Refine
Year of publication
Document Type
- Doctoral Thesis (20) (remove)
Language
- German (20) (remove)
Keywords
- Grundwasserfauna (3)
- Pflanzenschutzmittel (3)
- Abdrift (2)
- Bewertung (2)
- Biomonitoring (2)
- Grundwasser (2)
- Makroinvertebraten (2)
- Pestizid (2)
- biomonitoring (2)
- groundwater fauna (2)
Institute
- Fachbereich 7 (20) (remove)
Quellen sind hochdiverse Lebensräume mit einer stark spezialisierten Fauna, wobei noch Lücken im Verständnis der besiedlungsrelevanten Faktoren für die aquatische Makrofauna bestehen, so dass die Arbeit einen klärenden Beitrag hinsichtlich anthropogener Veränderungen und ihrer Auswirkungen auf die Besied-lung leisten will. Basierend auf Daten von 334 Quellen aller Grundwasserlandschaften von Rheinland-Pfalz wurden die Quellen morphologisch und faunistisch bewertet. Außerdem wurden die Quellen des Landes morphologisch typisiert, Referenzquellen analysiert und ein Ansatz für die morphologische und faunistische Leitbildentwicklung gegeben. Außerdem wird ein selbst entwickeltes, kompaktes Kartier- und Bewertungsverfahren zur Quellstruktur vorgestellt, wo bislang noch ein Defizit bestand. Das Verfahren erfasst in einem Erfassungsbogen alle ökologisch bedeutsamen Strukturparameter und bewertet in einem 5-stufigen System. Quellen sind hochdiverse Lebensräume mit kleinen Populationen in isolierter Lage. Bei der Untersuchung der 310 Quellen wurden insgesamt 292 Arten bzw. höhere Taxa des Makrozoobenthos nachgewiesen. Es wurden 89 quellassoziierte Taxa gezählt, hiervon waren 24 krenobiont und 65 krenophil. Der Anteil der quellassoziierten Fauna an der Gesamtfauna lag bei über 30%. Es fanden sich 19 Erstnachweise für Rheinland-Pfalz, 9 besondere Nachweise (seltene Arten) und 19 Rote-Liste-Arten. Erstnachweise fanden sich in wenig bearbeiteten Dipterengruppen, vor allem den Psychodidae (13), Limoniidae (5) und ferner den Simu-liidae (1). Bei den Köcherfliegen wurden etliche seltene Arten gefunden, welche bisher in Rheinland-Pfalz kaum gefunden wurden. Häufigere krenobionte Taxa waren Crunoecia irrorata, Bythinella dunkeri, Niphar-gus sp., Pisidium personatum, Salamandra salamandra, Thaumalea sp., Agabus guttatus, Crenobia alpina, Oxycera sp. und Beraea maura. Die durchschnittliche Taxazahl pro Quelle betrug 11, die maximale 62 Taxa. Schüttung und Morphologie der Quellen waren von Naturraum und Grundwasserlandschaft abhängig, so schütteten etwa Buntsandsteinquellen ergiebiger und konstanter als Tonschieferquellen. Quellen spiegeln die Hydrologie ihrer Einzugsgebiete wider, so dass in verschiedenen hydrogeologischen Einheiten die chemischen Parameter differierten. In einzelnen Quellen schwankte die Hydrochemie jahreszeitlich aber nur gering. Der pH-Wert etwa war im Quellwasser versauerungsgefährdeter Gebiete niedrig (Hunsrück, Pfälzer-wald), der Nitratgehalt anthropogen bedingt hoch in intensiv landwirtschaftlich genutzten Räumen. Die morphologische Quelltypologie, welche sich in erster Linie auf gängige Quelltypen stützte, ergab in elf hydrogeologischen Quelltypenräumen vier Basisquelltypen und fünf geochemische Sondertypen. Die Wan-derquelle wurde neu hinzu genommen. Die landesweite Verteilung der Quelltypen ergab bei ungefassten Quellen 57 % Sicker-, 32 % Sturz-, 