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Rinnen werden als effektive Sedimentquellen und als Transportwege für große Sedimentmengen angesehen, zusätzlich agieren sie als bevorzugte Fließwege für den Oberflächenabfluss. Sie können sich zu irreversiblen Formen (Gullys) weiterentwickeln. Trotz Fortschritten in der Modellierung bleibt insbesondere die Modellierung von Rinnenerosion schwierig. Daher ist es wichtig, experimentelle Daten aus Geländeversuchen zu erheben, um das Prozesswissen zu verbessern und bessere Modelle zu entwickeln. In den Experimenten sollte eine standardisierte Methode verwendet werden, um eine gewisse Vergleichbarkeit der Ergebnisse zwischen unterschiedlichen Testgebieten zu gewährleisten. Die meisten Experimente zur Rinnenerosion, die unter Labor- oder Geländebedingungen durchgeführt wurden, verwendeten Substrate mit unterschiedlichen Korngrößen und natürlichen oder simulierten Niederschlag. Ziel war meist die Entstehung von Rinnennetzwerken zu beobachten, Startbedingungen für Rinnenbildung zu definieren, die Entwicklung der Rinnenmorphologie zu untersuchen, die wichtigsten hydraulischen Parameter wie Fließquerschnitt, benetzten Umfang, hydraulischen Radius, mittlere Fließgeschwindigkeit und shear stress abzuschätzen oder mathematische Modelle zu kreieren, um den Bodenabtrag durch Rinnenerosion abschätzen zu können. Aber es fehlen Untersuchungen zum Verhalten von existierenden Rinnen, natürlichen oder anthropogen entwickelten, unter Geländebedingungen. Um diese Lücke zu schließen wurde eine reproduzierbare Versuchsanordnung entworfen und in verschiedenen Rinnen angewendet um folgende Fragen zu beantworten: Wie hoch ist der Anteil der Rinnenerosion am Bodenabtrag? 2) Wie effektiv sind Rinnen beim Transport von Wasser und Sediment durch ihr Einzugsgebiet? In prozess-basierten Modellen werden verschiedene Prozesse durch mathematische Gleichungen beschrieben. Die Grundlage dieser Formeln ist meist ein hydraulischer Parameter, der in Verbindung zum Abtrag gebracht wird. Der am häufigsten verwendete Parameter ist der shear stress, von dem angenommen wird, dass er ein lineares Verhältnis zu Erosionsparametern wie detachment rate, detachment capacity oder Sedimentkonzentration aufweist. Aus dem shear stress lassen sich weitere Parameter wie unit length shear force oder verschiedene Varianten der stream power berechnen. Die verwendeten Erosions- und hydraulischen Parameter ändern sich je nach Forschergruppe. Eine weitere Modellannahme ist, dass die transport rate die trasnport capacity nicht übersteigen kann. Wenn das transport rate vs. transport capacity - Verhältnis 1 übersteigt, verringern Sedimentationsprozesse die Rate bis die transport capacity wieder erreicht ist. Wir untersuchten in Geländeversuchen die folgenden Annahmen: 1) Ist das Verhältnis zwischen transport rate und transport capacity immer kleiner 1? 2) Besteht die lineare Beziehung zwischen verschiedenen hydraulischen Parametern und Bodenabrtagsparametern? 3)Verursachen die selben hydraulischen Parameter, die in verschiedenen Versuchen aufgenommen wurden, auch immer die selben Erosionsparameter?
Die vorliegende Arbeit entstand im Rahmen des INTERREG III B-Projektes WaReLa (Water Retention by Landuse), das sich mit dem Rückhalt von Wasser in der Fläche als Beitrag zum vorbeugenden Hochwasserschutz beschäftigt. Im Vordergrund stehen dabei die so genannten dezentralen Rückhaltemaßnahmen als Alternative bzw. Ergänzung zum technischen Hochwasserschutz. Gegenstand dieser Arbeit ist die Frage nach der Effizienz von Retentionsmaßnahmen in urbanen Räumen und deren Beitrag zum Hochwasserschutz. Es handelt sich um ein relativ junges Forschungsthema, welches die Fachwelt bis heute kontrovers diskutiert. Wie bisherige Untersuchungen zeigen, sind allgemeine Aussagen über die Retentionswirkung nicht möglich, da das Potential der Regenwasserbewirtschaftung und deren Rückhaltewirkung von mehreren gebietsspezifischen Faktoren gesteuert werden. Untersuchungen an einem Retentionssystem im Neubaugebiet Trier-Petrisberg sollten weitere Erkenntnisse bringen. Hierzu wurde zum einen die hydraulische Belastung einzelner Retentionsanlagen untersucht und zum anderen wurden N A-Simulationen mit dem Programm erwin 4.0 durchgeführt. Laut N-A-Simulationen hält das Retentionssystem, welches für ein 100-jährliches Ereignis mit 56 mm Niederschlag und der Dauerstufe 3 Stunden konzipiert wurde, im Vergleich zur Entwässerung des Gebietes über ein Trennsystem zwischen 58 % und 68 % des Jahresniederschlags zurück. Ähnlich hohe Werte (60 80 %) nennen GÖBEL, STUBBE, WEINERT, ZIMMERMANN, FACH, DIERKES, KORIES, MESSER, MERTSCH, GEIGER & COLDEWEY (2004: 