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With global and distributed project teams being increasingly common Collaborative Project Management is becoming the prevalent paradigm for the work in most organisations. Software has for many years been one of the most used tools for supporting Project Management and with the focus on Collaborative Project Management and accompanied by the emergence of Enterprise Collaboration Systems (ECS), Collaborative Project Management Software (CPMS) is gaining increased attention. This thesis examines the capabilities of CPMS for the long-term management of information which not only includes the management of files within these systems, but the management of all types of digital business documents, particularly social business documents. Previous research shows that social content in collaboration software is often poorly managed which poses challenges to meeting performance and conformance objectives in a business. Based on literature research, requirements for the long-term management of information in CPMS are defined and 7 CPMS tools are analysed regarding the content they contain and the functionalities for the long-term management of this content they offer. The study shows that CPMS by and large are not able to meet the long-term information management needs of an organisation on their own and that only the tools geared towards enterprise customers have sufficient capabilities to support the implementation of an Enterprise Information Management strategy.
Diese Arbeit zeigt eine neue Technik der Computergrafik zur Simulation von globaler Beleuchtung durch Path Tracing in Echtzeit. Das Path Tracing wird dafür mit Compute Shadern auf der Grafikkarte (GPU) realisiert, um das Rendering hoch parallelisiert auszuführen. Zur Beschleunigung der Strahlverfolgung wird dabei der
Line Space in verschiedenen Varianten als Datenstruktur verwendet, um leere Bereiche in der Szene schneller zu überspringen. Der Line Space speichert Szeneninformationen basierend auf einer Voxelisierung in richtungsabhängige Shafts und wird sowohl auf der GPU generiert, als auch traversiert. Mit diesem Verfahren kann eine Szene physikalisch korrekt indirekt beleuchtet und mit weichen Schatten schattiert werden. Außerdem kann das Path Tracing damit weitgehend unabhängig von der Polygonanzahl mit über 100 Bildern pro Sekunde klar in Echtzeit durchgeführt werden und ist somit deutlich schneller als mit einem vergleichbaren Voxel-Gitter. Die Bildqualität wird davon nicht negativ beeinflusst und die Schattenqualität ist in den meisten Fällen deutlich besser als bei der Verwendung von Shadow-Mapping.
Das Internet der Dinge (IoT) ist ein Netzwerk bestehend aus adressierbaren, physikalischen Objekten, die Sensor-, Kommunikations- und Aktuator-Technologien bereitstellen und mit ihrer Umwelt interagieren (Geschickter 2015). Wie jedes neue Konzept, hat auch IoT Interesse über jeden Anwendungsbereich hinweg, sowohl in Theorie als auch Praxis, geweckt und die verfügbaren Technologien an ihre Grenzen gebracht. Diese Grenzen machen sich insbesondere dann bemerkbar, wenn die Anzahl von Dingen (Things), die über verschiedenste Anwendungsbereiche hinweg verwaltet werden müssen, steigt. Um die neuartigen Anforderungen zu erfüllen, wurde eine Fülle von verschiedenen Systemen entwickelt, die alle ihre eigenen Interpretationen einer IoT Architektur und ihrer jeweiligen Komponenten anwenden. Dies hat dazu geführt, dass IoT aktuell eher ein Intranet der Dinge als ein Internet der Dinge ist (Zorzi et al. 2010). Daher ist es Ziel dieser Arbeit, ein einheitliches Verständnis der Komponenten, die eine IoT Architektur bilden, zu erlangen und generische Spezifikationen in Form eines Ganzheitlichen IoT Architektur Frameworks zur Verfügung zu stellen.
