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The Web contains some extremely valuable information; however, often poor quality, inaccurate, irrelevant or fraudulent information can also be found. With the increasing amount of data available, it is becoming more and more difficult to distinguish truth from speculation on the Web. One of the most, if not the most, important criterion used to evaluate data credibility is the information source, i.e., the data origin. Trust in the information source is a valuable currency users have to evaluate such data. Data popularity, recency (or the time of validity), reliability, or vagueness ascribed to the data may also help users to judge the validity and appropriateness of information sources. We call this knowledge derived from the data the provenance of the data. Provenance is an important aspect of the Web. It is essential in identifying the suitability, veracity, and reliability of information, and in deciding whether information is to be trusted, reused, or even integrated with other information sources. Therefore, models and frameworks for representing, managing, and using provenance in the realm of Semantic Web technologies and applications are critically required. This thesis highlights the benefits of the use of provenance in different Web applications and scenarios. In particular, it presents management frameworks for querying and reasoning in the Semantic Web with provenance, and presents a collection of Semantic Web tools that explore provenance information when ranking and updating caches of Web data. To begin, this thesis discusses a highly exible and generic approach to the treatment of provenance when querying RDF datasets. The approach re-uses existing RDF modeling possibilities in order to represent provenance. It extends SPARQL query processing in such a way that given a SPARQL query for data, one may request provenance without modifying it. The use of provenance within SPARQL queries helps users to understand how RDF facts arederived, i.e., it describes the data and the operations used to produce the derived facts. Turning to more expressive Semantic Web data models, an optimized algorithm for reasoning and debugging OWL ontologies with provenance is presented. Typical reasoning tasks over an expressive Description Logic (e.g., using tableau methods to perform consistency checking, instance checking, satisfiability checking, and so on) are in the worst case doubly exponential, and in practice are often likewise very expensive. With the algorithm described in this thesis, however, one can efficiently reason in OWL ontologies with provenance, i.e., provenance is efficiently combined and propagated within the reasoning process. Users can use the derived provenance information to judge the reliability of inferences and to find errors in the ontology. Next, this thesis tackles the problem of providing to Web users the right content at the right time. The challenge is to efficiently rank a stream of messages based on user preferences. Provenance is used to represent preferences, i.e., the user defines his preferences over the messages' popularity, recency, etc. This information is then aggregated to obtain a joint ranking. The aggregation problem is related to the problem of preference aggregation in Social Choice Theory. The traditional problem formulation of preference aggregation assumes a I fixed set of preference orders and a fixed set of domain elements (e.g. messages). This work, however, investigates how an aggregated preference order has to be updated when the domain is dynamic, i.e., the aggregation approach ranks messages 'on the y' as the message passes through the system. Consequently, this thesis presents computational approaches for online preference aggregation that handle the dynamic setting more efficiently than standard ones. Lastly, this thesis addresses the scenario of caching data from the Linked Open Data (LOD) cloud. Data on the LOD cloud changes frequently and applications relying on that data - by pre-fetching data from the Web and storing local copies of it in a cache - need to continually update their caches. In order to make best use of the resources (e.g., network bandwidth for fetching data, and computation time) available, it is vital to choose a good strategy to know when to fetch data from which data source. A strategy to cope with data changes is to check for provenance. Provenance information delivered by LOD sources can denote when the resource on the Web has been changed last. Linked Data applications can benefit from this piece of information since simply checking on it may help users decide which sources need to be updated. For this purpose, this work describes an investigation of the availability and reliability of provenance information in the Linked Data sources. Another strategy for capturing data changes is to exploit provenance in a time-dependent function. Such a function should measure the frequency of the changes of LOD sources. This work describes, therefore, an approach to the analysis of data dynamics, i.e., the analysis of the change behavior of Linked Data sources over time, followed by the investigation of different scheduling update strategies to keep local LOD caches up-to-date. This thesis aims to prove the importance and benefits of the use of provenance in different Web applications and scenarios. The exibility of the approaches presented, combined with their high scalability, make this thesis a possible building block for the Semantic Web proof layer cake - the layer of provenance knowledge.
An assistance system has been developed for the purpuse of supporting the surgeon during the repositioning phase of intramedullary nailing of femural shaft fractures. As a basic principle the high forces generated by femural muscles and ligaments are taken by a linear sledge and a threaded rod. In order to move bone fragments directly Schanz screws are used as bone-machine interface. Two more Schanz screws are used for fine tuning orientation and position of the fragments according to the well known Joystick technique. The screws are fixed to two articulated arms, one passive and one fully robotic with manipulator. Thanks to the serial kinematic configuration of the system only minmal space of the surgeons working area gets occupied. Running a realtime operating system, the central control unit consits could be implemented as an embedded system comprising of a ARM Cortex-M0 microcontroller at it’s heart. This enables realtime computation and motor control of each joints value of the robotic arm using inverse kinematics. As inverse kinematics solver the iterative FABRIK algorithm was chosen. Serving as innovative and single user interface for the surgeon an optical force-torque sensor is used. The robotic arm always follows the surgeons motion when interacting with the sensor. Using the proposed demonstrator system a positioning resulution of <0,1mm could be accomplished. Thus by using the proposed solution during intramedullary nailing of femural shaft fractures a tremendous gain in positioning precision of bone fragments can be achieved. Furthermore a massive reduction of x-ray exposition of the surgeon is possible when applying the proposed approach. Also this approach enables the chance of cost reduction of femural fracture therapy due to reduction of needed time and staff.