270f) und WEGNER (1992: 7f) für die von ihnen untersuchten Anlagen. Sehr hoch erscheint die Scheitel abmindernde Wirkung des Retentionssystems im Vergleich zu einer konventionellen Ableitung. Im Mittel beträgt diese 82 %, so dass der Scheitel der Einleitung in den Vorfluter Brettenbach im Vergleich zur Regenwasserableitung auf 1/5 reduziert wird. Aufschluss über die Scheitelabminderung im Vorfluter selbst kann nur eine Quantifizierung der einzelnen Abflusskomponenten geben. Das Retentionssystem arbeitet im Sommerhalbjahr effektiver als im Winterhalbjahr, da trockene Vorperioden, höhere Lufttemperaturen und die Vegetation im Sommer einen besseren Rückhalt konvektiver Niederschläge begünstigen. Korrespondierende Aussagen machen ASSMANN & KEMPF (2005), GANTNER (2003a) und NIEHOFF (2002). Beobachtungen und Simulationen zeigen, dass das Retentionssystem bisher effektiv arbeitet. Sämtliche Retentionsanlagen entleeren sich innerhalb von 48 Stunden. Die Arbeit wird ergänzt durch Handlungsempfehlungen zu Planung, Bau und Betrieb von Anlagen zur Regenwasserbewirtschaftung auf Privatgrundstücken. Sie sollen helfen, die Akzeptanz naturnaher Maßnahmen zur Bewirtschaftung von Regenwasser zu steigern, Fehler zu vermeiden und Projekte erfolgreich umzusetzen.
We use a novel sea-ice lead climatology for the winters of 2002/03 to 2020/21 based on satellite observations with 1 km2 spatial resolution to identify predominant patterns in Arctic wintertime sea-ice leads. The causes for the observed spatial and temporal variabilities are investigated using ocean surface current velocities and eddy kinetic energies from an ocean model (Finite Element Sea Ice–Ice-Shelf–Ocean Model, FESOM) and winds from a regional climate model (CCLM) and ERA5 reanalysis, respectively. The presented investigation provides evidence for an influence of ocean bathymetry and associated currents on the mechanic weakening of sea ice and the accompanying occurrence of sea-ice leads with their characteristic spatial patterns. While the driving mechanisms for this observation are not yet understood in detail, the presented results can contribute to opening new hypotheses on ocean–sea-ice interactions. The individual contribution of ocean and atmosphere to regional lead dynamics is complex, and a deeper insight requires detailed mechanistic investigations in combination with considerations of coastal geometries. While the ocean influence on lead dynamics seems to act on a rather long-term scale (seasonal to interannual), the influence of wind appears to trigger sea-ice lead dynamics on shorter timescales of weeks to months and is largely controlled by individual events causing increased divergence. No significant pan-Arctic trends in wintertime leads can be observed.
Die polare Kryosphäre stellt einen Schlüsselfaktor für die Erforschung des Klimawandels dar. Insbesondere das Meereis und seine Schneebedeckung, die sich durch eine äußerst hohe und Zeitskalen-übergreifende Sensitivität gegenüber atmosphärischen Einflüssen auszeichnen, können als diagnostische Parameter für die Abschätzung von Veränderungen im Klimasystem herangezogen werden. Die komplexen Rückkopplungsmechanismen, durch die das Meereis mit der globalen Zirkulation der Atmosphäre und des Ozeans in Wechselwirkung steht, werden durch eine zusätzliche Schneeauflage deutlich verstärkt. Insofern tragen die saisonalen Veränderungen der physikalischen Eigenschaften des Schnees, und insbesondere der Beginn der Schneeschmelze, massgeblich zur lokalen und regionalen Energiebilanz sowie zur Meereismassenbilanz bei. In dieser Arbeit wird nun erstmals auf der Basis langjähriger Daten der satellitengestützten Mikrowellenfernerkundung, in Kombination mit Feldmessungen aus dem Weddellmeer während des Sommers 2004/2005, die Charakteristik der sommerlichen Schmelzperiode auf antarktischem Meereis untersucht. Die sommertypischen Prozesse zeichnen sich hier durch deutliche Unterschiede im Vergleich zu arktischem Meereis aus. Wie die Messungen vor Ort zeigen, kommt es während des antarktischen Sommers nicht zu einem kompletten Abschmelzen des Schnees. Vielmehr dominieren ausgeprägte Schmelz-Gefrier-Zyklen im Tagesgang, die eine Abrundung und Vergrösserung der Schneekristalle sowie die Bildung interner Eisschichten verursachen. Dies führt radiometrisch zu Mikrowellensignalen, deren Erfassung im Vergleich zu bestehenden Schmelzerkennungs-Methoden neue Ansätze erfordert. Durch den Vergleich von zeitlich hoch aufgelösten in-situ Messungen der physikalischen Schneeeigenschaften mit parallel dazu erfassten Satellitendaten, sowie durch eine Modellierung der mikrowellenradiometrischen Eigenschaften der Schneeauflage, konnte