9 % Tümpel- und über 2 % Wanderquellen. Wanderquellen dürften aber noch öfter vorkommen. Relief und Substrateigenschaften waren entscheidende Faktoren für die Typologie, so dass etwa Sturzquellen vor allem im Buntsandstein häufig waren, während Sickerquellen im Tonschiefer des rheinischen Schiefergebirges dominierten. Es wurden 85 Strukturreferenzquellen als typische, naturnahe Beispiele für einzelne Quelltypenräume genannt. Etwa zwei Drittel aller Quellen waren strukturell beein-trächtigt bis stark geschädigt, 59 % gefasst. Fassungen, Verrohrungen und Betonverbau waren ökologisch besonders bedeutsam. In Regionen mit intensiver Landwirtschaft lagen generell die stärksten Schädigungen vor. Im Forst waren Quellen durch Nadelholzmonokulturen und in den Hochlagen pufferarmer Mittelgebirge durch Versauerung geschädigt. Hinsichtlich der Besiedlung ergaben sich Unterschiede zwischen den Naturräumen, beeinflusst durch die Faktoren Geologie, Hydrochemie, Schüttungsverhältnisse, Landnutzung im Einzugsgebiet sowie die Struk-turvielfalt an der Quelle. Strukturell unveränderte und unversauerte Quellen besaßen im Schnitt höhere Ta-xazahlen. Einzelne Faktoren mit Einfluss auf die Besiedlung wurden in ihrer Auswirkung getestet. In Quel-len ist die Versauerung grundsätzlich besiedlungsbeschränkend und überlagert strukturelle Faktoren. Bei niedrigen pH-Werten kommt es zu verminderten Taxazahlen, allerdings sind viele Quellorganismen offen-sichtlich an eine leichte Versauerung angepasst, da in sauren Quellen der Anteil der Quellfauna höher war. Außerdem ergab die Untersuchung, dass neue und intakte Fassungen weniger Taxa und Quelltaxa aufwiesen, während bei alten und verfallenen Fassungen oft eine hohe Quelltaxazahl vorlag, so dass diese als sekundär ökologisch wertvoll zu bezeichnen sind. Die Umfeldnutzung und die Größe des Quellbereichs sind ebenfalls wichtig, so dass Quellen in Laub- und Mischwald sowie in extensivem Grünland am besten besiedelt waren. Die stärksten statistischen Zusammenhänge mit der faunistischen Besiedlung ergaben sich bei den Bewer-tungsergebnissen des Strukturverfahrens, was zeigt, dass das Verfahren realistisch bewertet. Multivariate statistische Methoden dienten der Ermittlung von Besiedlungsfaktoren und der Leitbildentwick-lung. Es ergab sich eine unterschiedliche Besiedlung bei verschiedener Hydrogeologie und Hydrochemie sowie bei verschiedenen Quelltypen. Allerdings waren die Ergebnisse nicht eindeutig, so dass die Trennung der Quelltypen nur teilweise gelang und die Quelltypen von den Grundwasserlandschaften überlagert waren. Die Faunenunterschiede verschiedener Regionen waren größer als die einer Region, so dass morphologische Quelltypen faunistisch nur innerhalb einer hydrogeologischen Einheit von Bedeutung sind. Es wurden regionale faunistische Leitarten für vier Grundwasserlandschaften genannt, wobei sich auf wenige hochstete Quellarten beschränkt wurde. Die Arbeit zeigt, dass faunistisch orientierte Leitbilder nur unter Schwierigkeiten anzugeben sind und vollständige Typuszönosen für größere Gebiete grundsätzlich in Frage zu stellen sind. Sehr häufige grundsätzliche Leitarten für Quellen silikatischer Mittelgebirge in Rheinland-Pfalz sind Crunoecia irrorata und Bythinella dunkeri.
