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Formulations of macrocyclic lactone anthelmintics such as moxidectin are regularly administered to sheep to combat parasites. A disadvantage of these pharmaceuticals are their side effects on non-target organisms when entering the environment. Little is known about anthelmintic effects on plant reproduction and whether the effects depend on environmental factors. For ecological and methodological reasons, we aimed at testing whether temperature affects the efficacy of a common moxidectin-based formulation on seed germination. We carried out a germination experiment including three typical species of temperate European grasslands (Centaurea jacea, Galium mollugo, Plantago lanceolata). We applied three temperature regimes (15/5, 20/10, 30/20°C), and a four-level dilution series (1:100–1:800) of formulated moxidectin (i.e., Cydectin oral drench). These solutions represent seed-anthelmintic contacts in the digestive tract of sheep shortly after deworming. In addition, a control was carried out with purified water only. We regularly counted emerging seedlings and calculated final germination percentage, mean germination time and synchrony of germination. Formulated moxidectin significantly reduced percentage, speed and synchrony of germination. A 1:100 dilution of the formulation reduced germination percentage by a quarter and increased mean germination time by six days compared to the control. Temperature moderated effects of the anthelmintic drug on germination in all response variables and all species, but in different patterns and magnitudes (significant anthelmintic x temperature x species interactions). In all response variables, the two more extreme temperature regimes (15/5, 30/20°C) led to the strongest effects of formulated moxidectin. With respect to germination percentage, G. mollugo was more sensitive to formulated moxidectin at the warmest temperature regime, whereas P. lanceolata showed the highest sensitivity at the coldest regime. This study shows that it is important to consider temperature dependencies of the effects of pharmaceuticals on seed germination when conducting standardised germination experiments.
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.
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.
Background: Hyperhidrosis (excessive sweating, OMIM %114110) is a complex disorder with multifactorial causes. Emotional strains and social stress increase symptoms and lead to a vicious circle. Previously, we showed significantly higher depression scores, and normal cortisol awakening responses in patients with primary focal hyperhidrosis (PFH). Stress reactivity in response to a (virtual) Trier Social Stress Test (TSST-VR) has not been studied so far. Therefore, we measured sweat secretion, salivary cortisol and alpha amylase (sAA) concentrations, and subjective stress ratings in affected and non-affected subjects in response to a TSST-VR.
Method: In this pilot study, we conducted TSST-VRs and performed general linear models with repeated measurements for salivary cortisol and sAA levels, heart rate, axillary sweat and subjective stress ratings for two groups (diagnosed PFH (n = 11), healthy controls (n = 16)).
Results: PFH patients showed significantly heightened sweat secretion over time compared to controls (p = 0.006), with highest quantities during the TSST-VR. In both groups, sweating (p < 0.001), maximum cortisol levels (p = 0.002), feelings of stress (p < 0.001), and heart rate (p < 0.001) but not sAA (p = 0.068) increased significantly in response to the TSST-VR. However, no differences were detected in subjective ratings, cortisol concentrations and heart rate between PFH patients and controls (pall > 0.131).
Conclusion: Patients with diagnosed PFH showed stress-induced higher sweat secretion compared to healthy controls but did not differ in the stress reactivity with regard to endocrine or subjective markers. This pilot study is in need of replication to elucidate the role of the sympathetic nervous system as a potential pathway involved in the stress-induced emotional sweating of PFH patients.