ein neuer Indikator entwickelt werden, über den das Einsetzen der typischen sommerlichen Schmelzperiode auf antarktischem Meereis identifiziert werden kann. Der DTBA-Indikator beschreibt die Tagesschwankung der radiometrischen Eigenschaften des Schnees und zeichnet sich durch ein Werteverhalten aus, das eine eindeutige Hervorhebung der Sommerphase innerhalb eines saisonalen Zyklus erkennen lässt. Der Indikator wurde verwendet, um mittels des neu entwickelten Schwellwertalgorithmus MeDeA das Einsetzen der sommerlichen Schmelzperiode für das gesamte antarktische Meereisgebiet zu bestimmen. Durch die Anwendung der neuen Methode auf die langjährigen Reihen der Satellitenmessungen konnte ein umfassender Datensatz erstellt werden, der für den Zeitraum von 1988 bis 2006 die räumliche und zeitliche Variabilität des Einsetzens der sommerlichen Schmelzperiode auf antarktischem Meereis beinhaltet. Die Ergebnisse zeigen, dass im Untersuchungszeitraum keine signifikanten Trends im Beginn des Schmelzens der Schneeauflage festzustellen sind, und dass das Schmelzen im Vergleich zur Arktis deutlich schwächer ausgeprägt ist. Eine Untersuchung der atmosphärischen Antriebe durch die Auswertung meteorologischer Reanalysen zeigt den grundlegenden Einfluss der zirkumpolaren Strömungsmuster auf die interannualen Schwankungen des Einsetzens und der Stärke der sommerlichen Schneeschmelze.
In the context of accelerated global socio-environmental change, the Water-Energy-Food Nexus has received increasing attention within science and international politics by promoting integrated resource governance. This study explores the scientific nexus debates from a discourse analytical perspective to reveal knowledge and power relations as well as geographical settings of nexus research. We also investigate approaches to socio-nature relations that influence nexus research and subsequent political implications. Our findings suggest that the leading nexus discourse is dominated by natural scientific perspectives and a neo-Malthusian framing of environmental challenges. Accordingly, the promoted cross-sectoral nexus approach to resource governance emphasizes efficiency, security, future sustainability, and poverty reduction. Water, energy, and food are conceived as global trade goods that require close monitoring, management and control, to be achieved via quantitative assessments and technological interventions. Within the less visible discourse, social scientific perspectives engage with the social, political, and normative elements of the Water-Energy-Food Nexus. These perspectives criticize the dominant nexus representation for itsmanagerial, neoliberal, and utilitarian approach to resource governance. The managerial framing is critiqued for masking power relations and social inequalities, while alternative framings acknowledge the political nature of resource governance and socio-nature relations. The spatial dimensions of the nexus debate are also discussed. Notably, the nexus is largely shaped by western knowledge, yet applied mainly in specific regions of the Global South. In order for the nexus to achieve integrative solutions for sustainability, the debate needs to overcome its current discursive and spatial separations. To this end, we need to engage more closely with alternative nexus discourses, embrace epistemic pluralism and encourage multi-perspective debates about the socio-nature relations we actually intend to promote.
Anpassung an den Klimawandel stellt eine komplexe gesellschaftliche Herausforderung dar und hat Bezug zu steuerungstheoretischen Fragen um Governance. Klimaanpassung zeichnet sich aus durch die Zusammenarbeit staatlicher und nicht-staatlicher Akteure, netzwerkartige Strukturen, flexible Steuerungsmechanismen sowie formelle und informelle Koordinationsstrukturen. Für die erfolgreiche Gestaltung von Klimaanpassungspolitik müssen vielfältige Akteurs- und Interessenskonstellationen berücksichtigt werden.
Ziel der vorliegenden Studie ist es, das Traben-Trarbacher Akteurs- und Stakeholdernetzwerk aus Perspektive der Klimaanpassung zu analysieren. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf den regionalwirtschaftlich bedeutenden Sektoren Weinbau und Tourismus, die integriert und im Kontext von kommunalen, regionalen und überregionalen Strukturen betrachtet werden. Im Rahmen der Analyse wurden das Beziehungsgeflecht, die Reichweite und Diversität des Netzwerks sowie die Zusammensetzung der Akteurslandschaft dargestellt. Darüber hinaus konnten wichtige Schlüsselakteure, potenzielle Multiplikatoren, Interdependenzen zwischen Weinbau und Tourismus sowie Informations- und Wissensquellen identifiziert werden.
