Fachbereich 6
Refine
Document Type
- Doctoral Thesis (13) (remove)
Keywords
- Satellitenfernerkundung (3)
- Abfluss (1)
- Alpen (1)
- Argan (1)
- Argania spinosa (1)
- Arsen (1)
- Auenboden (1)
- Autökologie (1)
- Baumart (1)
- Berglandwirtschaft (1)
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.
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.
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.
Soils in forest ecosystems bear a high potential as carbon (C) sinks in the mitigation of climate change. The amount and characteristics of soil organic matter (SOM) are driven by inputs, transformation, degradation and stabilization of organic substances. While tree species fuel the C cycle by producing aboveground and belowground litter, soil microorganisms are crucial for litter degradation as well as the formation and stabilization of SOM. Nonetheless, our knowledge about the tree species effect on the SOM status is limited, inconsistent and blurred. The investigation of tree species effects on SOM is challenging because in long-established forest ecosystems the spatial distribution of tree species is a result of the interplay of environmental factors including climate, geomorphology and soil chemistry. Moreover, tree distribution can further vary with forest successional stage and silvicultural management. Since these factors also directly affect the soil C-status, it is difficult to identify a pure “tree species effect” on the SOM status at regular forested sites. It therefore remains unclear in how far tree species-specific litter with different quality influences the microbial driven turnover and formation of SOM.
Tree species effects on SOM and related soil microbial properties were investigated by examining soil profiles (comprising organic forest floor horizons and mineral soil layers) in different forest stands at the recultivated spoil heap ‘Sophienhöhe’ located at the lignite open-cast mine Hambach near Jülich, Germany. The afforested sites comprised monocultural stands of Douglas fir (Pseudotsuga menziesii), black pine (Pinus nigra), European beech (Fagus sylvatica) and red oak (Quercus rubra) as well as a mixed deciduous stand site planted mainly with hornbeam (Carpinus betulus), lime (Tilia cordata) and common oak (Quercus robur) that were grown for 35 years under identical soil and geomorphological conditions. Because the parent material used for site recultivation was free from organic matter or coal material, the SOM accumulation is entirely the result of in situ soil development due to the impact of tree species.
The first study revealed that tree species had a significant effect on soil organic carbon (SOC) stocks, stoichiometric patterns of C, nitrogen (N), sulfur (S), hydrogen (H) and oxygen (O) as well as the microbial biomass carbon (MBC) content in the forest floor and the top mineral soil layers (0-5 cm, 5-10 cm, 10-30 cm). In general, forest floor SOC stocks were significantly higher at coniferous forest stands compared to deciduous tree species, whereas in mineral soil layers the differences were smaller. Thus, the impact of tree species decreased with increasing soil depth. By investigating the linkage of the natural abundance of 13C and 15N in the soil depth gradients with C:N and O:C stoichiometry, the second study showed that differences in SOC stocks and SOM quality resulted from a tree species-dependent turnover of SOM. Significantly higher turnover of organic matter in soils under deciduous tree species depended to 46 % on the quality of litterfall and root inputs (N content, C:N, O:C ratio), and on the initial isotopic signatures of litterfall. Hence, SOM composition and turnover also depends on additional – presumably microbially driven – factors. The subsequent results of the third study revealed that differences in SOM composition and related soil microbial properties were linked to different microbial communities. Phospholipid fatty acid (PLFA) patterns in the soil profiles indicated that the supply and availability of C and nutrient-rich substrates drive the distribution of fungi, Gram-positive (G+) bacteria and Gram-negative (G−) bacteria between tree species and along the soil depth gradients. The fourth study investigated the molecular composition of extractable soil microbial biomass-derived (SMB) and SOM-derived compounds by electrospray ionization Fourier transformation ion cyclotron resonance mass spectrometry (ESI-FT-ICR-MS). This was complemented by the analysis of nine monosaccharides representing microbial or plant origin. Microbially derived compounds substantially contributed to SOM and the contribution increased with soil depth. The supply of tree species-specific substrates resulted in different chemical composition of SMB with largest differences between deciduous and coniferous stands. At the same time, microorganisms contributed to SOM resulting in a strong similarity in the composition of SOM and SMB.
Overall, the complex interplay of tree species-specific litter inputs and the ability, activity and efficiency of the associated soil fauna and microbial community in metabolizing the organic substrates leads to significant differences in the amount, distribution, quality and consequently, the stability of SOM. These findings are useful for a targeted cultivation of tree species to optimize soil C sequestration and other forest ecosystems services.
Erlebnisgenese im Tourismus
(2021)
Das Thema des Erlebnisses steht bereits seit langem im Fokus von Anbietern von Dienstleistungen. Dies gilt insbesondere für den Tourismus, einer Branche, deren Produkte zu einem signifikanten Teil aus solchen bestehen. Entsprechend der Prominenz des Themas, vor allem in den Bereichen touristischer Produktentwicklung und Marketing, ist dieses bereits breit in der Forschung diskutiert worden.
