions of access to ecosystem services remain largely unaddressed. Yet, in the coming decades, addressing access to services and securing them for livelihoods and well-being of people will likely gain importance, especially to guide according policies at the local scale. Through a qualitative approach, this paper addresses the mechanisms that shape access to the fisheries eco- system service in Accra, Ghana. The analysis uses a framework that focuses on access to land, tools and technology, knowledge and information, capital and credit, as well as labor. This research reveals how access is organized across the different categories of this framework and how people’s well-being is shaped. Moreover, it helps to further our understanding of what regulates the access to ecosystem services and how to address future shocks and capacity in terms of production of ecosystem services.
The nonhydrostatic regional climate model CCLM was used for a long-term hindcast run (2002–2016) for the Weddell Sea region with resolutions of 15 and 5 km and two different turbulence parametrizations. CCLM was nested in ERA-Interim data and used in forecast mode (suite of consecutive 30 h long simulations with 6 h spin-up). We prescribed the sea ice concentration from satellite data and used a thermodynamic sea ice model. The performance of the model was evaluated in terms of temperature and wind using data from Antarctic stations, automatic weather stations (AWSs), an operational forecast model and reanalyses data, and lidar wind profiles. For the reference run we found a warm bias for the near-surface temperature over the Antarctic Plateau. This bias was removed in the second run by adjusting the turbulence parametrization, which results in a more realistic representation of the surface inversion over the plateau but resulted in a negative bias for some coastal regions. A comparison with measurements over the sea ice of the Weddell Sea by three AWS buoys for 1 year showed small biases for temperature around ±1 K and for wind speed of 1 m s−1. Comparisons of radio soundings showed a model bias around 0 and a RMSE of 1–2 K for temperature and 3–4 m s−1 for wind speed. The comparison of CCLM simulations at resolutions down to 1 km with wind data from Doppler lidar measurements during December 2015 and January 2016 yielded almost no bias in wind speed and a RMSE of ca. 2 m s−1. Overall CCLM shows a good representation of temperature and wind for the Weddell Sea region. Based on these encouraging results, CCLM at high resolution will be used for the investigation of the regional climate in the Antarctic and atmosphere–ice–ocean interactions processes in a forthcoming study.
Grundlage der Arbeit stellten zwei Arbeitshypothesen dar, die es zu überprüfen galt. Die beiden Arbeitshypothesen wurden aufgrund einer Beobachtung eines Phänomens im Freiland formuliert, da bei scheinbar unterschiedlich starkem Reblausbesatzes im Boden kein direkter Zusammenhang zu einer schädigenden Wirkung dieses Stressphänomens (Reblausbefall) hergestellt werden konnte. Im Gegenteil traten die schädigenden Wirkungen des Reblausbefalls in Form von Rückgangserscheinungen eher in Rebflächen auf, die einer mangelhaften Bewirtschaftung oder Bestandsführung unterlagen. Zur Klärung dieses Phänomens wurden daher die beiden (A., B.) folgenden Hypothesen aufgestellt, die es zu überprüfen galt:
A.: Die in mit Unterlagsrebsorten der Kreuzung V. berlandieri x V. riparia zu beobachtenden Rückgangserscheinungen in Rebanlagen mit Reblausvorkommen werden nicht allein durch die Saugtätigkeit der Reblaus an den Rebwurzeln verursacht; eine direkte Korrelation zwischen Reblausdichte und Ausmaß der Rückgangserscheinungen an infizierten Reben besteht nicht. B.: Das Ausmaß möglicher Rückgangserscheinungen ist abhängig von der Bewirtschaftung des Rebbestands, wobei der Bodenbewirtschaftung eine maßgebliche Rolle zukommt.
Um diese Hypothesen zu überprüfen wurde ableitend von den Zielen der Arbeit ein Reblausbonitursystem zur Erfassung der Reblausabudanz im Freiland im Boden erarbeitet. Die besonderen Schwierigkeiten bei der Erfassung des Reblausbefalls im Boden aufgrund des stark variierenden Wurzelsystems der Rebe und dem ebenfalls stark schwankenden Reblausbefalls an der Wurzel der Rebe wurde mit dem Reblausbonitursystem (Grabungen) Rechnung getragen, sodass ein valides System zur Beurteilung des Reblausbefalls auch im jahreszeitlichen Verlauf erstellt worden konnte. Damit wurde ein Reblausbonitursystem geschaffen, das auch in praktischer Anwendung durchführbar ist und somit mit seiner höheren möglichen Replikationsrate bei der Probenentnahme dem stark variierenden Charakter des Reblausbefalls im Boden Rechnung trägt.