Die Ergebnisse der Stakeholderanalyse geben wichtige Hinweise darauf, welche Akteure in Steuerungsprozesse von Klimaanpassung einbezogen und welche lokalen Gegebenheiten und Beziehungen hierbei berücksichtig werden müssen. Besonders die Zusammensetzung der Akteure hat entscheidenden Einfluss auf den Verlauf und Erfolg der Steuerung von Klimaanpassung. Die vorliegende Stakeholderanalyse schafft also eine wichtige Grundlage zur Etablierung eines Governance-Netzwerks für die Erarbeitung und Erprobung von Klimawandelanpassungsmaßnahmen in Traben-Trarbach und der Moselregion. Damit dient die Analyse der langfristigen Verankerung von Klimaanpassung in der Region und kann auch als Anregung für weitere Kommunen genutzt werden, die vor ähnlichen Herausforderungen stehen wie Traben-Trarbach.
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.
Avoiding aerial microfibre contamination of environmental samples is essential for reliable analyses when it comes to the detection of ubiquitous microplastics. Almost all laboratories have contamination problems which are largely unavoidable without investments in clean-air devices. Therefore, our study supplies an approach to assess background microfibre contamination of samples in the laboratory under particle-free air conditions. We tested aerial contamination of samples indoor, in a mobile laboratory, within a laboratory fume hood and on a clean bench with particles filtration during the examining process of a fish. The used clean bench reduced aerial microfibre contamination in our laboratory by 96.5%. This highlights the value of suitable clean-air devices for valid microplastic pollution data. Our results indicate, that pollution levels by microfibres have been overestimated and actual pollution levels may be many times lower. Accordingly, such clean-air devices are recommended for microplastic laboratory applications in future research work to significantly lower error rates.
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.
Caenorhabditis elegans Modelsysteme für Freiland und Labor Caenorhabditis elegans ist eines der am intensivsten untersuchten Tiermodelle, dabei weisen die nur unzureichenden Informationen über sein ursprüngliches Habitat eine Vielzahl offener Fragen auf. Deshalb beschäftigt sich der erste Teil vorliegender Arbeit mit einer Überprüfung der Freilandökologie und Biogeographie des Taxons. Nach den Untersuchungen spricht vieles dafür, dass die Ursprungsart der C. elegans Gruppe ein Begleiter von Gastropoden war, welche auch für ihre Ausbreitung häufig verantwortlich sind. Als Folge der Verschleppung durch Wirtstiere (u.a. die Weinbergschnecke Helix aspersa) erreichte sie ihr heutiges Areal, in allen Kontinenten. Ein nicht weniger wichtiges Ziel der vorliegenden Arbeit war die Etablierung von C. elegans als Biotest-System für die Indikation von Chemikalien-Wirkungen. In dieser Arbeit wurden ein ökotoxikologisches Testsystem entwickelt mit den C. elegans als Modellorganismus, das durch Messung von umweltbedingten intrazellulär gebildeten ROS im Gesamtorganismus eine Einschätzung der biologischen Aktivität von Chemikalien und Umweltmedien ermöglichen sollte. Als grundlegender biochemischer Parameter ist eine, die Kapazität der antioxidativen Schutzmechanismen übersteigende, ROS-Bildung ursächlich für oxidative Schädigungen der Zelle verantwortlich und damit Basis für zahlreiche pathologische Effekte. Aus den Resultaten als Bewertungsgrundlage lässt sich folgern, dass sich das erarbeitete Biotestsystem als adäquates Verfahren zur Messung von oxidativem Stress, als Folge exogener Belastung, einsetzen lässt. Damit leistet es einen Beitrag zur Beurteilung des Toxizitätspotentials von Chemikalien und Umweltproben. Zur Eignung des Einsatzes von C. elegans für Toxizitätstest wurden weitere Untersuchungen mit verschiedenen Chemikalien durchgeführt. Dabei ergibt sich bezogen auf molare Einheiten eine immer gleich bleibende Reihenfolge der Sensitivitäten gegenüber BaP > Cu2+ > AcL, ein Ergebnis welches mit Testergebnissen von anderen Versuchsorganismen zu vergleichen war. Die Wirkung von Atrazin auf die Entwicklung von C. elegans wurde auch untersucht. Es wurde festgestellt, dass Atrazin auf Wachstum und Reproduktion von C. elegans konzentrationsabhängig toxisch wirkt. Die bisherigen Ergebnisse zeigen jedoch, dass das Testsystem C. elegans hervorragend geeignet ist, um Chemikalienwirkungen frühzeitig sichtbar zu machen.
