2013 research outputs found
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Three essays on wage inequality in Germany : the impact of automation, migration and the minimum wage
Full text linkEconomic inequality has increased in the majority of countries worldwide over the last three decades and is highly present in public discussion, political debate and scientific research. Due to the large number and complexity of driving forces behind changes in wage inequality, this cumulative dissertation focuses on three challenges of the German labour market.
The first paper addresses the question to which extent automation and robotization impact wage inequality in the manufacturing sector in Germany between 1996 and 2017. Applying decomposition analyses along the entire wage distribution, driving factors behind changes in wage inequality are identified. On the basis of administrative data and a new introduced measure of automation threat, which combines occupation- and requirement-specific scores of automation risk with yearly sector-specific robot densities, the study provides new evidence to existing literature. Besides the traditional factors education and age, the detailed decomposition analysis provides evidence that automation threat contributes significantly to rising wage inequality. On the one hand, changes in the composition of the workforce that is exposed to automation and robotization led to significant increases in wage inequality in the German manufacturing sector during the last two decades. On the other hand, evidence of a growing wage dispersion between occupations with low automation threat (especially associated with non-routine tasks) and occupations with high automation threat (especially associated with routine tasks) is revealed. This trend contributes to rising wage inequality as predicted by routine-biased technological change.
The second research study presents new evidence on immigrant-native wage differentials in consideration of regional differences between metropolitan and non-metropolitan areas between 2000 and 2019 in Germany. Since gaps in remuneration provide information on the effectiveness of immigration and labour market policies as well as identify the degree of economic integration of foreign workers, the analysis is currently of great importance. Using administrative data, aggregate decomposition results support the hypothesis that the majority of wage differentials can be explained by differences in observed characteristics. However, overall wage differentials at the median exhibit an increasing trend, and on average higher gaps in remuneration are revealed in urban areas. Detailed decomposition analyses show that the effects of explanatory factors not only change over time but the sources of gaps also vary along the wage distribution. Decisive explanatory variables in this context are the practised profession, the economic sector affiliation and labour market experience. Distinguishing between metropolitan and non-metropolitan areas provides evidence that especially differences in educational attainment impact immigrant-native wage gaps in urban areas.
The third paper evaluates the effects of the introduced national minimum wage in 2015 on the gender wage gap in Germany. Being confronted with a low-wage sector of considerable extent and comparably high wage differentials between men and women, this study on Germany provides necessary new insights in this area of research. On the basis of administrative data and counterfactual difference-in-differences analyses significant decreases of wage gaps between men and women that can be traced back to the introduced statutory wage floor are revealed. Especially at the lowest observed wage level and in the East of Germany the highest decreases are observable. The analysis, differentiated by educational level, age and occupational activity, provides detailed information on the effectiveness of the wage floor for different target groups. In particular, at lower wage levels for the least educated and middle aged workers the introduction of the minimum wage is the driving factor that significantly lowers group-specific gender wage gaps. Counterfactual decomposition analyses finally provide first evidence that in the West of Germany possible discrimination against women at the lowest wages is restricted by the wage floor.In den letzten drei Jahrzehnten hat die wirtschaftliche Ungleichheit in den meisten Ländern der Welt zugenommen und ist in der öffentlichen Diskussion, politischen Debatte sowie wissenschaftlichen Forschung präsent. Aufgrund der Vielzahl und Komplexität der unterschiedlichen Einflussfaktoren auf Veränderungen der Lohnungleichheit, konzentriert sich diese kumulative Dissertation im Detail auf drei Herausforderungen des deutschen Arbeitsmarkts.
Die erste Forschungsstudie befasst sich mit der Frage, inwieweit Automatisierung und Robotisierung die Lohnungleichheit im verarbeitenden Gewerbe in Deutschland zwischen 1996 und 2017 beeinflussen. Anhand von Zerlegungsanalysen entlang der gesamten Lohnverteilung werden erklärende Faktoren für Veränderungen der Lohnungleichheit identifiziert. Auf Grundlage administrativer Daten und einer neu definierten Kennzahl, die die Automatisierungsbedrohung von Arbeitnehmenden schätzt und dabei berufs- und anforderungsspezifische Automatisierungswahrscheinlichkeiten mit jährlichen sektorspezifischen Werten zur Roboterdichte kombiniert, trägt die Studie neue Erkenntnisse zur bestehenden Literatur bei. Neben den traditionellen Faktoren Bildung und Alter, liefert die Analyse Belege dafür, dass die Bedrohung durch die Automatisierung erheblich zur steigenden Lohnungleichheit beiträgt. Einerseits führen Veränderungen in der Zusammensetzung der Arbeitskräfte, die der Automatisierung und Robotisierung ausgesetzt sind, zu einem signifikanten Anstieg der Lohnungleichheit im verarbeitenden Gewerbe während der letzten zwei Jahrzehnte. Andererseits zeigt sich eine wachsende Kluft in der Lohnverteilung zwischen Berufen mit geringer Automatisierungsbedrohung (mit meist nicht-routinemäßigen Aufgaben) und Berufen mit hoher Automatisierungsbedrohung (mit meist routinemäßigen Aufgaben). Dieser Trend trägt zu einer zunehmenden Lohnungleichheit bei, wie es durch den sogenannten routine-biased technological change vorhergesagt wird.
Die zweite Forschungsstudie präsentiert neue Erkenntnisse zu Lohnunterschieden zwischen ausländischen und deutschen Arbeitnehmenden unter Berücksichtigung regionaler Unterschiede in Metropol- und Nicht-Metropolregionen zwischen 2000 und 2019 in Deutschland. Da Lohnunterschiede Aufschluss über die Effektivität der Zuwanderungs- und Arbeitsmarktpolitik geben sowie den Grad der wirtschaftlichen Integration von Zuwanderern preisgeben, ist diese Analyse von aktueller Bedeutung. Unter Verwendung von administrativen Daten kann die Hypothese, dass der Großteil der Lohnlücke durch Unterschiede in beobachtbaren Merkmalen zwischen ausländischen und deutschen Arbeitnehmenden erklärt werden kann, mithilfe von Zerlegungsmethoden bestätigt werden. Insgesamt nehmen die Lohnunterschiede in der Mitte der Verteilung jedoch zu und in urbanen Gebieten werden im Durchschnitt größere Lohnunterschiede festgestellt. Detaillierte Zerlegungsanalysen zeigen, dass sich die Ausmaße der erklärenden Faktoren nicht nur im Laufe der Zeit ändern, sondern dass auch die Ursachen für Lohnunterschiede entlang der Lohnverteilung variieren. Entscheidende erklärende Variablen sind in diesem Zusammenhang der ausgeübte Beruf, die Zugehörigkeit zu einem bestimmten Wirtschaftszweig und die Arbeitsmarkterfahrung. Die getrennte Analyse von Metropol- und Nicht-Metropolregionen zeigt, dass insbesondere Unterschiede im Bildungsniveau die Lohnunterschiede in städtischen Gebieten beeinflussen.
Die dritte Forschungsarbeit bewertet den Einfluss des neu eingeführten Mindestlohns im Jahr 2015 auf geschlechtsspezifische Lohnunterschiede in Deutschland. Angesichts eines Niedriglohnsektors von beträchtlichem Ausmaß und vergleichsweise hohen Lohnunterschieden zwischen Männern und Frauen liefert diese Studie im Fall von Deutschland notwendige und neue Erkenntnisse in diesem Forschungsbereich. Auf Grundlage administrativer Daten und kontrafaktischer Differenz-von-Differenzen-Analysen wird eine signifikante Abnahme der Lohnunterschiede zwischen Männern und Frauen festgestellt, die auf den gesetzlichen Mindestlohn zurückgeführt werden kann. Die größten Rückgänge des geschlechtsspezifischen Lohngefälles sind in diesem Zusammenhang für das niedrigste Lohnniveau, insbesondere in Ostdeutschland, zu beobachten. Differenziert nach Bildungsniveau, Alter und Tätigkeit im Beruf liefert die Analyse detaillierte Informationen über die Wirksamkeit der Lohnuntergrenze für verschiedene Gruppen der Arbeitskräfte. Vor allem für untere Lohnniveaus der am wenigsten gebildeten Arbeitnehmenden und der Gruppe mit mittlerem Alter ist die Einführung des Mindestlohns der treibende Faktor, der zur Reduktion gruppenspezifischer Lohnunterschiede zwischen den Geschlechtern beiträgt. Kontrafaktische Zerlegungsanalysen liefern schließlich erste Hinweise dafür, dass in Westdeutschland eine mögliche Diskriminierung gegenüber Frauen im untersten Lohnniveau durch die Lohnuntergrenze eingeschränkt wird
Sustainable entrepreneurship and the bioeconomy transition
Full text linkTransgressing planetary boundaries endangers the safe operating space for humanity. Thus, a transition of socioeconomic systems toward sustainable development is needed. Prior research elevated the role of sustainable entrepreneurship (SE) in the transition process toward sustainable development in general and the bioeconomy in specific. Bioeconomy strategies worldwide acknowledge the importance of entrepreneurship for the transition process. There is consensus in research that entrepreneurs are needed to implement the vision of a bioeconomy as defined in these strategies. However, it remains unclear how opportunities for entrepreneurial activity in the bioeconomy come into existence and how entrepreneurs contribute to the bioeconomy transition by acting on the provided opportunities. Thus, this dissertation aims to shed light on the interface of SE and the bioeconomy, specifically by investigating the interplay between SE and the bioeconomy transition in light of planetary boundaries and the role of entrepreneurs within the transition. The four empirical studies included in this dissertation take different perspectives on the interface of SE and the bioeconomy and thus contribute different insights to the overall picture drawn in this dissertation.
For instance, Study 1 examines a transition pathway to a sustainable bioeconomy by involving an international expert sample in a Delphi survey and subsequent cross-impact analysis. Study 1 presents a list of events necessary to achieve the transition ranked by the experts to reflect their urgency. The cross-impact analysis facilitates combining the most urgent events to create an integrated model of the transition to a sustainable bioeconomy. The findings suggest that rather than bioeconomy strategies, technological progress leveraged by innovative bioeconomy startups and investments currently constitute the main bottleneck hindering a transition to a bioeconomy.
Study 2 zooms into the level of new bioeconomy ventures. Based on interviews with ten bioeconomy entrepreneurs from six European countries, it investigates how entrepreneurial opportunities emerge in the bioeconomy context and what competencies entrepreneurs need to act on them. Conceptualizing the bioeconomy transition as an external enabler for SE, Study 2 opens new avenues for research on sustainable development and innovation policy. Furthermore, Study 2 shows that new venture creation in the bioeconomy requires unique knowledge and specific competencies.
