2013 research outputs found
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Developing cropping systems for the ancient grain chia (Salvia hispanica L.) in two contrasting environments in Egypt and Germany
Get PDFIn den letzten Jahren entwickelte sich um Chiasamen (Salvia hispanica L.) ein regelrechter Hype. Als sogenanntes Superfood für die menschliche Ernährung, vor allem für Veganer und Vegetarier, wurden Chiasamen wiederentdeckt. Daher gibt es immer mehr Lebensmittelprodukte mit Chiasamen. Diese Samen sind vorteilhaft, weil sie frei von Gluten sind, ein ausgewogenes Verhältnis von Makronährstoffen aufweisen und einen hohen Anteil an Omega-3-Fettsäuren, Mikronährstoffen, Antioxidantien und Ballaststoffen enthalten. Chia ist ursprünglich an Kurztagbedingungen angepasst und in tropischen und subtropischen Gebieten verbreitet. Dennoch kommt es mit Bedingungen wie Wasserstress zurecht und kann daher auch in trockenen Regionen angebaut werden. Ägypten wurde als wasserknappes Land eingestuft. Chia kann aufgrund seiner Trockenstresstoleranz dazu beitragen die knappe Ressource Wasser in Ägypten einzusparen und bietet gleichzeitig Exportmöglichkeiten. Im Gegenzug kann dadurch z.B. Weizen mit einem höheren Wasserbedarf importiert werden. Der Klimawandel und die damit verbundene mangelnde Wasser- und Ernährungssicherheit stellen eine der weltweit größten Herausforderungen in ariden und semiariden Regionen dar und gefährden in Zukunft nicht nur die landwirtschaftliche Produktion, sondern auch die nachhaltige Entwicklung. Auf der anderen Seite, erfordert eine steigende Bevölkerung einerseits eine Steigerung der Nahrungsmittelproduktion, andererseits auch den Wandel zu einer umweltverträglichen und nachhaltigen Landwirtschaft. Chia könnte eine wirtschaftliche Alternative zu den herkömmlichen Feldfrüchten darstellen und so die Diversifizierung und Stabilisierung der lokalen Agrarwirtschaft unterstützen. Es fehlt jedoch die Erfahrung zum Anbau von Chia in neuen Regionen. Die Mehrheit der bisherigen Studien zu Chia legte den Schwerpunkt auf Qualitätseigenschaften der Samen. Das traditionelle Anbausystem von Chia wurde bislang nicht modernisiert und Informationen über den Einsatz von Düngemitteln, Pestiziden und verbesserten Sorten sind nur vereinzelt zu finden, welches Gründe für eine geringe Produktivität sind. Um die gestiegene Nachfrage an Chiasamen zu decken, werden neue Erzeugerländer hinzukommen müssen, für die Anbaukonzepte fehlen. Im Zeitraum von 2015 bis 2017 wurden Feldversuche an der Versuchsstation Ihinger Hof der Universität Hohenheim im Südwesten Deutschlands und in Ägypten von 2015 bis 2016 an der 50 km nordöstlich von Kairo gelegenen Versuchsstation von SEKEM durchgeführt. Die vorliegende Dissertation basiert auf einem von der Anton-&-Petra-Ehrmann-Stiftung geförderten Projekt, das sich auf die Graduiertenschule Wasser-Menschen-Landwirtschaft (WPA) an der Universität Hohenheim stützt und sich mit zentralen Fragen zum Thema Wasser und wasserbezogenen Herausforderungen der heutigen Gesellschaft befasst.
Abschließend ist festzuhalten, dass die Ergebnisse dieser Arbeit neue zentrale Informationen über den Anbau von Chia in zwei unterschiedlichen Regionen (einschließlich einer Wüstenregion) außerhalb des ursprünglichen Verbreitungsgebietes liefern. Die vorliegende Dissertation stellt einen ersten und vielversprechenden Ansatz zur Entwicklung eines Blattflächenmodells für Chia dar. Darüber hinaus kombiniert die Arbeit experimentelle Ansätze in Feldversuchen mit Pflanzenwachstumsmodellen, um die Anbaumethoden von Chia in neuen Regionen zu unterstützen und zu optimieren. Dafür wurde erstmals das CROPGRO-Modell für Chia angepasst, um Ertrag und Wachstumsparameter abzubilden. Darüber hinaus trug diese Arbeit dazu bei, den allgemeinen Quellcode des Modells zu verbessern, um das Wachstum sehr kleiner Samen zu simulieren. Die Anpassung an andere Salvias sollte mit diesem entwickelten Modell ebenfalls wesentlich einfacher sein. Zukünftige Modellverbesserungen und die Integration eines Tools, das ebenfalls die Kornqualität simulieren kann, könnten das Pflanzenwachstumsmodel für Chia weiter verbessern.Chia (Salvia hispanica L.) seeds have been revived as functional superfood for human nourishment especially for vegan and vegetarian diets and are becoming increasingly widespread and present in new food products in Europe. The seeds are beneficial because of being gluten-free, containing antioxidants and a high concentration of α-linolenic acid, and having a high content of dietary fiber and high-quality protein. Chia is originally adapted to short-day conditions and grows naturally in tropical and subtropical environments. Nevertheless, it can survive under water stress and could, therefore, be cultivated in arid regions. Egypt has been classified as a water-scarce state. Due to its drought tolerance, chia might contribute to saving the scarce source water in Egypt and offer the chance to export these high value seeds, generating foreign exchange for reimporting e.g. wheat characterized by a higher water demand. Worldwide, the biggest problems and key challenges under climate change (CC) are water and food security in arid and semiarid regions. In the future, CC and water scarcity will significantly threaten agriculture and sustainable development. A rising population requires on the one hand an increase in food grain production, but also a change toward environmentally sound sustainable agriculture. Chia has been suggested as a favorably economic alternative for common field crops sustaining diversification and stabilization of the local agricultural economy. However, broad experience in growing chia in new environments is missing. The agronomic management has not been improved from formerly small-scale production systems. Most of the previous studies focused on seed characteristics. Information on fertilization, plant protection, and improved varieties is scarce, which are reasons for its low productivity in the countries of origin.