Um Rückgangserscheinungen in einem Weinberg nachhaltig analysieren zu können, wurde ein Wuchsbonitursystem evaluiert. Dieses System beurteilt alle Reben einer Rebfläche innerhalb eines einfachen für den Menschen kognitiv sehr gut verarbeitenden Bewertungssystem zum Wuchs der Reben. Damit ist eine Erfassung einer sehr großen Datenmenge zur Beurteilung des Wuchses auf einem Rebfeld möglich. Die Korrelation des mit dem System ermittelten Wuchses zu vielen Leistungsparametern der Rebe und den Gegebenheiten auf den Versuchsflächen zeigt die hohe Validität des Wuchsbonitursystems auf. Auch konnten Wuchsunterschiede in sehr differierenden Versuchsfeldern mit dieser Methode deutlich belegt werden. Damit wurde deutlich, dass mit dieser Wuchsboniturmethode die Rückgangserscheinungen in einer Rebfläche erkannt und analysiert werden konnten. Somit konnten mit den beiden Instrumenten der Wuchs- und Reblausbonitur die beiden Arbeitshypothesen dahingehend belegt werden, dass unter Verwendung der Unterlagensorten der Kreuzungskombination V. berlandieri x V. riparia kein Zusammenhang zwischen der Reblausdichte im Boden und Rückgangserscheinungen der Rebe vorliegen. Darüber hinaus konnte belegt werden, dass in Erweiterung dieser Erkenntnis das Ausmaß der Rückganserscheinungen bei Reben maßgeblich von der Art der Bewirtschaftung abhängt und somit deutlich abzutrennen ist vom Einfluss des Reblausbefalls. Vor allem konnte durch die vorliegende Arbeit unter Einbeziehung des Wuchsbonitursystems eine Methode erarbeitet werden, die in Zukunft bei der Beurteilung von Fernerkundungsdaten ein nützliches Instrument darstellt, um die wirklichen Gegebenheiten hinsichtlich des Wuchses der Reben auf Weinbergsflächen mit den berechneten Werten zu Wuchsindizes zu korrelieren.
Aufgrund oftmals erhöhter Arsen- und Schwermetallgehalte in den Oberböden von Auen ist eine Verwertung von Auenböden, zum Beispiel im Rahmen von Renaturierungsmaßnahmen, oftmals schwierig, da keine auenspezifische Bewertungsgrundlage für dieser Stoffgehalte vorliegt.
Am Beispiel der Lippeaue erfolgte auf Grundlage abgeleiteter Haupteinflussfaktoren für die Konzentration von Arsen- und Schwermetallen in den Oberböden die Ableitung von Hintergrundgehalten. Die Metall- und Schwermetallgehalte in den Oberböden der Lippeaue lagen i. d. R. erwartungsgemäß oberhalb der in der Praxis verwendeten Einstufungswerte (z. B. Vorsorgewerte der BBodSchV, Hintergrundwerte von NRW), die sich allerdings auf Standorte außerhalb der Aue beziehen.
Anhand von gewonnen Daten aus Projektarbeiten im Zuge der Umsetzung der EU-Wasserrahmenrichtlinie (z. B. bodenkundliche und ingenieurgeologische Profilaufnahme, bodenmechanische Laborversuche) und ergänzend durchgeführter Untersuchungen, wie z. B. Bodentypenkartierung und mineralogische Untersuchungen, erfolgte eine detaillierte Standortcharakterisierung der Böden in der Lippeaue.
Auf Basis der abgeleiteten Hintergrundgehalte wurden unter Berücksichtigung der ermittelten Bodenkennwerte und Einflussgrößen auenspezifische Einbauregeln abgeleitet. Mit dem Ziel einer praktikablen Anwendbarkeit wurde eine auf die wesentlichen Kenngrößen reduzierte Bewertungsmatrix erarbeitet. Bei geplanten baulichen Eingriffen in den Boden kann nun mit den lippeauenspezifischen Einbauwerten für Arsen und Schwermetalle anhand konventioneller Parameter für jeden Standort ermittelt werden, ob besonders günstige oder ungünstige Bedingungen für einen potenziellen Wiedereinbau vorliegen. Die abgeleiteten Hintergrundgehalte und Einbauwerte verstehen sich dabei als – auf Basis der aktuellen Datenlage abgeleitete – Handlungsempfehlung und Orientierung zur Bewertung von Böden im Hinblick auf einen gebietsübergreifenden Wiedereinbau in der Lippeaue.
Das Policy Paper ‚Handlungsbedarfe für die Raumentwicklung der Großregion aus Sicht der Forschung‘ fasst wesentliche Erkenntnisse von Forscher*innen des UniGR-Center for Border Studies in fünf für die Großregion relevanten Bereichen (Demographie und Migration, Verkehr, Beschäftigung und wirtschaftliche Entwicklung, Energielandschaften, Grenzüberschreitende Governance) zusammen und formuliert Handlungsoptionen für die Planungspraxis und politische Entscheidungsträger*innen. Darüber hinaus thematisiert es den Wissensaus-tausch zwischen Forschung und Politik.