Diese Arbeit verwendet Design Science Research (DSR), um die genannte Architektur auf Basis der einschlägigen Literatur zu entwickeln. Die Entwicklung des Ganzheitlichen IoT Architektur Frameworks umfasst die Nutzung zwei neuer Perspektiven auf IoT Architekturen (IoT Architecture Perspectives), die während der Analyse von IoT Architekturen in der Literatur identifiziert wurden. Die Anwendung dieser neuen Perspektiven führte zur Erkenntnis, dass eine weitere, ebenfalls neuartige, Komponente in der Literatur implizit erwähnt wird. Die Beschreibungen der Komponenten von verschiedenen IoT Architekturen wurden vereinheitlicht und mit der neuen Komponente, dem Thing Management System, in Beziehung gesetzt, um das Ganzheitliche IoT Architektur Framework zu entwickeln. Weiterhin wurde gezeigt, dass die Spezifikationen der Architektur als Vorlage für die Implementation eines Prototypen geeignet ist.
Der Hauptbeitrag dieser Arbeit ist ein vereinheitlichtes Verständnis der einzelnen Komponenten sowie deren Interaktionen einer IoT Architektur.
In dieser Dissertation werden Theorien von Vertretern der Dialog-Philosophie diskutiert. Auf diesem Weg soll eine theoretische Grundlage geschaffen werden, mit der unternehmerisches Führungshandeln reflektiert werden kann. Als Ergebnis wird angestrebt, einen Ansatz für die Entwicklung einer dialogischen Führungskultur zu entwerfen.
Im empirischen Teil soll untersucht werden, welche subjektiven Annahmen, bezogen auf eine dialogische Führungskultur, Führungskräfte im Pflegedienst des stationären Gesundheitswesens ihrem Führungshandeln zugrunde legen. Zudem soll der Frage nachgegangen werden, wie die subjektiven Annahmen für eine zukünftige dialogorientierte Führungskultur und Führungskräfteentwicklung berücksichtigt und genutzt werden könnten.
Es soll die Frage erörtert werden, inwieweit die Dialog-Philosophie theoretische Konzepte zur Beschreibung einer Führungskultur beinhaltet. Betrachtet wird hierbei im Besonderen der denkerische Ansatz Martin Bubers.
Aus dieser theoretischen Grundlage soll der Versuch unternommen werden, Grundzüge einer dialogischen Führungskultur zu entwickeln, die geeignet erscheint, ein didaktisches Konzept für die Entwicklung von Führungskräften im Pflegedienst zu begründen.
Pelagic oxyclines, the transition zone between oxygen rich surface waters and oxygen depleted deep waters, are a common characteristic of eutrophic lakes during summer stratification. They can have tremendous effects on the biodiversity and the ecosystem functioning of lakes and, to add insult to injury, are expected to become more frequent and more pronounced as climate warming progresses. On these grounds, this thesis endeavors to advance the understanding of formation, persistence, and consequences of pelagic oxyclines: We test, whether the formation of metalimnetic oxygen minima is intrinsically tied to a locally enhanced oxygen consuming process, investigate the relative importance of vertical physical oxygen transport and biochemical oxygen consumption for the persistence of pelagic oxyclines, and finally assess their potential consequences for whole lake cycling. To pursue these objectives, the present thesis nearly exclusively resorts to in situ measurements. Field campaigns were conducted at three lakes in Germany featuring different types of oxyclines and resolved either a short (hours to days) or a long (weeks to months) time scale. Measurements comprised temperature, current velocity, and concentrations of oxygen and reduced substances in high temporal and vertical resolution. Additionally, vertical transport was estimated by applying the eddy correlation technique within the pelagic region for the first time. The thesis revealed, that the formation of metalimnetic oxygen minima does not necessarily depend on locally enhanced oxygen depletion, but can solely result from gradients and curvatures of oxygen concentration and depletion and their relative position to each other. Physical oxygen transport was found to be relevant for oxycline persistence when it considerably postponed anoxia on a long time scale. However, its influence on oxygen dynamics was minor on short time scales, although mixing and transport were highly variable. Biochemical consumption always dominated the fate of oxygen in pelagic oxyclines. It was primarily determined by the oxidative breakdown of organic matter originating from the epilimnion, whereas in meromictic lakes, the oxidation of reduced substances dominated. Beyond that, the results of the thesis emphasize that pelagic oxyclines can be a hotspot of mineralization and, hence, short-circuit carbon and nutrient cycling in the upper part of the water column. Overall, the present thesis highlights the importance of considering physical transport as well as biochemical cycling in future studies.