Field experiments were conducted at the experimental station Ihinger Hof of the University of Hohenheim in southwestern Germany from 2015 to 2017 and in Egypt during the cropping season 2015 to 2016 at SEKEMs experimental station located 50 km Northeast of Cairo. The present doctoral thesis was based on a project embedded in the graduate school Water-People-Agriculture (WPA) at the University of Hohenheim funded by the Anton-&-Petra-Ehrmann foundation that focuses on key water issues and water related challenges of todays society.
On a final note, the main results of this thesis provide further information and expanded knowledge on chia cultivation in two contrasting environments (including a desert region) out of its center of origin. Overall, the current doctoral thesis presents a combined approach of experimental field research and crop modeling to support the optimization of farming practices of chia in new environments. A universal and nondestructive LA estimation model for chia was developed. Further, the CROPGRO model was adapted for chia to provide a preliminary model for a realistic simulation of crop growth variables. The approaches presented in this thesis may contribute to testing new environments for chia cultivation and to improving its production. Moreover, this study helped to develop further general model source codes to simulate the growth of tiny seeds. The adaptation to other Salvias should be much easier with this developed model. Future research requirements and issues requiring model improvement such as N-response and the development of code relationships that can simulate parameters of seed quality could improve the plant growth model for chia
Occupational licensing and the gender wage gap
Get PDFWe use a unique survey of the EU labor force to investigate the relationship between occupational licensing and the gender wage gap. We find that the gender wage gap is canceled for licensed self-employed workers. However, this closure of the gender wage gap is not mirrored by significant changes in the gender gap inhours worked. Our results are robust using decomposition methods, quantile regressions, different datasets, and selection correction
Adaptation of herd simulation models to predict the efficiency of the use of resources in tropical ruminant production systems
Get PDFAgricultural systems in the (Sub-)Tropics are under increasing pressure to produce more food and satisfy the growing demand of a rapidly growing and more affluent human population for agricultural products. With growing rates of urbanization in these regions and the associated dietary changes, the demand for calories from animal-based foods like milk, meat, and eggs could increase by 74 to 114 % between 2010 and 2050. Ruminant livestock have the potential to contribute to satisfying the demand for animal-based foods in the (Sub-)Tropics, but also raise considerable environmental concerns, amongst others due to their emissions. The use of simulation models is a holistic approach to identify how to sustainably harness the potential of ruminants for animal-based food production in the (Sub-)Tropics. Although several ruminant herd models are relevant for studying tropical ruminant production systems, most of them were developed using data that quantify and characterize biological processes of ruminants in temperate regions. Therefore, the present thesis identified and adapted an existing ruminant livestock herd model to adequately predict resource use and the potential outputs from production systems in the (Sub-)Tropics.
The present thesis showed that state-of-the-art ruminant livestock herd models used to simulate tropical production systems need further development to enable them to address the modelling needs identified. Instead of developing new models to address these modelling needs, existing simulation models could be adapted using the increasingly available data that quantify and characterize biological processes in ruminants in these regions. This approach will ensure that not only the direction of change for different management strategies will be identified for tropical ruminant production systems, but also the correct magnitude of resources use and productive and reproductive performance.Agrarsysteme in den (Sub-)Tropen stehen unter dem Druck, den steigenden Bedarf nach landwirtschaftlichen Produkten zu decken, der aus der zunehmenden Bevölkerung und dem wachsenden Wohlhaben resultiert. Zusätzlich wird für die Nachfrage nach tierbasierten Lebensmitteln wie beispielsweise Milch, Fleisch und Eier aufgrund der fortschreitenden Urbanisierung dieser Region und des damit verbundenen Wandels der Nahrungsgewohnheiten ein Anstieg von 74 bis 114% zwischen 2010 und 2050 erwartet. Wiederkäuer-basierte Systeme zur Bereitstellung dieser Lebensmittel besitzen das Potential, zur Deckung dieses steigenden Bedarfs beizutragen, was jedoch auch mit berechtigten Bedenken wegen der damit verbundenen umweltbelastenden Emissionen einhergeht. Die Nutzung von Simulationsmodellen berücksichtigt einen ganzheitlichen Ansatz, um eine nachhaltige Einbindung von Wiederkäuern in die Lebensmittelproduktion in den (Sub-)Tropen zu unterstützen. Es existieren mehrere Modelle, die für die Untersuchung tropischer Wiederkäuerproduktionssysteme in Frage kommen, jedoch basieren diese hauptsächlich auf Daten, welche die biologischen Prozesse von Wiederkäuern aus gemäßigten Regionen quantifizieren und charakterisieren. Diese Doktorarbeit thematisiert daher die Ermittlung und Anpassung eines existierenden Modells zur Simulation der Produktivität und Ressourcennutzung von Wiederkäuerherden in den (Sub-)Tropen.