Grassland management has been increasingly intensified throughout centuries since mankind started to control and modify the landscape. Species communities were always shaped alongside management changes leading to huge alterations in species richness and diversity up to the point where land use intensity exceeded the threshold. Since then biodiversity became increasingly lost. Today, global biodiversity and especially grassland biodiversity is pushed beyond its boundaries. Policymakers and conservationists seek for management options which fulfill the requirements of agronomic interests as well as biodiversity conservation alongside with the maintenance of ecosystem processes. However, there is and will always be a trade-off.
Earlier in history, natural circumstances in a landscape mainly determined regionally adapted land use. These regional adaptions shaped islands for many specialist species, and thus diverse species communities, favoring the establishment of a high β-diversity. With the raising food demand, these regional and traditional management regimes became widely unprofitable, and the invention of mineral fertilizers ultimately led to a wide homogenization of grassland management and, as follows, the loss of biotic heterogeneity. In the course of the green revolution, this immediate coherence and the dependency between grassland biodiversity and traditional land use practices becomes increasingly noticed. Indeed, some traditional forms of management such as meadow irrigation have been preserved in a few regions and thus give us the opportunity to directly investigate their long-term relevance for the species communities and ecosystem processes. Traditional meadow irrigation was a common management practice to improve productivity in lowland, but also alpine hay meadows throughout Europe until the 20th century. Nowadays, meadow irrigation is only practiced as a relic in a few remnant areas. In parts of the Queichwiesen meadows flood irrigation goes back to the Middle Ages, which makes them a predestined as a model region to study the long- and short-term effects of lowland meadow irrigation on the biodiversity and ecosystem processes.
Our study pointed out the conservation value of traditional meadow irrigation for the preservation of local species communities as well as the plant diversity at the landscape scale. The structurally more complex irrigated meadows lead to the assumption of a higher arthropod diversity (Orthodoptera, Carabidae, Araneae), which could not be detected. However, irrigated meadows are a significant habitat for moisture dependent arthropod species. In the light of the agronomic potential, flood irrigation could be a way to at least reduce fertilizer costs to a certain degree and possibly prevent overfertilization pulses which are necessarily hazardous to non-target ecosystems. Still, the reestablishment of flood irrigation in formerly irrigated meadows, or even the establishment of new irrigation systems needs ecological and economic evaluation dependent on regional circumstances and specific species communities, at which this study could serve as a reference point.
Identifikation und Analyse von Konfigurationen zwischenbetrieblicher Integration in der Möbelbranche
(2017)
In der Möbelbranche in Deutschland existieren seit mehreren Jahren branchenweite Bemühungen, zwischenbetriebliche Kooperationen durch organisatorische und technische Lösungen (z.B. Standardisierung von Austauschformaten) zu unterstützen. In einigen Branchensegmenten (vor allem Küche und Polster) konnten sich Infrastrukturen zur Integration etablieren, die von vielen Branchenteilnehmern akzeptiert und genutzt werden. Trotz dieser Entwicklung sind in den genannten Branchensegmenten überraschende Phänomene in jüngerer Vergangenheit zu beobachten: Mängel in der Prozessintegration zwischen Branchenakteuren, Unterschiede im Standardisierungsfortschritt zwischen den Branchensegmenten und die Entstehung unterschiedlicher Infrastrukturen zur zwischenbetrieblichen Integration. Bei näherer Betrachtung der beobachteten Phänomene offenbart sich ein hoch-komplexes Zusammenspiel der in der Möbelbranche agierenden Akteure auf drei unterschiedlichen Ebenen (institutionell, organisatorisch und technisch). Um die verantwortlichen Zusammenhänge zu verstehen, ist eine ganzheitliche Betrachtung relevanter Faktoren erforderlich. Dafür gibt es bislang nur wenige überzeugende Konzepte. Die Konfigurationsanalyse nach Lyytinen und Damsgaard betrachtet Unternehmensnetzwerke als Konfigurationen zwischenbetrieblicher Integration, die einem stabilen Muster von Kooperationsformen entsprechen. Sie ist insbesondere dafür geeignet, Unternehmensnetzwerke auf Branchenebene zu untersuchen. In der vorliegenden Arbeit wird die Konfigurationsanalyse mittels eines speziell dafür entwickelten bzw. angepassten Forschungsdesigns zum ersten Mal operationalisiert. Dazu wurden in 21 Interviews mit 19 Organisationen Daten zu Konfigurationen zwischenbetrieblicher Integration in zwei Branchensegmenten der Möbelbranche (Küche und Polster) in Deutschland erhoben, analysiert und Erklärungsansätze für die drei oben genannten Phänomene entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass komplexe Konstellationen von Brancheneigenschaften die existierenden Konfigurationen begründen. Insgesamt wurden vier Konfigurationstypen (Mittler, Branche, Dyade und Triade) identifiziert, die in 17 konkreten Konfigurationen zum Einsatz kommen (Mittler (4-mal), Branche (5-mal), Dyade (6-mal) und Triade (2-mal)). Die Ursachen für die beobachteten Phänomene sind vielfältig. Insbesondere sind bestimmte branchenbezogene Charakteristika (u.a. Produkteigenschaften),der Wettbewerb zwischen Akteursklassen und zuletzt die wirtschaftliche Überlegenheit des Handels gegenüber den Herstellern ausschlaggebend. Der Standardisierungsfortschritt in den Branchensegmenten und die zugrunde liegenden Infrastrukturen sind vor allem von dem betriebswirtschaftlichen Nutzenpotenzial abhängig, das ihnen jeweils zugeschrieben wird. Die Prozessintegration hingegen benötigt eine zentral steuernde Instanz zur erfolgreichen IOIS-Diffusion.