Das Grundwasser unterliegt zahlreichen Nutzungen, gleichzeitig ist es Lebensraum einer artenreichen, hoch angepaßten Fauna. Verunreinigungen des Grundwassers mit Kontaminationen unterschiedlichsten Ursprungs stellen eine wachsende Problematik dar. Für das Monitoring von Altlastflächen werden bisher überwiegend physiko-chemische Methoden eingesetzt. Als weitere Möglichkeit bietet sich ein grundwasserfaunistisch begründetes Monitoring an. Da Freilanduntersuchungen über das Auftreten und die Verteilung von Grundwasserfauna in Altlastflächen bisher fehlen, widmet sich die vorliegende Dissertation dieser Thematik. Ein grundsätzliches Problem grundwasserfaunistischer Untersuchungen ist das Fehlen standardisierter Sammelmethoden. Daher erwies es sich als notwendig, die für die Untersuchung der Altlastflächen optimale Sammelmethode zu identifizieren. Insoweit liefert ein vorangehender Methodenvergleich die Grundlage für das Altlasten-Projekt. Ziel des Methodenvergleichs war es herauszufinden, ob die in Kluftgrundwasserleitern im Vergleich mit Lockergesteinsleitern festgestellte Artenarmut und die meist niedrigen Abundanzen habitat- oder auch methodenbedingt sind. Unter Verwendung eines phreatobiologischen Netzsammlers, einer pneumatischen Kolbenhubpumpe (System NIEDERREITER) und eines Quellnetzes wurden im Naturraum Pfälzerwald 16 Grundwasser-meßstellen (je 8 in den Kluftaquiferen des Buntsandsteins und den sandig-kiesigen Aquiferen der Talauen) und 8 Quellen, sowie 4 Grundwassermeßstellen in der pfälzischen Rheinebene hydrochemisch und faunistisch beprobt. Die Grundwässer beider Naturräume unterschieden sich sowohl hydrochemisch wie auch in ihrer faunistischen Zusammensetzung signifikant voneinander. Aus methodischer Sicht zeigten alle Sammeltechniken, mit Ausnahme der Quellbeprobung, trotz gewisser Unterschiede, qualitativ vergleichbare Ergebnisse. Ziel des Hauptteils der Arbeit " dem Altlasten-Projekt " war die Gewinnung erster empirischer Daten über das Vorkommen und die Verteilung von Grundwasserfauna in Abhängigkeit von Altlasten. Des weiteren sollten über die Korrelation der Grundwasserfauna mit hydrochemischen Parametern und den Koloniezahlen erste Ansätze für eine bioindikative Eignung gefunden werden. Basierend auf den Ergebnissen des methodischen Teils wurden unter Verwendung des phreatobiologischen Netzsammlers fünf in der pfälzischen Rheinebene liegende Untersuchungsstandorte (sechs Einzelschäden), die Kontaminationen unterschiedlicher Art aufwiesen, untersucht. Dabei handelte es sich um drei militärische und zwei industrielle Altlasten sowie eine Hausmülldeponie. Insgesamt wurden 91 Meßstellen, die sich im Zustrom, direkt im Schaden sowie im Abstrom befanden, zweimalig beprobt. Trotz der ausgeprägten Heterogenität der untersuchten Altlaststandorte sowie geringer Arten- und Taxazahlen und Abundanzen weisen die Verteilungsmuster auf Sensitivitäten der Fauna gegenüber Grundwasserverunreinigungen hin. In bezug auf einzelne Schadstoffe (LCKW, PCE, AKW) deuten sich schadstoffspezifische Verteilungsmuster der Fauna an. Das abundanteste Taxon der Untersuchung - die Nematoda - traten an den LCKW / PCE- kontaminierten Standorten nur in geringsten Abundanzen auf, ebenso wie die Parastenocaridae (Crustacea). Oligochaeta und einzelne Cyclopoida-Arten (Crustacea) scheinen hingegen deutlich höhere Konzentrationen dieses Schadstoffs zu tolerieren. Eine gegensätzliche Faunenverteilung wurde an den AKW- kontaminierten Standorten beobachtet. Hier zeigten sich die Nematoda wesentlich toleranter als alle anderen Taxa, ebenso wie die Parastenocaridae. Hingegen traten die Oligochaeta und Cyclopoida oberhalb geringer Konzentrationen nur noch sporadisch auf. Die abundanteste Cyclopoida-Art der gesamten Untersuchung, Diacyclops languidoides, konnte in Anwesenheit von AKW nicht nachgewiesen werden.