Wasserbezogene regulierende und versorgende Ökosystemdienstleistungen (ÖSDL) wurden im Hinblick auf das Abflussregime und die Grundwasserneubildung im Biosphärenreservat Pfälzerwald im Südwesten Deutschlands anhand hydrologischer Modellierung unter Verwendung des Soil and Water Assessment Tool (SWAT+) untersucht. Dabei wurde ein holistischer Ansatz verfolgt, wonach den ÖSDL Indikatoren für funktionale und strukturelle ökologische Prozesse zugeordnet werden. Potenzielle Risikofaktoren für die Verschlechterung von wasserbedingten ÖSDL des Waldes, wie Bodenverdichtung durch Befahren mit schweren Maschinen im Zuge von Holzerntearbeiten, Schadflächen mit Verjüngung, entweder durch waldbauliche Bewirtschaftungspraktiken oder durch Windwurf, Schädlinge und Kalamitäten im Zuge des Klimawandels, sowie der Kli-mawandel selbst als wesentlicher Stressor für Waldökosysteme wurden hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf hydrologische Prozesse analysiert. Für jeden dieser Einflussfaktoren wurden separate SWAT+-Modellszenarien erstellt und mit dem kalibrierten Basismodell verglichen, das die aktuellen Wassereinzugsgebietsbedingungen basierend auf Felddaten repräsentierte. Die Simulationen bestätigten günstige Bedingungen für die Grundwasserneubildung im Pfälzerwald. Im Zusammenhang mit der hohen Versickerungskapazität der Bodensubstrate der Buntsandsteinverwitterung, sowie dem verzögernden und puffernden Einfluss der Baumkronen auf das Niederschlagswasser, wurde eine signifikante Minderungswirkung auf die Oberflächenabflussbildung und ein ausgeprägtes räumliches und zeitliches Rückhaltepotential im Einzugsgebiet simuliert. Dabei wurde festgestellt, dass erhöhte Niederschlagsmengen, die die Versickerungskapazität der sandigen Böden übersteigen, zu einer kurz geschlossenen Abflussreaktion mit ausgeprägten Oberflächenabflussspitzen führen. Die Simulationen zeigten Wechselwirkungen zwischen Wald und Wasserkreislauf sowie die hydrologische Wirksamkeit des Klimawandels, verschlechterter Bodenfunktionen und altersbezogener Bestandesstrukturen im Zusammenhang mit Unterschieden in der Baumkronenausprägung. Zukunfts-Klimaprojektionen, die mit BIAS-bereinigten REKLIES- und EURO-CORDEX-Regionalklimamodellen (RCM) simuliert wurden, prognostizierten einen höheren Verdunstungsbedarf und eine Verlängerung der Vegetationsperiode bei gleichzeitig häufiger auftretenden Dürreperioden innerhalb der Vegetationszeit, was eine Verkürzung der Periode für die Grundwasserneubildung induzierte, und folglich zu einem prognostizierten Rückgang der Grundwasserneubildungsrate bis zur Mitte des Jahrhunderts führte. Aufgrund der starken Korrelation mit Niederschlagsintensitäten und der Dauer von Niederschlagsereignissen, bei allen Unsicherheiten in ihrer Vorhersage, wurde für die Oberflächenabflussgenese eine Steigerung bis zum Ende des Jahrhunderts prognostiziert.
Für die Simulation der Bodenverdichtung wurden die Trockenrohdichte des Bodens und die SCS Curve Number in SWAT+ gemäß Daten aus Befahrungsversuchen im Gebiet angepasst. Die günstigen Infiltrationsbedingungen und die relativ geringe Anfälligkeit für Bodenverdichtung der grobkörnigen Buntsandsteinverwitterung dominierten die hydrologischen Auswirkungen auf Wassereinzugsgebietsebene, sodass lediglich moderate Verschlechterungen wasserbezogener ÖSDL angezeigt wurden. Die Simulationen zeigten weiterhin einen deutlichen Einfluss der Bodenart auf die hydrologische Reaktion nach Bodenverdichtung auf Rückegassen und stützen damit die Annahme, dass die Anfälligkeit von Böden gegenüber Verdichtung mit dem Anteil an Schluff- und Tonbodenpartikeln zunimmt. Eine erhöhte Oberflächenabflussgenese ergab sich durch das Wegenetz im Gesamtgebiet.
Schadflächen mit Bestandesverjüngung wurden anhand eines artifiziellen Modells innerhalb eines Teileinzugsgebiets unter der Annahme von 3-jährigen Baumsetzlingen in einem Entwicklungszeitraum von 10 Jahren simuliert und hinsichtlich spezifischer Was-serhaushaltskomponenten mit Altbeständen (30 bis 80 Jahre) verglichen. Die Simulation ließ darauf schließen, dass bei fehlender Kronenüberschirmung die hydrologisch verzögernde Wirkung der Bestände beeinträchtigt wird, was die Entstehung von Oberflächenabfluss begünstigt und eine quantitativ geringfügig höhere Tiefensickerung fördert. Hydrologische Unterschiede zwischen dem geschlossenem Kronendach der Altbestände und Jungbeständen mit annähernden Freilandniederschlagsbedingungen wurden durch die dominierenden Faktoren atmosphärischer Verdunstungsanstoß, Niederschlagsmengen und Kronenüberschirmungsgrad bestimmt. Je weniger entwickelt das Kronendach von verjüngten Waldbeständen im Vergleich zu Altbeständen, je höher der atmosphärische Verdunstungsanstoß und je geringer die eingetragenen Niederschlagsmengen, desto größer war der hydrologische Unterschied zwischen den Bestandestypen.