Die deutsche Holzhausbranche wächst seit Jahren, allerdings beschäftigen sich die Unternehmen nicht strategisch mit dem Thema Marketing. Diese Dissertation bildet durch qualitative und quantitative Bewohnerbefragungen die Basis für die Entwicklung eines strategischen Marketingansatzes im Holzhausbereich.
Introduction:
In March 2012 a secessionist-Islamist insurgency gained momentum in Mali and quickly took control of two-thirds of the state territory. Within weeks radical Islamists, drug smugglers and rebels suddenly ruled over a territory bigger than Germany. News of the abuse of the population and the introduction of harsh Sharia law spread soon, and word got out that the Malian Army had simply abandoned the land. The general echo of the IC was surprise, a reaction that was, as this research will show, as unfunded as it was unconstructive*. When Malian state structures collapsed, the world watched in shock, even though the developments couldhave been anticipated –and prevented. Ultimately, the situation had to be resolved by international forces (most notably French troops), who are still in Mali at the time of writing (Arieff 2013a: 5; Lohmann 2012: 3; Walther and Christopoulos 2015: 514f.; Shaw 2013: 204; Qantara, Interview, 2012;L’Express, Mali, 2015; Deutscher Bundestag, MINUSMA und EUTM Mali, 2016; UN, MUNISMA, 2016; Boeke and Schuurmann 2015: 801; Chivvis 2016: 93f.).
This research will show that the developments in Mali in 2012 have been developing for a long time and could have been avoided. In doing so, it will also show why state security can never be analyzed or consolidated in an isolated manner. Instead, it is necessary to take into account regional dynamics and developments in order to find a comprehensive approach to security in individual states. Once state failure occurs, not only does the state itself fail, but the surrounding region equally failed to prevent the failure.
Weak states are a growing concern in many world regions, particularly in Africa. As international intervention often proves unsustainable for various reasons*, the author believes that states which cannot stabilize themselves need a regional agent to support them. This regional agent should be a Regional Security Complex (RSC) asdefined by Barry Buzan and Ole Waever (Buzan and Waever 2003). As the following analysis will show, Mali is a case in point. The hope is that this study will help avoid similar failures in the future by making a strong case for the establishment of RSC’s.
…
Hintergrund: Veränderte gesetzliche Rahmenbedingungen in der stationären Altenhilfe, die demografische Entwicklung mit dem steigenden Bedarf an Pflegekräften einerseits und die Tatsache, dass immer weniger Menschen aufgrund des Images des Berufes und der Arbeitsbedingungen in der Pflege tätig sein wollen andererseits, machen es notwendig neue Wege zu suchen. Die Träger im Sozial- und Gesundheitswesen sind gefordert, Konzepte zu entwickeln, die ihre Wirtschaftlichkeit sichern, gleichzeitig aber auch den Belastungen und der Unzufriedenheit von Mitarbeitenden entgegenwirken. Es braucht Gestaltungsräume, um Lösungen im Konflikt zwischen Anspruch und Machbarkeit zu finden und so dem alltäglichen Stress, der Mitarbeiterfluktuation und dem drohenden Leistungsabfall entgegenzuwirken. Durch das Praxisprojekt eines sozial-karitativen Trägers zur Implementierung einer ´Konstruktiven Konfliktkultur´ in einer stationären Altenhilfeeinrichtung sollte eine Organisationskultur geschaffen werden, in der Konflikte offen angesprochen werden, eine Offenheit für Veränderungsprozesse entsteht, Belastungen reduziert und die Mitarbeitenden an die Organisation gebunden werden. Dazu wurden drei pädagogische Interventionen entwickelt, durch die die Mitarbeitenden und die Führungskräfte in ihrer Konfliktfähigkeit geschult werden sollten. Methode: Die wissenschaftliche Begleitung dieses Praxisprojektes fand als Evaluationsstudie statt. Zu drei Erhebungszeitpunkten wurde eine repräsentative Mitarbeitergruppe dieser Einrichtung zu den Themen Konflikterleben, Führungsverhalten, Macht/ Regeln und Veränderungen durch qualitative Leitfadeninterviews befragt. Die Auswertung und Analyse der Daten erfolgte im Sinne der qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring und floss ein in eine formative Prozessevaluation der einzelnen Interventionen und einer summativen Effektevaluation zu Bewertung der Zielerreichung des Projektes. Ergebnis: Die einzelnen Interventionen des Projektes konnten nicht dazu beitragen, dass eine ´Konstruktiven Konfliktkultur´ nachhaltig entwickelt werden konnte. Zwar gab es in der Bewusstseinsspanne des Projektes einen expliziten Wissensgewinn, jedoch mehr bei den Führungskräften als bei den Mitarbeitenden. Die Führungskräfte sahen im Projekt einen Gewinn, für einen Teil der Mitarbeitenden war es sogar Zeitverschwendung. Anhand der Ergebnisse lassen sich drei Merkmale herauskristallisieren, die kennzeichnend sind für die zugrundeliegenden Denk-, Urteils-, und Handlungsstrukturen in sozialen Organisationen im Umgang mit Konflikten: Konflikte sind nicht wahrnehmbare Konstrukte der Alltagswelt. Sie manifestieren sich aufgrund fehlender Legitimation in Überforderung und eine ´Konstruktiven Konfliktkultur´ kann nicht auf das Wissen Einzelner aufbauen, sondern benötigt verbindliche Handlungsstrukturen für alle Organisationsmitglieder gleichermaßen. Ergebnisinterpretation: Durch die Einbeziehung wissenssoziologischer und konfliktsoziologischer Theorien und deren Einordnung in Institutionen – und Organisationstheorien konnten die Ergebnisse diskutiert und neue Erkenntnisse über Konflikte in Organisationen, die sich in drei Spannungsfeldern zeigen, gewonnen werden. Die Spannungsfelder bewegen sich zwischen dem Konflikt als nicht-wahrnehmbarem Alltagsphänomen auf der einen Seite und einer manifestierten Belastung auf der anderen Seite, dem Gewohnheitswissen im alltäglichen Umgang einerseits und einem fehlenden Handlungswissen andererseits, einer funktional-positiven Sicht hier und einer dysfunktional-negativen Sicht dort. Anhand dieser Spannungsfelder kann die Konfliktmentalität und ihre Entstehung und auch die Möglichkeit ihrer Veränderbarkeit reflektiert und können Erfolgsfaktoren für die Implementierung einer ´Konstruktiven Konfliktkultur´ entwickelt werden.