The estimation of the potential risk of pesticide entries into streams - and therefore the potential risk for the ecosystems - is an important requirement for the planning of risk mitigation strategies. Especially on the landscape level the required event triggered sampling methods are conjuncted with considerable efforts with regard to input data, time and personnel. To circumvent these problems simulation models form a reasonable alternative. The aims of this work were (A) the development of a simulation tool for the estimation of pesticide entries into surface waters on the landscape level, and (B) the application of the simulator for an exposure- and risk-assessment as well as the assessment of negative effects of pesticides on aquatic communities. Section 1 - Exposure-, Risk- and Effects In sections 1.1 and 1.2 the simulation model was applied to a multitude of small and medium sized streams in an agricultural impacted study area around the city of Braunschweig, Germany. Section 1.3 gives an overview of the simulators field of application and the general system structure. Section 1.1 - Scenario based simulation of runoff-related pesticide entries into small streams on a landscape level (English publication, p. 27): In this paper we present a simulation tool for the simulation of pesticide entry from arable land into adjacent streams. We used the ratio of exposure to toxicity (REXTOX) model proposed by the OECD which was extended to calculate pesticide concentrations in adjacent streams. We simulated the pesticide entry on the landscape level at 737 sites in small streams situated in the central lowland of Germany. The most significant model parameters were the width of the no-application-zone and the degree of plant-interception. The simulation was carried out using eight different environmental scenarios, covering variation of the width of the no-application-zone, climate and seasonal scenarios. The highest in-stream concentrations were predicted at a scenario using no (0 m) buffer zone in conjunction with increased precipitation. According to the predicted concentrations, the risk for the aquatic communities was estimated based on standard toxicity tests and the application of a safety factor. Section 1.2 - Linking land use variables and invertebrate taxon richness in small and medium-sized agricultural streams on a landscape level (English publication, p. 50): In this study the average numbers of invertebrate species across an arable landscape in central Germany (surveys from 15 years in 90 streams at 202 sites) were assessed for their correlation with environmental factors such as stream width, land use (arable land, forest, pasture, settlement), soil type and agricultural derived stressors. The stress originating from arable land was estimated by the factor "risk of runoff", which was derived from a runoff-model (rainfall induced surface runoff). Multivariate analysis explained 39.9% of the variance in species number, revealing stream width as the most important factor (25.3%) followed by risk of runoff (9.7%). Section 1.3 - Informationssystem zur ökotoxikologischen Bewertung der Gewässergüte in Bezug auf Pflanzenschutzmitteleinträge aus der Landwirtschaft - Systemaufbau und Anwendungsmöglichkeiten (German publication, p. 61): Section 1.3 contains a short overview of the simulation tool, the field of application and some examples of use, covering the effects of the width of the buffer zone as well as the creation of risk maps on the landscape level. Section 2 - The simulation tool An important aspect for the employment of a simulation model in the context of risk assessment is the applicability in practice: the accessibility of the needed input data, the conversion of the mathematical model into a software application that can be run on any current personnel computer and also an appropriate end-user documentation of the system. Section 1.4 - Informationssystem zur ökotoxikologischen Bewertung der Gewässergüte in Bezug auf Pflanzenschutzmitteleinträge aus der Landwirtschaft - Simulationsmodell und Systemaufbau (German report, p. 67): In this section a general overview of the simulation model as well as the schematic system structure given. Section 1.5 - Benutzerhandbuch (German report, p. 71): The user manual contains details concerning the installation of the system, generation of the required input data and the general use of the system. Moreover it presents some application examples (what-if analyses). Section 1.6 - Technical documentation (German report, p. 104): The technical documentation describes internal structures and processes of the simulation system. Section 1.6 provides information regarding the required structure of input/output tables.
Die Arbeit stellt die Frage nach den Effekten einer tertiären Präventionsmaßnahme in Bezug auf Schmerzbewältigung und Schmerzveränderung bei chronischen Lumbalgiepatienten. Im Rahmen der Überprüfung werden ausdifferenzierte psychophysische Interventionsmaßnahmen aus den Bereichen der Physiotherapie/Krankengymnastik und Psychologie eingesetzt. Die Gruppenunterteilung erfolgt in eine behandelte Versuchsgruppe und eine unbehandelte Warte-Kontrollgruppe mit jeweils 100 Probanden (N=200). Die Ergebnisse der tertiären Präventionsmaßnahme zeigen statistisch und klinisch relevante sowie positive Veränderungen in den Bereichen der Schmerzbewältigung und Schmerzveränderung.