Soils in forest ecosystems bear a high potential as carbon (C) sinks in the mitigation of climate change. The amount and characteristics of soil organic matter (SOM) are driven by inputs, transformation, degradation and stabilization of organic substances. While tree species fuel the C cycle by producing aboveground and belowground litter, soil microorganisms are crucial for litter degradation as well as the formation and stabilization of SOM. Nonetheless, our knowledge about the tree species effect on the SOM status is limited, inconsistent and blurred. The investigation of tree species effects on SOM is challenging because in long-established forest ecosystems the spatial distribution of tree species is a result of the interplay of environmental factors including climate, geomorphology and soil chemistry. Moreover, tree distribution can further vary with forest successional stage and silvicultural management. Since these factors also directly affect the soil C-status, it is difficult to identify a pure “tree species effect” on the SOM status at regular forested sites. It therefore remains unclear in how far tree species-specific litter with different quality influences the microbial driven turnover and formation of SOM.
Tree species effects on SOM and related soil microbial properties were investigated by examining soil profiles (comprising organic forest floor horizons and mineral soil layers) in different forest stands at the recultivated spoil heap ‘Sophienhöhe’ located at the lignite open-cast mine Hambach near Jülich, Germany. The afforested sites comprised monocultural stands of Douglas fir (Pseudotsuga menziesii), black pine (Pinus nigra), European beech (Fagus sylvatica) and red oak (Quercus rubra) as well as a mixed deciduous stand site planted mainly with hornbeam (Carpinus betulus), lime (Tilia cordata) and common oak (Quercus robur) that were grown for 35 years under identical soil and geomorphological conditions. Because the parent material used for site recultivation was free from organic matter or coal material, the SOM accumulation is entirely the result of in situ soil development due to the impact of tree species.
The first study revealed that tree species had a significant effect on soil organic carbon (SOC) stocks, stoichiometric patterns of C, nitrogen (N), sulfur (S), hydrogen (H) and oxygen (O) as well as the microbial biomass carbon (MBC) content in the forest floor and the top mineral soil layers (0-5 cm, 5-10 cm, 10-30 cm). In general, forest floor SOC stocks were significantly higher at coniferous forest stands compared to deciduous tree species, whereas in mineral soil layers the differences were smaller. Thus, the impact of tree species decreased with increasing soil depth. By investigating the linkage of the natural abundance of 13C and 15N in the soil depth gradients with C:N and O:C stoichiometry, the second study showed that differences in SOC stocks and SOM quality resulted from a tree species-dependent turnover of SOM. Significantly higher turnover of organic matter in soils under deciduous tree species depended to 46 % on the quality of litterfall and root inputs (N content, C:N, O:C ratio), and on the initial isotopic signatures of litterfall. Hence, SOM composition and turnover also depends on additional – presumably microbially driven – factors. The subsequent results of the third study revealed that differences in SOM composition and related soil microbial properties were linked to different microbial communities. Phospholipid fatty acid (PLFA) patterns in the soil profiles indicated that the supply and availability of C and nutrient-rich substrates drive the distribution of fungi, Gram-positive (G+) bacteria and Gram-negative (G−) bacteria between tree species and along the soil depth gradients. The fourth study investigated the molecular composition of extractable soil microbial biomass-derived (SMB) and SOM-derived compounds by electrospray ionization Fourier transformation ion cyclotron resonance mass spectrometry (ESI-FT-ICR-MS). This was complemented by the analysis of nine monosaccharides representing microbial or plant origin. Microbially derived compounds substantially contributed to SOM and the contribution increased with soil depth. The supply of tree species-specific substrates resulted in different chemical composition of SMB with largest differences between deciduous and coniferous stands. At the same time, microorganisms contributed to SOM resulting in a strong similarity in the composition of SOM and SMB.
Overall, the complex interplay of tree species-specific litter inputs and the ability, activity and efficiency of the associated soil fauna and microbial community in metabolizing the organic substrates leads to significant differences in the amount, distribution, quality and consequently, the stability of SOM. These findings are useful for a targeted cultivation of tree species to optimize soil C sequestration and other forest ecosystems services.
Erlebnisgenese im Tourismus
(2021)
Das Thema des Erlebnisses steht bereits seit langem im Fokus von Anbietern von Dienstleistungen. Dies gilt insbesondere für den Tourismus, einer Branche, deren Produkte zu einem signifikanten Teil aus solchen bestehen. Entsprechend der Prominenz des Themas, vor allem in den Bereichen touristischer Produktentwicklung und Marketing, ist dieses bereits breit in der Forschung diskutiert worden.