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.
Koordinations- und Bewusstseinsmechanismen sind in Computer-Supported Cooperative Work (CSCW) und bei traditioneller Groupware von Wichtigkeit. Die Wissenschaft ist bestrebt, deren Bedeutung bei der Nutzung von Groupware und die damit verknüpfte Zusammenarbeit von Menschen tiefgründig zu untersuchen, um ihre Anwendung und Effizienz zu beschreiben. Dabei wurde bisher noch keine Klassifizierung der Mechanismen vorgenommen, um deren Gemeinsamkeiten und Unterschiede sowie ihre Anwendung herauszuarbeiten und ihrer Bedeutung im kollaborativem Umfeld nachzugehen. Zudem fehlt die Betrachtung der Mechanismen in neuen Formen von Groupware. In der Wissenschaft als auch in der Praxis haben Enterprise Collaboration Systems (ECS), die Social Software Funktionalität beinhalten, wachsende Bedeutung. Basierend auf der Kombination von traditioneller Groupware und Social Software Komponenten beinhalten diese auch Mechanismen, die die Kollaboration vereinfachen sollen, jedoch bisher noch nicht hinreichend untersucht wurde.
Das Ziel dieser wissenschaftlichen Arbeit ist es daher, Beispiele für Koordinierungs- und Bewusstseinsmechanismen in der akademischen Literatur zu identifizieren um einen ersten Überblick über diese zu verschaffen. Aufbauend darauf ist es zudem Ziel, die Beispielmechanismen zu klassifizieren. Basierend auf einer Literaturanalyse werden Konzepte aus der Literatur übernommen und auf die ausgewählten Mechanismen angewendet um diese zu analysieren und zu klassifizieren. Dabei werden die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der Mechanismen herauszuarbeiten und beschrieben. Um ein Verständnis für die Anwendung von Koordinations- und Bewusstseinsmechanismen zu verdeutlichen, werden einige Mechanismen exemplarisch visualisiert. Die Beispiele beziehen sich auf die verschiedenen Klassifizierungsgruppen. Die Auswahl der Mechanismen für die Visualisierung basiert auf deren signifikanten Unterschiede in ihrer Funktionalität. Anschließend werden die ausgewählten Mechanismen, die in der Literatur traditioneller Groupware identifiziert wurden, in kleinen Ausmaß in sozial integrierter ECS kon-trollier. Dabei gilt es herauszufinden, ob die Beispielmechanismen vorzufinden sind und ob neue Mechanismen identifiziert werden können. Als Praxisbeispiel von ECS mit Sozialer Software dient die kollaborative Plattform von IBM Connections. IBM Connections wird an der Universität Koblenz eingesetzt, um die Plattform „UniConnect“ zu betreiben. Anhand einer ersten Toolanalyse wird herausgearbeitet, welche von den identifizierten Beispielen an Mechanismen in IBM Connections angewendet werden. Diese Arbeit stellt erste Schritte in der Untersuchung von Koordinierungs- und Bewusstseinsmechanismen in ECS mit Social Software dar. Darüber hinaus sollen Beispiele für neue, bisher unbekannte Mechanismen herausgearbeitet werden, die im Zuge des sozialen Faktors zu kollaborativen Arbeit eingesetzt werden.
Der Beitrag soll dazu dienen, Beispiele von Koordinierungs- und Bewusstseinsmechanismen in der Literatur zu identifizieren, zu analysieren und diese zusammenbringen um einen ersten Überblick zu erhalten. Desweiten wird eine erste Klassifizierung anhand der Unterschiedlichkeiten der Mechanismen vorgenommen. Nebenbei soll der Betrag einen Anreiz für weitere Untersuchungen schaffen, Koordinierungs- und Bewusstseinsmechanismen in sozial integrierter ECS tiefer zu untersuchen.
