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Veränderungen in dem komplexen Wirkungsgefüge eines Agrarökosystems können erhebliche Auswirkungen auf die lokale Biozönose zur Folge haben. Die Überdachung von Obstkulturen mit Netzen oder Folien zum Schutz vor Hagel und Regen stellt eine solche Veränderung dar. Im Rahmen dieser Dissertation wurde anhand einer biozönotischen Risikoanalyse der Einfluss intensiver Landnutzung in Obstkulturen sowie der Einfluss von Kulturschutzeinrichtungen auf die drei Gilden tagaktive Greifvögel, insektivore Vögel und Arthropoden untersucht. Greifvögel, insektivore Vögel und räuberische Arthropoden üben als Prädatoren wichtige Regulationsfunktionen im Nahrungsnetz eines Ökosystems aus. Arthropoden stellen zudem eine wichtige Nahrungsressource dar. Arten aller drei Gilden gelten als Bioindikatoren für Veränderungen im Ökosystem. Phytophage Arthropoden können landwirtschaftlich genutzte Monokulturen erheblich schädigen, weshalb die konventionelle Landwirtschaft zur gezielten Tötung solcher Schädlinge Insektizide einsetzt. Pestizidbehandlungen haben allerdings oft auch Auswirkungen auf viele Nützlinge und andere Organismen im Agrarökosystem.
Die visuelle Erfassung beider Vogelgilden sowie das Fangen der Arthropoden mit Boden- und Flugfallen erfolgte von März bis Juli in den Jahren 2011-2013 auf fünf Untersuchungsflächen im rheinland-pfälzischen Obstanbaugebiet Mainz-Bingen. Es wurden zwei benachbarte Apfelkulturen (eine Kontrollfläche und eine Versuchsfläche mit Hagelschutznetz) und zwei benachbarte Kirschkulturen (eine Kontrollfläche und eine Versuchsfläche ab 2012 mit Folien-Netz-Überdachung) sowie eine nahegelegene Streuobstfläche im lokalen NSG Höllenberg als naturnahe Kontrollfläche untersucht. Zusätzlich wurden im ersten Untersuchungsjahr vom 15. März bis 28. Juli 2011 auf allen Flächen die Ergebnisse einer täglichen automatischen akustischen Erfassung durch ein Stereo-Aufnahmegerät („Songmeter 2“, Wildlife Acoustics) mit denen einer wöchentlichen rein visuellen Erfassung der Vögel verglichen. Es gab keine signifikanten Unterschiede in Detektionseffizienz und Arterfassung der Avifauna zwischen beiden Methoden. Die lokale α-Diversität nach Simpson unterschied sich ebenfalls nicht signifikant zwischen beiden Methoden. Das akustische Monitoring detektierte mehr seltene (=weniger als zehn Funde im Untersuchungszeitraum) Vogelarten; 29% der Arten wurden ausschließlich akustisch nachgewiesen und knapp 13% ausschließlich visuell. Sieben Vogelarten unterschieden sich signifikant in ihrer ermittelten Abundanz zwischen beiden Methoden: Bachstelze, Feldlerche, Mauersegler und die Greifvögel Mäusebussard und Turmfalke waren besser bzw. der Schwarzmilan ausschließlich mit dem visuellen Monitoring zu erfassen, während der Fasan ausschließlich durch das akustische Monitoring nachgewiesen werden konnte. Für die Abundanzschätzung von 48 Vogelarten war es unerheblich, ob sie akustisch oder visuell erfasst wurden. Da seltene Arten bei biozönotischen Untersuchungen keine wesentliche Rolle spielen und die Auswertung der Akustikaufnahmen sehr zeitaufwändig war, wurden für die Risikoanalyse nur die visuell ermittelten Daten berücksichtigt.