Gibt es unterschiedliche Qualitäten für das Wohnumfeld von Bewohnern ländlicher Siedlungen in der südlichen Pfalz? Wie könnte man diese Unterschiede quantifizierbar machen? Dies sind die beiden zentralen Fragen dieser Arbeit. Die Raummerkmale sollen zunächst objektiv erfasst werden. In einem weiteren Schritt werden die subjektiven Einschätzungen der Bevölkerung ermittelt und schließlich mit der objektiven Aufnahme verglichen. Zu diesem Zweck wur¬den 12 Ortschaften im Bereich der südlichen Pfalz ausgewählt. Jeweils vier Siedlungen verteilen sich auf den Pfälzerwald (Wilgartswiesen, Bundenthal, Ludwigswinkel, Silz), auf die Weinstraße (Siebeldingen, Göcklingen, Oberotterbach, Pleisweiler-Oberhofen) und auf die Rheinebene (Kapsweyer, Winden, Hayna, Büchelberg). Ein klar umgrenzter geographischer Raum wurde um jede Siedlung im Hinblick auf natürliche Gunst-/Ungunstfaktoren (aus den Bereichen Geologie, Boden, Geomorphologie, Klima, Hydrologie und Vegetation) und kulturhistorische Gunst-/Ungunstfaktoren (aus den Bereichen Siedlung, Flur, Mensch) mit ausgewählten aussagekräftigen Parametern untersucht. Diese wurden zu Merkmalskomplexen zusammengeführt und die dabei gewonnenen Erkenntnisse mit einem Bewertungsraster verknüpft und den einzelnen Orten zugeordnet. Die menschlichen Einschätzungen der gegebenen und auch der gemachten Umwelt sollen in die Überlegungen mit einfließen, und deshalb sind Befragungen der Einwohner durchgeführt worden. So erhielt man Erkenntnisse sowohl über die objektiven Lebensraumbedingungen als auch über die subjektiven Lebensraumbewertungen des Untersuchungsraumes. Eine zentrale Rolle spielt hier also der Raum mit seinen Verflechtungen, Interaktionen und Systembeziehungen für das menschliche Leben darin. Zur Ermittlung der objektiven Merkmale der Siedlungen wurden die folgenden Parameter erfasst: Ortseingänge, Naturnähe, Vielfalt, Eigenart, Ästhetik, Klima, Raum, Lärm/Luft, Erdbeben und Ertrag. Orte mit hohem Waldanteil (v. a. Pfälzerwaldorte) wiesen bessere Bewertungen in den Kategorien Naturnähe, Vielfalt, Ästhetik und Klima auf. Orte mit höheren Reb- und Ackerfluranteilen schnitten bei der Eigenart und dem Ertrag besser ab. Deshalb wurden die Orte im Pfälzerwald insgesamt und durchschnittlich am besten bewertet, gefolgt von den Siedlungen der Rheinebene und der Weinstraße. Diese Ergebnisse wurden anschließend mit den Ergebnissen der Befragungen in den einzelnen Orten, welche selbst sehr unterschiedlich ausfielen, verglichen. Dabei musste festgestellt werden, dass die Bewertung der lebensräumlichen Gegebenheiten durch die Befragten in der Regel besser ausfiel als deren objektive Einstufung. Am zufriedensten sind und am besten bewertet haben die Bewohner der Pfälzerwaldorte, gefolgt von denen der Rheinebene und der Weinstraße. Diese somit feststellbare positive Korrelation lässt vermuten, dass zukünftiges Planen im Meinungsbild der Bevölkerung, die schließlich besonders davon betroffen ist, auch akzeptiert werden kann. Öffentlichkeitsarbeit und die Aufklärung der Bevölkerung in lebensraumrelevanten Angelegenheiten sollten dabei nicht vernachlässigt werden.
New media are continually gaining importance in society. This process also has an increasing influence on developments in the field of education. Due to the use of computers as an integral part of schooling, new possibilities with regard to the organisation of learning processes arise. In this context, it is of great significance that appropriate computer applications for the respective learning group be prepared, so that justifiable use of computers in lessons can take place. Furthermore, efficient integration of computers requires changes in spatial organisation, in teaching methodology and in the role of the teacher. Such reflection and re-orientation are the essential basis for meaningful usage of new media in teaching and learning processes. An initial aim of this thesis is an empirical analysis of the situation regarding the usage of computers in geometry lessons in primary schools, based on a regional survey. The evaluation gives information as to how intensively the computer is used in the learning process and shows us which factors determine the use of computers in geometry lessons.