Trotz ausgiebiger Publikationsaktivitäten ist der tatsächliche Wissensstand in diesem Thema dennoch auffällig gering. Ein wichtiges Problem liegt darin begründet, dass die Terminologie im Bereich von Erlebnissen noch nicht allgemein akzeptiert und scharf abgegrenzt ist. So muss zwischen Erlebnissen und Erfahrungen unterschieden werden. Erstere treten während des Prozesses der Wahrnehmung einer touristischen Dienstleistung auf und bilden die Basis für Erfahrungen, welche prägend hinsichtlich der Wahrnehmung wirken und im Gesamtkontext der Reise betrachtet werden. Dieser Unterscheidung wird nicht nur in der englischsprachigen Literatur, in der beide Begriffe mit dem Begriff Experience beschrieben werden, sondern auch in der deutschsprachigen Literatur zumeist zu wenig Rechnung getragen, was dazu führt, dass häufig zu Erlebnissen publiziert wird, obwohl eigentlich Erfahrungen beschrieben werden. Problematisch ist dies vor allem, weil damit ein Phänomen untersucht wird, dessen Basis nahezu gänzlich unbekannt ist. Wichtige Fragen, welche zum Verständnis von Erlebnissen und damit auch von Erfahrungen bleiben unbeantwortet:
1) Welche Faktoren werden in der Genese von Erlebnissen wirksam?
2) Wie wirken diese zusammen?
3) Wie wird die Stärke eines Erlebnisses determiniert?
4) Wie werden Erlebnisse stark genug um den Konsum einer touristischen Dienstleistung zu prägen und damit gegebenenfalls zu Erfahrungen zu werden?
In der vorliegenden Arbeit wurden diese Fragen beantwortet, womit ein erster Schritt in Richtung der Füllung einer für die Tourismuswissenschaft nicht unbedeutenden Forschungslücke gelungen ist.
Um Erlebnisse, den Prozess der Genese dieser und deren Bewertung durch den Gast verstehen zu können, wurde ein triangulierter, zweistufiger Forschungsprozess ersonnen und in einem naturtouristischen Setting im Nationalpark Vorpommersche Boddenlandschaft zur Anwendung gebracht. Es handelt sich dabei um einen Mixed-Methods-Ansatz:
1) Induktive-qualitative Studie auf Basis der Grounded Theory
a. Ziel: Identifikation von Wirkkomponenten und deren Zusammenspiel und Generierung eines Modells
b. Methoden: Verdeckte Beobachtung und narrative Interviews
c. Ergebnisse: Modelle der Genese punktueller Erlebnisse und prägender Erlebnisse
2) Deduktive-quantitative Studie
a. Ziel: Überprüfung und Konkretisierung der in 1) generierten Modelle
b. Methoden: Fragebogengestützte, quantitative Befragung und Auswertung mittels multivariater Verfahren
c. Ergebnisse: Zusammenfassung der beiden Modelle zu einem finalen Modell der Erlebnis- und Erfahrungsgenese
Das Ergebnis des Vorgehens ist ein empirisch erarbeitetes und validiertes, detailliertes Modell der Genese von Erlebnissen und der Bewertung dieser durch den Erlebenden in Bezug auf deren Fähigkeit zu Erfahrungen zu werden.
Neben der Aufarbeitung und Konkretisierung dieses Prozesses konnte zusätzlich die in viele Richtungen diskutierte Bedeutung von Erwartungen und Produktzufriedenheit mit Blick auf die Bewertung von Erlebnissen geklärt werden. So konnte empirisch nachgewiesen werden, dass Erlebnisse, die auf Überraschungen, dem Unerwarteten, basierten besonders resistent gegenüber Störfaktoren waren und positive Erlebnisse zwar durchaus im Zusammenhang mit Produktzufriedenheit stehen aber sich vor allem durch eine zumindest temporär gesteigerte Lebenszufriedenheit manifestieren. Damit konnte das Hauptkriterium für die Bewertung von Erlebnissen mit Blick auf ihre Tauglichkeit zu Erfahrungen identifiziert werden.
Für die weitere Forschung kann die vorliegende Arbeit mit dem finalen Modell der Erlebnis- und Erfahrungsgenese einen soliden Ausgangspunkt bilden. So bieten zahlreiche Faktoren im Modell die Möglichkeit zur weiteren Forschung. Auch sollten die Ergebnisse in weiteren touristischen Kontexten überprüft werden.
Für die touristische Praxis kann die vorliegende Arbeit zahlreiche Hinweise geben. So bedeutet die Generierung von Erlebnissen im touristischen Kontext mehr als nur die Erfüllung von Erwartungen. Die widerstandsfähigsten Erlebnisse sind jene, die den Gast zu überraschen vermögen. Ein qualitativ hochwertiges, den Gast zufriedenstellendes Produkt ist dabei nicht mehr als ein Basisfaktor. Wirklich erfolgreich ist ein erlebnisbasierender Ansatz nur dann, wenn dieser es vermag die Lebenszufriedenheit des Gastes zu steigern.