A big challenge for agriculture in the 21st century is the provision of food safety to fast growing world- population, which not only demands the well utilisation of the available agricultural resources but also to develop new advancements in the mass production of food crops. Wheat is the third largest food crop of the world and Pakistan is the eighth largest wheat producing country globally. Rice is the second most important staple food of Pakistan after wheat, grown in all provinces of the country. Maize is the world- top ranking food crop followed by wheat and rice. The harvested produts have to be stored in different types of storage structures on small or large scale for food as well as seed purpose. In Pakistan, the harvested grains are stored for the whole year till the introduction of fresh produce in order to ensure the regular food supply throughout the year. However, it is this extended storage period making the commodity more vulnerable to insect attacks. Rhyzopertha dominica (Coleoptera: Bostrychidae), Cryptolestes ferrugineus (Coleoptera: Laemophloeidae), Tribolium castaneum (Coleoptera: Tenebrionidae) and Liposcelis spp. (Psocoptera: Liposcelididae) are the major and most damaging insect pests of stored products all around the world. Various management strategies have been adopted for stored grain insect pests mostly relying upon the use of a broad spectrum of insecticides, but the injudicious use of these chemicals raised various environmental and human health related issues, which necessitate the safe use of the prevailing control measures and evaluation of new and alternative control methods. The application of new chemical insecticides, microbial insecticides (particularly entomopathogenic fungi) and the use of inert dusts (diatomaceous earths) is believed amongst the potential alternatives to generally used insecticides in stored grain insect management system. In the current investigations, laboratory bioassays conducted to evaluate the effects of combining Imidacloprid (new chemistry insecticide) with and without Protect-It (diatomaceous earth formulation) against R. dominica, L. paeta, C. ferrugineus and T. castaneum, on three different grain commodities (i.e. wheat, maize and rice) revealed differences in adult mortality levels among grains and insect species tested. Individually, Imidacloprid was more effective as compared with Protect-It alone and the highest numbers of dead adults were recorded in wheat. The insecticidal efficacy of B. bassiana with Protect-It and DEBBM was also assessed against all test insect species under laboratory conditions. The findings of these studies revealed that the more extended exposure period and the higher combined application rate of B. bassiana and DEs provided the highest mortality of the test insect species. The progeny emergence of each insect species was also greatly suppressed where the highest dose rates of the combined treatments were applied. The residual efficacy of all three control measures Imidacloprid, B. bassiana and DEBBM formulation was also evaluated against all test insect species. The bioassays were carried out after grain treatments and monthly for 6 months. The results indicated that the adult mortality of each test insect species was decreased within the six month storage period, and the integarted application of the test grain protectants enhanced the mortality rates than their alone treatments. The maximum mortality was noted in the combined treatment of DEBBM with Imidacloprid. At the end, the effectiveness of B. bassiana, DEBBM and Imidacloprid applied alone as well as in combinations, against all above mentioned test insect species was also evaluated under field conditions in trials conducted in four districts of Punjab, Pakistan. For each district, a significant difference was observed between treatments, while the combined treatments gave better control of test species as compared with them alone. The least number of surviving adults and minimum percentage of grain damage was observed for the DEBBM and Imidacloprid combination, but DEBBM with B. bassiana provided the best long-term protection as compared with the remaining treatments.
Amphibien sind weltweit stark bedroht, was neben anderen Gründen auch durch Umweltverschmutzung bedingt scheint, wobei hier oft der vermehrte Einsatz von Agrochemikalien hervorgehoben wird. Obwohl landwirtschaftlich genutzte Gebiete meistens stark anthropogen verändert sind, beherbergen sie dennoch viele Amphibienpopulationen. Diese müssen hier oftmals persistieren, weil ihre ursprünglichen Lebensräume für die Landwirtschaft umgestaltet wurden und werden. Neben direkter Habitatzerstörung und "degradierung sowie mechanischen Bearbeitungsprozessen in der Landwirtschaft kann sich der Einsatz von Agrochemikalien, insbesondere von Pestiziden, stark negativ auf die dortigen Amphibien auswirken. Zwar sind aufgrund mangelnder Datenlage bisher keine kausalen Zusammenhänge zwischen Populationsrückgängen und Pestizideinsätzen nachgewiesen, jedoch können Amphibien über verschiedene direkte und indirekte Wege geschädigt werden. Eine Vielzahl von Studien zeigte bereits unterschiedlichste adverse Effekte auf der Individualebene. In der vorliegenden Arbeit wurden wichtige Fragestellungen zu diesem Themengebiet aufgegriffen. Der potenzielle Einfluss von Pestizideinsätzen auf Amphibien, besonders im Freiland, stellt ein komplexes Arbeitsfeld dar, so dass verschiedene methodische Ansätze angewendet wurden, um auf verschiedene Fragestellungen einzugehen. Im ersten Teil der vorliegenden Arbeit wurden zwei methodisch unterschiedliche Risikobewertungen durchgeführt. Es wurde auf die Fragestellung eingegangen, welche Effekte von glyphosatbasierten Herbiziden, welche weltweit den größten Absatz besitzen, auf Amphibien dokumentiert sind und welche Endpunkte am besten geeignet sind, um adverse Effekte nachzuweisen. Dazu wurde eine systematische Literaturübersicht und Meta-Analyse aller publizierten Studien durchgeführt. In einer zweiten Risikobewertung wurde ein GIS-basierter Ansatz angewendet, um das Expositionsrisiko der Amphibienarten des Anhangs II der europäischen Fauna-Flora-Habitat-Richtlinie (Arten von gemeinschaftlichem Interesse) gegenüber Pestiziden in ihren speziell ausgewiesenen Schutzgebieten abzuschätzen. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden Laborexperimente mit Embryonen und Larven zweier Anuren-Modellorganismen und einem, amphibientoxikologisch bisher noch nicht untersuchten und häufig angewendeten, Herbizid durchgeführt. Der dritte Teil der vorliegenden Arbeit beinhaltet die Ergebnisse zweier Freilandstudien. Es wurde überprüft, ob Anurenlarven aufgrund der Wahrscheinlichkeit der Ausbildung von Deformationen (was im Labor einen gut studierten Endpunkt darstellt) als Bioindikatoren für die Belastung von Kleingewässern mit Agrochemikalien geeignet sind. In der zweiten Freilandstudie wurde überprüft, ob drei einheimische Amphibienarten Kleinstgewässer meiden, welche mit umweltrelevanten Konzentrationen verschiedener Stoffe kontaminiert wurden. Im rechtswissenschaftlichen Teil der Arbeit wurde darauf eingegangen, wie hoch die unterschiedlichen Umsetzungsstandards der europäischen Wasserrahmenrichtlinie respektive des nationalen Wasserhaushaltsgesetzes in den Ländern bezüglich des Schutzes von Kleingewässern, welche fast alle heimischen Amphibienarten zur Reproduktion benötigen, durch Gewässerrandstreifenschutz ist.