World’s ecosystems are under great pressure satisfying anthropogenic demands, with freshwaters being of central importance. The Millennium Ecosystem Assessment has identified anthropogenic land use and associated stressors as main drivers in jeopardizing stream ecosystem functions and the
biodiversity supported by freshwaters. Adverse effects on the biodiversity of freshwater organisms, such as macroinvertebrates, may propagate to fundamental ecosystem functions, such as organic matter breakdown (OMB) with potentially severe consequences for ecosystem services. In order to adequately protect and preserve freshwater ecosystems, investigations regarding potential and observed as well as direct and indirect effects of anthropogenic land use and associated stressors (e.g. nutrients, pesticides or heavy metals) on ecosystem functioning and stream biodiversity are needed. While greater species diversity most likely benefits ecosystem functions, the direction and magnitude of changes in ecosystem functioning depends primarily on species functional traits. In this context, the functional diversity of stream organisms has been suggested to be a more suitable predictor of changes in ecosystem functions than taxonomic diversity.
The thesis aims at investigating effects of anthropogenic land use on (i) three ecosystem functions by anthropogenic toxicants to identify effect thresholds (chapter 2), (ii) the organic matter breakdown by three land use categories to identify effects on the functional level (chapter 3) and (iii)on the stream community along an established land-use gradient to identify effects on the community level.
In chapter 2, I reviewed the literature regarding pesticide and heavy metal effects on OMB, primary production and community respiration. From each reviewed study that met inclusion criteria, the toxicant concentration resulting in a reduction of at least 20% in an ecosystem function was standardized based on laboratory toxicity data. Effect thresholds were based on the relationship between ecosystem functions and standardized concentration-effect relationships. The analysis revealed that more than one third of pesticide observations indicated reductions in ecosystem functions at concentrations that are assumed being protective in regulation. However, high variation within and between studies hampered the derivation of a concentration-effect relationship and thus effect thresholds.
In chapter 3, I conducted a field study to determine the microbial and invertebrate-mediated OMB by deploying fine and coarse mesh leaf bags in streams with forested, agricultural, vinicultural
and urban riparian land use. Additionally, physicochemical, geographical and habitat parameters were monitored to explain potential differences in OMB among land use types and sites. Regarding results, only microbial OMB differed between land use types. The microbial OMB showed a negative relationship with pH while the invertebrate-mediated OMB was positively related to tree cover. OMB responded to stressor gradients rather than directly to land use.
In chapter 4, macroinvertebrates were sampled in concert with leaf bag deployment and after species identification (i) the taxonomic diversity in terms of Simpson diversity and total taxonomic
richness (TTR) and (ii) the functional diversity in terms of bio-ecological traits and Rao’s quadratic entropy was determined for each community. Additionally, a land-use gradient was established and the response of the taxonomic and functional diversity of invertebrate communities along this gradient was investigated to examine whether these two metrics of biodiversity are predictive for the rate of OMB. Neither bio-ecological traits nor the functional diversity showed a significant relationship with
OMB. Although, TTR decreased with increasing anthropogenic stress and also the community structure and 26 % of bio-ecological traits were significantly related to the stress gradient, any of these shifts propagated to OMB.
Our results show that the complexity of real-world situations in freshwater ecosystems impedes the effect assessment of chemicals and land use for functional endpoints, and consequently our potential to predict changes. We conclude that current safety factors used in chemical risk assessment may not be sufficient for pesticides to protect functional endpoints. Furthermore, simplifying real-world stressor gradients into few land use categories was unsuitable to predict and quantify losses in OMB. Thus, the monitoring of specific stressors may be more relevant than crude land use categories to detect effects on ecosystem functions. This may, however, limit the large scale assessment of the status of OMB. Finally, despite several functional changes in the communities the functional diversity over several trait modalities remained similar. Neither taxonomic nor functional diversity were suitable predictors of OMB. Thus, when understanding anthropogenic impacts on the linkage between biodiversity and ecosystem functioning is of main interest, focusing on diversity metrics that are clearly linked to the stressor in question (Jackson et al. 2016) or integrating taxonomic and functional metrics (Mondy et al., 2012) might enhance our predictive capacity.