Verbesserungsmaßnahmen für den dezentralen Hochwasserschutz sollten folglich kritische Bereiche für die Abflussbildung im Wald (CSA) berücksichtigen. Die hohe Sensibilität und Anfälligkeit der Wälder gegenüber Verschlechterungen der Ökosystembedingungen legen nahe, dass die Erhaltung des komplexen Gefüges und von intakten Wechselbeziehungen, insbesondere unter der gegebenen Herausforderung des Klimawandels, sorgfältig angepasste Schutzmaßnahmen, Anstrengungen bei der Identifizierung von CSA sowie die Erhaltung und Wiederherstellung der hydrologischen Kontinuität in Waldbeständen erfordern.
Trotz des Rückgangs der Einwohner*innenzahl, kommunaler wohnungspolitischer Maßnahmen und der Pandemie steigen die Göttinger Mieten weiterhin. Besonders Menschen mit geringen Einkommen haben nach wie vor große Probleme, eine bezahlbare Wohnung in Göttingen zu finden. In diesem Wohnraumatlas zeigen wir die Entwicklung der Angebotsmieten auf. Zudem verdeutlichen wir, dass der Mietwohnungsmarkt in Teilmärkte segmentiert ist, für deren Identifizierung wir Ansätze liefern. Damit wollen wir stadtpolitisch Aktiven und anderen Interessierten Materialien an die Hand geben, um die Wohnungspolitik der Stadt einordnen zu können.
Die endemischen Arganbestände in Südmarokko sind die Quelle des wertvollen Arganöls, sind aber durch bspw. Überweidung oder illegale Feuerholzgewinnung stark übernutzt. Aufforstungsmaßnahmen sind vorhanden, sind aber aufgrund von zu kurz angelegten Bewässerungs- und Schutzverträgen häufig nicht erfolgreich. Das Aufkommen von Neuwuchs ist durch das beinahe restlose Sammeln von Kernen kaum möglich, durch Fällen oder Absterben von Bäumen verringert sich die kronenüberdeckte Fläche und unbedeckte Flächen zwischen den Bäumen nehmen zu.
Die Entwicklung der Arganbestände wurde über den Zeitraum von 1972 und 2018 mit historischen und aktuellen Satellitenbildern untersucht, ein Großteil der Bäume hat sich in dieser Zeit kaum verändert. Zustandsaufnahmen von 2018 zeigten, dass viele dieser Bäume durch Überweidung und Abholzung nur als Sträucher wachsen und so in degradiertem Zustand stabil sind.
Trotz der Degradierung einiger Bäume zeigt sich, dass der Boden unter den Bäumen die höchsten Gehalte an organischer Bodensubstanz und Nährstoffen auf den Flächen aufweist, zwischen zwei Bäumen sind die Gehalte am niedrigsten. Der Einfluss des Baumes auf den Boden geht über die Krone hinaus in Richtung Norden durch Beschattung in der Mittagssonne, Osten durch Windverwehung von Streu und Bodenpartikeln und hangabwärts durch Verspülung von Material.
Über experimentelle Methoden unter und zwischen den Arganbäumen wurden Erkenntnisse zur Bodenerosion gewonnen. Die hydraulische Leitfähigkeit unter Bäumen ist um den Faktor 1,2-1,5 höher als zwischen den Bäumen, Oberflächenabflüsse und Bodenabträge sind unter den Bäumen etwas niedriger, bei degradierten Bäumen ähnlich den Bereichen zwischen den Bäumen. Die unterschiedlichen Flächenbeschaffenheiten wurden mit einem Windkanal untersucht und zeigten, dass gerade frisch gepflügte Flächen hohe Windemissionen verursachen, während Flächen mit hoher Steinbedeckung kaum von Winderosion betroffen sind.
Die Oberflächenabflüsse von den unterschiedlichen Flächentypen werden in die Vorfluter abgeleitet. Die Sedimentdynamik in diesen Wadis wird hauptsächlich von Niederschlag zwischen den Messungen, Einzugsgebiet und Wadilänge und kaum von den verschiedenen Landnutzungen beeinflusst.
Das Landschaftssystem Argan konnte über diesen Multi-Methodenansatz auf verschiedenen Ebenen analysiert werden.