Mit vorliegendem Dokument sollen Überlegungen zur Rolle der Ausbildung auf dem grenzüberschreitenden
Arbeitsmarkt angestellt werden. Hierfür werden gleichzeitig die durch die verschiedenen Hefte der Großregion, als auch die bei der am 1. Dezember 2020 organisierten Online-Podiumsdiskussion zum Thema „Mismatches, Kompetenzen, Ausbildung… Welche Passverhältnisse für den grenzüberschreitenden Arbeitsmarkt?“ angeregten Diskussionen herangezogen. Konkreter ausgedrückt beabsichtigt dieser Beitrag, eine Antwort auf folgende Frage zu geben: wie können die Ausbildung und deren unterschiedliche Praxismaßnahmen in den beruflichen Bereichen, aber auch in schulischen und universitären Bereichen dazu beitragen, die Ungleichgewichte abzumildern, die auf dem Arbeitsmarkt der Großregion zu beobachten sind? Insofern liefert das Dokument einige Denkanstöße für die grenzüberschreitende Zusammenarbeit im Ausbildungsbereich.
In 2014/2015 a one-year field campaign at the Tiksi observatory in the Laptev Sea area was carried out using Sound Detection and Ranging/Radio Acoustic Sounding System (SODAR/RASS) measurements to investigate the atmospheric boundary layer (ABL) with a focus on low-level jets (LLJ) during the winter season. In addition to SODAR/RASS-derived vertical profiles of temperature, wind speed and direction, a suite of complementary measurements at the Tiksi observatory was available. Data of a regional atmospheric model were used to put the local data into the synoptic context. Two case studies of LLJ events are presented. The statistics of LLJs for six months show that in about 23% of all profiles LLJs were present with a mean jet speed and height of about 7 m/s and 240 m, respectively. In 3.4% of all profiles LLJs exceeding 10 m/s occurred. The main driving mechanism for LLJs seems to be the baroclinicity, since no inertial oscillations were found. LLJs with heights below 200 m are likely influenced by local topography.
Using a dendrochronological approach, we determined the resistance, recovery and resilience of the radial stem increment towards episodes of growth decline, and the accompanying variation of 13C discrimination against atmospheric CO2 (Δ13C) in tree rings of two palaeotropical pine species. These species co-occur in the mountain ranges of south–central Vietnam (1500–1600 m a.s.l.), but differ largely in their areas of distribution (Pinus kesiya from northeast India to the Philippines; P. dalatensis only in south and central Vietnam and in some isolated populations in Laos). For P. dalatensis, a robust growth chronology covering the past 290 years could be set up for the first time in the study region. For P. kesiya, the 140-year chronology constructed was the longest that could be established to date in that region for this species. In the first 40 years of the trees’ lives, the stem diameter increment was significantly larger in P. kesiya, but levelled off and even decreased after 100 years, whereas P. dalatensis exhibited a continuous growth up to an age of almost 300 years. Tree-ring growth of P. kesiya was negatively related to temperature in the wet months and season of the current year and in October (humid transition period) of the preceding year and to precipitation in August (monsoon season), but positively to precipitation in December (dry season) of the current year. The P. dalatensis chronologies exhibited no significant correlation with temperature or precipitation. Negative correlations between BAI and Δ13C indicate a lack of growth impairment by drought in both species. Regression analyses revealed a lower resilience of P. dalatensis upon episodes of growth decline compared to P. kesiya, but, contrary to our hypothesis, mean values of the three sensitivity parameters did not differ significantly between these species. Nevertheless, the vigorous growth of P. kesiya, which does not fall behind that of P. dalatensis even at the margin of its distribution area under below-optimum edaphic conditions, is indicative of a relatively high plasticity of this species towards environmental factors compared to P. dalatensis, which, in tendency, is less resilient upon environmental stress even in the “core” region of its occurrence.
Detection of Preferential Water Flow by Electrical Resistivity Tomography and Self-Potential Method
(2021)
This study explores the hydrogeological conditions of a landslide-prone hillslope in the Upper Mosel valley, Luxembourg. The investigation program included the monitoring of piezometer wells, hydrogeological field tests, analysis of drillcore records, and geophysical surveys. Monitoring and field testing in some of the observation wells indicated very pronounced preferential flow. Electrical resistivity tomography (ERT) and self-potential geophysical methods were employed in the study area for exploration of the morphology of preferential flowpaths. Possible signals associated with flowing groundwater in the subsurface were detected; however, they were diffusively spread over a relatively large zone, which did not allow for the determination of an exact morphology of the conduit. Analysis of drillcore records indicated that flowpaths are caused by the dissolution of thin gypsum interlayers in marls. For better understanding of the site’s hydrogeological settings, a 3D hydrogeological model was compiled. By applying different subsurface flow mechanisms, a hydrogeological model with thin, laterally extending flowpaths embedded in a porous media matrix showed the best correspondence with field observations. Simulated groundwater heads in a preferential flow conduit exactly corresponded with the observed heads in the piezometer wells. This study illustrates how hydrogeological monitoring and geophysical surveys in conjunction with the newest hydrogeological models allow for better conceptualization and parametrization of preferential flow.