The results are an empirical foundation for the development of a computer-based learning environment called "Geolizi" (the second aim of my study). Within this learning environment, the pupils should work independently on the topics "mirror-imaged figures" and "the construction of rectangles and squares", with the help of the computer. During this process, hands-on media, traditional drawing instruments and interactive worksheets are available to the pupils. The computer (with its appropriate applications) takes over different functions in this learning process. Testing of this learning environment ("Geolizi") took place in several primary school classes, within the scope of formative and summative evaluation. With the help of questionnaires filled in by the pupils, the usability of the individual elements was tested. Based on a pre-post-investigation design, an attempt has been made to discover possible changes in the attitude of teachers regarding the usage of computers in the teaching of elementary geometry.
The results of this test phase, together with the evaluation of the questionnaires, lead to the founded presumption that usage of the multimedia-based learning environment " Geolizi " could result in greater use of computers in geometry lessons. All in all, the developed learning environment demonstrates an interesting possibility of how to use computers in the teaching of geometry at primary schools, thus making an important contribution to an independent, individualised learning process.
The conservation of groundwater ecosystems requires an assessment and evaluation scheme that shows the state of the ecosystem. Consequently, faunal and microbial criteria are required for groundwater monitoring, in addition to physico-chemical analyses. To proof the adequacy of the application of groundwater organisms for the biological assessment of groundwater quality, an extensive sampling collection of various groundwater systems was accomplished between 2002 and 2009 in Germany. Key aspects were the examination of the indicator potential of groundwater communities towards surface-groundwater interactions and anthropogenic impacts, as well as the analysis of stygofaunal distribution patterns, as a base and reference for a faunal assessment scheme of groundwater systems. The sampling design considered local, regional, and biogeographic conditions. To test the indicator potential of groundwater organisms on a local and regional scale, groundwater systems in Nordrhein-Westfalen (NRW) and Baden-Württemberg (BW) were examined. The faunal and microbial data from unconsolidated aquifers (Erftgebiet, NRW) show the sensitivity of groundwater organisms against land use effects, e.g. extensive agriculture. Data analyses revealed positive correlations of organic material (estimated amount of detritus, TOC) and nitrate with faunal abundance, species richness, diversity and the proportions of stygoxene species. Moreover, the bacterial abundance and diversity in the groundwater of the Erftgebiet was high compared to oligotrophic groundwater systems, indicating an effect of surface influence due to agricultural land use. The groundwater colonization in the Alb-Donau-Kreis (BW) was analyzed for regional effects (landscape, type of aquifer, hydrogeology) and local effects (comparing single wells). The results show that the fauna reflects the strength of the hydrological exchange on different spatial scales. Furthermore, the fauna reflects the interaction of regional and local conditions. Accordingly, the diversity and abundance of groundwater organisms was influenced by the high connectivity of the karst and unconsolidated alluvial aquifers, the type of land use, covering layers of soil, the age of groundwater, and the sampling depths. In general, faunal and microbial data of the Alb-Donau-Kreis are characteristic for oligotrophic, oligoalimonic groundwaters. The large scale analyses of stygofaunal distribution patterns revealed significant biogeographical differences of the communities. These community patterns of the groundwater fauna do not coincide with existing classification schemes defined for surface landscapes or freshwater systems. The largest differences between faunal surface and subsurface distribution patterns were found between the groundwater of northern and southern Germany and the foothills of the central mountain ranges - all of them regions shaped by the last ice ages.
In accordance with the faunal data assessed in groundwater, four different stygoregions were defined that are populated by distinct faunal assemblages. These are 1) the "Northern lowlands", 2) the "Central mountain ranges", 3) the "South-western mountain ranges", and 4) the "Southern mountain ranges and northern alps". The study corroborates that stygofaunal and microbial communities are an adequate tool for the qualitative assessment and monitoring of groundwater ecosystems. The best indicators to detect anthropogenic impacts on groundwater ecosystems are the faunal diversity, abundance, the proportions of stygobitic (obligate groundwater species) and stygoxene species (species not obligate for groundwater), and the bacterial abundance. The development of an ecologically based groundwater assessment and management, is crucial for the conservation of our groundwater ecosystems and thus, healthy drinking water. The defintion of "stygoregions" is an important base for the development of an assessment and reference scheme for groundwater ecosystems. The assessment of the ecological state of groundwater systems must be conducted on local scale, because the strength of the local hydrological influence determines the amount of food and oxygen as well as stygoxene animals within the aquifer, and thus shapes the local groundwater communities. Nevertheless, information of the biogeographic and regional conditions is needed as a reference for the type of species and abundances that potentially can occur in certain groundwater systems.