Study 3 asks how to scale sustainable new ventures and puts it in the context of the ongoing de-growth debate. In recent years the de-growth paradigm has gained popularity in the sustainability discourse. Questioning the absolute decoupling of economic growth from environmental degradation, de-growth proponents suggest downscaling production and consumption to reduce resource extraction and energy consumption. Applying latent class analysis to reveal de-growth attitudes among 393 surveyed entrepreneurs and subsequent regression analysis, Study 3 answers how de-growth attitudes among (sustainable) entrepreneurs are associated with their decision-making on scaling strategies for their ventures. Furthermore, it shows that the development level of the economy an entrepreneur is active in is an essential factor in the decision-making on scaling strategies.
Study 4 investigates how sustainable new ventures gain legitimacy to acquire the necessary resources to grow. Previous research suggested being distinctive yet understandable as key to legitimacy for new ventures. However, Study 4 describes complex entrepreneurial identities, i.e., unconventional combinations of entrepreneurial identity claims from the founder and venture levels, as an additional source of legitimacy that benefits only sustainable new ventures but not conventional ones. Since sustainable startups aim to tackle complex problems, external audiences expect them to be different from established conventions of the status quo. An analysis of 15,116 crowdfunding campaigns and their creators user profiles via topic modeling and subsequent regression analysis supports this argumentation. The findings show that sustainable ventures with complex or even odd entrepreneurial identities receive more support from crowdfunders, while conventional ventures do not.
Overall, this dissertation conceptualizes a bi-directional and potentially reinforcing relationship between SE and the bioeconomy transition by building on extant literature and collecting and analyzing new data in four empirical studies. Moreover, it highlights the role of entrepreneurs who need unique knowledge and specific competencies and differ significantly from conventional entrepreneurs in their behavior and entrepreneurial identity. Finally, this dissertation discusses how policy and societal norms can foster productive entrepreneurship that is innovative and sustainable within planetary boundaries.Das Überschreiten planetarer Grenzen birgt für die Menschheit die Gefahr des Verlustes eines sicheren Handlungsspielraums zur Sicherung ihrer Lebensgrundlage. Daher ist die Transformation sozioökonomischer Systeme hin zu nachhaltiger Entwicklung erforderlich. Frühere Forschung hat die Rolle nachhaltigen Unternehmertums (Englisch: Sustainable Entrepreneurship, abgekürzt SE) im Übergangsprozess zu einer nachhaltigen Entwicklung im Allgemeinen und der Bioökonomie im Besonderen hervorgehoben. In Bioökonomie-Strategien weltweit wird hierbei die Bedeutung des Unternehmertums für den Übergangsprozess anerkannt. In der Forschung besteht Konsens darüber, dass Unternehmerinnen und Unternehmer benötigt werden, um die Vision einer Bioökonomie umzusetzen. Es bleibt jedoch unklar, wie unternehmerische Opportunitäten in der Bioökonomie entstehen und wie genau Unternehmer durch die Verwertung dieser Opportunitäten zur Bioökonomie-Transformation beitragen. Diese Dissertation zielt daher darauf ab, die Schnittstelle zwischen SE und der Bioökonomie zu beleuchten. Einerseits durch die Untersuchung des Zusammenspiels zwischen SE und der Transformation zur Bioökonomie angesichts planetarer Grenzen. Und andererseits durch eine Betrachtung der Rolle von Unternehmerinnen innerhalb dieser Transformation. Vier empirischen Studien betrachten die Schnittstelle von SE und Bioökonomie dabei aus unterschiedlichen Blickwinkeln.
So wird in Studie 1 ein Transformationspfad zu einer nachhaltigen Bioökonomie untersucht, indem eine internationale Expertengruppe in eine Delphi-Befragung und eine anschließende Cross-Impact-Analyse einbezogen wird. Aus Studie 1 geht eine Liste von Ereignissen hervor, die für die Transformation erforderlich sind und nach ihrer Dringlichkeit geordnet wurden. Die Cross-Impact-Analyse ermöglicht die Kombination der dringendsten Maßnahmen zu einem integrierten Modell eines Transformationspfades hin zur Bioökonomie. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass nicht Bioökonomie-Strategien, sondern technologischer Fortschritt und Investitionen derzeit den größten Engpass darstellen.
Studie 2 geht auf die Ebene neuer Bioökonomie-Startups ein. Auf der Grundlage von Interviews mit Bioökonomie-Unternehmern wird untersucht, wie unternehmerische Opportunitäten im Kontext der Bioökonomie entstehen und welche Kompetenzen Unternehmerinnen benötigen, um sie zu nutzen. Durch die Konzeptualisierung der Bioökonomie-Transformation als Katalysator für SE eröffnet Studie 2 neue Perspektiven für die Forschung zu Innovationspolitik mit dem Ziel nachhaltiger Entwicklung.
Studie 3 geht der Frage nach, wie nachhaltige Gründungsunternehmen skaliert werden können und stellt dies in den Kontext der aktuellen Debatte über die Vereinbarkeit von Wirtschaftswachstum und Umweltschutz. Durch die Anwendung einer latenten Klassenanalyse zur Ermittlung von De-Growth-Einstellungen bei 393 befragten Unternehmern und einer anschließenden Regressionsanalyse gibt Studie 3 Aufschluss darüber, wie De-Growth-Einstellungen bei (nachhaltigen) Unternehmerinnen mit ihren Entscheidungen über Skalierungsstrategien für ihre Unternehmen zusammenhängen. Außerdem zeigt sie, dass das Entwicklungsniveau der Wirtschaft, in der ein Unternehmer tätig ist, ein wesentlicher Faktor bei der Entscheidung über Skalierungsstrategien ist.
Studie 4 untersucht, wie nachhaltige Gründungsunternehmen Legitimität erlangen, um die für ihr Wachstum erforderlichen Ressourcen zu erhalten. Studie 4 beschreibt komplexe unternehmerische Identitäten als Legitimitätsquelle, die nur nachhaltigen, nicht aber konventionellen Neugründungen zugutekommt. Da nachhaltige Neugründungen darauf abzielen, komplexe Probleme zu lösen, erwarten Stakeholder von ihnen, dass sie sich von den etablierten Konventionen des Status quo unterscheiden. Eine Analyse von 15.116 Crowdfunding-Kampagnen und den Nutzerprofilen ihrer Ersteller mittels Themenmodellierung und anschließender Regressionsanalyse unterstützt diese Argumentation. Die Ergebnisse zeigen, dass nachhaltige Unternehmungen mit komplexen - oder sogar eigenartigen - unternehmerischen Identitäten mehr Unterstützung von Crowdfundern erhalten, während konventionelle Unternehmungen dies nicht tun.
Insgesamt konzeptualisiert diese Dissertation eine bidirektionale und potenziell verstärkende Beziehung zwischen SE und der Bioökonomie-Transformation, indem sie auf vorhandener Literatur aufbaut und neue Daten in vier empirischen Studien sammelt und analysiert. Darüber hinaus wird die Rolle von Unternehmerinnen und Unternehmern hervorgehoben, die einzigartiges Wissen und spezifische Kompetenzen benötigen und sich in ihrem Verhalten und ihrer unternehmerischen Identität deutlich von herkömmlichen Unternehmerinnen und Unternehmern unterscheiden. Schließlich wird in dieser Dissertation erörtert, wie politische und gesellschaftliche Normen ein produktives, innovatives und nachhaltiges Unternehmertum innerhalb planetarer Grenzen fördern können
Essays on investor communication in the context of startups
Full text linkWith their creativity and innovative business models, entrepreneurs make an important contribution to global innovation, thus promoting economic growth and the labor market with startup jobs. However, the growth ambitions of entrepreneurs also require investments. Against this backdrop, previous research has already extensively discussed the importance of external investors and highlighted different facets of the entrepreneur-investor relationship. Central concept, to explain this relationship, is investor relations, which mainly refers to the communication of entrepreneur and investor.
However, research on investor communication faces the challenge that a variety of new players, hence new forms of financing, have recently emerged in the market, further fragmenting the research field. In addition, technological advances are also changing the way entrepreneurs and investors communicate with each other. Against this background, previous research on investor relations in the startup context leaves open research questions that will be answered in this dissertation. This results in the following overarching research question for the structure of this dissertation: How do entrepreneurs shape communication with their investors?
The first study was co-authored with Andreas Kuckertz and captures the research landscape on entrepreneurial communication using bibliometric analyses with algorithmic historiography and thematic map for science mapping. Thus, the structures of previous communication research from an entrepreneurship perspective are examined in more detail. The basis of this analysis is 383 articles from peer-reviewed journals. The results of these analyses show that communication in the context of resourcing is a relevant field of research, especially in investor relations. Overall, this study thus opens the research field of this dissertation by embedding investor communication as an element of entrepreneurial communication research.
The second study was conducted with Elisabeth S.C. Berger and is a structured literature review that reviews the current state of research on trust between entrepreneurs and different types of investors. It identified and analyzed 32 articles dealing with trust in the context of venture capital, business angels, crowdfunding, or bank financing. This study builds on the results from the first study by revealing that communication is a trust-building factor. Thus, the second study shows how different concepts are interrelated and influence trust in the entrepreneur-investor relationship.
The third study is co-authored with Andreas Kuckertz and examines the communication of entrepreneurs before and during the first wave of the COVID-19 pandemic. It also considers the extent to which entrepreneurs financed by a venture capital investor differ in their communication from those entrepreneurs working without an investor. For this purpose, a novel method of text analysis was used to examine 110,283 tweets from 760 entrepreneurs. The results indicate that working with a venture capital investor also changes the professionalism of founder communication. This group shows a more professional expression of their emotions.
In the fourth study, which was conducted in collaboration with Andreas Kuckertz, the emotions of investors expressed in communication are examined. This study focuses on venture capitalists and business angels. Although these two investors have a longer history in entrepreneurship research, their emotions have so far been largely ignored. However, since emotions are also relevant within relationships and therefore also in communication, this study broadens the view of the big picture in the entrepreneur-investor relationship by adding an emotional perspective. For this study, 994,969 tweets from 822 investors were analyzed and statistically compared regarding their emotions.
Overall, the four studies in this dissertation address different relationship concepts that arise in the context of entrepreneur-investor relationships. Thus, this dissertation also provides impulses for entrepreneurs and investors in practice, for research and also for politics.Entrepreneure leisten mit ihrer Kreativität und innovativen Geschäftsmodellen einen wichtigen Beitrag zum weltweiten Innovationsgeschehen, fördern damit das Wirtschaftswachstum und schaffen Arbeitsplätze. Die Wachstumsambitionen der Entrepreneure erfordern allerdings auch Investitionen. Vor diesem Hintergrund hat frühere Forschung die Bedeutung von externen Kapitalgebern bereits umfassend diskutiert und unterschiedliche Facetten der Entrepreneur-Investor-Beziehung beleuchtet. Zentrales Konzept, zur Erklärung dieser Beziehung ist Investor Relations, welches sich vor allem auf die Kommunikation von Entrepreneur und Investor bezieht.