Schlussfolgerung: Wissen, Legitimation und Institutionalisierung und die Stärkung der Wahrnehmungen sind der Schlüssel für die Veränderung der Konfliktmentalität in sozialen Organisationen. Nachhaltigkeit erhält die Thematik aber erst, wenn alle Organisationsmitglieder eine gewisse Handlungsnotwendigkeit für sich erkennen. Aktuell steht die Organisationsentwicklung für den expliziten Veränderungswillen von Management, der jedoch auf ein gewisses Beharrungsvermögen von Mitarbeitenden trifft.
Grundwasser ist eine lebenswichtige Ressource und gleichzeitig ein thermisch stabiler Lebensraum mit einer außergewöhnlichen Fauna. Aufgrund der Klimageschichte der letzten ca. 1,8 Millionen Jahre in Mitteleuropa war die Ausgangshypothese, dass die meisten Grundwasserarten an Temperaturen unterhalb von 14 °C angepasst sind und sich Temperaturerhöhungen daher negativ auf die Grundwasserfauna auswirken.
Um die Folgen einer Klimaerwärmung in situ beurteilen zu können, wurden anthropogen erwärmte Grundwässer als Modelle herangezogen. In ersten Teil dieser Arbeit wurden die Crustaceagemeinschaften natürlich temperierter und anthropogen erwärmter Standorte untersucht. Dazu wurden insgesamt 70 Grundwassermessstellen im Oberrheingraben über ein Jahr (2011 bis 2012) sechsmal beprobt. Ergänzend zu diesem synökologischen Ansatz wurde in einem zweiten Teil die Temperaturpräferenz ausgewählter Arten überprüft. Für diese autökologische Betrachtung wurde ein deutschlandweiter Datensatz herangezogen.
Die ausgewählten Untersuchungsgebiete haben sich als geeignete Modelle für die prognostizierten Temperaturerhöhungen herausgestellt. Die Temperatur erwies sich als einer der wichtigsten Parameter für die Crustaceagemeinschaften. Erwärmungen beeinflussen die Zusammensetzung der Gemeinschaften und die Diversität. Dabei zeigte sich, dass es artspezifisch unterschiedliche Temperaturpräferenzen gibt. Einige vermutlich weniger streng stygobionte Arten scheinen höhere Temperaturen zu tolerieren. Der Großteil der stygobionten Grundwasserarten bevorzugt allerdings Temperaturen unterhalb von 14 °C, wobei wenige Arten als „extrem kalt¬steno-therm“ einzustufen sind. Diese Arten wurden an Standorten nachgewiesen, die aufgrund der hydrologischen Verhältnisse relativ kühl sind und der Fauna auch zukünftig als kalte Refugien Schutz bieten könnten. Einer dieser Standorte ist aufgrund seiner Artenvielalt als „Hot Spot“ einzustufen. Die Ergebnisse legen nahe, dass vor allem kaltstenotherme Arten durch eine Klimaerwärmung und anthropogene Wärmeeinträge gefährdet sind.
Die Untersuchung zeigt, dass Grundwasserlebensräume vor Temperaturerhöhungen zu bewahren sind. Lokale anthropogene Wärmeeinträge sollten keine dauerhafte und großflächige Grundwassererwärmung über 14 °C zur Folge haben. Thermische Ein-träge sollten überwacht und bewertet werden. Es wird empfohlen, die bestehenden rechtlichen Rahmenbedingungen den ökologischen Erfordernissen anzupassen.
Im schulischen Kontext wird dem Prozess der Erkenntnisgewinnung in eigenverantwortlichen Lernprozessen immer mehr Bedeutung beigemessen. Experimentelles Arbeiten wird in den nationalen Bildungsstandards als Prozess beschrieben, welcher vier Teil-schritte durchläuft: (1) Fragestellung entwickeln, (2) Experimente durchführen, (3) Daten notieren und (4) Schlussfolgerung ziehen [1]. In der fachdidaktischen Forschung gibt es bisher keine Untersuchungen, die explizit den Teilschritt der Datenaufnahme und dessen Bedeutung behandeln.