Für die Greifvogel-Gilde wurden sechs Arten nachgewiesen, fünf auf der Kirschkontrollfläche und jeweils vier Arten auf den anderen Flächen. Die drei häufigsten Arten waren Mäusebussard, Turmfalke und Schwarzmilan. Greifvögel wurden im Luftraum der Flächen oder auf Sitzwarten wie Zäunen, Pfählen, Bäumen und Kulturschutzeinrichtungen bei der Nahrungssuche oder beim Revierverhalten beobachtet. Es konnte kein Einfluss der Landnutzung auf Greifvögel aufgezeigt werden, Diversität und Abundanz unterschieden sich nicht zwischen den Obstkulturen und der naturnahen Streuobstfläche im NSG. Ein Einfluss von Kulturschutzeinrichtungen auf Greifvögel konnte ebenfalls nicht nachgewiesen werden, die überdachten Flächen wurden genauso oft frequentiert wie die Kontrollflächen. Greifvögel überflogen innerhalb ihrer großen Aktionsräume auch die überdachten Obstkulturen zur Nahrungssuche und wurden weiterhin bei der Ansitzjagd am Rand der Versuchsflächen gesichtet. Zudem wurde der Turmfalke beim Ansitzen unter der Folien-Netz-Überdachung der Kirschkultur sowie beim Fressen auf dieser Überdachung sitzend beobachtet. Für die Insektivoren-Gilde wurden 52 Vogelarten nachgewiesen. Die Streuobstfläche im NSG wies die höchste Artenzahl von 40 auf, gefolgt von der Apfelkontrollfläche mit 27 Arten. Die Apfelversuchsfläche wies dagegen eine geringere Artenzahl von 19 auf, während die Artenzahlen beider Kirschkulturen mit 19 und 18 annähernd gleich gewesen sind. Die zehn häufigsten Arten waren in Reihenfolge ihrer Abundanz Kohlmeise, Star, Rabenkrähe, Amsel, Mauersegler, Bachstelze, Blaumeise, Buchfink, Feldlerche und Stieglitz. Insektivore Vögel wurden überwiegend nahrungssuchend am Boden und in Bäumen der Flächen oder beim Revierverhalten wie Singen, Rufen und Vigilanz auf Sitzwarten Zäunen, Pfählen sowie Kulturschutzeinrichtungen beobachtet. Die intensive Landnutzung der Obstkulturen führte im Vergleich zur naturnahen Streuobstfläche im NSG sowohl auf der Apfel- als auch auf der Kirschkontrollfläche zu einer hochsignifikant geringeren monatlichen Vogelartenzahl. Eine signifikant niedrigere Abundanz der insektivoren Vögel wies jedoch nur die Kirschkontrollfläche auf. Es wurden negative Effekte der intensiven Landnutzung auf die monatliche Abundanz von Gartenrotschwanz, Amsel und Blaumeise nachgewiesen, welche in den Obstkulturen hochsignifikant seltener beobachtet wurden. Der Einsatz von Kulturschutzeinrichtungen führte lediglich beim Hagelschutznetz zu einer zusätzlichen signifikanten Verringerung der monatlichen Vogelartenzahl. Die Folien-Netz-Kombination zeigte keinen signifikanten Einfluss auf die Vogeldiversität. Die Gesamtabundanz der Insektivoren-Gilde blieb in beiden Obstkulturen von Kulturschutzeinrichtungen unbeeinflusst. Abundanzen einzelner Arten zeigten jedoch abweichende Ergebnisse: Die Ringeltaube wurde unter dem Hagelschutznetz der Apfelkultur im Vergleich zur Kontrollfläche gar nicht beobachtet. Die Kohlmeise kam unter der Folien-Netz-Überdachung der Kirschkultur signifikant seltener vor, während der Wiedehopf hier etwa zehnmal häufiger vorkam als auf der Kirschkontrollfläche und der Streuobstfläche im NSG Höllenberg. Entscheidender Faktor für die starke Nutzung der Kirschkulturen waren für den Wiedehopf die vorhandenen vegetationsfreien Bodenbereiche, in denen diese Art bevorzugt nach Nahrungsinsekten sucht. Störungen durch die bei Wind laut flatternde Folienüberdachung auf darunter nahrungssuchende Wiedehopfe wurden nicht beobachtet.