Die Forschung zur Investorenkommunikation steht jedoch vor der Herausforderung, dass sich in jüngster Vergangenheit eine Vielzahl an neuen Akteuren, somit neue Finanzierungsformen, auf dem Markt entwickelt haben, die das Forschungsfeld weiter fragmentieren. Darüber hinaus verändert auch der technologische Fortschritt die Art und Weise, wie Entrepreneur und Investoren miteinander kommunizieren. Vor diesem Hintergrund lässt die bisherige Forschung zu Investor Relations im Startup Kontext offene Forschungsfragen zurück, die im Rahmen dieser Dissertation beantwortet werden sollen. Daraus ergibt sich übergeordnet folgende Forschungsfrage für die Struktur dieser Dissertation: Wie gestalten Entrepreneure die Kommunikation mit ihren Investoren?
Die erste Studie wurde gemeinsam mit Andreas Kuckertz verfasst und erfasst durch den Einsatz bibliometrischer Analysen die Forschungslandschaft zu Entrepreneurial Communication mit einem algorithmischen Historiographen und einer thematischen Karte für die Wissenschaftskartierung. Damit werden die Strukturen der bisherigen Kommunikationsforschung aus Entrepreneurship Perspektive näher betrachtet. Die Grundlage dieser Analyse bilden 383 Artikel aus peer-reviewten Journals. Die Ergebnisse dieser Analysen zeigen, dass Kommunikation im Kontext der Ressourcenbeschaffung ein relevantes Forschungsfeld darstellt, insbesondere in Investorenbeziehungen. Diese Studie eröffnet damit das Forschungsfeld dieser Dissertation, indem Investorenkommunikation als Bestandteil der Entrepreneurial Communication Forschung eingebettet wird.
Die zweite Studie entstand mit Elisabeth S.C. Berger und ist ein strukturierter Literaturüberblick, der den aktuellen Forschungsstand zu Vertrauen zwischen Entrepreneuren und verschiedenen Investorentypen aufarbeitet. Dabei wurden 32 Artikel identifiziert und analysiert, die sich mit Vertrauen im Kontext von Venture Capital, Business Angels, Crowdfunding oder Bankfinanzierungen befassen. Diese Studie ist mit den Ergebnissen der ersten Studie verbunden und zeigt, dass Kommunikation ein vertrauensbildender Faktor ist. Somit zeigt die zweite Studie, wie verschiedene Konzepte miteinander verknüpft sind und das Vertrauen in der Unternehmer-Investor-Beziehung beeinflussen.
Die dritte Studie ist gemeinsam mit Andreas Kuckertz entstanden und untersucht die Kommunikation von Entrepreneuren vor und während der ersten Welle der COVID-19 Pandemie. Dabei wird außerdem berücksichtigt, inwieweit Entrepreneure, die durch einen Venture Capital Investor finanziert wurden, sich in der Kommunikation von denjenigen Entrepreneuren unterscheiden, die ohne Investor arbeiten. Hierfür wurde eine neuartige Methode der Textanalyse eingesetzt, mit deren Hilfe 110 283 Tweets von 760 Entrepreneuren untersucht wurden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Zusammenarbeit mit einem Venture Capital Investor auch die Professionalität der Gründerkommunikation verändert. So zeigt diese Gruppe vor allem ein professionelleres Ausdrücken ihrer Emotionen.
In der vierten Studie, die in Zusammenarbeit mit Andreas Kuckertz entstand, werden in der Kommunikation ausgedrückte Emotionen von Investoren untersucht. Dabei fokussiert sich diese Studie auf Venture Capitalists und Business Angels. Obwohl diese beiden Investoren auf eine längere Historie in der Entrepreneurship Forschung zurückblicken, sind deren Emotionen bislang weitgehend unberücksichtigt geblieben. Da jedoch Emotionen auch innerhalb von Beziehungen und daher auch in Kommunikation relevant sind, erweitert diese Studie den Blick auf das Gesamtbild in der Entrepreneur-Investor-Beziehung durch eine emotionale Perspektive. Für diese Studie wurden 994 969 Tweets von 822 Investoren analysiert und hinsichtlich ihrer Emotionen statistisch miteinander verglichen.
Insgesamt adressieren die vier Studien dieser Doktorarbeit verschiedene Beziehungskonzepte, die im Zusammenhang von Entrepreneur-Investor-Beziehungen auftreten. Damit liefert diese Doktorarbeit auch Impulse für Entrepreneure und Investoren in der Praxis, für die Forschung und ebenso für die Politik
Mapping stem rust and leaf rust resistances in winter rye (Secale cereale L.)
Full text linkRye (Seale cereale L.) is one of the few cross-pollinating small-grain cereals and is mainly used for bread baking, biogas production and as animal feed. In its largest cultivation area (Northern, Central and Eastern Europe, including the Russian Federation) two major rust diseases, stem rust (SR) caused by Puccinia graminis f. sp. secalis and leaf rust (LR) caused by Puccinia recondita, can cause severe yield losses. Whereas LR can be found in most rye growing areas every year, SR is occurring less regularly, but can become epidemic in some years. The general occurrence of stem rust in Germany is becoming more regular, especially when hot summers provide optimum conditions for the growth and the spread of this fungus. Resistant cultivars can be a successful way to control both diseases, but SR is not assessed in the (German) variety registration and still several cultivars can be found that are susceptible or medium resistant for LR. Before the studies of this thesis were conducted, no marker-associated SR resistance gene locus was known and only six LR resistance loci had been reported. Rust resistances can be classified into all-stage resistances (ASR), that are usually caused by single R-genes and adult-plant resistances (APR), that are characterized by smaller (quantitative) effects and can only be observed in the adult-plant stage and thus make field tests mandatory.
This thesis aimed on identifying resistant genotypes and respective resistance loci for SR and LR resistances in the rye genome. Two different material groups were used: biparental populations composed of inbred lines and populations composed of self-incompatible single plants. In total ten biparental populations and two additional testcross populations were studied, each constituting 68-90 genotypes. Self-incompatible populations were genetic resources from the Russian Federation, Austria and the United States of America and had 68-74 single plants each.
Inbred lines were assessed in multi-environmental field trials (4-6 environments per population) and to guarantee high disease pressure, SR was artificially inoculated in contrast to naturally occurring LR in all environments. In addition, two different kind of seedling tests, one based on inoculations of entire seedling plants and one based on inoculation of detached leaves, were used to assess SR resistance. Mixed linear models were used to analyze the phenotypic data from field experiments and (mixed) cumulative logit models were used to analyze ordinal data resulting from seedling tests. Due to small sample size of a single detached leaf per genotype and isolate in self-incompatible populations, the results based on cumulative modes were cross checked with a non-parametric test.
Both, progenies from biparental populations and single plants from self-incompatible populations were genotyped with single nucleotide polymorphism (SNP) based markers (Illumina iSelect 10K SNP chip or DArTseqTM) and appropriate statistical tests for phenotype-marker association were applied. This was achieved by extending phenotypic models with additive and dominant marker effects and their respective interaction with the environment or the isolates.
Two marker-associated SR ASR loci (Pgs1, Pgs3.1) could be identified in biparental populations that were responsible for (large) qualitative differences between resistant and susceptible plants in the field and/or seedling stage. Additionally, 14 quantitative trait loci (QTLs) were shown to be responsible for SR APR. For LR, except one QTL found at similar position compared to a previous study, two new genes (Pr7, Pr8) and three QTLs were identified.
Self-incompatible rye populations were used for the first time for association mapping and three SR resistance loci (Pgs1 - Pgs3) could be identified. Two thereof were also found within biparental mapping populations by means of QTL mapping and this was considered as prove of this new method. Throughout all studies, the natural cross-pollinating character of rye had to be considered in choosing appropriate methods and for developing rust resistant rye hybrids.
This thesis includes breeding material from the largest European rye breeding companies and experiments were conducted in close cooperation with them. The characterization of breeding material for SR and LR infection, development of (new) mapping approaches, detection of resistance loci and marker candidates in the rye genome and finally the discussion of selection strategies provides a solid basis for breeders to develop the most durable SR and LR resistant rye cultivars. For scientists, new research topics could be, for example, the cloning of rye genes or a more thorough understanding of pathogen dynamics to finally achieve durable resistance in future.Roggen (Secale cereale L.) ist einer der wenigen kleinkörnigen Fremdbefruchter bei den Getreiden und wird hauptsächlich zum Brotbacken, zur Biogasproduktion und als Tierfutter verwendet. Im größten Anbaugebiet (Nord-, Zentral- und Osteuropa inkl. Russland) können zwei Rost-Krankheiten, Schwarzrost (SR), verursacht durch Puccinia graminis f. sp. secalis und Braunrost (BR), verursacht durch Puccinia recondita, hohe Ertragsverluste verursachen. Resistente Sorten können eine erfolgreiche Möglichkeit zur Bekämpfung der Krankheiten sein, SR wird aber in Deutschland bei der Sortenzulassung nicht erfasst und man findet auch noch einige Sorten, die BR-anfällig oder nur mäßig resistent gegen BR sind. Vor der Durchführung dieser Studien, war kein Marker-assoziierter SR Resistenzgen-Locus bekannt und nur sechs BR Resistenzgen-Loci waren bereits beschrieben. Rostresistenzen können unterschieden werden in: All-Stadien-Resistenzen (ASR), welche üblicherweise durch einzelne R-Gene bedingt werden, und Adultpflanzen-Resistenzen (APR), welche durch kleinere (quantitative) Effekte charakterisiert sind. Letztere können nur im Adultpflanzen-Stadium beobachtet werden und deshalb sind Feldversuche notwendig.
Diese Studie zielte darauf ab, resistente Genotypen und entsprechende Resistenz-Loci für SR und LR-Resistenzen im Roggen-Genom zu identifizieren. Dazu wurden zwei verschiedene Materialgruppen verwendet: Biparentale Populationen, die aus Inzucht-linien bestanden, und Populationen aus selbstinkompatiblen Einzelpflanzen. In Summe wurden zehn biparentale Populationen sowie zwei zusätzliche Testkreuzungs-Populationen mit jeweils 68-90 Genotypen untersucht. Selbstinkompatible Populationen waren genetische Ressourcen aus Russland, Österreich und den Vereinigten Staaten von Amerika und hatten jeweils 68-74 Pflanzen.
Die Inzuchtlinien wurden in mehrortigen Feldversuchen (4-6 Umwelten pro Population) untersucht und um hohen Befall zu garantieren, wurde künstlich mit SR inokuliert, im Gegensatz zu BR, der an allen Orten natürlich auftrat. Zusätzlich wurden zwei verschiedene Sämlingstests, einer basierend auf kompletten Sämlingspflanzen, und einer basierend auf der Inokulation von abgeschnitten Blättern zur Bewertung der SR-Resistenz verwendet.
Gemischte lineare Modelle wurden verwendet um die phänotypischen Daten aus den Feldversuchen zu analysieren und (gemischte) Grenzwertmodelle um die ordinalen Daten, die aus den Sämlingstests resultierten, zu analysieren. Aufgrund der kleinen Stichprobengröße in selbstinkompatiblen Populationen mit einem untersuchten Blatt pro Genotyp und Isolat, wurden die Ergebnisse basierend auf Grenzwertmodellen mit einem nicht-parametrischen Test gegengeprüft.