Climate fluctuations and the pyroclastic depositions from volcanic activity both influence ecosystem functioning and biogeochemical cycling in terrestrial and marine environments globally. These controlling factors are crucial for the evolution and fate of the pristine but fragile fjord ecosystem in the Magellanic moorlands (~53°S) of southernmost Patagonia, which is considered a critical hotspot for organic carbon burial and marine bioproductivity. At this active continental margin in the core zone of the southern westerly wind belt (SWW), frequent Plinian eruptions and the extremely variable, hyper-humid climate should have efficiently shaped ecosystem functioning and land-to-fjord mass transfer throughout the Late Holocene. However, a better understanding of the complex process network defining the biogeochemical cycling at this land-to-fjord continuum principally requires a detailed knowledge of substrate weathering and pedogenesis in the context of the extreme climate. Yet, research on soils, the ubiquitous presence of tephra and the associated chemical weathering, secondary mineral (trans)formation and organic matter (OM) turnover processes is rare in this remote region. This complicates an accurate reconstruction of the ecosystem´s potentially sensitive response to past environmental impacts, including the dynamics of Late Holocene land-to-fjord fluxes as a function of volcanic activity and strong hydroclimate variability.
Against this background, this PhD thesis aims to disentangle the controlling factors that modulate the terrigenous element mobilization and export mechanisms in the hyper-humid Patagonian Andes and assesses their significance for fjord primary productivity over the past 4.5 kyrs BP. For the first time, distinct biogeochemical characteristics of the regional weathering system serve as major criterion in paleoenvironmental reconstruction in the area. This approach includes broad-scale mineralogical and geochemical analyses of basement lithologies, four soil profiles, volcanic ash deposits, the non-karst stalagmite MA1 and two lacustrine sediment cores. In order to pay special attention to the possibly important temporal variations of pedosphere-atmosphere interaction and ecological consequences initiated by volcanic eruptions, the novel data were evaluated together with previously published reconstructions of paleoclimate and paleoenvironmental conditions.
The devastative high-tephra loading of a single eruption from Mt. Burney volcano (MB2 at 4.216 kyrs BP) sustainably transformed this vulnerable fjord ecosystem, while acidic peaty Andosols developed from ~2.5 kyrs BP onwards after the recovery from millennium-scale acidification. The special setting is dominated by most variable redox-pH conditions, profound volcanic ash weathering and intense OM turnover processes, which are closely linked and ultimately regulated by SWW-induced water-level fluctuations. Constant nutrient supply though sea spray deposition represents a further important control on peat accumulation and OM turnover dynamics. These extreme environmental conditions constrain the biogeochemical framework for an extended land-to-fjord export of leachates comprising various organic and inorganic colloids (i.e., Al-humus complexes and Fe-(hydr)oxides). Such tephra- and/or Andosol-sourced flux contains high proportions of terrigenous organic carbon (OCterr) and mobilized essential (micro)nutrients, e.g., bio-available Fe, that are beneficial for fjord bioproductivity. It can be assumed that this supply of bio-available Fe produced by specific Fe-(hydr)oxide (trans)formation processes from tephra components may outlast more than 6 kyrs and surpasses the contribution from basement rock weathering and glacial meltwaters. However, the land-to-fjord exports of OCterr and bio-available Fe occur mostly asynchronous and are determined by the frequency and duration of redox cycles in soils or are initiated by SWW-induced extreme weather events.
The verification of (crypto)tephra layers embedded stalagmite MA1 enabled the accurate dating of three smaller Late Holocene eruptions from Mt. Burney (MB3 at 2.291 kyrs BP and MB4 at 0.853 kyrs BP) and Aguilera (A1 at 2.978 kyrs BP) volcanoes. Irrespective of the improvement of the regional tephrochronology, the obtained precise 230Th/U-ages allowed constraints on the ecological consequences caused by these Plinian eruptions. The deposition of these thin tephra layers should have entailed a very beneficial short-term stimulation of fjord bioproductivity with bio-available Fe and other (micro)nutrients, which affected the entire area between 52°S and 53°S 30´, respectively. For such beneficial effects, the thickness of tephra deposited to this highly vulnerable peatland ecosystem should be below a threshold of 1 cm.
The Late Holocene element mobilization and land-to-fjord transport was mainly controlled by (i) volcanic activity and tephra thickness, (ii) SWW-induced and southern hemispheric climate variability and (iii) the current state of the ecosystem. The influence of cascading climate and environmental impacts on OCterr and Fe-(hydr)oxide fluxes to can be categorized by four individual, in part overlapping scenarios. These different scenarios take into account the previously specified fundamental biogeochemical mechanisms and define frequently recurring patterns of ecosystem feedbacks governing the land-to-fjord mass transfer in the hyper-humid Patagonian Andes on the centennial-scale. This PhD thesis provides first evidence for a primarily tephra-sourced, continuous and long-lasting (micro)nutrient fertilization for phytoplankton growth in South Patagonian fjords, which is ultimately modulated by variations in SWW-intensity. It highlights the climate sensitivity of such critical land-to-fjord element transport and particularly emphasizes the important but so far underappreciated significance of volcanic ash inputs for biogeochemical cycles at active continental margins.