The transport of pesticides from agricultural land into surface waters via diffuse entry pathways such as runoff is a major threat to aquatic ecosystems and their communities. Although certain risk mitigation measures are currently stipulated during pesticide product authorisation, further approaches might be needed to manage hot spots of pesticide exposure. Such a management is, for example, required by the European Union- directive for the sustainable use pesticides (2009/128/EC).
The need for mitigation measures was investigated within the present thesis at stream sites draining an arable and a vineyard region in Germany by characterising pesticide exposure following edge-of-field runoff and (expected) effects on the aquatic macroinvertebrates. The results of these field studies showed, that streams in both regions were exposed to pesticide concentrations suggesting effects on the macroinvertebrate community. In the arable region the observed toxicity was mainly attributed to the insecticides lambda-cyhalothrin (in the water-phase samples) and alpha-cypermethrin (in the suspended particle samples), whereas in the vineyard region fungicides were most important. Furthermore stream water and suspended particles sampled in the vineyard region showed critical copper concentrations, which might cause ecotoxicological effects in the field. In addition to pesticide exposure, in the arable region also the effects on aquatic macroinvertebrates were assessed in the field. Generally, invertebrate fauna was dominated by pesticide-tolerant species, which suggested a high pesticide exposure at almost all sites. The elevated levels of suspended particle contamination in terms of maximum toxic units per sample (logTUMax > -2) reflect also this result. At two sites that received high aqueous-phase entries of the insecticide lambda-cyhalothrin (logTUMax > -0.6), the abundance and number of sensitive species (indicated by the SPEcies At Risk index) decreased during the pesticide application period. In contrast, at sites characterised by low water-phase toxicity (logTUMax < -3.5), no acute significant negative effects on macroinvertebrates were observed. In conclusion these data showed that in both regions the implementation of risk mitigation measures is needed to protect the aquatic communities.
To mitigate runoff-related pesticide entries, riparian buffer strips are often recommended. However, the mitigating influence with increasing buffer strip width could not be demonstrated for riparian buffers which were already present in the arable and vineyard region. This result was attributed in the vineyard region to the high number of paved field paths associated with artificial erosion rills, which concentrate and rapidly transport receiving edge-of-field runoff in stream direction. Consequently the pesticide reduction efficiency of buffer strips is considerably reduced. We assumed that a similar process occurred in the arable region, due to a high number of erosion rills, which complicate a laminar sheet flow of edge-of-field runoff through the riparian buffer strip. Additionally also the presence of ephemeral drainage ditches, which led surface runoff from the agricultural fields to the streams may have contributed to observed pesticide entries despite wide buffers.
Effective risk mitigation measures should address these identified most important input pathways in the study areas. As possible measures the implementation of grassed field paths and vegetated ditches or wetlands were suggested. In general also the improvement of currently present riparian buffer strips regarding their efficiency to reduce pesticide runoff entries should be taken into account. In conclusion the results of the field studies underline the importance that risk mitigation measures are identified specifically for the respective pollution situation in stream catchments. To facilitate this process, a user guide was developed within the present thesis for identifying appropriate mitigation measures at high-risk sites. Based on a survey of exposure relevant landscape parameter a set of risk mitigation measures is suggested that focus on the specific pollution situation. Currently the guide includes 12 landscape- and six application-related measures and presents an overview of these measures" efficiency to reduce pesticide entries via runoff and spray drift, their feasibility and expected acceptability to farmers. Based on this information the user can finally choose the mitigation measures for implementation. The present guide promotes the practical implementation of appropriate risk mitigation measures in pesticide-polluted streams, and thus the protection of aquatic stream communities against pesticide entries.
The (un-)controlled application of olive oil mill wastewater (OMW) has positive and negative effects on soil quality. On the one hand it can be used as fertilizer, on the other hand especially the occurrence of soil water repellency is problematic. Due to this fact the objective of this study was to characterize the effects of OMW application on soil and to investigate the mechanisms that are in combination with changes of soil organic matter quality responsible for soil water repellency depending on the climatic conditions.