Key mechanisms for the release of metal(loid)s from a construction material in hydraulic engineering
(2017)
Hydraulic engineering and thus construction materials are necessary to enable the navigability of water ways. Since, a variety of natural as well as artificial materials are used, this materials are world wide tested on a potential release of dangerous substances to prevent adverse effects on the environment. To determine the potential release, it is important to identify and to understand key mechanisms which are decisive for the release of hazardous substances. A limited correlation between the conditions used in regulatory tests and those found in environmental systems is given and hence, often the significance of results from standardised tests on construction materials is questioned, since they are not designed to mimic environmental conditions.
In Germany industrial by-products are used as armour stones in hydraulic engineering. Especially the by-product copper slag is used during the last 40 years for the construction of embankments, groynes and coastal protection. On the one hand, this material has a high density and natural resources (landscape) are protected. One the other hand, the material contains high quantities of metal(loid)s. Therefore the copper slag (product name: iron silicate stones) is very suitable as test material. Metal(loid)s examined were As, Sb and Mo as representatives for (hydr)oxide forming elements and Cd, Co, Cu, Fe, Ni, Pb and Zn were studied as representatives for elements forming cations during the release.
Questions addressed in this Thesis were: (i) can we transfer the results from batch experiments to construction scenarios under the prevalent environmental conditions, (ii) which long-term trends exist for the release of metal(loid)s from copper slags and (iii) how environmental conditions influence the leaching of metal(loid)s from water construction materials?
To answer the first question the surface depending release of the metal(loid)s from the construction materials was examined. Therefore, batch leaching experiments with different particle sizes and a constant liquid/solid ratio were performed. In a second step a comparison between different methods for the determination of the specific surface area of armour stones with a 3D laser scanning method as a reference were performed. In a last step it was possible to show that via a roughness factor the results of the specific surface area from small stones, measured with gas adsorption, can be connected with the results from armour stones, determined with an aluminium foil method. Based on calculations of the specific surface area, it was possible to significantly improve catchment scale calculation about the release of metal(loid)s and to evaluate a potential impact of construction materials in hydraulic engineering on the water chemistry of rivers and streams.
To answer the second question long-term leaching diffuse gradient in thin films supported experiments were performed for half a year. Diffuse gradients in thin films (DGT) is an in situ method to passive sample metal(loid)s in water, sediments and soils. They were used as a sink for metal(loid)s in the eluate to provide solution equilibriums. Thus the exchange of the eluent, which is performed normally in long-term experiments, was superfluous and long-term effects under undisturbed conditions were studied. The long-term leaching experiments with DGT have proven to be capable (i) to differentiate between the depletion of the material surface and the solution equilibriums and (ii) to study sorption processes with or without a further release of the analytes. This means for the practically relevant test material copper slag that: (i) the cations Cd, Co, Cu, Ni and Pb are confirmed to be released from the slag over the whole time period of six months, (ii) a surface depletion of Zn was detected, and (iii) that the (hydr)oxide forming elements As, Mo and Sb were released from the slag over the hole periods of six months but the release was masked by adsorption to Fe-oxide colloids, which were formed during the leaching experiments. It was confirmed, that sulphide minerals are the main source for long-term release of Cd, Cu, Ni, Pb and Mo.