Roof and wall slates are fine-grained rocks with slaty cleavage, and it is often difficult to determine their mineral composition. A new norm mineral calculation called slatecalculation allows the determination of a virtual mineral composition based on full chemical analysis, including the amounts of carbon dioxide (CO2), carbon (C), and sulfur (S). Derived norm minerals include feldspars, carbonates, micas, hydro-micas, chlorites, ore-minerals, and quartz. The mineral components of the slate are assessed with superior accuracy compared to the petrographic analysis based on the European Standard EN 12326. The inevitable methodical inaccuracies in the calculations are limited and transparent. In the present paper, slates, shales, and phyllites from worldwide occurrences were examined. This also gives an overview of the rocks used for discontinuous roofing and external cladding.
Considering actual climatic and land use changes the problem of available water resources or the estimation of potential flood risks gain eco-political and economical relevance. Adequate assessments, thus, require precise process-based hydrological knowledge. Spatially distributed hydrological modelling enables a both abstractive and realistic description of hydrological processes, and therefore contributes to the understanding of the hydrological system- responses. Referring to the example of the mesoscale Ruwer basin (a tributary to the Mosel river), a modified version of the distributive modelling system PRMS/MMS (Precipitation Runoff Modeling System/Modular Modeling System) is applied to calculate spatially and temporally explicit water budgets. To achieve modelling results as precise as possible, integration of detailed land use information (spatial distribution of the existing land use classes, crop- and site-specific growth patterns) is necessary. This information is derived here by analysis of multitemporal, geometrically and radiometrically pre-processed Landsat TM-data. This enables separation of different land use classes and differentiated quantification of the leaf area index (LAI). The LAI is estimated by a spectral unmixing approach using statistically optimized endmember sets, referring to the example of winter grain and grassland plots. As a result, numerical inputs (coefficients for calculating evapotranspiration, interception storages) and extracted non-numerical (classified) information can be provided for hydrological modelling. The version of PRMS applied in this study allows important land use terms to be parameterized in high temporal resolution. Using model input derived from the available satellite data, simulation results are obtained that prove to be realistic compared to gauge data and with respect to their spatial differentiation. Results differ significantly from those obtained by using parameters from literature or by experience without distinguishing specific and site-dependent growth patterns. It can be concluded that the quality of modelling results notably improves by integration and quantitative analysis of remote sensing data; thus, these methods are a significant contribution to physically-based hydrological modelling.
Phylogeographic analyses point to long-term survival on the spot in micro-endemic Lycian salamanders
(2020)
Lycian salamanders (genus Lyciasalamandra) constitute an exceptional case of microendemism of an amphibian species on the Asian Minor mainland. These viviparous salamanders are confined to karstic limestone formations along the southern Anatolian coast and some islands. We here study the genetic differentiation within and among 118 populations of all seven Lyciasalamandra species across the entire genus’ distribution. Based on circa 900 base pairs of fragments of the mitochondrial 16SrDNA and ATPase genes, we analysed the spatial haplotype distribution as well as the genetic structure and demographic history of populations. We used 253 geo-referenced populations and CHELSA climate data to infer species distribution models which we projected on climatic conditions of the Last Glacial Maximum (LGM). Within all but one species, distinct phyloclades were identified, which only in parts matched current taxonomy. Most haplotypes (78%) were private to single populations. Sometimes population genetic parameters showed contradicting results, although in several cases they indicated recent population expansion of phyloclades. Climatic suitability of localities currently inhabited by salamanders was significantly lower during the LGM compared to recent climate. All data indicated a strong degree of isolation among Lyciasalamandra populations, even within phyloclades. Given the sometimes high degree of haplotype differentiation between adjacent populations, they must have survived periods of deteriorated climates during the Quaternary on the spot. However, the alternative explanation of male biased dispersal combined with a pronounced female philopatry can only be excluded if independent nuclear data confirm this result.