Insekten stellen die artenreichste Klasse des Tierreichs dar, wobei viele der Arten bedroht sind. Das liegt neben dem Klimawandel vor allem an der sich in den letzten Jahrzehnten stark verändernden landwirtschaftlichen Nutzung von Flächen, was zu Lebensraumzerstörung und Habitatfragmentierung führt. Die intensivere Bewirtschaftung von Gunstflächen einerseits, sowie die Flächenaufgabe unrentabler Flächen andererseits, hat schwerwiegende Folgen für Insekten, die an extensiv genutzte Kulturflächen angepasst sind, was besonders durch den abnehmenden Anteil an Spezialisten deutlich wird. Eine Region, die aufgrund des kleinräumigen Nebeneinanders von naturnahen Bereichen und anthropogen geschaffenen Kulturflächen (entlang eines großen Höhengradienten) eine wichtige Rolle für die Biodiversität besitzt, speziell als Lebensraum für Spezialisten aller Artengruppen, sind die Alpen. Auch hier stellt der landwirtschaftliche Nutzungswandel ein großes Problem dar, weshalb es einen nachhaltigen Schutz der extensiv genutzten Kulturlebensräume bedarf. Um zu klären, wie eine nachhaltige Berglandwirtschaft zukünftig erhalten bleiben kann, wurden im ersten Kapitel der Promotion die Regelungsrahmen der internationalen, europäischen, nationalen und regionalen Gesetze näher betrachtet. Es zeigt sich, dass der multifunktionale Ansatz der Alpenkonvention und des zugehörigen Protokolls „Berglandwirtschaft“ nur eine geringe normative Konkretisierung aufweisen und daher nicht im ausreichenden Maße in der Gemeinsamen Agrarpolitik der EU sowie im nationalen Recht umgesetzt werden; dadurch können diese einer negativen Entwicklung in der Berglandwirtschaft nicht ausreichend entgegenwirken. Neben diesen Rechtsgrundlagen fehlt es jedoch auch an naturwissenschaftlichen Grundlagen, um die Auswirkungen des landwirtschaftlichen Nutzungswandels auf alpine und arktische Tierarten zu beurteilen. Untersuchungen mit Charakterarten für diese Kulturräume sind somit erforderlich, wobei Tagfalter aufgrund ihrer Sensibilität gegenüber Umweltveränderungen geeignete Indikatoren sind. Deshalb wurden im zweiten Kapitel der Promotion die beiden Schwestertaxa Boloria pales und B. napaea untersucht, die für arktische und / oder alpine Grünlandflächen typisch sind. Die bisher unbekannte Phylogeographie beider Arten wurde daher mit zwei mitochondrialen und zwei Kerngenen über das gesamte europäische Verbreitungsgebiet untersucht. In diesem Zusammenhang die zwischen- und innerartlichen Auftrennungen analysiert und datiert sowie die ihnen unterliegenden Ausbreitungsmuster entschlüsselt. Um spezielle Anpassungsformen an die arktischen und alpinen Lebensräume der Arten zu entschlüsseln und die Folgen der landwirtschaftlichen Nutzungsänderung richtig einordnen zu können, wurden mehrere Populationen beider Arten freilandökologisch untersucht. Während B. pales über den gesamten alpinen Sommer schlüpfen kann und proterandrische Strukturen zeigt, ist B. napaea durch das Fehlen der Proterandie und ein verkürztes Schlupfzeitfenster eher an die kürzeren, arktischen Sommer angepasst. Obwohl beide Arten die gleichen Nektarquellen nutzen, gibt es aufgrund verschiedener Bedürfnisse Unterschiede in den Nektarpräferenzen zwischen den Geschlechtern; auch innerartliche Unterschiede im Dispersionsverhalten wurden gefunden. Populationen beider Arten können eine kurze Beweidung überleben, wobei der Zeitpunkt der Beweidung von Bedeutung ist; eine Nutzung gegen Ende der Schlupfphase hat einen größeren Einfluss auf die Population. Daneben wurde ein deutlicher Unterschied zwischen Flächen mit langfristiger und fehlender Beweidung gefunden. Neben einer geringen Populationsdichte, gibt es auf ganzjährig beweideten Flächen einen größeren Druck, den Lebensraum zu verlassen und die zurückgelegten Flugdistanzen sind hier auch deutlich größer.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