In dieser Arbeit werden die unterschiedlichen Definitionen der naturwissenschaftlichen Protokollformen voneinander abgegrenzt sowie im Rahmen von drei Teilstudien die Bedeutung des Protokollierens für die Lernwirksamkeit untersucht. Zusätzlich wird eine Auswertungsmethode für die Qualität von Erarbeitungsprotokollen vorgestellt.
For a comprehensive understanding of evolutionary processes and for providing reliable prognoses about the future consequences of environmental change, it is essential to reveal the genetic basis underlying adaptive responses. The importance of this goal increases in light of ongoing climate change, which confronts organisms worldwide with new selection pressures and requires rapid evolutionary change to avoid local extinction. Thereby, freshwater ectotherms like daphnids are particularly threatened. Unraveling the genetic basis of local adaptation is complicated by the interplay of forces affecting patterns of genetic divergence among populations. Due to their key position in freshwater communities, cyclic parthenogenetic mode of reproduction and resting propagules (which form biological archives), daphnids are particularly suited for this purpose.
The aim of this thesis was to assess the impact of local thermal selection on the Daphnia longispina complex and to reveal the underlying genetic loci. Therefore, I compared genetic differentiation among populations containing Daphnia galeata, Daphnia longispina and their interspecific hybrids across time, space, and species boundaries. I revealed strongly contrasting patterns of genetic differentiation between selectively neutral and functional candidate gene markers, between the two species, and among samples from different lakes, suggesting (together with a correlation with habitat temperatures) local thermal selection acting on candidate gene TRY5F and indicating adaptive introgression. To reveal the candidate genes’ impact on fitness, I performed association analyses among data on genotypes and phenotypic traits of D. galeata clones from seven populations. The tests revealed a general temperature effect as well as inter-population differences in phenotypic traits and imply a possible contribution of the candidate genes to life-history traits. Finally, utilizing a combined population transcriptomic and reverse ecology approach, I introduced a methodology with a wide range of applications in evolutionary biology and revealed that local thermal selection was probably a minor force in shaping sequence and gene expression divergence among four D. galeata populations, but contributed to sequence divergence among two populations. I identified many transcripts possibly under selection or contributing strongly to population divergence, a large amount thereof putatively under local thermal selection, and showed that genetic and gene expression variation is not depleted specifically in temperature-related candidate genes.
In conclusion, I detected signs of local adaptation in the D. longispina complex across space, time, and species barriers. Populations and species remained genetically divergent, although increased gene flow possibly contributed, together with genotypes recruited from the resting egg bank, to the maintenance of standing genetic variation. Further work is required to accurately determine the influence of introgression and the effects of candidate genes on individual fitness. While I found no evidence suggesting a response to intense local thermal selection, the high resilience and adaptive potential regarding environmental change I observed suggest positive future prospects for the populations of the D. longispina complex. However, overall, due to the continuing environmental degradation, daphnids and other aquatic invertebrates remain vulnerable and threatened.
Natural pest control and pollination are important ecosystem services for agriculture. They can be supported by organic farming and by seminatural habitats at the local and landscape scale.
The potential of seminatural habitats to support predatory flies (chapters 2 and 3) and bees(chapter 7) at the local and landscape scale was investigated in seminatural habitats. Predatory flies were more abundant in woody habitats and positively related to landscape complexity. The diversity and the abundance of honey and wild bees were positively related to the supply of flowers offered in the seminatural habitats.
The influence of organic farming, adjacent seminatural habitats and landscape complexity on pest control (chapter 4) and pollination (chapter 6) was investigated in 18 pumpkin fields. Organic farming lacked strong effects both on the pest control and on the pollination of pumpkin.
Pest control is best supported at the local scale by the flower abundance in the adjacent habitat. The flower supply positively affected the density of natural enemies and tended to reduce aphid densities in pumpkin fields.
Pumpkin provides a striking example for a dominant role of wild pollinators for pollination success, because bumble bees are the key pollinators of pumpkin in Germany, despite a higher visitation frequency of honey bees. Pollination is best supported by landscape complexity. Bumble bee visits and as a result pollen delivery in pumpkin were negatively related to the dominance of agricultural land in the surrounding landscape.
The influence of aphid density (chapter 8) and pollination (chapter 5) on pumpkin yield was evaluated. Pumpkin yields were not affected by aphid densities observed in the pumpkin fields and not limited by pollination at the current levels of bee visitation.
In conclusion, especially seminatural habitats, that provide diverse, continuous floral resources, are important for natural enemies and pollinators. A sufficient proportion of different seminatural habitat types in agricultural landscapes should be maintained and restored. Thereby natural enemies such as predatory flies, wild pollinators such as bumble bees, and the pest control and pollination provided by them can be supported.
Statistical eco(-toxico)logy
(2017)
Freshwaters are of immense importance for human well-being.
Nevertheless, they are currently facing unprecedented levels of threat from habitat loss and degradation, overexploitation, invasive species and
pollution.
To prevent risks to aquatic ecosystems, chemical substances, like agricultural pesticides, have to pass environmental risk assessment (ERA) before entering the market.
Concurrently, large-scale environmental monitoring is used for surveillance of biological and chemical conditions in freshwaters.