At first several locations of uncontrolled OMW disposal were screened for positive and negative im-pacts. Then, laboratory incubation experiments and finally a field experiment in Israel were conducted in order to determine the influence of climatic conditions. Besides standard soil parameters (pH, elec-tric conductivity, total carbon, dissolved organic carbon , specific UV-Absorption) it was focused on the determination of phenolic compounds, the carbon isotope ratio, the water drop penetration time and the contact angle as well as the thermal analysis.
This thesis shows that soil water repellency of OMW-polluted soils depends on the climatic conditions, i.e. the application season. In the laboratory as well as in the field the wettability of the soil was strongly reduced under hot and dry conditions. It was observed, that the stable carbon fraction characterized by a high calorific value is responsible for soil water repellency. In particular, amphiphilic substances, e.g. fatty acids, may interact with soil particles as a consequence of drying. On the contrary, no reduc-tion of the wettability of the soil was determined under moist conditions and degradation of organic matter of the OMW was enhanced. Nevertheless, too strong irrigation or rainfall, e.g. in winter, may leach phenolic ingredients of the OMW into the groundwater.
At the same time the application led to an increase of organic and inorganic nutrients, which should be emphasized as a positive effect. Due to these results, a controlled application of olive oil mill wastewater as alternative, low-cost and sustainable treatment option is recommended. But, instead of the current application season winter, the olive mill wastewater should be stored and not be spread before spring in order to avoid negative impacts on the soil.
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Fragestellung, wie eine repräsentative und aussagekräftige Vergleichbarkeit hinsichtlich der Nachhaltigkeitsleistung (Ökoeffizienz) von Unternehmen branchenunabhängig gewährleistet werden kann trotz der Problematik der Definition repräsentativer Bewertungskriterien der Nachhaltigkeit, sowie der Heterogenität der zu bewertenden Branchen. Bisherige Konzepte zu Umwelt- und Nachhaltigkeitsmanagementsystemen (z.B. EMAS, ISO 14000, ISO 26000, EMASplus), zur Umweltleistungsmessung sowie zur Nachhaltigkeitsbewertung und -berichterstattung (z.B. DNK, GRI) sind mit ihren branchenunabhängigen Formulierung zu allgemein gehalten, um für eine konkrete effizienzorientierte Messung nachhaltigen Wirtschaftens von Unternehmen geeignet zu sein.
Folglich besteht kein System zur Messung der Umweltleistung, um den Forschungsbedarf der Herstellung einer aussagekräftigen Vergleichbarkeit der Ressourcen- und Energieverbräuche der Betriebe einer heterogenen Branche zu begegnen. Angesichts dessen wurde im Rahmen der Arbeit eine allgemeine und branchenunabhängig anwendbare aber dennoch –spezifische Methodik zur Herstellung der Vergleichbarkeit von Unternehmen einer Branche hinsichtlich der Ressourcen- und Energieeffizienz entwickelt. Dabei stellt der Kern der Methodik die Generierung eines betriebsindividuellen Gesamtgewichtungsfaktors dar (GGF-Konzept), welcher als Operationalisierung der Vergleichbarkeit angesehen werden kann und damit der Problematik der Heterogenität begegnet. Die Ermittlung von Kriteriengewichtungen im Rahmen des GGF-Konzeptes kann in Analogie zu einem Entscheidungsproblem bei Mehrfachzielsetzung (Multi Criteria Decision Making – MCDM) gesehen werden, da mehrere Kriterien und Sub-Kriterien zueinander in Relation gesetzt werden mussten. Infolgedessen stellte sich der Analytische-Hierarchie-Prozess als das geeignete Verfahren im Rahmen der Methodikentwicklung heraus. Anwendung fand die Methodik in einem ersten empirischen Test anhand einer ausgewählten Stichprobe von 40 Wäschereibetrieben. Dabei zeigten die Ergebnisse auf, dass repräsentatives sowie aussagekräftiges betriebsindividuelles Benchmarking der Ressourcen- und Energieverbräuche völlig unterschiedlicher und bislang nicht vergleichbarer Betriebe möglich wurde. Hierfür mussten zunächst branchenspezifische repräsentative Bewertungskriterien der Ressourcen- und Energieeffizienz bestimmt werden. Abschließend konnten betriebsspezifische Brennpunkte identifiziert und somit Handlungsempfehlungen zur Optimierung der Ressourcen- und Energieeffizienz der Wäschereibetriebe abgeleitet werden, sodass eine zielorientierte Reduzierung des Ressourcen- und Energieverbrauchs folgen kann.