Perennial energy crops (PECs) are increasingly used as feedstock to produce energy in an environmental friendly way. Compared to traditional conversion strategies like thermal use, sophisticated technologies such as biomethanation defined different re-quirements of the feedstock. Whereas the first concept relies on dry, woody mate-rial, biomethanation requires a moist feedstock. Thus, over time, the spectrum of species used as PECs has widened. Moreover, harvest dates were adjusted to pro-vide the feedstock at suitable moisture contents. It is well known that perennial, lignocellulose- based energy crops, compared to annual, sugar- and starch- based ones, offer ecological advantages such as, inter alia, improving biodiversity in landscape, protecting soil against erosion, and protecting groundwater from nutrient inputs. However, one of the main arguments for PEC cultivation was their undemanding nature concerning external inputs. With respect to the broader spectrum of PEC spe-cies and changed harvest dates, the question arises whether the concept of PECs being low- input energy crops is still valid. This also implies the question of suitable grow-ing conditions and sustainable management. The aims of this opinion paper were to classify different PECs according to their life- form strategy, compare nutrient exports when harvested in different maturation stages, and to discuss the results in the context of sustainable PEC cultivation on marginal land. This study revealed that nutrient exports with yield biomass of PECs harvested in green state are in the same range than those of annual energy crops and therewith several times higher than those of PECs harvested in brown state or of woody short rotation coppices. Thus, PECs can-not universally be claimed as low- input energy crops. These results also imply the consequences of cultivation of PECs on marginal land. Finally, the question has to be raised whether the term PECs should prospectively be better specified in written and spoken words.
The endemic argan tree (Argania spinosa) populations in southern Morocco are highly degraded due to overbrowsing, illegal firewood extraction and the expansion of intensive agriculture. Bare areas between the isolated trees increase due to limited regrowth; however, it is unknown if the trees influence the soil of the intertree areas. Hypothetically, spatial differences in soil parameters of the intertree area should result from the translocation of litter or soil particles (by runoff and erosion or wind drift) from canopy-covered areas to the intertree areas. In total, 385 soil samples were taken around the tree from the trunk along the tree drip line (within and outside the tree area) and the intertree area between two trees in four directions (upslope, downslope and in both directions parallel to the slope) up to 50 m distance from the tree. They were analysed for gravimetric soil water content, pH, electrical conductivity, percolation stability, total nitrogen content (TN), content of soil organic carbon (SOC) and C/N ratio. A total of 74 tension disc infiltrometer experiments were performed near the tree drip line, within and outside the tree area, to measure the unsaturated hydraulic conductivity. We found that the tree influence on its surrounding intertree area is limited, with, e.g., SOC and TN content decreasing significantly from tree trunk (4.4 % SOC and 0.3 % TN) to tree drip line (2.0 % SOC and 0.2 % TN). However, intertree areas near the tree drip line (1.3 % SOC and 0.2 % TN) differed significantly from intertree areas between two trees (1.0 % SOC and 0.1 % TN) yet only with a small effect. Trends for spatial patterns could be found in eastern and downslope directions due to wind drift and slope wash. Soil water content was highest in the north due to shade from the midday sun; the influence extended to the intertree areas. The unsaturated hydraulic conductivity also showed significant differences between areas within and outside the tree area near the tree drip line. This was the case on sites under different land usages (silvopastoral and agricultural), slope gradients or tree densities. Although only limited influence of the tree on its intertree area was found, the spatial pattern around the tree suggests that reforestation measures should be aimed around tree shelters in northern or eastern directions with higher soil water content or TN or SOC content to ensure seedling survival, along with measures to prevent overgrazing.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Einsatzmöglichkeiten von Carbon Footprints in Großküchen untersucht. Dabei wurden sowohl methodische Aspekte und Herausforderungen ihrer Erhebung untersucht als auch mögliche Kennzeichnungsformate (Label) evaluiert.