This thesis examines statistical methods currently used in ERA.
Moreover, it presents a national-scale compilation of chemical monitoring data, an analysis of drivers and dynamics of chemical pollution in streams and, provides a large-scale risk assessment by combination with results from ERA.
Additionally, software tools have been developed to integrate different datasets used in ERA.
The thesis starts with a brief introduction to ERA and environmental monitoring and gives an overview of the objectives of the thesis.
Chapter 2 addresses experimental setups and their statistical analyses using simulations.
The results show that current designs exhibit unacceptably low statistical power, that statistical methods chosen to fit the type of data provide higher power and that statistical practices in ERA need to be revised.
In chapter 3 we compiled all available pesticide monitoring data from Germany.
Hereby, we focused on small streams, similar to those considered in ERA and used threshold concentrations derived during ERA for a large-scale assessment of threats to freshwaters from pesticides.
This compilation resulted in the most comprehensive dataset on pesticide exposure currently available for Germany.
Using state-of-the-art statistical techniques, that explicitly take the limits of quantification into account, we demonstrate that 25% of small streams are at threat from pesticides.
In particular neonicotinoid pesticides are responsible for these threats.
These are associated with agricultural intensity and can be detected even at low levels of agricultural use.
Moreover, our results indicated that current monitoring underestimates pesticide risks, because of a sampling decoupled from precipitation events.
Additionally, we provide a first large-scale study of annual pesticide exposure dynamics.
Chapters 4 and 5 describe software solutions to simplify and accelerate the integration of data from ERA, environmental monitoring and ecotoxicology that is indispensable for the development of landscape-level risk assessment.
Overall, this thesis contributes to the emerging discipline of statistical ecotoxicology and shows that pesticides pose a large-scale threat to small streams.
Environmental monitoring can provide a post-authorisation feedback to ERA.
However, to protect freshwater ecosystems ERA and environmental monitoring need to be further refined and we provide software solutions to utilise existing data for this purpose.
The presence of anthropogenic chemicals in the natural environment may impact both habitats and human use of natural resources. In particular the contamination of aquatic resources by organic compounds used as pharmaceuticals or household chemicals has become evident. The newly identified environmental pollutants, also known as micropollutants, often have i) unknown ecotoxicological impacts, ii) unknown partitioning mechanisms, e.g. sorption to sediments, and iii) limited regulation to control their emission. Furthermore, like any compound, micropollutants can be transformed while in the environmental matrix to unknown transformation products (TPs), which add to the number of unknown chemicals to consider and thus increase the complexity of risk management. Transformation is at the same time a natural mechanism for the removal of anthropogenic compounds, either by complete degradation (mineralisation) or to innocuous TPs. However, how transformation occurs in real-world conditions is still largely unknown. During the transport of micropollutants from household wastewater to surface water, a large amount of transformation can occur during wastewater treatment—specifically during biological nitrifying–denitrifying treatment processes. The thesis considers the systematic optimisation of laboratory investigative techniques, application of sensitive mass-spectrometry-based analysis techniques and the monitoring of full-scale wastewater treatment plants (WWTPs) to elucidate transformation processes of five known micropollutants.
The first of the five compounds investigated was the antibiotic trimethoprim. Incubation experiments were conducted at different analyte spike concentrations and different sludge to wastewater ratios. Using high-resolution mass spectrometry, a total of six TPs were identified from trimethoprim. The types of TPs formed was clearly influenced by the spike concentration. To the best of our knowledge, such impacts have not been previously described in the literature. Beginning from the lower spike concentration, a relatively stable final TP was formed (2,4-diaminopyrimidine-5-carboxylic acid, DAPC), which could account for almost all of the transformed trimethoprim quantity. The results were compared to the process in a reference reactor. Both by the detection of TPs (e.g., DAPC) and by modelling the removal kinetics, it could be concluded that only experimental results at the low spike concentrations mirrored the real reactor. The limits of using elevated spike concentrations in incubation experiments could thus be shown.
Three phenolic micropollutants, the antiseptic ortho-phenylphenol (OPP), the plastics additive bisphenol A (BPA) and the psychoactive drug dextrorphan were investigated with regard to the formation of potentially toxic, nitrophenolic TPs. Nitrite is an intermediate in the nitrification– denitrification process occurring in activated sludge and was found to cause nitration of these phenols. To elucidate the processes, incubation experiments were conducted in purified water in the presence of nitrite with OPP as the test substance. The reactive species HNO2, N2O3 and the radicals ·NO and ·NO2 were likely involved as indicated by scavenger experiments. In conditions found at WWTPs the wastewater is usually at neutral pH, and nitrite, being an intermediate, usually has a low concentration. By conducting incubation experiments inoculated with sludge from a conventional WWTP, it was found that the three phenolic micropollutants, OPP, BPA and dextrorphan were quickly transformed to biological TPs. Nitrophenolic TPs were only formed after artificial increase of the nitrite concentration or lowering of the pH. However, nitrophenolic-TPs can be formed as sample preparation artefacts through acidification or freezing for preservation, creating optimal conditions for the reaction to take place.