Die hier vorliegende Arbeit zeigte, dass es notwendig ist, die aktuellen Herdenmodelle für Wiederkäuersysteme weiterzuentwickeln, um den identifizierten Anforderungen für zukünftige Simulationen gerecht zu werden. Anstatt der Entwicklung neuer Modelle kann hierbei auf die Anpassung existierender Modelle zurückgegriffen werden und dies unter Einbeziehen der Verfügbarkeit von quantitativen Daten auch für tropische Tierhaltungssysteme hinsichtlich relevanter biologischer Prozesse. Dieser Ansatz ist zukunftsweisend für die Bewertung der Produktivität und Ressourcennutzung sowie möglicher Managementstrategien für Wiederkäuersysteme in den (Sub-)Tropen
Long-term evaluation of the energy supply of dairy cows fed different levels of concentrates
No full textDas erste Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den aktuellen Wissensstand zur Wirkung des Kraftfutters (KF) auf die Futteraufnahme und die Milchleistung von Milchkühen mittels einer Regressionsanalyse abzubilden. Zu diesem Zweck wurden 46 Studien mit Fütterungsversuchen und gestaffeltem KF-Einsatz in einem Datensatz zusammengefasst. Bei ad libitum Angebot von Grobfutter wurde ein quadratischer Zusammenhang zwischen der KF- und der Grobfutteraufnahme ermittelt. Die beobachtete Milchleistungssteigerung blieb hinter der, unter Berücksichtigung der Grobfutterverdrängung, erwarteten Milchleistungssteigerung zurück.
Zweites Ziel war es zu prüfen, wie Fleckviehmilchkühe auf eine langfristige Reduktion des KF-Einsatzes hinsichtlich Futteraufnahme, Milchleistung und Energieversorgung reagieren. In einem zweijährigen Fütterungsversuch im Versuchsstall des LAZBW Aulendorf (Verbundforschungsprojekt optiKuh) wurden je 24 Fleckviehmilchkühe entweder mit 250 (Gruppe 250) oder 150 (Gruppe 150) g KF pro kg energiekorrigierte Milchleistung (ECM) in der Laktation gefüttert. Gras- und Maissilage sowie Stroh und Heu wurden in den Totalen Mischrationen der beiden Gruppen so kombiniert, dass die Energiekonzentration im Grobfutter in der Laktation 6,6 MJ NEL pro kg Trockenmasse (TM) betrug. Als KF-Komponenten wurden eine hofeigene Mischung (Winterweizen, Wintergerste, Ackerbohnen) und Rapsextraktionsschrot eingesetzt. Tierindividuell wurde ab dem 165. Laktationstag in beiden Gruppen auf eine Ration mit geringerem KF-Anteil gewechselt. Auch während der Trockenstehphase wurden Daten erfasst. Das Futter wurde ad libitum vorgelegt. Die statistische Auswertung wurde separat für die Laktation und die Trockenstehphase durchgeführt. Als fixe Effekte gingen die Kalenderwoche, die Gruppe, die Laktationsnummernklasse (LNRcl) und die Interaktion Gruppe*LNRcl in das Modell ein. In der Laktation wurde zusätzlich der Laktationstag als Kovariable aufgenommen.
Die durchschnittliche, tägliche Futteraufnahme in der Laktation unterschied sich nicht signifikant zwischen der Gruppe 250 (21,6 kg TM) und der Gruppe 150 (21,0 kg TM). Die kalkulierte Grobfutterverdrängung betrug im genannten Versuchszeitraum 0,75 kg TM pro kg KF TM. Mit fortschreitender Laktation wurde mehr Grobfutter verdrängt. Gruppe 250 gab in der ersten Laktationshälfte mehr und in der zweiten Laktationshälfte weniger Milch als die Gruppe 150. Die durchschnittliche Milchleistung in den beiden Gruppen war gleich hoch (28,7 kg ECM pro Laktationstag). Die im Blut ermittelten Merkmale (8, 28, 100 Tage p. p., zum Trockenstellen, 14 Tage a. p.) und die mittels Gaschromatographie analysierten Fettsäuren im Milchfett (5, 28, 100, 200 Tage p. p.) spiegelten den unterschiedlichen Verlauf der Energiesalden in den beiden Gruppen wider. Gruppe 250 hatte im Mittel bereits ab dem 37. Laktationstag einen positiven Energiesaldo. Vermutlich aufgrund der zu Laktationsbeginn besseren Glucose-Versorgung stieg die Insulin-Konzentration im Blut stärker und förderte so den Wiederaufbau von Körperreserven zu Lasten der Milchleistung. Im Mittel erlangte die Gruppe 150 hingegen erst am 72. Laktationstag einen ausgeglichenen Energiesaldo. Als Indiz für die stärkere Mobilisation von Körperfett hatte die Gruppe 150 am Probetermin 28 Tage p. p. eine signifikant höhere D-3-Hydroxybutyrat-Konzentration im Blut und eine signifikant höhere Konzentration langkettiger Fettsäuren im Milchfett. Die Werte lagen jedoch im physiologischen Bereich. Die KF-Reduktion erhöhte nicht die Wahrscheinlichkeit zu erkranken. In der Trockenstehphase nahm die Gruppe 150, trotz in dieser Phase gleicher Fütterung, 0,9 kg TM pro Tag mehr Futter auf (p=0,026) und legte so kompensatorisch Körperreserven an. Die beiden Gruppen konnten im Laufe der Laktation den negativen Energiesaldo vom Laktationsbeginn ausgleichen. Der Vorschlag von SUSENBETH (2018) zur Berechnung des Energiebedarfs der Milchkuh verbesserte die Plausibilität der errechneten Energiesalden verglichen mit den Faktoren nach GfE (2001).