Trotz ausgiebiger Publikationsaktivitäten ist der tatsächliche Wissensstand in diesem Thema dennoch auffällig gering. Ein wichtiges Problem liegt darin begründet, dass die Terminologie im Bereich von Erlebnissen noch nicht allgemein akzeptiert und scharf abgegrenzt ist. So muss zwischen Erlebnissen und Erfahrungen unterschieden werden. Erstere treten während des Prozesses der Wahrnehmung einer touristischen Dienstleistung auf und bilden die Basis für Erfahrungen, welche prägend hinsichtlich der Wahrnehmung wirken und im Gesamtkontext der Reise betrachtet werden. Dieser Unterscheidung wird nicht nur in der englischsprachigen Literatur, in der beide Begriffe mit dem Begriff Experience beschrieben werden, sondern auch in der deutschsprachigen Literatur zumeist zu wenig Rechnung getragen, was dazu führt, dass häufig zu Erlebnissen publiziert wird, obwohl eigentlich Erfahrungen beschrieben werden. Problematisch ist dies vor allem, weil damit ein Phänomen untersucht wird, dessen Basis nahezu gänzlich unbekannt ist. Wichtige Fragen, welche zum Verständnis von Erlebnissen und damit auch von Erfahrungen bleiben unbeantwortet:
1) Welche Faktoren werden in der Genese von Erlebnissen wirksam?
2) Wie wirken diese zusammen?
3) Wie wird die Stärke eines Erlebnisses determiniert?
4) Wie werden Erlebnisse stark genug um den Konsum einer touristischen Dienstleistung zu prägen und damit gegebenenfalls zu Erfahrungen zu werden?
In der vorliegenden Arbeit wurden diese Fragen beantwortet, womit ein erster Schritt in Richtung der Füllung einer für die Tourismuswissenschaft nicht unbedeutenden Forschungslücke gelungen ist.
Um Erlebnisse, den Prozess der Genese dieser und deren Bewertung durch den Gast verstehen zu können, wurde ein triangulierter, zweistufiger Forschungsprozess ersonnen und in einem naturtouristischen Setting im Nationalpark Vorpommersche Boddenlandschaft zur Anwendung gebracht. Es handelt sich dabei um einen Mixed-Methods-Ansatz:
1) Induktive-qualitative Studie auf Basis der Grounded Theory
a. Ziel: Identifikation von Wirkkomponenten und deren Zusammenspiel und Generierung eines Modells
b. Methoden: Verdeckte Beobachtung und narrative Interviews
c. Ergebnisse: Modelle der Genese punktueller Erlebnisse und prägender Erlebnisse
2) Deduktive-quantitative Studie
a. Ziel: Überprüfung und Konkretisierung der in 1) generierten Modelle
b. Methoden: Fragebogengestützte, quantitative Befragung und Auswertung mittels multivariater Verfahren
c. Ergebnisse: Zusammenfassung der beiden Modelle zu einem finalen Modell der Erlebnis- und Erfahrungsgenese
Das Ergebnis des Vorgehens ist ein empirisch erarbeitetes und validiertes, detailliertes Modell der Genese von Erlebnissen und der Bewertung dieser durch den Erlebenden in Bezug auf deren Fähigkeit zu Erfahrungen zu werden.
Neben der Aufarbeitung und Konkretisierung dieses Prozesses konnte zusätzlich die in viele Richtungen diskutierte Bedeutung von Erwartungen und Produktzufriedenheit mit Blick auf die Bewertung von Erlebnissen geklärt werden. So konnte empirisch nachgewiesen werden, dass Erlebnisse, die auf Überraschungen, dem Unerwarteten, basierten besonders resistent gegenüber Störfaktoren waren und positive Erlebnisse zwar durchaus im Zusammenhang mit Produktzufriedenheit stehen aber sich vor allem durch eine zumindest temporär gesteigerte Lebenszufriedenheit manifestieren. Damit konnte das Hauptkriterium für die Bewertung von Erlebnissen mit Blick auf ihre Tauglichkeit zu Erfahrungen identifiziert werden.
Für die weitere Forschung kann die vorliegende Arbeit mit dem finalen Modell der Erlebnis- und Erfahrungsgenese einen soliden Ausgangspunkt bilden. So bieten zahlreiche Faktoren im Modell die Möglichkeit zur weiteren Forschung. Auch sollten die Ergebnisse in weiteren touristischen Kontexten überprüft werden.