The final micropollutant to be studied was the pain-reliever diclofenac, a micropollutant on the EU-watch list due to ecotoxicological effects on rainbow trout. The transformation was compared in two different treatment systems, one employing a reactor with suspended carriers as a biofilm growth surface, while the other system employed conventional activated sludge. In the biofilm-based system, the pathway was found to produce many TPs each at relatively low concentration, many of which were intermediate TPs that were further degraded to unknown tertiary TPs. In the conventional activated sludge system some of the same reactions took place but all at much slower rates. The main difference between the two systems was due to different reaction rates rather than different transformation pathways. The municipal WWTPs were monitored to verify these results. In the biofilm system, a 10-day monitoring campaign confirmed an 88% removal of diclofenac and the formation of the same TPs as those observed in the laboratory experiments. The proposed environmental quality standard of 0.05 μg/L might thus be met without the need for additional treatment processes such as activated carbon filtration or ozonation.
In der vorliegenden Arbeit wird das thermochemische Wechselwirkungsverhalten verschiedener Magnesiakohlenstoffmaterialen in Abhängigkeit verschiedener Einflussgrößen wissenschaftlich untersucht. Schwerpunkte der experimentellen Arbeiten bilden thermoanalytische Experimente, Gefügeuntersuchungen der Magnesiakohlenstoff-Proben sowie thermodyna-mische Berechnungen und Auswertungen durch CAT (Computer Aided Thermochemistry) mittels des Softwarepakets FactSage.
Erster Themenbereich dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der in dem Rohstoff Magnesia enthaltenen mineralogischen Nebenphasen Merwinit (C3MS2), Monticellit (CMS) und Belit (C2S) auf den carbothermisch induzierten Verschleiß im MgO-C-Material. Für die Messreihen wurden die Nebenphasen eigens synthetisiert und hiermit MgO-C-Nebenphase-Modellwerkstoffe hergestellt. Die Nebenphase Monticellit ist unbeständig gegenüber der carbothermischen Reduktion. Monticellit wird im MgO-C-Gefüge durch Kohlenstoff reduziert und hieraus ergibt sich ein erhöhter Gewichtsverlust des Probenmaterials. Auch Merwinit wird bei T = 1600°C reduziert, der Gewichtsverlust wird dadurch allerdings nicht erhöht. Belit ist im MgO-C-Gefüge stabil gegenüber carbothermischer Reduktion.
Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Untersuchung des Einflusses des klassischen Antioxidans Aluminium auf die thermochemische Stabilität von MgO-C. Bei geringen Sauerstoffpartialdrücken ist die Reaktion des Aluminium-Metalls bzw. des bereits zu Al4C3 carbidisierten Aluminiums mit dem steineigenen Periklas unter Mg(g)-Bildung möglich, was einen erhöhten Gewichtsverlust zur Folge hat. Aber auch nach der Oxidation zu Al2O3 bzw. Spinell liegt Aluminium in signifikanten Mengen als Al(g) und Al2O(g) in der Gasphase vor und greift des Weiteren die Nebenphasen an, was ebenfalls zu einem messbaren Gewichtsverlust führt.
Dritter Arbeitsschwerpunkt war die Untersuchung des Einflusses des Umgebungsdruckes auf die carbothermische Reduktion von MgO. Die Ergebnisse zeigen, dass der Druck sich in zweierlei Hinsicht auf die carbothermische Reduktion von MgO auswirkt. Zum einen bewirkt ein sinkender Umgebungsdruck eine Beschleunigung der carbothermischen Reduktion durch die Verschiebung des thermodynamischen Gleichgewichts auf die Produktseite. Des Weiteren sorgt er für einen schnelleren Abtransport der Produktgase vom Reaktionsort und ver-hindert somit die Einstellung eines lokalen Gleichgewichts im Gefüge. Dritter Effekt ist die mit steigendem Druck verstärkt ablaufende Kohlenstoffoxidation durch Umgebungssauerstoff, da die Sauerstoffmenge in der Umgebung des MgO-C-Materials vom Umgebungsdruck bestimmt wird. Für die Geschwindigkeit des thermochemischen Verschleißes von Magnesiakohlenstoffmaterialien, der immer eine Kombination aus Kohlenstoffoxidation und carbothermischer Reduktion darstellt, bedeutet dies, dass sie in Abhängigkeit vom Umgebungsdruck in unterschiedlichem Ausmaß von diesen beiden Reaktionen beeinflusst wird.
This dissertation will discuss the theories of exponents of the philosophy of dialogue. Through that it shall establish the basis to reflect entrepreneurial leadership action. The goal is to find an approach for the development of a dialogical leadership culture.
The empirical part shall examine on what basis, in correlation with a dialogical leadership style, subjective assumptions are made by managers in their leadership action who work in inpatient nursing services. Furthermore, it shall address the question of how those subjective assumptions can be considered and utilized towards establishing future dialogically oriented leadership cultures and the development of coinciding management personnel.
It shall also debate the question to what extent the philosophy of dialogue includes theoretical concepts which can be used to describe a leadership culture. The intellectual approach of Martin Bubers is especially taken into consideration.
Based on these theoretical grounds, the attempt shall be made to develop the basic intention of a dialogical leadership culture which will appropriately justify a didactical concept for the development of management personnel in nursing services.