Für die Arthropoden-Gilde wurden 185963 Individuen aus 18 Gruppen gefangen. Der Großteil von 79% dieser Individuen ließ sich Springschwänzen, Ameisen, Zweiflüglern oder Käfern zuordnen. Weitere 20% verteilten sich auf Webspinnen, Asseln, Hautflügler, Milben, Doppelfüßer, Weberknechte, Schnabelkerfe und Ohrwürmer. Die restlichen sechs Arthropodengruppen stellten den restlichen Individuenanteil von 0,9%. Hinsichtlich der determinierten 12910 Käfer-Imagines aus 403 Arten waren Artenzahl, Diversität sowie Anzahl seltener Arten und Habitatspezialisten sandiger Lebensräume in allen drei Untersuchungsjahren auf der naturnahen Streuobstfläche im NSG Höllenberg am höchsten. Die über Bodenfallen ermittelte Arthropoden-Trockenbiomasse lag je nach Fläche bei 9 bis 26 Gramm pro Jahr und die über Flugfallen ermittelte Arthropoden-Trockenbiomasse bei 0,6 bis 4,8 Gramm pro Jahr. Obwohl im Mittel jährlich 5,8 Pestizidbehandlungen in den Kirschkulturen sowie 14,6 Behandlungen in den Apfelkulturen durchgeführt wurden und Insektizide dabei anteilig bis zu 57% ausmachten, konnte kein Einfluss der intensiven Landnutzung mit dem Einsatz von Pestiziden auf die Arthropoden-Trockenbiomasse nachgewiesen werden. Kulturschutzeinrichtungen zeigten ebenfalls keinen Einfluss auf die Arthropoden-Trockenbiomasse.
Diese biozönotische Risikoanalyse belegt, dass der Einsatz von Kulturschutzeinrichtungen zumindest bei Hagelschutznetzen langfristig nachweisbare negative Effekte auf die Diversität von insektivoren Vögeln bewirken kann, welche über die vorhandenen negativen Folgen der intensiven Landnutzung in Obstkulturen hinausgehen. Da intensiv bewirtschaftete Obstkulturen bereits ohne Kulturschutzeinrichtungen zu einer Verarmung der lokalen Biozönose führen, sollte aus ökologischer Sicht vor der Errichtung von Kulturschutzeinrichtungen verlässlich abgewogen werden, ob der zusätzliche Verlust an Biodiversität durch die Verbesserung von Flächenstrukturen der Obstkulturen kompensierbar ist.
The aquatic environment is exposed to multiple environmental pressures and mixtures of chemical substances, among them petroleum and petrochemicals, metals, and pesticides. Aquatic invertebrate communities are used as bioindicators to reflect long-term and integral effects. Information on the presence of species can be supplemented with information on their traits. SPEAR-type bioindicators integrate such trait information on the community level.
This thesis aimed at enhancing specificity of SPEAR-type bioindicators towards particular groups of chemicals, namely to mixtures of oil sands-derived compounds, hydrocarbons, and metals.
For developing a bioindicator for discontinuous contamination with oil-derived organic toxicants, a field study was conducted in the Canadian oil sands development region in Northern Alberta. The traits ‘physiological sensitivity towards organic chemicals’ and ‘generation time’ were integrated to develop the bioindicator SPEARoil, reflecting the community sensitivity towards oil sands derived contamination in relation to fluctuating hydrological conditions.
According to the SPEARorganic approach, a physiological sensitivity ranking of taxa was developed for hydrocarbon contamination originating from crude oil or petroleum distillates. For this purpose, ecotoxicological information from acute laboratory tests was enriched with rapid and mesocosm test results. The developed Shydrocarbons sensitivity values can be used in SPEAR-type bioindicators.
To specifically reflect metal contamination in streams via bioindicators, Australian field studies were re-evaluated with focus on the traits ‘physiological metal sensitivity’ and ‘feeding type’. Metal sensitivity values, however, explained community effects in the field only weakly. Instead, the trait ‘feeding type’ was strongly related to metal exposure. The fraction of predators in a community can, thus, serve as an indicator for metal contamination in the field.