Drittes Ziel war es, für das erste Laktationsdrittel ein Schätzmodell für den Energiesaldo aus Produktionsmerkmalen, unter besonderer Berücksichtigung der Fettsäure-Zusammensetzung im Milchfett, zu erstellen. Hierfür wurden die Fettsäure-Analysen 5, 28 und 100 Tage p. p. des Fütterungsversuches genutzt (n=200). Die Herleitung des Schätzmodells erfolgte nach der regularisierten linearen Regressionsmethode elastic net. Das Schätzmodell wies bei der Leave-one-out-Kreuzvalidierung einen Schätzfehler von 13,1 MJ NEL pro Tag auf und enthielt die Merkmale Milchleistung am Tag der Probenahme, Milchfettgehalt, die Konzentration der Fettsäure C12:0 und der Fettsäure C18:0 im Milchfett sowie die Verhältnisse n-6/n-3, C15/C17 und Ölsäure/C15. Das Schätzmodell erwies sich als grundsätzlich geeignet, um einen stark negativen Energiesaldo am Laktationsbeginn zeitnah erkennen zu können. Vorher bedarf es aber der Validierung an einem unabhängigen Datensatz.The first objective of the present study was to compile the current knowledge concerning the effect of the amount of CON on dry matter (DM) intake and milk yield of dairy cows, by regression analysis. For this purpose, a dataset was compiled containing 46 studies with feeding trials and graded inclusion levels of CON. When offering the roughage ad libitum, a quadratic relation was found between CON intake and roughage intake. Taking into account the substitution of roughage, the observed increase of milk yield was less than expected.
The second objective was to verify the response of Simmental dairy cows to a long-term reduction of the CON input, in terms of dry matter intake, milk yield, and energy supply. During a feeding trial conducted over a two-year period at the experimental station LAZBW in Aulendorf (cooperative research project optiKuh) each 24 Simmental dairy cow was fed either 250 (group 250) or 150 (group 150) g CON per kg energy-corrected milk yield (ECM) throughout lactation. Grass and maize silage as well as straw and hay were combined in the total mixed rations to ensure an energy concentration of 6.6 MJ NEL per kg DM of the roughage in both groups throughout lactation. The CON contained a mixture produced on-site (winter wheat, winter barley, faba bean) and rapeseed meal. At 165 days in milk, each cow in both groups was switched individually to a ration containing less CON. Data were gathered also during the dry period. Feed was offered for ad libitum consumption. Statistical analyses were done separately for the lactation and dry period. As fixed effects the calendar week, the group, the parity, and the interaction group*parity entered the model, respectively. Additionally, the days in milk were included as a covariate during lactation.
During lactation the mean daily DM intake did not differ significantly between group 250 (21.6 kg DM) and group 150 (21.0 kg DM). The calculated substitution of roughage amounted to 0.75 kg DM per kg CON DM during the mentioned trial period. As lactation progressed, more roughage was substituted. The group 250 had a higher milk yield during the first half of lactation, but a lower milk yield during the second half. The mean milk yield was equal in both groups (28.7 kg ECM per day). The examined blood characteristics (8, 28, 100 days p. p., at drying off, 14 days a. p.) and the milk fatty acids analysis by gas chromatography (5, 28, 100, 200 days p. p.) reflected the different progressions of the energy balance of the two groups. On average the group 250 reached a positive energy balance already at 37 days in milk. Probably owing to a better glucose supply after calving, the serum insulin concentration increased faster and supported the replenishing of body reserves at the expense of milk yield. On the contrary, the group 150 achieved a positive energy balance only after 72 days in milk on average. Indicating the mobilization of body reserves, the blood of group 150 showed a significantly higher D-ß-hydroxybutyrate concentration, and the milk fat a significantly higher concentration of long-chain fatty acids 28 days p.p.. However, the values were within the physiological range. The reduction of CON did not increase the likelihood of illness. During the dry period, despite equal feeding of both groups in this period, the group 150 had an increased DM intake of 0.9 kg DM per day (p=0,026). Thus, they restored body energy reserves. Over time both groups succeeded in balancing the energy deficit of the beginning of lactation. The proposal of SUSENBETH (2018) for the calculation of the energy requirement of dairy cows improved the plausibility of the calculated energy balances compared with the factors according to GfE (2001).
The third objective was to develop a model for the estimation of energy balance in the first third of lactation based on characteristics of production with focus on concentration of milk fatty acids. For this purpose, the milk fatty acids analyses 5, 28 and 100 days p. p. of the feeding trial were used (n=200). The model was derived from the regularized linear regression method elastic net. The variables milk yield on sampling day, milk fat content, concentrations of the milk fatty acid C12:0 and the milk fatty acid C18:0, as well as the relations n-6/n-3, C15/C17 and oleic acid/C15 were selected. An estimation error of 13.1 MJ NEL per day was determined by leave-one-out cross-validation. Potentially, the model seems to be applicable for the detection of a severe negative energy balance at the beginning of lactation. But first a validation with an independent dataset is required
Solving productivity puzzles - on the nature of total factor productivity, technological change and the explanatory power of the mismeasurement hypothesis
Get PDFLong-term economic development, productivity growth and technological progress are inevitably linked to each other. The present study tackles this nexus and elaborates on the declining rates of productivity growth in the recent past. As the field of study is the German economy and in order to avoid problems associated with structural changes, the point of departure for the analysis of productivity trends is 1991.
The first part of the study is dedicated to the question, whether total factor productivity (TFP) is a suitable variable for depicting technological progress in the system of national accounts. Apart from providing insight into the evolution of the growth accounting framework, the study presents three views of how to interpret the connection between TFP and technology: a traditional view, which states an equivalence (the residual-view), a view that emphasizes the ignorance of the components of the residual and a third-way, which explains the occurence of the residual as a result from (technological) spill-over-effects.
Usually, the birth point of the theory of growth accounting and the discussion about the residual, which form the traditional view, are associated with the works of Robert Solow (1956, 1957). However, it was Jan Tinbergen (1959 [1942]), who has originally set up such a framework, mathematically based on a Cobb-Douglas production function (1928).
As a critical reaction on the traditional view, subsequent research has tackled the issue by promoting the ignorance-character of the residual. Moreover, it was tried to minimize this catch-all variable by trying to explain economic growth just with the input factors labour and capital and not a technology-labelled residual.
A third possibilty of interpretation is provided mainly by Richard Lipsey and Kenneth Carlaw (2003), who interpret any changes in TFP as spill-over-effects from technology, but not technology per se.