The European weatherfish (Misgurnus fossilis) is a benthic freshwater fish species belonging to the family Cobitidae, that is subjected to a considerable decline in many regions across its original distribution range. Due to its cryptic behavior and low economic value, the causes of threat to weatherfish remained partly unknown and the species is rarely at the center of conservation efforts. In order to address these concerns, the overall aim of the present thesis was to provide a comprehensive approach for weatherfish conservation, including the development of stocking measures, investigations on the species autecology and the evaluation of potential threats. The first objective was to devise and implement a regional reintroduction and stock enhancement program with hatchery-reared weatherfish in Germany. Within this program (2014-2016), a total number of 168,500 juvenile weatherfish were stocked to seven water systems. Recaptures of 45 individuals at two reintroduction sites supported the conclusion that the developed stocking strategy was appropriate. In order to broaden the knowledge about weatherfish autecology and thereby refining the rearing conditions and the selection of appropriate stocking waters, the second objective was to investigate the thermal requirements of weatherfish larvae. Here, the obtained results revealed that temperatures higher than previously suggested were tolerated by larvae, whereas low temperatures within the range of likely habitat conditions increased mortality rates. As weatherfish can be frequently found in agriculturally impacted waters (e.g. ditch systems), they are assumed to have an increased probability to be exposed to chemical stress. Since the resulting risk has not yet been investigated with a focus on weatherfish, the third objective was to provide a methodical foundation for toxicity testing that additionally complies with the requirements of alternative test methods. For this purpose, the acute fish embryo toxicity test was successfully transferred to weatherfish and first results exhibited that sensitivity of weatherfish towards a tested reference substance (3,4-dichloroaniline) was highest compared to other species. On the basis of these findings, the fourth objective was to apply weatherfish embryos for multiple sediment bioassays in order to investigate teratogenic effects derived from sediment-associated contaminants. In this context, weatherfish revealed particular sensitivity to water extractable substances, indicating that sediment contamination might pose a considerable risk. Moreover, as an endangered benthic fish species with high ecological relevance for European waters that are specifically exposed to hazardous contaminants, the weatherfish might be a prospective species for an ecological risk assessment of sediment toxicity. Overall, the present thesis contributed to the conservation of weatherfish by considering a variety of aspects that interact and reinforce one another in order to achieve improvements for the species situation.
Die Analyse ortsbezogener Strukturdaten und Merkmale ist eine der wesentlichen Voraussetzungen für die Bewertung von Standorten und Räumen. Durch die Erfassung der lokalen Ausprägung ausgewählter Standortfaktoren und unter Zuhilfenahme eines Geographischen Informationssystems werden in der vorliegenden Dissertation die Städte und Gemeinden des hessischen Rheingau-Taunus-Kreises kategorisiert und miteinander verglichen. Hierbei erfolgt eine besondere Fokussierung auf die lokal bestehende technische und soziale Infrastruktur, um vorrangig das vorhandene Gewerbe- und Wohnumfeld sowie die darüber hinaus existierenden räumlichen Disparitäten eingehend veranschaulichen und beurteilen zu können.
Die Forschung im Bereich der modellbasierten Objekterkennung und Objektlokalisierung hat eine vielversprechende Zukunft, insbesondere die Gebäudeerkennung bietet vielfaltige Anwendungsmöglichkeiten. Die Bestimmung der Position und der Orientierung des Beobachters relativ zu einem Gebäude ist ein zentraler Bestandteil der Gebäudeerkennung.
Kern dieser Arbeit ist es, ein System zur modellbasierten Poseschätzung zu entwickeln, das unabhängig von der Anwendungsdomäne agiert. Als Anwendungsdomäne wird die modellbasierte Poseschätzung bei Gebäudeaufnahmen gewählt. Vorbereitend für die Poseschätzung bei Gebäudeaufnahmen wird die modellbasierte Erkennung von Dominosteinen und Pokerkarten realisiert. Eine anwendungsunabhängige Kontrollstrategie interpretiert anwendungsspezifische Modelle, um diese im Bild sowohl zu lokalisieren als auch die Pose mit Hilfe dieser Modelle zu bestimmen. Es wird explizit repräsentiertes Modellwissen verwendet, sodass Modellbestandteilen Bildmerkmale zugeordnet werden können. Diese Korrespondenzen ermöglichen die Kamerapose aus einer monokularen Aufnahme zurückzugewinnen. Das Verfahren ist unabhängig vom Anwendungsfall und kann auch mit Modellen anderer rigider Objekte umgehen, falls diese der definierten Modellrepräsentation entsprechen. Die Bestimmung der Pose eines Modells aus einem einzigen Bild, das Störungen und Verdeckungen aufweisen kann, erfordert einen systematischen Vergleich des Modells mit Bilddaten. Quantitative und qualitative Evaluationen belegen die Genauigkeit der bestimmten Gebäudeposen.
In dieser Arbeit wird zudem ein halbautomatisches Verfahren zur Generierung eines Gebäudemodells vorgestellt. Das verwendete Gebäudemodell, das sowohl semantisches als auch geometrisches Wissen beinhaltet, den Aufgaben der Objekterkennung und Poseschätzung genügt und sich dennoch an den bestehenden Normen orientiert, ist Voraussetzung für das Poseschätzverfahren. Leitgedanke der Repräsentationsform des Modells ist, dass sie für Menschen interpretierbar bleibt. Es wurde ein halbautomatischer Ansatz gewählt, da die automatische Umsetzung dieses Verfahrens schwer die nötige Präzision erzielen kann. Das entwickelte Verfahren erreicht zum einen die nötige Präzision zur Poseschätzung und reduziert zum anderen die Nutzerinteraktionen auf ein Minimum. Eine qualitative Evaluation belegt die erzielte Präzision bei der Generierung des Gebäudemodells.