Furthermore, several metrics reflecting exposure to chemical cocktails in the environment were compared using existing pesticide datasets. Exposure metrics based on the 5% fraction of species sensitivity distributions were found to perform best, however, closely followed by Toxic Unit metrics based on the most sensitive species of a community or Daphnia magna.
Soil organic matter (SOM) is a key component responsible for sequestration of organic molecules in soil and regulation of their mobility in the environment. The basic structure of SOM is a supramolecular assembly responding dynamically to the environmental factors and the presence of interacting molecules. Despite of the advances in the understanding of sorption processes, the relation between sorbate molecules, SOM supramolecular structure and its dynamics is limited. An example of a dynamic nature of SOM is a physicochemical matrix aging that is responsible for SOM structural arrangement. The underlying process of the physicochemical aging is the formation of water molecule bridges (WaMB) between functional groups of molecular segments. Since WaMB influence the stiffness of SOM structure, it was hypothesized that formation of WaMB contributes to the sequestration of organic molecules. However, this hypothesis has not been tested experimentally until now. Furthermore, the knowledge about the influence of organic molecules on WAMB is based solely on computer modeling studies. In addition, the influence of organic molecules on some physical phases forming SOM is not well understood. Especially, the interactions between organic molecules and crystalline phases represented by aliphatic crystallites, are only presumed. Thus, the investigation of those interactions in unfractioned SOM is of high importance.
In order to evaluate the involvement of WaMB in the sequestration of organic molecules and to increase our understanding about interactions of organic chemicals with WaMB or aliphatic crystallites, the following hypotheses were tested experimentally. 1) Similarly to crystalline phases in synthetic polymers, aliphatic crystallites, as a part of SOM, cannot be penetrated by organic molecules. 2) The stability of WaMB is determined by the ability of surrounding molecules to interact with water forming WaMB. 3) WaMB prevent organic molecules to leave the SOM matrix and contribute thus to their immobilization. In order to test the hypotheses 1 and 2, a set of experiments including treatment of soils with chosen chemicals was prepared. Interaction abilities of these chemicals were characterized using interaction parameters from the Linear Solvation Energy Relationship theory. WaMB characteristics were monitored using Differential Scanning Calorimetry (DSC) allowing to measure the WaMB thermal stability and the rigidity of SOM matrix; which in turn was determined by the heat capacity change. In addition, DSC and 13C NMR spectroscopy assessed thermal properties and the structure of aliphatic crystallites. The spiking of samples with a model compound, phenol, and measurements of its desorption allowed to link parameters of the desorption kinetics with WaMB characteristics.
The investigation showed that the WaMB stability is significantly reduced by the presence of molecules with H-donor/acceptor interaction abilities. The matrix rigidity associated with WaMB was mainly influenced by the McGowan’s volume of surrounding molecules, suggesting the importance of dispersion forces. The desorption kinetics of phenol followed a first order model with two time constants. Both of them showed a relation with WaMB stability, which supports the hypothesis that WaMB contribute to the physical immobilization of organic molecules. The experiments targeted to the crystallites revealed their structural change from the ordered to the disordered state, when in contact with organic chemicals. This manifested in their melting point depression and the decrease of overall crystallinity. Described structural changes were caused by molecules interacting with specific as well as non-specific forces, which suggests that aliphatic crystallites can be penetrated and modified by molecules with a broad range of interaction abilities.
This work shows that chosen organic molecules interact with constituents of SOM as exemplified on WaMB and aliphatic crystallites, and cause measurable changes of their structure and properties. These findings show that the relevance of aliphatic crystallites for sorption in soil may have been underestimated. The results support the hypothesis that physicochemical matrix aging significantly contributes to the immobilization of organic chemicals in SOM.