The second part of the study then tackles the German productivity puzzle declining rates of productivity growth from 1991 onwards. Accepting a connection between technology and producitivity, decreasing productivity growth rates imply less technological progress a confusing result in course of the wave of technological innovations of the 21st century.
Two strands of explanations are provided. As a first possibility, there is the so-called mismeasurement hypothesis. If measurement errors occur and/or if the system of national accounts is an inaccurate measurement framework, then this could explain the missing portion of output in the data. Potential for mismeasurement exists, i.e. by the problem of capturing quality effects or by the general problem of accurately measuring developments in the ICT-sectors of modern service economies like Germany. In order to evaluate the magnitude of potential mismeasurement, a study by Chad Syverson (2016, 2017) is chosen and applied on Germany. The results of the German application and the base study converge there is potential mismeasurement, its magnitude however is simply too small to account for the entire bulk of the missing data.
In contrast to potential mismeasurement, a second strand of explanation is discussed, implying real economic problems. Applying the theory of secular stagnation, any decline in productivity growth then is the result from insufficient economic conditions. The present study adopts the supply side argumentation, revived and mainly formed by Larry Summers (2012, 2015). Summers argumentation is separated into a major argument of less technological innovations (less significant innovations) and potential headwinds, which falter economic growth.
The present study analyses the German economy in the light of potential headwinds and finds different headwinds and impacts, compared to Summers original analysis, which is set up for the US. Demographic aspects, insufficient capital spending (especially in infrastructure) and rising inequality are the major headwinds for Germany. In comparison to the US, Germany performs better regarding the educational system and public (and private) debt.Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Bedeutung des Technischen Fortschritts, den damit verbundenen Produktivitätstrends und den Implikationen für den Entwicklungspfad einer Volkswirtschaft - mit Hauptaugenmerk auf der deutschen Ökonomie. Um etwaige Strukturbrüche zu vermeiden, liegt der Fokus der Arbeit vornehmlich auf den gesamtwirtschaftlichen Produktivitätstrends ab 1991.
Dabei befasst sich die Arbeit im ersten Teil mit der Frage, ob die gängige Messgröße zur Abbildung des Technischen Fortschritts - die Totale Faktorproduktivität (TFP) - diesen im Rahmen der Volkswirtschaftlichen Gesamtrechnung (VGR) akkurat abbilden kann. Neben der Entstehungsgeschichte der Messgröße und der Entwicklung der dazugehörigen Methodik (Wachstumsbeitragsrechnung, engl. growth accounting), diskutiert die Dissertation drei mögliche Interpretationen der Technologie-Produktivitäts-Relation: die klassische Sichtweise, die quasi eine 1:1-Beziehung konstatiert, eine dazu konträre Meinung (ignorance-Sichtweise) und eine Art spill-over-Sichtweise.
Als Startpunkt für den chronologischen Aufbau des ersten Teils wurden die Arbeiten von Paul Douglas und Howard Cobb (1928) zur mathematischen Abbildung einer Produktionsfunktion gewählt. Daran anknüpfend gilt das Werk von Jan Tinbergen (1959 [1942]) als Geburtsstunde der Wachstumsbeitragsrechnung, wenngleich als deren Gründungsvater meist Robert Solow (1956, 1957) gesehen wird.
Als Reaktion auf das sogenannte Solow-Residuum entstand eine Gegenbewegung, die die Äquivalenz von Technologie und TFP infrage stellte (measure of ignorance, Abramovitz (1956)). Sie war bemüht, Technologieeffekte nicht durch ein unerklärtes Residuum darzustellen, und versuchte diese vollständig den Inputfaktoren Arbeit und Kapital zuzuordnen.
Als dritte Interpretationsmöglichkeit der TFP im Lichte des Technologischen Fortschritts wählen die Arbeiten von (v.a.) Richard Lipsey und Kenneth Carlaw (insb. 2003) die Variante, dass das TFP-Residuum nicht Technologischen Fortschritt per se, sondern lediglich spill-over-Effekte und damit eine Art free-lunch ökonomischer Aktivität enthält.
Im zweiten Teil analysiert die Dissertation dann das Phänomen des Rückgangs der deutschen Produktivitätswachstumsraten von 1991 bis heute. Die negativen Entwicklungen der deutschen gesamtwirtschaftlichen Produktivität implizieren dabei geringere Wirkungskräfte des Technischen Fortschritts. Der Analyse der Bestimmungsfaktoren liegen dabei zwei konträre Erklärungsstränge bzw. Erklärungshypothesen zugrunde.
So bildet die sogenannte Messfehlerhypothese (mismeasurement hypothesis) einen ersten Argumentationsstrang. Nach ihr bestehen Messungenauigkeiten im Rahmen der VGR, die zu einer zu geringeren, quantitativen Abbildung der wirtschaftlichen Aktivitäten in den nationalen Statistiken führen. Gründe für potentielle Messungenauigkeiten liefern beispielsweise die Problematik der Abbildung von Qualitätseffekten oder die Schwierigkeit der Erfassung moderner Dienstleistungen im Rahmen der zunehmenden Bedeutung des Informations- und Kommunikationssektors (IKT).
Rückläufige Zahlen in den Produktivitätsstatistiken wären, unter der Annahme der Gültigkeit der Messfehlerhypothese, damit rein illusorisch. Bei der Evaluierung der Messfehlerhypothese für Deutschland bedient sich die Dissertation vor allem einer Studie von Chad Syverson (2016, 2017), der für die USA entsprechende Berechnungen anstellte. Zwar finden sich diverse Ansatzpunkte und Hinweise auf Messfehler im IKT-Bereich, jedoch in unzureichendem Ausmaß - dies gilt sowohl für die USA durch die Basisstudie von Syverson, als auch für Deutschland durch die vorliegende Dissertation. Somit sind die Gründe für den Produktivitätsrückgang, zumindest für das Gros, abseits der Messfehlerhypothese zu suchen.