Sowohl die Nachkommen der biparentalen Populationen als auch die Einzelpflanzen der selbstinkompatiblen Populationen wurden mit Einzelnukleotid-Polymorphismus (SNP)-basierten Markern (Illumina iSelect 10K SNP chip bzw. DArTseqTM) genotypisiert und passende statistische Test für die Phänotyp-Marker-Assoziation angewendet. Für diese wurden die phänotypischen Modelle mit additiven und dominanten Marker-Effekten und der entsprechenden Interaktion mit der Umwelt oder den Isolaten erweitert.
Zwei Marker-assoziierte SR-ASR-Loci (Pgs1, Pgs3.1), welche für (große) qualitative Unterschiede im Adultpflanzen- und Sämlingsstadium verantwortlich waren, konnten in biparentalen Populationen identifiziert werden. Zusätzlich wurde gezeigt, dass 14 quantitative trait loci (QTL) für SR-ASR verantwortlich waren. Für BR, konnten, abgesehen von einem QTL, der an einer ähnlichen Position wie in einer anderen Studie gefunden wurde, zwei neue Gene (Pr7, Pr8) und drei weitere QTL identifiziert werden.
Selbstinkompatible Populationen wurden hier zum ersten Mal für eine Assoziationskartierung verwendet und drei SR-Resistenzloci (Pgs1-Pgs3) gefunden. Zwei davon wurden auch mittels QTL-Kartierung in biparentalen Populationen gefunden was als Beweis für die Eignung dieser neuen Methode betrachtet wurde. Über alle Studien hinweg musste die natürliche Eigenschaft der Fremdbefruchtung bei Roggen bei der Wahl passender Methoden und der Entwicklung von rostresistenten Roggenhybriden beachtet werden.
Diese Studie beinhaltet Zuchtmaterial von den größten europäischen Zuchtfirmen und die Experimente wurden in enger Zusammenarbeit mit diesen durchgeführt. Die Charakterisierung von Zuchtmaterial für SR- und BR-Befall, die Entwicklung von (neuen) Kartierungsmethoden, die Entdeckung von Resistenzloci und Markerkandidaten im Roggengenom und schließlich die Diskussion von Selektionsstrategien liefern eine solide Basis um dauerhafte SR- und BR-resistente Sorten zu entwickeln. Neue Forschungsthemen für Wissenschaftler könnten zum Beispiel die Klonierung von Resistenzgenen oder ein besseres Verständnis der Pathogen-Dynamik sein, um in Zukunft gezielt eine dauerhafte Resistenz zu erreichen
Greenhouse gas emissions from rice production in the Vietnamese Mekong River Delta as affected by varietal selection and water management
Full text linkThe topic of this dissertation deals with rice production, the predominant source of daily nourishment for more than half of the worlds population. Rice production is directly affected by global climate change through aggravating climatic conditions, but is also one of the major sources of greenhouse gases (GHG) in the agricultural sector. The latter aspect is investigated in 4 publications by assessing the factors contributing to emissions, the quantification of GHG emissions across different scales, and possible mitigation of GHG emissions. In totality, these studies aim at bridging the gap between field measurements to national extrapolations in view of both GHG inventories and future mitigation programs. In terms of methodologies, the publications compiled in the following chapters represent a broad spectrum ranging from field measurements to meta-analysis, but they all deal with the emission of methane (CH4) which is generated in rice fields due to the unique feature of semi-aquatic soils. The publications based on newly conducted field measurements also a nitrous oxide (N2O) which is a potent GHG emitted typically emitted from rice fields in low quantities.
Chapter 2 (Vo et al. 2018) compiles field measurements from the Vietnamese Mekong River Delta (MRD) which accounts for more than 50% of the countrys rice production. Emission factors (EFs) are used to estimate total emissions associated with the area of rice production. The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) has given the default EFs that are based on global averages as Tier 1 approach. However, the IPCC guidelines encourage national reporting institutions to conduct field measurements of GHG emissions and to determine country-specific EFs as the basis of the Tier 2 approach. Tier 2 further accounts for the fact that emissions may also be highly variable within a given country by requesting for disaggregation of EF at a sub-national scale. Therefore, the most recent GHG inventories for Vietnam are based on region-specific EFs under the IPCC Tier 2 approach, which is implemented using national activity data (i.e., national average cultivation period of rice and harvested area). In Chapter 2, we developed the specific EFs for different hydrological sub-zones and growing seasons in the MRD to achieve disaggregated EFs that could be used for the National Communications submitted to the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC). Due to the distinct bio-physical condition and cropping cycle, the results show the lowest emissions in the saline sub-zone. While alluvial, acid sulfate soils had intermediate levels, the highest emissions were found in the deep flood sub-zone.
In Chapter 3 (Vo e al. 2018), we expanded the geographical scope of the GHG assessment to the entire country. This meta-analysis of CH4 data covers 73 cropping seasons at 36 field sites across the rice-growing areas of Vietnam under the IPCCs baseline conditions (i.e., continuously flooded, no organic amendments) in the three main cropping seasons. As an output of this study, a structured database contained the location and season of each measurement as well as site-specific bio-physical factors and crop management at the site scale. In the next step, we developed disaggregated EFs for different zones and cropping seasons across the country that can be used for future reporting commitments of Vietnam as part of a more accurate Tier 2 assessment. The calculated EFs were generally higher than the IPCC defaults and the values used for Vietnams 3rd National Communications for the North, Central, and South Vietnam.
Chapter 4 (Vo et al. 2023) has to be seen in the context of Vietnams climate change policy that aims at reducing GHG emissions from rice production. Mitigation in rice production will be crucial for Vietnam because CH4 from rice accounts for about 15 % of the national GHG which is more than the entire transport sector even without considering CO2 and N2O emissions along the rice value chain. Previous studies have assessed the potential practices by changes in farming practices, namely water, nutrient, and straw management, and almost uniformly concluded that Alternate Wetting and Drying (AWD) is the most promising strategy for achieving a sizable mitigation of GHG emissions. Given the intense rainy season in southeast Asia, however, the precipitation is often too high to implement this water regime and will not provide any economic benefit from water saving. In turn, it is important to consider other mitigation strategies such as the selection of low-emitting cultivars. We conducted a field screening of 20 rice varieties that was expanded by assessing the interactive effect of variety selection and AWD. An experimental layout with 120 plots (based on 3 replicates) was required to assess this interaction of variety and water management in the field using the closed chamber method to collect air samples followed by lab analysis (using a gas chromatograph) to quantify the CH4 and N2O concentrations. The results of this study confirmed that GHG emissions from rice fields are dominated by CH4 emissions whereas N2O emissions were negligible. Compared with IPCC default values, the data set from two dry seasons yielded higher emissions under a baseline of continuous flooding (EF = 2.96 kg CH4 ha-1 d-1) and lower Scaling Factors (SF) of AWD (SF = 0.4).
Chapter 5 (Asch et al. 2023) deals with the agronomic aspects of both AWD and variety selection and their implications on the economic viability of future mitigation efforts. While AWD is more efficient in reducing CH4 emissions than variety selection, this water management practice resulted in a slight yield decrease in our field study. Given the limited applicability of AWD, the selection of varieties is a much more adaptable approach and is also beneficial in terms of farmers adoption because it does not require any crop management changes. However, this strategy could also impact profits since the lowest-emitting variety may not have the highest rice yields.
In the context of future mitigation programs in the MRD, the dry season allows good control of the water table, so AWD should be the core of any mitigation effort. Variety selection on the other hand should be targeted in those seasons and locations that do not allow draining the fields. In turn, low-emitting varieties should become an integral part of future mitigation programs to supplement AWD within a systematic out scaling. In terms of economic trade-offs for the farmers, we assumed a scenario with compensation derived from the still premature carbon markets. The potential profit increments are very low and not attractive if distributed to farmers directly, but may collectively be used for investments in rural development by government agencies for benefitting farmers indirectly, e.g. by improving the irrigation infrastructure.Das Thema dieser Dissertation befasst sich mit dem Reisanbau, der wichtigsten Quelle für die tägliche Ernährung von mehr als der Hälfte der Weltbevölkerung. Die Reisproduktion ist durch die Verschärfung der klimatischen Bedingungen direkt vom globalen Klimawandel betroffen, ist aber auch eine der Hauptquellen von Treibhausgasen (THG) im Agrarsektor. Der letztgenannte Aspekt wird in vier Veröffentlichungen untersucht, in denen die Faktoren, die zu den Emissionen beitragen, die Quantifizierung der Treibhausgasemissionen in verschiedenen Skalen und mögliche Maßnahmen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bewertet werden. Insgesamt zielen diese Studien darauf ab, die Lücke zwischen Feldmessungen und nationalen Hochrechnungen sowohl im Hinblick auf THG-Inventare als auch auf künftige Minderungsprogramme zu schließen. Die in den folgenden Kapiteln zusammengetragenen Veröffentlichungen weisen ein breites methodisches Spektrum auf, das von Feldmessungen bis hin zu Meta-Analysen reicht. Sie befassen sich jedoch alle mit der Emission von Methan (CH4), das in Reisfeldern aufgrund der einzigartigen Eigenschaft "semiaquatischer" Böden entsteht. Die Veröffentlichungen, die auf neu durchgeführten Feldmessungen beruhen, befassen sich zudem auch mit Lachgas (N2O), einem potenten Treibhausgas, das von Reisfeldern in der Regel jedoch nur in geringen Mengen emittiert wird.
Kapitel 2 (Vo et al. 2018) umfasst Feldmessungen aus dem vietnamesischen Mekong-Flussdelta (MRD), auf das mehr als 50 % der Reisproduktion des Landes entfallen. Zur Schätzung der Gesamtemissionen im Zusammenhang mit der Reisanbaufläche werden Emissionsfaktoren (EF) verwendet. Das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) hat die Standard-EFs, die auf globalen Durchschnittswerten basieren, als Tier-1-Ansatz festgelegt. Die IPCC-Leitlinien ermutigen jedoch die nationalen Berichterstattungsinstitutionen, Feldmessungen der THG-Emissionen durchzuführen und länderspezifische EFs als Grundlage des Tier-2-Ansatzes zu bestimmen. Tier 2 trägt außerdem der Tatsache Rechnung, dass die Emissionen innerhalb eines Landes sehr unterschiedlich sein können, indem es eine Aufschlüsselung der EF auf subnationaler Ebene fordert. Daher basieren die jüngsten Treibhausgasinventare für Vietnam auf regionsspezifischen Treibhausgasemissionen für Reis im Rahmen des Tier 2 Ansatzes, der unter Verwendung nationaler Aktivitätsdaten (d. h. der durchschnittlichen nationalen Anbauperiode von Reis und der geernteten Fläche) umgesetzt wird. In Kapitel 2 haben wir die spezifischen EFs für verschiedene hydrologische Unterzonen und Wachstumsperioden in der MRD entwickelt, um disaggregierte EFs zu bestimmen, die für die bei der Klimarahmenkonvention der Vereinten Nationen eingereichten nationalen Mitteilungen verwendet werden können. Aufgrund der unterschiedlichen biophysikalischen Bedingungen und Anbauzyklen zeigen die Ergebnisse die geringsten Emissionen in der salzhaltigen Unterzone. Schwemmlandböden und saure Sulfatböden wiesen mittlere Werte auf, während die höchsten Emissionen in der Unterzone mit tiefen Überschwemmungen zu finden waren.