Social Business Documents: An Investigation of their Nature, Structure and Long-term Management
(2018)
Business documents contain valuable information. In order to comply with legal requirements, to serve as organisational knowledge and to prevent risks they need to be managed. However, changes in technology with which documents are being produced introduced new kinds of documents and new ways of interacting with documents. Thereby, the web 2.0 led to the development of Enterprise Collaboration Systems (ECS), which enable employees to use wiki, blog or forum applications for conducting their business. Part of the content produced in ECS can be called Social Business Documents (SBD). Compared to traditional digital documents SBD are different in their nature and structure as they are, for example, less well-structured and do not follow a strict lifecycle. These characteristics bring along new management challenges. However, currently research literature lacks investigations on the characteristics of SBD, their peculiarities and management.
This dissertation uses document theory and documentary practice as theoretical lenses to investigate the new challenges of the long-term management of SBD in ECS. By using an interpretative, exploratory, mixed methods approach the study includes two major research parts. First, the nature and structure of Social Business Documents is addressed by analysing them within four different systems using four different modelling techniques each. The findings are used to develop general SBD information models, outlining the basic underlying components, structure, functions and included metadata, as well as a broad range of SBD characteristics. The second phase comprises a focus group, a case study including in-depth interviews and a questionnaire, all conducted with industry representatives. The focus group identified that the kind of SBD used for specific content and the actual place of storage differ between organisations as well as that there are currently nearly no management practices for SBD at hand. The case study provided deep insights into general document management activities and investigated requirements, challenges and actions for managing SBD. Finally, the questionnaire consolidated and deepened the previous findings. It provides insights about the value of SBD, their current management practices as well as management challenges and needs. Despite all participating organisations storing information worth managing in SBD most are not addressing them with management activities and many challenges remain.
Together, the investigations enable a contribution to practice and theory. The progress in practice is summarised through a framework, addressing the long-term management of Social Business Documents. The framework identifies and outlines the requirements and challenges of and the actions for SBD management. It also indicates the dependencies of the different aspects. Furthermore, the findings enable the progress in theory within documentary practice by discussing the extension of document types to include SBD. Existing problems are outlined along the definitions of records and the newly possible characteristics of documents emerging through Social Business Documents are taken into account.
Carabids, which are frequently distributed in agricultural landscapes, are natural enemies of different pests including slugs. Semi-natural habitats are known to affect carabids and thus, their potential to support natural pest control.
The impact of semi-natural habitats was investigated on carabids and slugs within different non-crop habitats (chapter 2). Most carabids and Deroceras reticulatum showed preferences for herbaceous semi-natural habitats, while Arion spp. occured mainly in woody habitats. An increase of predatory carabid abundance, which was linked to an inclining amount of semi-natural habitats in the landscape, and a decrease of Arion spp. densities, indicated a high potential for slug control in structural rich landscapes.
Effects of semi-natural habitats were investigated on predatory carabids and slugs in 18 wheat fields (chapter 3). Predatory carabid species richness was positively affected by the increasing amount of semi-natural habitats in the landscape, whereas predatory carabid abundance was neither influenced by adjacent habitat type nor by the proportion of semi-natural habitats in the landscape. The target pest species showed divergent patterns, whereas Arion spp. densities were highest in structural poor landscapes near woody margins. D. reticulatum was not affected by habitat type or landscape, reflecting its adaptation to agriculture. Results indicate an increased control of Arion spp. by carabids in landscapes with a high amount of semi-natural habitats.
Effects of semi-natural habitats and the influence of farming system was tested on carabid distribution within 18 pumpkin fields (chapter 4). Carabid species richness generally increased with decreasing distance to the field margins, whereas carabid abundance responded differently according to the adjacent habitat type. Farming system had no effect on carabids and landscape heterogeneity only affected carabids in organic pumpkin fields.
Slug and slug egg predation of three common carabid species was tested in single and double species treatments in the laboratory (chapter 5). Results show additive and synergistic effects depending on the carabid species. In general, semi-natural habitats can enhance the potential of slug control by carabids. This counts especially for Arionid slugs. Semi-natural habitats can support carabid communities by providing shelter, oviposition and overwintering sites as wells as complementary food sources. Therefore, it is important to provide a certain amount of non-crop habitats in agricultural landscapes.