Dem Messfehlerargument gegenüber steht die Hypothese, dass reale Gründe für den Produktivitätsabschwung (productivity puzzle) verantwortlich sind. Hierbei orientiert sich die Dissertation an der sogenannten Säkularen Stagnationshypothese. Für die Analyse des deutschen Produktivitätsrückgangs fokussiert sich die Dissertation hauptsächlich auf die Angebotsseite der Theorie, dessen Hauptvertreter in diesem Kontext Robert Gordon ist (insb. 2012, 2015). Er gliedert seine Erklärungen in ein major argument (weniger technische Entwicklungen bzw. ein geringeres Gewicht gegenwärtiger Entwicklungen) und sogenannte headwinds (minor arguments), also Gegenwinde, die die wirtschaftliche Entwicklung blockieren und abschwächen. Die vorliegende Dissertation wendet die headwind-Struktur an und untersucht dabei potentielle angebotsseitige Hindernisse in Deutschland, wie z.B. die demographische Entwicklung, die zunehmende Ungleichheit oder unzureichend ausgestattetes Humankapital.
Bei der Analyse der headwinds fällt auf, dass - im Vergleich zu Gordons Arbeiten für die USA - andere Gegenwinde für Deutschland relevant sind. So lässt sich bswp. für das deutsche Bildungssystem, durch größere Vielseitigkeit und geringere finanzielle Belastungen, ein besseres Zeugnis ausstellen, als für den Gegenpart der USA. Auch bläst ein schwächerer deutscher Gegenwind in den Bereichen der Staatsverschuldung, zumindest im Vergleich zu den USA und weiteren Ländern auf einer ähnlichen Entwicklungsstufe. Nachholbedarf bzw. Probleme sieht die vorliegende Dissertation dagegen vor allem in den Bereichen der Investitionstätigkeit (im Speziellen der staatlichen), der Infrastruktur (sowohl der klassischen, als auch der digitalen), der zunehmenden (Einkommens- und Vermögens-) Ungleichheit sowie den Herausforderungen des demographischen Wandels
Rising longevity, increasing the retirement age, and the consequences for knowledge-based long-run growth
Get PDFWe assess the long-run growth effects of rising longevity and increasing the retirement age when growth is driven by purposeful research and development. In contrast to economies in which growth depends on learning-by-doing spillovers, raising the retirement age fosters economic growth. How economic growth changes in response to rising life expectancy depends on the retirement response. Employing numerical analysis we find that the requirement for experiencing a growth stimulus from rising longevity is fulfilled for the United States, nearly met for the average OECD economy, but missed by the EU and by Japan
Immunocastration of male pigs
Get PDFIn Europe, male piglets have been surgically castrated for centuries in order to avoid boar-tainted carcasses and to eliminate boar-specific aggressive and sexual behavior. Surgical castration of male piglets is still legal within the European Union during the first week of life, even without anaesthesia or analgesia. These circumstances have led to increasing societal criticism, as the castration is painful and violates the physical integrity of the animals. In 2010, European stakeholders of the pork chain committed themselves voluntarily to ending surgical castration from 2018 onwards, but at present, more than 2 years later, the majority of male piglets are still castrated surgically without adequate pain relief. Immunocastration is one alternative to surgical castration or pork production with boars. Although this technique is approved for commercial use in Europe since 2009, the market shares of immunocastrates within the European pork market are very low. The main reasons for this low market acceptance are uncertainties whether immunocastration is reliable, competitive and accepted along the pork chain. The main objective of the present doctoral thesis was therefore to investigate the advantages and disadvantages of immunocastration with regard to the three pillars of sustainability aspects. The various sustainability aspects of immunocastration were summarized and reviewed. In addition, the effects of different housing conditions on the reliability of immunocastration were experimentally tested, as was the impact of housing conditions and sex group on the growth performance of male pigs. Finally, the consequences of pork production with immunocastrates and boars on the profitability of German pig production were analyzed with a simulation model using different carcass pricing systems for immunocastrates and risk scenarios for boar taint.
Immunocastration is an active immunization against GnRH and consists of two consecutive vaccinations to induce antibodies which temporarily suppress testicular functions and prevent boar taint. It is a method which ensures both a high product quality and a high level of animal welfare. The impact of immunocastration on the three pillars of sustainability has been studied extensively, although a contemporary global overview of its different aspects has been missing. Performance results in immunocastrates are better than in barrows, but worse than in boars. The environmental impact of pork production with immunocastrates is lower than with barrows, but higher than with boars. The level of aggression is considerably lower in immunocastrates compared to boars. Societal concerns are mainly related to food safety, and are not supported by scientific evidence. After the second vaccination, immunocastrates switch physiologically from a boar-like to a barrow-like status. Therefore, the timing of the second vaccination is a fine-tuning tool to balance advantages of boars with their environmental and economic benefits against the increased risk of welfare problems and boar taint. Nevertheless, both the synergic and the conflicting relationships between the pillars of sustainability must be communicated along the value chain to produce tailored pork products.