To answer the third question short-term leaching experiments simulating environmental conditions in hydraulic engineering were performed. One factor is the salinity. The influence of this parameter was tested in batch experiments with sea salt solution (30 g/l), river Rhine water, ultra pure water and in addition with different NaCl concentration (5, 10, 20 and 30 g/l). In general, the ionic strength is an important factor for the metal(loid) release but the composition of the water (e.g. the HCO3- content) may superimpose this effect. Therefore, the concentrations of the metal(loid)s in the experiments with ultra-pure water spiked with sea salt or native river water and the ultra-pure water spiked with NaCl were significantly different. In a second experiment the influence of the environmental parameters and the interactions between the environmental parameters pH (4–10), sediment content (0 g–3.75 g), temperature (4 °C–36 °C) and ionic strength (0 g/l–30 g/l NaCl) on the release of metal(loid)s from the test material was examined. The statistical Design of Experiments (DoE) was used to study the influence of these factors as well as their interactions. All studied factors may impact the release of metal(loid)s from the test material to the eluent, whereas the release and the partitioning between sediment and eluate of metal(loid)s was impacted by interactions between the studied factors. The main processes were sorption, complexation, solubility, buffering and ion exchange. In addition, by separating the sediment from the slag after the experiments by magnetic separation, the enrichment of metal(loid)s in the sediment was visible. Thus, the sediment was the most important factor for the release of the metal(loid)s, via pH, temperature and ionic strength, because the sediment acted as a sink.
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.
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.
Agricultural land-use may lead to brief pulse exposures of pesticides in edge-of-field streams, potentially resulting in adverse effects on aquatic macrophytes, invertebrates and ecosystem functions. The higher tier risk assessment is mainly based on pond mesocosms which are not designed to mimic stream-typical conditions. Relatively little is known on exposure and effect assessment using stream mesocosms.
Thus the present thesis evaluates the appliacability of the stream mesocosms to mimic stream-typical pulse exposures, to assess resulting effects on flora and fauna and to evaluate aquatic-terrestrial food web coupling. The first objective was to mimic stream-typical pulse exposure scenarios with different durations (≤ 1 to ≥ 24 hours). These exposure scenarios established using a fluorescence tracer were the methodological basis for the effect assessment of an herbicide and an insecticide. In order to evaluate the applicability of stream mesocosms for regulatory purposes, the second objective was to assess effects on two aquatic macrophytes following a 24-h pulse exposure with the herbicide iofensulfuron-sodium (1, 3, 10 and 30 µg/L; n = 3). Growth inhibition of up to 66 and 45% was observed for the total shoot length of Myriophyllum spicatum and Elodea canadensis, respectively. Recovery of this endpoint could be demonstrated within 42 days for both macrophytes. The third objective was to assess effects on structural and functional endpoints following a 6-h pulse exposure of the pyrethroid ether etofenprox (0.05, 0.5 and 5 µg/L; n = 4). The most sensitive structural (abundance of Cloeon simile) and functional (feeding rates of Asellus aquaticus) endpoint revealed significant effects at 0.05 µg/L etofenprox. This concentration was below field-measured etofenprox concentrations and thus suggests that pulse exposures adversely affect invertebrate populations and ecosystem functions in streams. Such pollutions of streams may also result in decreased emergence of aquatic insects and potentially lead to an insect-mediated transfer of pollutants to adjacent food webs. Test systems capable to assess aquatic-terrestrial effects are not yet integrated in mesocosm approaches but might be of interest for substances with bioaccumulation potential. Here, the fourth part provides an aquatic-terrestrial model ecosystem capable to assess cross-ecosystem effects. Information on the riparian food web such as the contribution of aquatic (up to 71%) and terrestrial (up to 29%) insect prey to the diet of the riparian spider Tetragnatha extensa was assessed via stable isotope ratios (δ13C and δ15N). Thus, the present thesis provides the methodological basis to assess aquatic-terrestrial pollutant transfer and effects on the riparian food web.
Overall the results of this thesis indicate, that stream mesocosms can be used to mimic stream-typical pulse exposures of pesticides, to assess resulting effects on macrophytes and invertebrates within prospective environmental risk assessment (ERA) and to evaluate changes in riparian food webs.