In Kapitel 3 (Vo e al. 2018) haben wir den geografischen Umfang der THG-Bewertung auf das gesamte Land ausgeweitet. Diese Meta-Analyse der CH4-Daten umfasst 73 Anbausaisons an 36 Feldstandorten in den Reisanbaugebieten Vietnams unter den IPCC-Basisbedingungen (d. h. kontinuierlich überflutet, keine organischen Ergänzungen) in den drei Hauptanbausaisons. Das Ergebnis dieser Studie war eine strukturierte Datenbank, die den Ort und die Jahreszeit jeder Messung sowie die standortspezifischen biophysikalischen Faktoren und die Pflanzenbewirtschaftung auf Standortebene enthielt. Im nächsten Schritt entwickelten wir disaggregierte EFs für verschiedene Zonen und Anbausaisonen im ganzen Land, die für künftige Berichterstattungsverpflichtungen Vietnams als Teil einer genaueren Tier-2-Bewertung verwendet werden können. Die berechneten EFs waren im Allgemeinen höher als die IPCC-Vorgaben und die Werte, die für Vietnams dritte nationale Mitteilungen für Nord-, Zentral- und Südvietnam verwendet wurden.
Kapitel 4 (Vo et al. 2023) ist im Zusammenhang mit der vietnamesischen Klimaschutzpolitik zu sehen, die auf eine Verringerung der Treibhausgasemissionen aus der Reisproduktion abzielt. Eine Reduzierung der Emissionen im Reisanbau wird für Vietnam jedoch von entscheidender Bedeutung sein, da CH4 aus dem Reisanbau etwa 15 % der nationalen THG-Emissionen ausmacht, was mehr ist als die Emissionen des gesamten Verkehrssektors, selbst wenn man die CO2- und N2O-Emissionen entlang der Reiswertschöpfungskette nicht berücksichtigt. Frühere Studien haben Änderungen der Anbaupraktiken, insbesondere des Wasser-, Nährstoff- und Strohmanagements, bewertet und sind fast einheitlich zu dem Schluss gekommen, dass Alternate Wetting and Drying (AWD) die vielversprechendste Strategie ist, um eine beträchtliche Verringerung der THG-Emissionen zu erreichen. Angesichts der intensiven Regenzeit in Südostasien sind die Niederschläge jedoch oft zu hoch, um dieses Bewässerungsregime umzusetzen, und bieten keinen wirtschaftlichen Nutzen durch Wassereinsparungen. Im Gegenzug ist es wichtig, andere Minderungsstrategien in Betracht zu ziehen, wie etwa die Auswahl von Reissorten mit geringen Emissionen. Wir haben ein Feldscreening von 20 Reissorten durchgeführt, das durch die Bewertung der interaktiven Wirkung von Sortenwahl und Bewässerung erweitert wurde. Eine Versuchsanordnung mit 120 Parzellen (basierend auf 3 Replikaten) war erforderlich, um diese Wechselwirkung von Sorte und Wassermanagement auf dem Feld zu bewerten. Dabei wurden Luftproben mit der closed chamber Methode gesammelt und anschließend im Labor (mit einem Gaschromatograph) analysiert, um die CH4- und N2O-Konzentrationen zu quantifizieren. Die Ergebnisse dieser Studie bestätigten, dass die Treibhausgasemissionen aus Reisfeldern von den CH4-Emissionen dominiert werden, während die N2O-Emissionen vernachlässigbar waren. Im Vergleich zu den IPCC-Standardwerten ergab der Datensatz aus zwei Trockensaisons höhere emisssionen unter einer Basislinie mit kontinuierlicher Überflutung (EF = 2,96 kg CH4 ha-1 d-1) und niedrigere Skalierungsfaktoren der AWD (SF = 0,4).
Kapitel 5 (Asch et al. 2023) befasst sich mit den agronomischen Aspekten sowohl von AWD als auch der Sortenwahl und deren Auswirkungen auf die wirtschaftliche Tragfähigkeit zukünftiger Minderungsbemühungen. Während AWD bei der Verringerung der CH4-Emissionen effizienter ist als die Sortenwahl, führte dieses Wassermanagementverfahren in unserer Feldstudie zu einem leichten Ertragsrückgang. Bedingt durch die begrenzte Anwendbarkeit von AWD ist die Sortenauswahl ein vielseitigerer Ansatz, der auch für die Landwirte von Vorteil ist, da er keine Änderungen in der Bewirtschaftung erfordert. Diese Strategie könnte sich jedoch auch negativ auf die Gewinne auswirken, da die Sorte mit den geringsten Emissionen nicht unbedingt die höchsten Reiserträge liefert.
Im Rahmen künftiger Programme zur Eindämmung des Klimawandels im MRD ermöglicht die Trockenzeit eine gute Kontrolle des Grundwasserspiegels, so dass AWD den Kern jeder Eindämmungsmaßnahme bilden sollte. Andererseits sollte die Sortenauswahl auf die Jahreszeiten und Standorte ausgerichtet sein, die keine Drainierung der Felder zulassen. Emissionsarme Sorten sollten daher ein integraler Bestandteil künftiger Minderungsprogramme sein, um AWD im Rahmen eines systematischen Outscaling zu ergänzen. Was die wirtschaftlichen Konsequenzen für die Landwirte betrifft, so sind wir von einem Szenario ausgegangen, bei dem die Ausgleichszahlungen von den bisher noch nicht funktions-fähigen Kohlenstoffmärkten stammen. Der zusaetzliche Gewinn ist jedoch sehr gering, so dass es nicht sinnvoll ist, wenn sie direkt an die Landwirte verteilt werden. Das Geld könnte aber insgesamt für Investitionen in die ländliche Entwicklung durch staatliche Stellen verwendet werden, und damit den Landwirten indirekt zugute kommen, z. B. durch Verbesserung der Bewässerungsinfrastruktur
Investigations into heat- and light-induced terpene modifications in essential oils
Full text linkEssential oils belong to secondary plant metabolites, with terpenoids and phenylpropanoids being among the main constituents in terms of quantity. Due to their lipophilic character and high volatility, they are mainly obtained by steam distillation. Citrus essential oils (agrumen oils) are an exceptionsince they are usually extracted from the peels by means of pressing, whereby less volatile components such as coumarins and furocoumarins are also introduced. Due to their odor and taste-giving properties, essential oils are used in the food, beverage, and cosmetics industries. In addition, due to a wide range of pharmacological properties, they are used in phytotherapy as well as in aromatherapy. However, most essential oils are highly susceptible to oxidation, polymerization, dehydrogenation, and isomerization reactions in the presence of atmospheric oxygen, light, and at high temperatures. The resulting organoleptic changes usually lead to a significant quality reduction. The formation of terpene hydroperoxides is another problem, as these are suspected of causing intolerances such as redness and itching in 1-3% of the European population upon contact with the skin. The detection of these chemical changes forms an integral part of quality control and can be prevented as far as possible by suitable production, transport, and storage strategies. Due to their volatility, essential oils are mainly analyzed by gas chromatography. However, due to their instability, the detection of hydroperoxides places considerable demands on common analytical methods. For this reason, a novel spectrophotometric method for the detection of peroxides and hydroperoxides in terpenes and essential oils was developed (paper 1). The oxidation of N-N-dimethyl-p-phenylenediamine by peroxides yielding an intensely red-colored cation (Wursters red) allowed colorimetric detection and quantitation of even smallest amounts (LOD: 0.5 ppm). The minimal sample amount of only a few milligrams, as well as simple and fast performance predestine this method for daily laboratory routine (paper 1). Among plant terpenoids, the monoterpene R-(+)-limonene is very widespread. Thus, it is not only found in citrus oils but also of in caraway oil, where its proportion amounts to almost 50%. To investigate the storage stability, R-(+)-limonene, S-(+)-carvone, different caraway oils, and the corresponding caraway seeds were stored in desiccators at 25 °C and 40 °C for eighteen months (paper 2). The samples were analyzed monthly by GC/MS and GC/FID, as well as HPLC/DAD-MS/MS. This showed that the comparison of seed, isolated essential oil, and pure substance, whichhad not been considered in storage studies so far, was of extraordinary importance. Here, both the plant matrix and the essential oil had a protective effect on individual terpenes and delayed their degradation (paper 2). Further, a clear difference between photo-oxidation and autoxidation was observed. Light-induced oxidation of terpenes primarily resulted in the formation of hydroperoxides, whereas autoxidation led to a variety of compounds such as alcohols, ketones, and epoxides. Thus, the secondary products can serve as specific markers for conclusions about the preload and quality of essential oils. In the study presented in paper 3, further photo-oxidation experiments were conducted with beta-pinene, R-(+)-limonene, and gamma-terpinene, with added furocoumarins. Furocoumarins can absorb UV-A light in the range of 320 380 nm and enter an energetically excited state. This energy difference between the ground state and excited state can be dissipated again by the emission of fluorescent and phosphorescent light. In this process, short-wave energy-rich UV light is converted into lower-energy visible light (bathochromic shift). For this reason, the UV light-induced degradation of the terpenes beta-pinene, R-(+)-limonene, and gamma-terpinene could be significantly reduced by adding 5% each of xanthotoxin, bergapten, bergaptol, and bergamottin. The effect of adding bergaptol was most pronounced in the photooxidation of gamma-terpinene (paper 3). Consequently, in citrus essential oils from which the natural furocoumarins had been previously removed, irradiation with UV light resulted in a strong degradation of the terpenes. This process could be markedly reduced by the re-addition of 5% of the previously removed plant-specific furocoumarins (paper 4). In summary, it can be concluded that not only the plant matrix and the essential oil as a multicomponent mixture but also potential interactions with other substances forming part of the essential oil such as furocoumarins may significantly slow down the oxidation of terpenoids.Ätherische Öle gehören zu den sekundären Pflanzenstoffen, wobei Terpenoide und
Phenylpropanoide mengenmäßig zu den Hauptbestandteilen zählen. Aufgrund ihres
lipophilen Charakters und ihrer hohen Flüchtigkeit werden diese überwiegend mittels Wasserdampfdestillation gewonnen. Eine Ausnahme bilden ätherische Zitrusöle (Agrumenöle), die in der Regel mittels Pressverfahren aus den Schalen gewonnen werden, wobei auch weniger flüchtige Komponenten wie z.B. Cumarine und
Furocumarine in die Ölphase übergehen. Aufgrund ihrer geruchs- und geschmacksgebenden Eigenschaften finden ätherische Öle Anwendung in der Lebensmittel-, Getränke- und Kosmetikindustrie. Darüber hinaus werden sie aufgrund zahlreicher pharmakologischer Eigenschaften in der Phytotherapie sowie in der Aromatherapie eingesetzt. Allerdings sind die meisten ätherischen Öle in Gegenwart von Luftsauerstoff, Licht und bei erhöhten Temperaturen sehr anfällig für Oxidations-, Polymerisations-, Dehydrierungs- und Isomerisierungsreaktionen. Die damit einhergehenden organoleptischen Veränderungen führen meist zu einer deutlichen Qualitätsminderung. Ein weiteres Problem stellt die Bildung von
Terpenhydroperoxiden dar, da diese im Verdacht stehen, bei 1-3% der europäischen Bevölkerung bei Hautkontakt Unverträglichkeiten wie Rötungen und Juckreiz auszulösen. Die Erfassung derartiger chemischer Veränderungen ist fester Bestandteil der Qualitätskontrolle, und diese sind durch geeignete Herstellungs-, Transport- und Lagerbedingungen zu minimieren. Die Analytik der ätherischen Öle findet aufgrund ihrer Flüchtigkeit vorwiegend mittels Gaschromatographie statt. Die Detektion von Hydroperoxiden stellt aufgrund ihrer Instabilität jedoch erhebliche Anforderungen an die herkömmlichen Analysemethoden. Deshalb wurde in der in Paper 1 vorgestellten Studie eine neue spektrophotometrische Methode zur Detektion und Quantifizierung von Peroxiden und Hydroperoxiden in Terpenen und ätherischen Ölen entwickelt. Die Oxidation von N-N-Dimethyl-p-phenylendiamin durch Peroxide zu einem intensiv rot gefärbten Kation (Wursters Rot) ermöglichte die kolorimetrische Detektion und Quantifizierung selbst kleinster Mengen (LOD 0,5 ppm). Die geringe Probenmenge von nur wenigen Milligramm sowie die einfache und schnelle Durchführung prädestinieren diese Methode für die tägliche Laborroutine (Paper 1).