Zunächst wurde am Beispiel Hochschulgastronomie eine vollständige Carbon Footprint Studie nach DIN 14067 für sechs exemplarische Gerichte (PCF) sowie angelehnt an DIN 14064 für den Mensabetrieb (CCF) durchgeführt. Es zeigte sich, dass die gewichteten durchschnittlichen Emissionen pro Teller, unter Einbezug der verwendeten Rohstoffe und des Energiebedarfs, 1,8 kg CO2eq pro Teller betragen (Mgew=1,78 kg CO2eq; [0,22-3,36]). Zur Vereinfachung des Erhebungsprozesses wurden anknüpfend an diese Ergebnisse Pauschalisierungsansätze zur vereinfachten Emissionsallokation im Gastrosektor evaluiert und in Form eines appgestützten Berechnungstools umgesetzt. Es konnte verifiziert werden, dass der Energiebedarf und die daraus resultierenden Emissionen unabhängig von der Beschaffenheit der Gerichte auf die Anzahl produzierter Gerichte alloziert werden können und die Ausgabewerte dennoch hinreichend belastbar sind (Abweichung <10 %).
In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass am untersuchten Standort Skaleneffekte hinsichtlich der Anzahl produzierter Gerichte und Strombedarf pro Gericht auftreten. Beide Faktoren korrelieren stark negativ miteinander (r=-.78; p<.05). Zur Verifikation der Ergebnisse wurde eine Datenabfrage unter allen deutschen Studierendenwerken (N=57) hinsichtlich des Energiebedarfs und der Produktionsmengen in Hochschulmensen durchgeführt. Aus den Daten von 42 Standorten konnten für das Jahr 2018 prognostizierte Gesamtemissionen in Höhe von 174.275 Tonnen CO2eq, verursacht durch etwa 98 Millionen verkaufte Gerichte, ermittelt werden. Im Gegensatz zur durchgeführten Standort-Studie konnten die Skaleneffekte, d.h. sinkender Strombedarf pro Teller bei steigender Produktionszahl, bei der deutschlandweiten Datenerhebung statistisch nicht nachgewiesen werden
(r=-.29; p=.074).
Im Anschluss wurden mögliche Label-Formate für Carbon Footprints evaluiert, indem vier vorbereitete Label unterschiedlicher Beschaffenheit (absolute Zahlen, einordnend, vergleichend und wertend) in sechs Fokusgruppen mit insgesamt 17 Teilnehmer:innen im Alter zwischen 20 und 31 Jahren (M=25,12; SD=3,31) diskutiert wurden. Im Ergebnis zeigte sich, dass bei den Teilnehmer:innen ein breiter Wunsch nach der Ausweisung absoluter Zahlen bestand. Zur besseren Einordnung sollte ein Label zudem einordnende Elemente enthalten. Wertende Label in Form von Ampelsymbolen oder Smileys mit unterschiedlichen Emotionen wurden überwiegend abgelehnt. Ableitend aus den Erkenntnissen konnten zwei synthetisierende Label-Vorschläge entwickelt werden.
Forest inventories provide significant monitoring information on forest health, biodiversity,
resilience against disturbance, as well as its biomass and timber harvesting potential. For this
purpose, modern inventories increasingly exploit the advantages of airborne laser scanning (ALS)
and terrestrial laser scanning (TLS).
Although tree crown detection and delineation using ALS can be seen as a mature discipline, the
identification of individual stems is a rarely addressed task. In particular, the informative value of
the stem attributes—especially the inclination characteristics—is hardly known. In addition, a lack
of tools for the processing and fusion of forest-related data sources can be identified. The given
thesis addresses these research gaps in four peer-reviewed papers, while a focus is set on the
suitability of ALS data for the detection and analysis of tree stems.
In addition to providing a novel post-processing strategy for geo-referencing forest inventory plots,
the thesis could show that ALS-based stem detections are very reliable and their positions are
accurate. In particular, the stems have shown to be suited to study prevailing trunk inclination
angles and orientations, while a species-specific down-slope inclination of the tree stems and a
leeward orientation of conifers could be observed.
Agricultural monitoring is necessary. Since the beginning of the Holocene, human agricultural
practices have been shaping the face of the earth, and today around one third of the ice-free land
mass consists of cropland and pastures. While agriculture is necessary for our survival, the
intensity has caused many negative externalities, such as enormous freshwater consumption, the
loss of forests and biodiversity, greenhouse gas emissions as well as soil erosion and degradation.
Some of these externalities can potentially be ameliorated by careful allocation of crops and
cropping practices, while at the same time the state of these crops has to be monitored in order
to assess food security. Modern day satellite-based earth observation can be an adequate tool to
quantify abundance of crop types, i.e., produce spatially explicit crop type maps. The resources to
do so, in terms of input data, reference data and classification algorithms have been constantly
improving over the past 60 years, and we live now in a time where fully operational satellites
produce freely available imagery with often less than monthly revisit times at high spatial
resolution. At the same time, classification models have been constantly evolving from
distribution based statistical algorithms, over machine learning to the now ubiquitous deep
learning.
In this environment, we used an explorative approach to advance the state of the art of crop
classification. We conducted regional case studies, focused on the study region of the Eifelkreis
Bitburg-Prüm, aiming to develop validated crop classification toolchains. Because of their unique
role in the regional agricultural system and because of their specific phenologic characteristics
we focused solely on maize fields.