Für die touristische Praxis kann die vorliegende Arbeit zahlreiche Hinweise geben. So bedeutet die Generierung von Erlebnissen im touristischen Kontext mehr als nur die Erfüllung von Erwartungen. Die widerstandsfähigsten Erlebnisse sind jene, die den Gast zu überraschen vermögen. Ein qualitativ hochwertiges, den Gast zufriedenstellendes Produkt ist dabei nicht mehr als ein Basisfaktor. Wirklich erfolgreich ist ein erlebnisbasierender Ansatz nur dann, wenn dieser es vermag die Lebenszufriedenheit des Gastes zu steigern.
Grundlage der Arbeit stellten zwei Arbeitshypothesen dar, die es zu überprüfen galt. Die beiden Arbeitshypothesen wurden aufgrund einer Beobachtung eines Phänomens im Freiland formuliert, da bei scheinbar unterschiedlich starkem Reblausbesatzes im Boden kein direkter Zusammenhang zu einer schädigenden Wirkung dieses Stressphänomens (Reblausbefall) hergestellt werden konnte. Im Gegenteil traten die schädigenden Wirkungen des Reblausbefalls in Form von Rückgangserscheinungen eher in Rebflächen auf, die einer mangelhaften Bewirtschaftung oder Bestandsführung unterlagen. Zur Klärung dieses Phänomens wurden daher die beiden (A., B.) folgenden Hypothesen aufgestellt, die es zu überprüfen galt:
A.: Die in mit Unterlagsrebsorten der Kreuzung V. berlandieri x V. riparia zu beobachtenden Rückgangserscheinungen in Rebanlagen mit Reblausvorkommen werden nicht allein durch die Saugtätigkeit der Reblaus an den Rebwurzeln verursacht; eine direkte Korrelation zwischen Reblausdichte und Ausmaß der Rückgangserscheinungen an infizierten Reben besteht nicht. B.: Das Ausmaß möglicher Rückgangserscheinungen ist abhängig von der Bewirtschaftung des Rebbestands, wobei der Bodenbewirtschaftung eine maßgebliche Rolle zukommt.
Um diese Hypothesen zu überprüfen wurde ableitend von den Zielen der Arbeit ein Reblausbonitursystem zur Erfassung der Reblausabudanz im Freiland im Boden erarbeitet. Die besonderen Schwierigkeiten bei der Erfassung des Reblausbefalls im Boden aufgrund des stark variierenden Wurzelsystems der Rebe und dem ebenfalls stark schwankenden Reblausbefalls an der Wurzel der Rebe wurde mit dem Reblausbonitursystem (Grabungen) Rechnung getragen, sodass ein valides System zur Beurteilung des Reblausbefalls auch im jahreszeitlichen Verlauf erstellt worden konnte. Damit wurde ein Reblausbonitursystem geschaffen, das auch in praktischer Anwendung durchführbar ist und somit mit seiner höheren möglichen Replikationsrate bei der Probenentnahme dem stark variierenden Charakter des Reblausbefalls im Boden Rechnung trägt.
Um Rückgangserscheinungen in einem Weinberg nachhaltig analysieren zu können, wurde ein Wuchsbonitursystem evaluiert. Dieses System beurteilt alle Reben einer Rebfläche innerhalb eines einfachen für den Menschen kognitiv sehr gut verarbeitenden Bewertungssystem zum Wuchs der Reben. Damit ist eine Erfassung einer sehr großen Datenmenge zur Beurteilung des Wuchses auf einem Rebfeld möglich. Die Korrelation des mit dem System ermittelten Wuchses zu vielen Leistungsparametern der Rebe und den Gegebenheiten auf den Versuchsflächen zeigt die hohe Validität des Wuchsbonitursystems auf. Auch konnten Wuchsunterschiede in sehr differierenden Versuchsfeldern mit dieser Methode deutlich belegt werden. Damit wurde deutlich, dass mit dieser Wuchsboniturmethode die Rückgangserscheinungen in einer Rebfläche erkannt und analysiert werden konnten. Somit konnten mit den beiden Instrumenten der Wuchs- und Reblausbonitur die beiden Arbeitshypothesen dahingehend belegt werden, dass unter Verwendung der Unterlagensorten der Kreuzungskombination V. berlandieri x V. riparia kein Zusammenhang zwischen der Reblausdichte im Boden und Rückgangserscheinungen der Rebe vorliegen. Darüber hinaus konnte belegt werden, dass in Erweiterung dieser Erkenntnis das Ausmaß der Rückganserscheinungen bei Reben maßgeblich von der Art der Bewirtschaftung abhängt und somit deutlich abzutrennen ist vom Einfluss des Reblausbefalls. Vor allem konnte durch die vorliegende Arbeit unter Einbeziehung des Wuchsbonitursystems eine Methode erarbeitet werden, die in Zukunft bei der Beurteilung von Fernerkundungsdaten ein nützliches Instrument darstellt, um die wirklichen Gegebenheiten hinsichtlich des Wuchses der Reben auf Weinbergsflächen mit den berechneten Werten zu Wuchsindizes zu korrelieren.