In dieser Arbeit wird untersucht, ob man einen Hardwareprototyp für Adhoc Netze auf Basis von Arduino erstellen kann, der für die Gewässerüberwachung geeignet ist. Ziel der Prototypentwicklung ist einen Sensorknoten mit modularem Aufbau zu entwickeln, der die Möglichkeit bietet Komponenten leicht auszutauschen. Zusätzlich sind bei diesem Einsatzgebiet einige Anforderungen an den Sensorknoten gestellt, die erfüllt werden müssen. Diese Anforderungen leiten sich von dem Tmote Sky Sensorknoten ab, somit soll der hier neu erstellte Sensorknoten eine Alternative zu diesem darstellen und alle seine Funktionen erfüllen. Dazu werden in dieser Arbeit verschiede erhältliche Arduino Mikrokontroller Versionen auf ihre Tauglichkeit zu einem Sensorknoten überprüft. In der weiteren Arbeit wird der Aufbau der Prototypen dokumentiert. Hierbei werden die verwendete Hardware und ihre Kosten veranschaulicht. Der Folgende erstelle Prototyp ermöglicht es, durch leicht austauschbare Funkmodule, Daten über die drei Funkfrequenzen von 433 MHz, 866 MHz und 2,40 GHz zu verschicken. Zum Abschluss der Arbeit wird der Prototyp einem Experiment unterzogen, die seine Tauglichkeit zur Gewässerüberwachung auf die Probe stellen. Dazu wurden Messungen auf Boden und auf dem Wasser durchgeführt und ausgewertet. Am Ende konnte der Prototyp fast alle gestellten Anforderungen erfüllen, nur die Kosten waren etwas zu hoch.
Diese Arbeit kombiniert zwei Themengebiete, welche in unserer Gesellschaft und Wirtschaft immer präsenter und aktueller werden. Das erste Thema beinhaltet die Nachhaltigkeit, welche sich in dieser Arbeit in die drei Säulen Ökologie, Ökonomie und Soziales untergliedert. Die erste Säule, Ökologie, beschäftigt sich hauptsächlich mit der Bekämpfung von Umweltproblemen und dem nachhaltigen Erhalt der Natur. Der Bereich Ökonomie befasst sich damit, die Ressourcen nachhaltig zu nutzen, um ein langfristiges Erzielen von wirtschaftlichen Erträgen zu gewährleisten. Die letzte Säule hat den Zweck die Soziale Nachhaltigkeit zu fördern, indem der gesellschaftliche Zusammenhalt gesichert und die Chance auf Arbeit ermöglicht wird, um gleichzeitig für gute Arbeitsbedingungen zu sorgen. Alle drei Säulen sind daher auch für Unternehmen relevant und sollten von diesen stetig beachtet werden, um eine sogenannte unternehmerische Nachhaltigkeit umzusetzen. Zur Unterstützung dieser Umsetzung, soll hier das zweite Thema hinzugezogen werden, das sogenannte Internet of Things. Das Internet of Things gewinnt, wie auch das Thema Nachhaltigkeit, zunehmend an Bedeutung und bietet viele Vorteile zur Unterstützung nachhaltiger Unternehmen. Dabei sollen immer mehr Geräte zu intelligenten Geräten gewandelt werden um eine Integration in ein Informationsnetzwerk zu gewährleisten. Dort können gesammelte Daten sinnvoll analysiert und genutzt werden, wodurch viele Bereiche effizienter gestaltet und viele Handlungen erleichtert werden können.
Aufbauend auf diesen zwei Themengebiete werden, im weiteren Verlauf dieser Arbeit, IoT- Technologien vorgestellt, die der Unterstützung, in den Bereichen Ökologie, Ökonomie und Soziales, von Unternehmen dienen. Zu den aufgezeigten Technologien werden anschließend Beispiele präsentiert und, wenn vorhanden, auch die jeweiligen Anbieter.
Da eine Nutzung von IoT-Technologien nicht nur von Vorteil ist, sondern auch Herausforderungen mit sich bringt, werden diese abschließend aufgezeigt. Diesen Herausforderungen gilt es sich seitens der Unternehmen, der Gesellschaft und auch der Politik zu stellen, um eine effiziente Nutzung zu ermöglichen.