The present doctoral thesis shows that immunocastration can balance the advantages and disadvantages of pork production with boars or barrows, and thus serve as a sustainable alternative for the European pork chain. If used correctly, immunocastration is reliable in preventing boar taint and can be economically competitive with traditional surgical castration. Based on this thesis, future studies might investigate quality assurance systems that reliably detect non-responders, or animals that are incorrectly vaccinated, before slaughter or at slaughter line. In addition, the economic impact of switching from traditional pork production with barrows to pork production with immunocastrates along the entire pork chain should be further analyzed.Seit Jahrhunderten werden in Europa männliche Ferkel chirurgisch kastriert, um Ebergeruch und eberspezifisches Aggression- und Sexualverhalten zu vermeiden. Die chirurgische Kastration von Eberferkeln erfolgt dabei meistens ohne Anästhesie oder Analgesie und darf so in der Europäischen Union innerhalb der ersten Lebenswoche durchgeführt werden. Diese Praxis wird von der Gesellschaft zunehmende kritisiert, da die Kastration schmerzhaft ist und die körperliche Unversehrtheit der Tiere verletzt. Im Jahr 2010 verpflichteten sich daher europäische Stakeholder der Wertschöpfungskette freiwillig dazu, die chirurgische Ferkelkastration ab 2018 zu beenden. Mehr als zwei Jahre nach dieser Frist, wird die Mehrheit der Eberferkel nach wie vor chirurgisch kastriert, die meisten weiterhin ohne Narkose und Schmerzausschaltung. Die Immunkastration ist eine Alternative zur chirurgischen Kastration und zur Jungebermast. Obwohl diese Technik in Europa seit 2009 für den kommerziellen Gebrauch zugelassen ist, sind die Marktanteile von Immunkastraten auf dem europäischen Schweinefleischmarkt sehr gering. Die Hauptgründe, die zu dieser geringen Marktakzeptanz führen sind Unsicherheiten, ob die Immunkastration zuverlässig und wettbewerbsfähig ist und ob sie von der gesamten Wertschöpfungskette akzeptiert wird. Daher war das Hauptziel der vorliegenden Doktorarbeit zu untersuchen, welche Vor- oder Nachteile sich im Hinblick auf Nachhaltigkeitsaspekte aus der Immunkastration ergeben. Die Analyse verschiedener Nachhaltigkeitsaspekte der Schweinefleischerzeugung mit Immunkastraten wurde in einem Review zusammengefasst. Zusätzlich wurde in einem experimentellen Ansatz der Einfluss verschiedener Haltungsbedingungen auf die Zuverlässigkeit der Immunkastration untersucht. In dieser Studie wurde zudem der Einfluss der Haltungsbedingungen und des Gonadenstatus auf die Wachstumsleistung männlicher Schweine erfasst. Basierend auf den Leistungsdaten dieser Studie wurde außerdem die Rentabilität der Mast von Immunkastraten, chirurgischen Kastraten und Jungebern mit einem Simulationsmodell für deutsche Betriebe unter Verwendung verschiedener Schlachtkörperpreissysteme für Immunkastraten und Risikoszenarien für Ebergeruch analysiert.
Die Immunkastration ist eine aktive Immunisierung gegen GnRH und besteht aus zwei aufeinanderfolgenden Impfungen zur Induktion von Antikörpern, die die Hodenfunktionen vorübergehend unterdrücken und damit die Bildung von Ebergeruch sowie der Hodenhormone verhindern. Es handelt sich um eine Methode, die sowohl eine hohe Produktqualität als auch ein hohes Maß an Tierschutz gewährleistet. Die Auswirkungen der Immunkastration auf die drei Säulen der Nachhaltigkeit sind bereits ausführlich untersucht worden, jedoch fehlte ein aktueller globaler Überblick über verschiedene Nachhaltigkeitsaspekte des Verfahrens. Durch die Hodenhormonbildung vor der zweiten Impfung ist die Mastleistung von Immunkastraten insbesondere die Futterverwertung besser als die von Börgen, aber schlechter als die von Ebern. Die Umweltbelastung bei der Mast mit Immunkastraten ist geringer als bei Börgen, aber höher als bei Ebern. Das Aggressionspotential ist bei Immunkastraten nach der zweiten Impfung im Vergleich zu Ebern wesentlich geringer. Verbraucherbedenken hinsichtlich der Erzeugung von Schweinefleisch mit Immunkastraten beziehen sich hauptsächlich auf die Lebensmittelsicherheit. Solche Bedenken sind aus wissenschaftlicher Sicht unbegründet, da die Unbedenklichkeit des Verzehrs von Fleisch aus dieser Produktion belegt ist. Vor der zweiten Impfung sind Immunkastraten aus physiologischer Sicht wie Eber. Daher ist der Zeitpunkt der zweiten Impfung ein Instrument zur Feinsteuerung, um die ökologischen und wirtschaftlichen Vorteile von Ebern partiell zu nutzen, ohne das erhöhte Risiko von Tierschutzproblemen und Ebergeruch einzugehen. Dennoch müssen sowohl synergistische als auch antagonistische Beziehungen zwischen den Säulen der Nachhaltigkeit entlang der Wertschöpfungskette kommuniziert werden, um marktorientierte Schweinefleischprodukte anzubieten.
Die vorliegende Doktorarbeit zeigt, dass der Ersatz der chirurgischen Ferkelkastration durch die Immunkastration die Vorteile der Jungebermast und der Mast von Börgen partiell vereint und somit eine nachhaltige Alternative für die europäische Schweinefleischerzeugung darstellen kann. Bei korrekter Anwendung ist die Immunkastration zuverlässig bei der Verhinderung von Ebergeruch und kann wirtschaftlich mit der traditionellen chirurgischen Kastration konkurrieren. Ausgehend von dieser Doktorarbeit könnten zukünftige Studien Qualitätssicherungssysteme untersuchen, die zuverlässig Non-Responder oder falsch geimpfte Tiere vor der Schlachtung oder am Schlachtband detektieren. Darüber hinaus sollten die wirtschaftlichen Auswirkungen der Umstellung von der chirurgischen Kastration auf die Mast von Immunkastraten auf die gesamte Wertschöpfungskette analysiert werden
Development of strategies for the prioritization of organic trace substances in water by effect-directed analysis
Get PDFThe protection of the aquatic environment and the supply of clean drinking water to people all over the world are central challenges of our time. Monitoring of the aquatic environment and the input of anthropogenic trace substances into it is therefore very important. However, since aquatic environmental samples often consist of complex substance mixtures, their characterization and evaluation is very demanding. By using generic target analysis methods, selected known anthropogenic trace substances can be detected and quantified very sensitively. For the detection of previously unknown substances, non-target analysis methods have been increasingly used in recent years. However, these methods do not provide information on the relevance of the anthropogenic trace substances occurring in water. In this context, especially all those trace substances are regarded as relevant from which a harmful effect on humans or water organisms is to be expected. For the detection of such effective substances, effect-directed analysis (EDA) can be used.