Unter den pflanzlichen Terpenoiden ist das Monoterpen R-(+)-Limonen sehr weit verbreitet. So findet es sich nicht nur in Zitrusölen, sondern auch mit einem Anteil von knapp 50% in Kümmelöl. Zur Untersuchung der Lagerstabilität wurden R-(+)-Limonen, S-(+)-Carvon, verschiedene Kümmelöle und die entsprechende Kümmelsaat achtzehn Monate lang bei 25 °C und 40 °C in Exsikkatoren gelagert (Paper 2). Mittels GC/MS und GC/FID sowie HPLC/DAD-MS/MS wurden die Proben monatlich analysiert. Hierbei zeigte sich, dass der bisher in Lagerstudien nicht berücksichtige Vergleich von Saat, ätherischem Öl und Reinstoff von außerordentlicher Bedeutung ist. Dabei wirkten sich sowohl die Pflanzenmatrix als auch das ätherische Öl schützend auf die einzelnen Terpene aus und verzögerten deren Abbau (Paper 2). Dabei zeigte sich zudem ein deutlicher Unterschied zwischen der Photooxidation und der hier ablaufenden Autoxidation. Bei der lichtinduzierten Oxidation von Terpenen werden primär Hydroperoxide gebildet, während die Autoxidation zu einer Vielzahl von Verbindungen wie Alkoholen, Ketonen und Epoxiden führt. So können die Folgeprodukte als spezifische Marker zur Bewertung der Vorbelastung und Qualität eines ätherischen Öles herangezogen werden. In der in Paper 3 dargestellten Studie wurden weitere Photooxidationsversuche mit beta-Pinen, R-(+)-Limonen und gamma-Terpinen durchgeführt, denen zuvor Furocumarine zudotiert wurden. Furocumarine können UVA Licht im Bereich 320 380 nm absorbieren und gehen dabei in einen energetisch angeregten Zustand über. Die Energiedifferenz zwischen Grundzustand und angeregtem Zustand kann durch Emission von Fluoreszenz- und Phosphoreszenzlicht dissipiert werden. Hierbei wird energiereiches kurzwelliges UV-Licht in energieärmeres, sichtbares Licht umgewandelt (bathochromer Shift). Aus diesem Grund konnte der UV-Licht induzierte Abbau der Terpene beta-Pinen, R-(+)-Limonen und gamma-Terpinen durch die Zugabe von je 5% Xanthotoxin, Bergapten, Bergaptol und Bergamottin erheblich reduziert werden. Der deutlichste Effekt wurde bei Zugabe von Bergaptol zu gamma-Terpinen beobachtet (Paper 3). Folgerichtig kam es bei ätherischen Zitrusölen, aus denen die natürlichen Furocumarine zuvor entfernt wurden, durch Bestrahlung mit UV-Licht zu einem starken Abbau der Terpene. Dieser Prozess konnte durch erneute Zugabe von 5% der zuvor entfernten pflanzenspezifischen Furocumarine deutlich verringert werden (Paper 4).
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass nicht nur die pflanzliche Matrix und das ätherische Öl als Mehrkomponentengemisch, sondern auch die Wechselwirkung mit anderen, im ätherischen Öle enthaltenen Substanzen wie Furocumarinen die Oxidation von Terpenoiden signifikant verlangsamen kann
Institutions, contracts, and regulation of housing financing
Full text linkThe real estate market and, more specifically, the housing market is one of the most important markets of an economy. It impacts public health, influences social relations and crime, triggers others sector growth, and thus affects the prosperity of an economy. The close interconnectedness between economic sectors creates mutual dependencies and spillover effects from one market to another. Due to this, a stable and resistant housing market is in common public, economic, and political interest. The prediction of the development of the housing market, however, is highly challenging as it displays several individual features.
One is its high capital intensity. What drives housing investment is sustainable access to housing financing. As sufficient funding is a precondition for acquiring residential property, mortgage lending institutions play a decisive role in the housing market. They enable home seekers to become homeowners and, at the same time, decide by whom and when a residential property can be bought. Furthermore, they influence housing prices. By either granting loans or rejecting applicants and conducting other business, the demand for dwellings is influenced which affects prices. This was clearly evidenced by the latest financial crisis. A second special feature of the housing market is its distinct heterogeneity. From various perspectives, housing is, above all, particularly individual. Dwellings must meet individual circumstances, habits, and preferences. Furthermore, they need to fit into geographical or political circumstances. To meet these individual needs, some financial systems are quite diverse, consisting of manifold types of financial intermediaries that offer several products to finance a residential property. Others are rather uniform, characterized mainly by privately organized institutions, focused on common banking business.
This dissertation investigates the impact of different types of financial institutions, financial contracts, and financial regulation on the housing market.
The first part investigates whether various lending practices of different types of financial institutions affect housing market cycles differently. We develop a heterogeneous agent-based model that mimics a real-world housing market, consisting of potential home buyers and sellers who trade residential property. Financial intermediaries finance residential property and, therefore, mainly determine whether housing investment can be realized. We create a heterogeneous financial market with special emphasis on two institutional bank types: conventional banks (CBs) and building and loan associations (BLs). Especially in Germany and continental Europe, both serve the mortgage lending market while BLs constitute a peculiar but essential real estate financier. In our research, BLs represent an example of specialized financial intermediaries. Contrasting the mortgage granting decisions of the two bank types that arise out of varying business models and specialized institutional regulations, we find that CBs exercise procyclic mortgage lending that exacerbates prevailing up- or downturns in the housing market. Using BLs core product, contractual saving for housing (CSH), they put less emphasis on collateral values. Instead, they use information out of relationship lending which leads to less pronounced market cycles and more stable housing prices. Computational experiments reveal that a heterogeneous financial market, consisting of both CBs and BLs creates the most stable housing market and, at the same time, provides homeownership for a larger share of the economy.
As the first part of the dissertation suggests a diversified financial market with differing institutional features and heterogeneous product landscapes to stabilize the housing market and diminish the risk of crises, the second part extends the research scope to embrace regulatory environments. I introduce an extended heterogeneous agent-based model of a housing and a financial market to assess whether it is reasonable to impose homogenous regulatory requirements for heterogeneous financial institutions out of the perspective of housing, capital, and financial market stability. In addition to the real estate market, where potential buyers and sellers can trade dwellings, I model a capital market on which banks can trade a standardized share portfolio that depicts alternative investment opportunities for financial institutions. If banks engage in risky business which is either to finance housing investments or trading shares, Basel III requires them to hold a specified amount of equity. Banks business activities are thus restricted by the prevailing capital adequacy requirements (CAR). Via computational experiments, I introduce a heterogeneous regulation in terms of different levels of CAR for a special type of financial intermediary, BLs, while CAR for CBs are held fixed. The results provide evidence that imposing CAR on banks is effective in increasing market stability and the resilience of the banking sector. The obligation to meet CAR restricts risky business activities and increases banks loss absorbency capacity. However, stability is not only a monotonic function of capital. Elevating CAR for BLs worsens stability measures and banking soundness. The study reveals that the institutional type of BLs and their special regulation imposes a risk-mitigating and stabilizing effect on the housing, the capital, and the financial market which can be intensified if CAR are aligned to their individual business model. These findings advocate in favor of heterogeneous CAR that shape market structures and create most stable market conditions.
The third part of this dissertation investigates a special component of the current regulatory requirements of Basel III, the countercyclical capital buffer (CCyB). The macroprudential tool strives to counteract the issue of procyclicality of the previous regulatory rules. Conducting computational experiments in an artificial market setting, we examine the macroeconomic performance of the CCyB by evaluating the dynamics of key stability indicators of the housing and the financial market. Under four different scenarios, an undisturbed market, a financial shock scenario, a positive housing demand shock scenario, and in times of a housing bubble, we test whether the macroprudential tool meets its regulatory goals. Doing this, we find that, in general, the CCyB performs well in stabilizing the housing and the financial market in all of the tested market settings. It is not able, however, to prevent any of the simulated crises to occur. Furthermore, its effectiveness depends on the magnitude of the shock and on how much buffer has been built up by banks in the previous periods. A CCyB introduced at the wrong time might even affect market conditions procyclically. As the introduction of a CCyB is currently discussed in different countries, this study contributes to current regulatory issues and provides valuable insights.
With its three parts, this dissertation provides new insights into the relationship between financial and housing markets. Incorporating the special features of the housing market, it reveals the merits of a diversified financial market and the existence of specialized financial institutions and heterogeneous financial products. Furthermore, the results argue in favor of a heterogeneous regulation. Additionally, it provides information about the effectiveness of a currently discussed regulatory component, the CCyB. Hereby, this dissertation contributes to existing literature and has important implications for the design of financial markets and regulatory capital requirements in order to stabilize one of the most important markets of an economy, the housing market.Der Immobilienmarkt, im Speziellen der Markt für Wohnimmobilien, zählt zu den bedeutendsten Märkten einer Volkswirtschaft. Durch zahlreiche Interdependenzen zu angrenzenden Marktsegmenten prägt er gesellschaftliche Belange wie soziale Beziehungen und Kriminalität, beeinträchtigt die öffentliche Gesundheit und beeinflusst den volkswirtschaftlichen Wohlstand. Die enge Verflechtung zwischen Wirtschaftssektoren führt zu gegenseitigen Abhängigkeiten und Spillover-Effekten. Ein stabiler und widerstandsfähiger Wohnungsmarkt liegt daher in einem gemeinsamen öffentlichen, wirtschaftlichen und politischen Interesse. Eine Einschätzung der Marktentwicklung für Wohnimmobilien wird durch dessen spezielle Charakteristika jedoch erheblich erschwert.