In the first case study, we generated reference data for the years 2009 and 2016 in the study
region by drawing polygons based on high resolution aerial imagery, and used these in
conjunction with RapidEye imagery to produce high resolution maize maps with a random forest
classifier and a gaussian blur filter. We were able to highlight the importance of careful residual
analysis, especially in terms of autocorrelation. As an end result, we were able to prove that, in
spite of the severe limitations introduced by the restricted acquisition windows due to cloud
coverage, high quality maps could be produced for two years, and the regional development of
maize cultivation could be quantified.
In the second case study, we used these spatially explicit datasets to link the expansion of biogas
producing units with the extended maize cultivation in the area. In a next step, we overlayed the
maize maps with soil and slope rasters in order to assess spatially explicit risks of soil compaction
and erosion. Thus, we were able to highlight the potential role of remote sensing-based crop type
classification in environmental protection, by producing maps of potential soil hazards, which can
be used by local stakeholders to reallocate certain crop types to locations with less associated
risk.
In our third case study, we used Sentinel-1 data as input imagery, and official statistical records
as maize reference data, and were able to produce consistent modeling input data for four
consecutive years. Using these datasets, we could train and validate different models in spatially
iv
and temporally independent random subsets, with the goal of assessing model transferability. We
were able to show that state-of-the-art deep learning models such as UNET performed
significantly superior to conventional models like random forests, if the model was validated in a
different year or a different regional subset. We highlighted and discussed the implications on
modeling robustness, and the potential usefulness of deep learning models in building fully
operational global crop classification models.
We were able to conclude that the first major barrier for global classification models is the
reference data. Since most research in this area is still conducted with local field surveys, and only
few countries have access to official agricultural records, more global cooperation is necessary to
build harmonized and regionally stratified datasets. The second major barrier is the classification
algorithm. While a lot of progress has been made in this area, the current trend of many appearing
new types of deep learning models shows great promise, but has not yet consolidated. There is
still a lot of research necessary, to determine which models perform the best and most robust,
and are at the same time transparent and usable by non-experts such that they can be applied
and used effortlessly by local and global stakeholders.
In den letzten Jahren hat die Alternative für Deutschland (AfD) das Thema Wohnen zunehmend in ihren Wahlprogrammen aufgegriffen und für die eigene politische Profilierung genutzt. Der Beitrag zeigt, inwiefern die Thematisierung des Wohnens bei der AfD so formuliert ist, dass es erhebliche Anknüpfungspunkte an rechtes Gedankengut herstellt. Der Beitrag thematisiert die damit verbundenen Herausforderungen für eine kritische Stadtforschung sowie für progressive soziale Bewegungen. Er plädiert dafür, sich der Gefahr der rechten Vereinnahmung des Themas Wohnen bewusst zu sein und sich deutlich von den rechten Übernahmeversuchen abzugrenzen sowie Gegenstrategien zu entwickeln.
The argan woodlands of South Morocco represent an open-canopy dryland forest with traditional silvopastoral usage that includes browsing by goats, sheep and camels, oil production as well as agricultural use. In the past, these forests have undergone extensive clearing, but are now protected by the state. However, the remaining argan woodlands are still under pressure from intensive grazing and illegal firewood collection. Although the argan-forest area seems to be overall decreasing due to large forest clearings for intensive agriculture, little quantitative data is available on the dynamics and overall state of the remaining argan forest. To determine how the argan woodlands in the High Atlas and the Anti-Atlas had changed in tree-crown cover from 1972 to 2018 we used historical black and white HEXAGON satellite images as well as recent WorldView satellite images (see Part A of our study). Because tree shadows can oftentimes not be separated from the tree crown on panchromatic satellite images, individual trees were mapped in three size categories to determine if trees were unchanged, had decreased/increased in crown size or had disappeared or newly grown. The current state of the argan trees was evaluated by mapping tree architectures in the field. Tree-cover changes varied highly between the test sites. Trees that remained unchanged between 1972 and 2018 were in the majority, while tree mortality and tree establishment were nearly even. Small unchanged trees made up 48.4% of all remaining trees, of these 51% showed degraded tree architectures. 40% of small (re-) grown trees were so overbrowsed that they only appeared as bushes, while medium (3–7 m crown diameter) and large trees (>7 m) showed less degraded trees regardless if they had changed or not. Approaches like grazing exclusion or cereal cultivation lead to a positive influence on tree architecture and less tree-cover decrease. Although the woodland was found to be mostly unchanged 1972–2018, the analysis of tree architecture reveals that a lot of (mostly small) trees remained stable but in a degraded state. This stability might be the result of the small trees’ high degradation status and shows the heavy pressure on the argan forest.