This paper describes the concept of the hyperspectral Earth-observing thermal infrared (TIR) satellite mission HiTeSEM (High-resolution Temperature and Spectral Emissivity Mapping). The scientific goal is to measure specific key variables from the biosphere, hydrosphere, pedosphere, and geosphere related to two global problems of significant societal relevance: food security and human health. The key variables comprise land and sea surface radiation temperature and emissivity, surface moisture, thermal inertia, evapotranspiration, soil minerals and grain size components, soil organic carbon, plant physiological variables, and heat fluxes. The retrieval of this information requires a TIR imaging system with adequate spatial and spectral resolutions and with day-night following observation capability. Another challenge is the monitoring of temporally high dynamic features like energy fluxes, which require adequate revisit time. The suggested solution is a sensor pointing concept to allow high revisit times for selected target regions (1"5 days at off-nadir). At the same time, global observations in the nadir direction are guaranteed with a lower temporal repeat cycle (>1 month). To account for the demand of a high spatial resolution for complex targets, it is suggested to combine in one optic (1) a hyperspectral TIR system with ~75 bands at 7.2"12.5 -µm (instrument NEDT 0.05 K"0.1 K) and a ground sampling distance (GSD) of 60 m, and (2) a panchromatic high-resolution TIR-imager with two channels (8.0"10.25 -µm and 10.25"12.5 -µm) and a GSD of 20 m. The identified science case requires a good correlation of the instrument orbit with Sentinel-2 (maximum delay of 1"3 days) to combine data from the visible and near infrared (VNIR), the shortwave infrared (SWIR) and TIR spectral regions and to refine parameter retrieval.
Soil loss by water-erosion is world-wide one of the main risks in soil protection. However, the reasons for soil erosion and its degree differ within the different regions of the world. The main focus of the PhD-Theses was to investigate the main factors for soil erosion in two regions differing in parent material, climate, soil type, and land use, namely Rhineland-Palatinate (Germany) and Turkey (Middle Anatolia). The results can be summarized as followed: 1. The salt content and the electric conductivity of the soils in Middle Anatolia were higher compared with the soils in Rhineland-Palatinate. This resulted in a reduced aggregate stability, a reduced water infiltration rate, and consequently in a compaction of the soil surface. 2. The amounts of soil organic matter were lower in the soils of Middle Anatolia compared to the German soils. 3. According to the universal soil loss equation (USLE) the K-factor was higher in the soils of Middle Anatolia compared to the German soils. 4. Just as the K-factor the R-factor was higher in the soils of Middle Anatolia compared to the German soils.
Today obesity has been recognized as a disease. Evidence suggests that obesity often has Genetic, environmental, psychological and other factors. Growing evidence points to heredity as a strong determining factor of obesity. The characterization of uncoupling proteins (UCP) represents a major breakthrough of genetic factors towards understanding the molecular basis for energy expenditure and therefore likely to have important implication for the cause and treatment of human obesity. UCPs as mitochondrial anion carriers which creates a pathway that allows dissipation of the proton electrochemical gradient therefore which when deregulated are key risk factors in the development of obesity and other eating disorders. In order to better understand the roles of both UCP2 and UCP3 which considered as prime candidate genes involved in the pathogenesis of obesity, this study elucidate (1) Genomic organization: The human UCP2 (3) gene spans over 8.7 kb (7.5 kb) distributed on 8 (7) exons. Three UCP genes may have evolved from a common ancestor or are the result from gene duplication events. Two mRNA transcripts are generated from hUCP3 gene, the long and short form of hUCP3 is differing by the presence or absence of 37 amino acid residues at the C-terminus. (2) Mutational analysis revealed a mutation in exon 4 of hUCP2 resulting in the substitution of an alanine by a valine at codon 55 and an insertion polymorphism in exon 8 consisted of a 45 bp repeat located 150 bp downstream of the stop codon in the 3'-UTR. The allele frequencies of both polymorphisms were not significantly elevated in a subgroup of children characterized by low Resting Metabolic Rates (RMR). (3) Promoter Analysis showed that the promoter region of hUCP2 lacks a classical TATA or CAAT box. Functional characterization of hUCP2 promoter showed that minimal promoter activity was observed within 65 bp upstream of the transcriptional start site. 75 bp further upstream a strong cis-acting regulatory element was identified which significantly enhanced basal promoter activity. The regulation of human UCP2 gene expression involves complex interactions among positive and negative regulatory elements. the 5"-flanking region of the hUCP3 gene were characterized in which contains both TATA and CAAT boxes as well as consensus motifs for PPRE, TRE, CRE and muscle-specific MyoD and MEF2 sites. Functional characterization identified a cis-acting negative regulatory element between - 2983 and -982 while the region between -982 and -284 showed greatly increased basal promoter activity suggesting the presence of a strong enhancer element. Promoter activity was particularly enhanced in the murine skeletal muscle cell line C2C12 reflecting the tissue-selective expression pattern of UCP3.