Eine dieser Besonderheiten ist dessen beträchtliche Kapitalintensität. Voraussetzung für den Erwerb von Wohneigentum ist der Zugang zu Finanzmärkten und die Bereitstellung von adäquaten Finanzierungsprodukten. Durch diese Abhängigkeit kommt den Finanzintermediären eine zentrale Rolle am Immobilienmarkt zu. Sie ermöglichen potentiellen Immobilienanwärtern den Erwerb von Wohneigentum und beeinflussen durch diverse Kreditvergabeprozesse von wem und wann eine Immobilie erworben werden kann. Durch individuell ausgerichtete Geschäftsmodelle prägen Banken zudem die Nachfrage, die wiederum die Preise beeinflusst. Besonders evident wurde dies in der letzten Finanz- und Wirtschaftskrise. Ein weiteres Charakteristikum des Immobilienmarktes ist dessen ausgeprägte Heterogenität. Aus diversen Gesichtspunkten ist Wohneigentum vor allem eines: individuell. Es muss persönlichen Belangen, Gewohnheiten und Präferenzen entsprechen und zudem geographische und politische Umstände erfüllen. Um diesen Gegebenheiten nachzukommen, unterscheiden sich Finanzsysteme in institutioneller sowie produktspezifischer Konstitution. Während einige Finanzsysteme dieser Welt relativ heterogen ausgestaltet sind und der Nachfrage nach Immobilienfinanzierung mit diversen Institutionsformen und Produkten begegnen, zeichnen sich andere durch eher homogene, meist privatwirtschaftlich organisierte und auf das klassische Bankgeschäft fokussierte Institutionslandschaften aus.
Diese Dissertation untersucht die Auswirkungen verschiedener Arten von Finanzinstitutionen, Finanzierungsprodukten und bankenregulatorischer Vorgaben auf den Immobilienmarkt.
Im Rahmen dessen erörtert die erste Studie der Arbeit, den Einfluss unterschiedlicher Finanzinstitutionen auf die Stabilität des Immobilienmarktes. Am Beispiel zweier Arten von Banken, Universalbanken (CBs) und Bausparkassen (BLs), wird analysiert, wie die individuellen Kreditvergabepraktiken der Finanzintermediäre Immobilienmarktzyklen beeinflussen. Die Bausparkasse dient in der vorliegenden Arbeit als Repräsentant eines Spezialfinanzintermediärs, dessen Geschäftsmodell primär auf die Finanzierung wohnwirtschaftlicher Zwecke ausgerichtet ist. Zur Erörterung der Forschungsfrage entwickeln wir ein heterogenes Agentenmodell, das die Rahmenbedingungen eines realen Immobilienmarktes besitzt. Potentielle Käufer und Verkäufer handeln Immobilienbesitz. Die beiden Finanzintermediäre finanzieren Wohneigentum und bestimmen somit wesentlich, ob und von wem Immobilien erworben werden können. Die Kreditvergabepraktiken der beiden Bankarten sind dabei an den jeweiligen Geschäftsmodellen und institutionsspezifischen Regularien ausgerichtet. Während CBs ihre Kreditentscheidung hauptsächlich auf vergangenheitsorientierte und erwartungswertgetriebene Besicherungswerte der Immobilien stützen, beziehen BLs endogen erworbene Informationen aus institutionsspezifischen Produktarten, wie dem Bausparvertrag, in die Entscheidungsfindung ein. Experimentelle Simulationen zeigen, dass CBs prozyklische Kreditvergabe betreiben und damit bestehende Auf- oder Abschwungphasen auf Immobilienmärkten verschärfen. Die Kreditvergabepraktiken und die individuelle Regulierung der BLs wirken hingegen stabilisierend auf Immobilienmarktzyklen. Die stabilsten Marktbedingungen sind jedoch bei heterogenen Finanzmärkten anzutreffen, bei denen sowohl CBs als auch BLs Wohneigentum finanzieren. Gleichzeitig fördert eine solche Marktkonstellation die Transaktions- und Wohneigentumsrate innerhalb einer Bevölkerung.
Nachdem die Resultate des ersten Teils der Dissertation für einen diversifizierten Finanzmarkt mit unterschiedlichen Institutionsformen und heterogenen Produktlandschaften sprechen, um die Stabilität des Immobilienmarktes zu erhöhen und die Krisenresistenz zu stärken, erweitert der zweite Teil der Arbeit den Forschungsbereich auf das regulatorische Umfeld. In einem erweiterten heterogenen Agentenmodell eines Immobilien-, Kapital-, und Finanzmarktes wird untersucht, ob homogene regulatorische Vorschriften für sich unterscheidende Arten von Finanzinstitutionen dazu in der Lage sind, die maximale Stabilität der modellierten Märkte zu gewährleisten. Innerhalb des Modells unterliegen Banken entsprechend der Realität den eigenkapitalregulatorischen Vorschriften nach Basel III. Sowohl bei der Finanzierung von Immobilien als auch bei der Investition in alternative Kapitalanlagen sind Banken dazu verpflichtet eine der Risikoklasse angemessene Höhe an Eigenkapital vorzuhalten. Mittels computertechnischer Simulationen werden den stabilisierenden Institutionen der BLs variierende Eigenkapitalanforderungen auferlegt, während die der CBs konstant den derzeitigen Regularien entsprechen. Anhand diverser Stabilitätsindikatoren wird deutlich, dass die Eigenkapitalanforderungen nach Basel III die Markstabilität und die Widerstandsfähigkeit des Bankensektors nachhaltig erhöhen. Die regulatorische Komponente beschränkt riskante Geschäftsaktivitäten und erhöht gleichzeitig die Absorptionsfähigkeit von Verlusten. Gleichwohl ergibt sich aus den Experimenten, dass die Stabilität von Immobilien- und Finanzmärkten erhöht werden kann, wenn BLs niedrigeren eigenkapitalregulatorischen Vorschriften unterliegen. Die Institutionsform der BLs und ihre individuelle Regulatorik haben einen risikomindernden und stabilisierenden Effekt auf den Immobilien-, Kapital und Finanzmarkt. Diese positiven Effekte können erhöht werden, indem eigenkapitalregulatorische Anforderungen verringert und damit an die individuellen Geschäftspraktiken der BLs angepasst werden. Diese Erkenntnisse sprechen für eine heterogene Regulierungslandschaft innerhalb heterogener Finanzsysteme.
Der dritte Teil dieser Dissertation untersucht eine spezielle Komponente der aktuellen regulatorischen Anforderungen nach Basel III, den antizyklischen Kapitalpuffer (CCyB). Ziel dieser makroprudenziellen regulatorischen Maßnahme ist es, der Prozyklizität der bestehenden Regulierung entgegenzuwirken. Anhand diverser Stabilitätsindikatoren des Wohnungs- und Finanzmarkts evaluiert diese Studie inwiefern dies unter vier unterschiedlichen Marktbedingungen gelingt: in einem virtuellen, ungestörten Marktumfeld, in Zeiten eines exogenen Zinsschocks, bei Auftreten eines positiven Nachfrageschocks auf dem Immobilienmarkt sowie während einer Immobilienblase. Die Stabilitätsindikatoren lassen darauf schließen, dass es dem CCyB in allen Marktszenarien gelingt, Immobilienmarktzyklen zu glätten und die Finanzmarktstabilität zu erhöhen. Gleichwohl gelingt es ihm nicht, eine der evaluierten Krisenszenarien zu verhindern. Darüber hinaus hängt seine stabilisierende Wirkung vom Ausmaß des vorherrschenden Schocks sowie von der Höhe zuvor gebildeter Kapitalreserven ab. Eine Einführung der regulatorischen Maßnahme in ungeeigneten Marktphasen kann die Marktbedingungen prozyklisch beeinflussen und damit das eigentliche Ziel des CCyB konterkarieren.
Diese Dissertation liefert mit ihren drei individuellen Studien neue Erkenntnisse über die Beziehung und die Interdependenzen zwischen Finanz- und Wohnimmobilienmärkten. Unter Einbezug spezieller Charakteristika des Immobilienmarktes dokumentieren die Resultate die Vorzüge eines diversifizierten Finanzmarktes und die Existenz spezialisierter Finanzinstitute sowie heterogener Finanzprodukte. Im Weiteren deuten sie auf das Erfordernis einer heterogenen Regulierungspraxis hin und geben Aufschluss über die Wirksamkeit einer derzeit diskutierten Regulierungskomponente, dem CCyB. Damit leistet diese Dissertationen einen Beitrag zur bestehenden Literatur und liefert wichtige Erkenntnisse für die Gestaltung von Finanzmärkten und regulatorischen Kapitalanforderungen, um die Stabilität einer der wichtigsten Märkte einer Volkswirtschaft zu erhöhen: den Markt für Wohnimmobilien
Climate dynamics : the performance of seasonal ensemble forecast for improving food security in Ethiopia
Full text linkPart one of this thesis aims to define homogenous climatic regions using objective clustering methods and characterize seasonal cycles, trends, and anomalies in precipitation and temperature. Climate-based on amplifies inherent spatiotemporal climate variability in the Horn of Africa due to global, regional, coastal, and local processes. The homogeneous climatic regions and synoptic circulation types were defined using Principal Component Analysis (PCA) PCAK-means and PCAWards. Using the decision criteria of respective algorithms, four homogenous climatic regions were determined for Ethiopia. These climatic regions were distinctive in their seasonal cycles, trends, and anomalies in annual and seasonal precipitation and temperature. These results highlight that the trends in precipitation and temperature vary not only between climatic regions but also by rainy seasons. The short rains (received between November and December) increased by 50 mm/decade in the southwestern region where the evergreen forest meets with the long rainy season. The mean annual and seasonal temperature increased between 0.3 and 0.6 °C/decade virtually in all climatic regions. Regionalization methods were sensitive to spatial domain size but not to the length of the time series.
Climatology of sea-level air pressure showed decreasing northward trend over the study domain, as did the temperature, wind velocity, and relative humidity at 500 hPa. However, geopotential height at 500 hPa and temperature at 850 hPa decreased toward the south over the domain. Circulation types were defined by applying PCA on a composite matrix of the six variables. From the first five Principal Components (PCs), ten circulation types (CTs) were defined over East Africa and then associated with environmental events. CTs clearly distinguished rainy seasons comprising different atmospheric states responsible for varying weathers. The summer season was described by a combination of strong positive anomalies in temperature at 850 hPa, northeasterly winds, and Somali jet at 500 hPa, and weak negative anomalies in temperature at 500 hPa. Trends in the number of days categorized in different CTs showed a significant variation among the groups. The drought events, defined using the consecutive dry days (CDD), correspond with positive anomalies in temperature at 850 hPa, northwesterly and Somali Jet, and negative anomalies in relative humidity at 500 hPa. Flooding, defined using a proxy of 80 mm/day per grid cell, was associated with strong westerly winds at 500 hPa, strong positive anomalies in temperature at the lower troposphere, strong easterlies and southwesterly, and positive anomalies in relative humidity at 500 hPa.
Part two of the thesis aims to assess the performance of the seasonal ensemble forecast over the Horn of Africa for improving food security. A seasonal forecast with a horizon of up to seven months offers a great opportunity for agricultural optimization, which results in an improved economy and food security. For this purpose, the Weather Research and Forecasting (WRF) model was applied for dynamical downscaling of the latest seasonal forecasting system version 5 (SEAS5) for summer 2018 with different microphysics parameterizations, and initial and boundary conditions. Downscaling was performed by a horizontal resolution of 3 km over the topographically complex domain of East Africa. The seasonal ensemble forecast was evaluated using probabilistic metrics like the Brier skill score, probability ranking score, continuous probability ranking score, discrimination score, and ignorance score. The results of the WRF showed that the model has a strong warm bias in the 2m temperature and a wet bias in precipitation. The relative operating characteristics (ROC) curve showed a higher predicting probability of 2m temperature in below-normal and above-normal terciles over northern Ethiopia and the Indian Ocean, where the model performed better, highlighting the advantage of high-resolution simulations compared to ERA5. The median and distribution of WRF, SEAS5, and ERA5 showed remarkable variation between the homogenous climatic regions. Especially the summer of 2018 was wetter relative to climatology, and WRF overestimated this condition in the region.Der erste Teil dieser Arbeit zielt darauf ab, homogene Klimaregionen mit Hilfe objektiver Clustermethoden zu definieren und sie durch den saisonalen Verlauf, Trends und Anomalien von Niederschlag und Temperatur zu charakterisieren. Der Klimawandel verstärkt die schon an sich vorhandene rämlich-zeitliche Klimavariabilität am Horn von Afrika durch globale, regionale, küstennahe und lokale Prozesse. Die homogenen Klimaregionen und synoptischen Zirkulationstypen wurden mit Hilfe der Hauptkomponentenanalysen (PCA) PCA-K-Means und PCA-Wards bestimmt. Anhand der Entscheidungskriterien der jeweiligen Algorithmen wurden vier homogene Klimaregionen für Äthiopien bestimmt. Diese Klimaregionen unterschieden sich durch ihre saisonalen Verlauf, Trends und Anomalien bei den jährlichen und saisonalen Niederschlägen und Temperaturen. Diese Trends variieren bei Niederschlag und Temperatur nicht nur zwischen den Klimaregionen, sondern auch zwischen den Regenzeiten. In der südwestlichen Region, wo der immergrüne Wald mit der langen Regenzeit zusammentrifft, haben die Regenfälle zwischen November und Dezember um 50 mm/Dekade zugenommen. Die mittlere jährliche und saisonale Temperatur stieg nahezu in allen Klimaregionen um 0,3 °C bis 0,6 °C/Dekade. Die Regionalisierungsmethoden reagierten sensitiv auf die Größe der Region, nicht aber auf die Länge der Zeitreihen.
Die Klimatologie des Luftdrucks auf Meereshöhe zeigte über dem Untersuchungsgebiet eine abnehmende Tendenz in Richtung Norden, ebenso wie die Temperatur, die Windgeschwindigkeiten und die relative Luftfeuchtigkeit in 500 hPa. Die geopotentielle Höhe in 500 hPa und die Temperatur in 850 hPa nahmen über dem untersuchten Gebiet nach Süden hin ab. Die Zirkulationstypen wurden durch Anwendung der PCA auf eine zusammengesetzte Matrix der sechs Variablen definiert. Aus den ersten fünf Hauptkomponenten (PC) wurden zwölf Zirkulationstypen (CTs) über Ostafrika definiert und dann mit verschiedenenen Ereignissen in Verbindung gebracht. Die CTs unterschieden eindeutig zwischen Regenzeiten und verschiedenen atmosphärischen Zuständen, die für unterschiedliche Wetterlagen verantwortlich sind. Die Sommersaison wird durch eine Kombination aus starken positiven Anomalien der Temperatur in 850 hPa, nordöstlichen Winden und dem Somali-Jet in 500 hPa und schwachen negativen Anomalien der Temperatur in 500 hPa beschrieben. Die Trends der Anzahl der Tage, die in verschiedene CTs eingestuft wurden, zeigten eine signifikante Variation zwischen den Gruppen. Dürreereignisse, die anhand der Zahl aufeinanderfolgender trockener Tage (CDD) definiert werden, entsprechen positiven Anomalien der Temperatur in 850 hPa, des Nordwest- und Somali Jets und negativen Anomalien der relativen Luftfeuchtigkeit in 500 hPa. Überschwemmungen, die anhand eines Proxys von 80 mm/Tag pro Gitterzelle definiert wurden, waren mit starken Westwinden in 500 hPa, starken positiven Temperaturanomalien in der unteren Troposphäre, starken Ost- und Südwestwinden und positiven Anomalien der relativen Luftfeuchtigkeit in 500 hPa verbunden.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Leistungsfähigkeit saisonaler Ensemble-Simulationen über dem Horn von Afrika untersucht. Eine saisonale Vorhersage mit einer Simulationsdauer von bis zu sieben Monaten bietet eine große Chance, die Landwirtschaft zu optimieren, was zu einer Verbesserung der wirtschaftlichen Lage und Ernährungssicherheit führt. Zu diesem Zweck wurde das Wettervorhersagemodell WRF verwendet, um das neueste saisonale Vorhersagesystem Version 5 (SEAS5) für den Sommer 2018 mit verschiedenen Multiphysik-Parametrisierungen im Hinblick auf die horizontale Auflösung weiter zu verfeinern. Dies wurde mit einer horizontalen Auflösung von 3 km über dem topografisch komplexen Gebiet von Ostafrika durchgeführt.
Die saisonale Ensemble-Vorhersage wurde anhand probabilistischer Metriken wie dem Brier Skill Score, dem Probability Ranking Score, dem Continuous Probability Ranking Score, dem Discrimination Score und dem Ignorance Score bewertet. Die Ergebnisse zeigten, dass das Modell bei der Simulation der Temperatur in 2 m Höhe und beim Niederschlag zu hohe Werte aufweist. Die Relative Operating Characteristics (ROC) Kurve zeigte eine höhere Vorhersagewahrscheinlichkeit der 2-m Temperaturen im unter- und übernormalen Bereich über Nordäthiopien und dem Indischen Ozean, wo das Vorhersagemodell besser abschnitt, was den Vorteil von hochauflösenden Simulationen im Vergleich zu ERA5 verdeutlicht. Der Median und die Verteilung von WRF, SEAS5 und ERA5 zeigten größere Unterschiede zwischen den homogenen Klimaregionen. Besonders der Sommer 2018 war im Vergleich zur Klimatologie deutlich feuchter, wobei das WRF nochmals deutlich zu viel Niederschlag simulierte. Insgesamt war die Vorhersagequalität des WRF Modells im Hinblick auf die Simulationen von Niederschlägen im nordöstlichen Teil Äthiopiens deutlich besser als in den anderen Regionen
Analyse der Maschinenkosten mittels automatisierter und manueller Maschinendokumentation im ackerbaulichen Produktionsprozess
Full text linkSmart Farming, Landwirtschaft 4.0 und Internet der Dinge sind die Schlagwörter der zukünftigen Landwirtschaft. Dieser wird ein größeres Potenzial als der grünen Revolution in den 60er Jahren vorausgesagt. Viele Unternehmen der vor- und nachgelagerten Bereiche versprechen dem Landwirt Vorteile für seinen Alltag. In der vorliegenden Untersuchung wurden einige dieser Anbieter erprobt, um einen bewertbaren Mehrwert zu generieren. Dabei wird ersichtlich, dass die neuen
Systeme die Maschinenleistung je Kostenträger in der Landwirtschaft aufgrund automatischer Dokumentation präziser und zügiger im Vergleich zur manuellen Papierdokumentation abbilden. Daraus wurden Vorteile in der
Maschinenkalkulation gefolgert. Diese Vermutung wurde anhand der flexiblen Plankostenrechnung auf Vollkostenbasis der Maschinenkosten sowie einer Prozesskostenrechnung der Maschinenkosten je Fruchtart überprüft. Zu diesem
Zweck gab es einen Vergleich beider Dokumentationsarten. Zur Auswahl eines geeigneten Verfahrens wurden Recherchen auf Messen, Betrieben und Webseiten getätigt. Es gestaltete sich schwierig, ein Anreizsystem für die Mitarbeiter zu
etablieren, um den Umgang mit den neuen Technologien zu erleichtern. Deshalb wurde in der Agrargesellschaft Pfiffelbach der gesamte Maschinenpark mit der 365FarmNet Anwendung ohne Mitarbeitererfassung ausgerüstet. Für den
kompletten Produktionszeitraum der Fruchtarten bis zur Ernte 2018 erfolgte die Datenerfassung vom 01.08.2017 bis zum 31.12.2018 auf automatisierte und auf manuelle Weise. Um die Qualität der Datenerfassungen bewerten zu können,
wurden die tatsächlich geleisteten Motorstunden mit den je nach Dokumentationsart erfassten Stunden abgeglichen.Smart Farming, Agriculture 4.0 and the Internet of Things are terms set to define the future of global agriculture. Many studies predict that these new technologies will have more impact on agricultural productivity than the Green Revolution of the 1970s. Upstream and downstream agricultural suppliers claim that their products and services will benefit farmers and their businesses. In this study, several farm management software programs were tested for their capacity to add value to the cropping division of a large and diversified farm. The evaluation showed that a farm management software program based on automatic collection of machinery cost data, gave more precise and timely information than a process relying on manual data collection. This conclusion was arrived at by calculating total cropping equipment costs over a full season using two cost accounting methods an adaptable planned cost calculation and a process cost calculation and comparing the results from the automatic and the manual collection of data. To determine the most suitable method and to select the various software programs to evaluate, various trade fairs and companies were visited, and websites searched. The most promising software programs were then tested for functionality and ease of use at the Horsch farm, Agrovation. It turned out difficult to establish an incentive system for employees to use the new technologies. For this reason, the farm machines at Agrargesellschaft Pfiffelbach were equipped with the 365FarmNet application without employee registration. The entire production period of crops harvested in 2018 was included. Both automatic and manual data collection took place from August 1, 2017 to December 31, 2018. To evaluate the quality of the two methods of data acquisition, the actual hours worked were compared with the hours recorded according to the type of cost collection