Investigation of soil water budget in the unsaturated soil zone is commonly performed for determination of the complex relationships between the different components of the water budget. A main focus of this work was on acquisition and evaluation of percolation water and soil moisture dynamics depending on the site properties (climate, soils, land use). A network consisting of 14 lysimeter and soil moisture measuring stations was established in the region of the Trier-Bitburger-Mulde (SW-Eifel, Germany). During a period of four hydrological years precipitation, infiltration, percolation water and soil moisture were collected weakly on the stations comprising the different regional characteristics of soil textures and land use patterns. The analysis of the weekly data sets enabled to point out seasonal variations of percolation water and soil water dynamics (as time-depth function). Comparison of simultaneously collected data sets of percolation water, soil moisture, and evapotranspiration shows significant fluctuations, which result from the complex relationships between the site properties. Hereby, the soil properties and in particular the secondary macropores (root channels, shrinkage- /frost cracks) have a striking influence on the variability of the water flows in the unsaturated soil zone. The results of the GIS-based regionalisation of the annual amount of percolation water prove the influence of topography (relief conditions, especially slope and aspect) on percolation and soil water dynamics in low mountain ranges.
The skin is continuously challenged by environmental antigens that may penetrate and elicit a skin sensitization, which can develop into allergic contact dermatitis. Medical treatment for allergic contact dermatitis is limited - in fact only acute symptoms can be cured and for secondary prevention of the disease a lifelong avoidance of the allergen(s) is necessary. Therefore, the screening of the sensitization potential of substance used in commercially available products is indispensable to prevent such diseases. Hence, risk assessment is deduced from data obtained by murine local lymph node assay predominantly, but there exists a need to develop methods capable of providing the same information that do not require the use of animals in view of legislative initiatives such as REACH (registration, evaluation, authorization of chemicals) as well as the 7th Amendment to the Cosmetics Directive (2003/15/EC). Therefore, a number of promising in silico and in vitro approaches are being developed to address this need. In vitro test systems using the response of dendritic cells, which are the key player in the elicitation process of contact dermatitis, are established, but, although these novel methods for hazard identification might find application in the context of screening, it is not clear whether these approaches are useful for the purposes of risk assessment and risk management to predict allergic potency. Therefore, it was investigated whether on the one hand in vitro generated dendritic cells from primary blood monocytes (MoDC) and on the other hand a continuous monocytic cell line, the THP-1 cells, suggested as dendritic cell surrogate, react to a presumably weak allergen. Ascaridol, predicted as one of the possible causes for tea tree oil contact dermatitis, was studied and its effects in these two in vitro skin sensitization models were explored. Thus, the surface expression of CD86, HLADR, CD54, and CD40, which are known as activation markers in both in vitro models, were measured via flow cytometry. For MoDC, an augmented CD86 and HLADR surface expression in comparison to untreated cells were determined after 24 h exposure with ascaridol. An increased CD54 and CD40 surface expression were found only in some donors. After long term incubation of 96 h, ascaridol-treated MoDC still up-regulated CD86 and additionally an augmented CD40 expression was measured in all studied donors. An enhanced CD54 expression was determined for 50 percentage of all investigated donors. Furthermore, CD80, CD83 and CD209 protein expression were up-regulated in MoDC after 96 h of ascaridol incubation. In addition, it was determined that after 24 h ascaridol-treated MoDC showed an increased capacity to uptake antigens, whereas after 96 h this capacity got lost and antigen-capturing devices were reduced in comparison to non-treated MoDC. Moreover, the cytokine release of ascaridol-treated MoDC were measured after 24 h. Tumor necrosis factor (TNF)alpha, interleukin (IL)-1beta and IL 6 secretion were determined in some donors. Furthermore, IL-8 release was clearly increased after 24 h ascaridol treatment. By the same token, THP-1 cells were analyzed after ascaridol treatment for several activation markers. We found a similar response pattern as measured in MoDC. Ascaridol induced CD86 expression as well as CD54 after 24 h incubation. Additionally, the impact of ascaridol on phosphorylation of p38 mitogen-activated protein kinase, which had been shown to be involved in increased expression of activation markers like CD86 by others, were studied via Western blot analysis. A phosphorylation of p38 was determined after 15 min of ascaridol stimulation. Moreover, an augmented CD40 and HLADR surface expression were measured in a dose-response manner after 24 h ascaridol treatment. Also similar to MoDC an enhanced IL-8 secretion after ascaridol stimulation was observed in THP-1 cells. Hence, for the first time it was shown that ascaridol has immuno-modulating effects. The obtained data from both in vitro systems, MoDC and THP-1 cells, identified ascaridol as a sensitizer. Although for both systems there remain significant challenges to overcome for potency assessment, ascaridol is presumed to be a weak sensitizer probably. Interestingly, ascaridol treatment of THP-1 cells resulted also in an increased augmentation of CD184 and CCR2, two chemokine receptors expressed on monocyte. Therefore, these data encouraged the exploration of chemokine receptors as tools in skin sensitization prediction. Consequently, the combination of chemical assays with in vitro techniques may provide a useful surrogate to animal testing for skin sensitization. Due to the continuously changing environmental conditions, it is necessary to regularly monitor and update the spectrum of sensitizers that elicit contact dermatitis. Therefore, both debated in vitro test systems will become indispensable tools.