In EDA, a bioassay is combined with a fractionation method and subsequent chemical analysis, the aim being to identify the bioactive substance. The separation method used in this work is high-performance thin-layer chromatography (HPTLC). After chromatography, the bioassay is performed directly on the HPTLC plate. If an effective zone appears in the bioassay, a prioritization strategy is used to clarify the identity of the substance.
Due to the complex aquatic samples, a large number of different substances in a zone must still be expected despite the applied HPTLC separation, which makes it difficult to identify the effective substance. Therefore, a strategy to simplify the identification of effective substances should be developed. The aim was to reduce the complexity by multidimensional separation in such a way that chemical analysis can be used to prioritize to a few candidates in the effective fraction. In the first part of the work, a selective two-dimensional HPTLC separation was developed to reduce the number of substances in a bioactive zone. After the first separation dimension (1D) the acetylcholinesterase inhibition assay (AChE assay) was performed and afterwards only the effective zones were extracted from the HPTLC plate. The selected effective zones were separated in a second separation dimension (2D) and the bioassay was performed again. With this 2D separation, the peak capacity could be increased by a factor of 7 compared to a 1D HPTLC gradient development. If real water samples are examined for their effects, an additional structural elucidation must be carried out to clearly identify the unknown bioactive substances. In this work, the developed 2D EDA was therefore connected to a high-performance liquid chromatography (HPLC) with high-resolution mass spectrometry (HRMS) and a non-target screening (NTS) was performed. Using three water samples(drinking water, surface water and purified sewage water) spiked with six effective substances, it was shown that the developed strategy is suitable for the identification of effective substances and that these can be recovered despite repeated extraction. When applying the developed methodology to real samples, it was also possible to assign and quantify the detected effect in several waters to the substance lumichrome and to linear alkylbenzene sulfonates.
Genotoxicity is a crucial endpoint for the effect assessment of water samples. However, this endpoint with metabolic activation cannot yet be performed directly on the HPTLC plate. Since many of the genotoxic substances have an indirect genotoxic effect, i.e. they only acquire their activity after metabolic activation; this endpoint was investigated in the present work with the umu assay in the microtiter plate. However, separation with HPTLC, subsequent extraction of effective zones and non-target analysis of the extracts, should also be performed for this assay. Therefore the umu assay in the microtiter plate was integrated into the existing EDA-with-HPTLC concept. In laboratory experiments, sodium hypochlorite was added to the drug metformin in order to simulate the behavior of the substance during water treatment (chlorination). The metformin sample treated with hypochlorite was examined with the umu assay and a genotoxic effect was detected. After HPTLC separation of the chlorinated sample, zones were extracted over the entire retardation range. When the extracted zones were examined with the umu assay, the genotoxic effect could be clearly assigned to one fraction. Using high-resolution mass spectrometry, the genotoxic effect could be assigned to an already known transformation product of metformin. The HPTLC separation and extraction of the zones from the plate led to a reduction of the possible effective candidate masses by a factor of 10 and thus to a clear prioritization in HRMS analysis.Der Schutz der aquatischen Umwelt und die Versorgung der Menschen auf der ganzen Welt mit sauberem Trinkwasser sind zentrale Herausforderungen unserer Zeit. Daher ist die Überwachung der aquatischen Umwelt und des Eintrags von anthropogenen Spurenstoffen in diese von wichtiger Bedeutung. Durch den Einsatz klassischer Target-Analysemethoden können ausgewählte, bekannte anthropogene Spurenstoffe sehr empfindlich detektiert werden. Für die Detektion bislang unbekannter Substanzen werden Non-Target-Analysemethoden eingesetzt. Allerdings liefern diese Methoden keine Aussagen zur Relevanz der im Wasser vorkommenden anthropogenen Spurenstoffe. Als relevant gelten in diesem Zusammenhang all jene Spurenstoffe, von denen eine schädliche Wirkung auf den Menschen oder im Wasser lebende Organismen zu erwarten ist. Zur Detektion wirkender Substanzen kann die Wirkungsbezogene Analytik (WBA) verwendet werden. Bei der WBA wird ein Bioassay mit einer Fraktionierungsmethode und anschließender chemischer Analyse kombiniert, wobei das Ziel die Identifizierung der bioaktiven Substanz ist. Als Fraktionierungsmethode wurde in dieser Arbeit die Hochleistungsdünnschichtchromatographie (HPTLC) angewandt. Nach der Chromatographie wird der Bioassay direkt auf der HPTLC-Platte durchgeführt. Tritt im Bioassay eine wirkende Zone auf, so soll mithilfe einer Priorisierungsstrategie die Identität der Substanz aufgeklärt werden.
Aufgrund der komplexen aquatischen Proben muss trotz der angewandten HPTLC-Trennung in einer wirkenden Zone noch immer mit einer Vielzahl verschiedener Substanzen gerechnet werden, die eine Identifizierung der wirkenden Substanz erschweren. Es sollte aus diesem Grund eine Strategie zur Vereinfachung der Identifizierung von wirkenden Substanzen entwickelt werden. Ziel war es, die Komplexität durch mehrdimensionale Trennung so zu verringern, dass mithilfe der chemischen Analyse auf wenige Kandidaten in der wirkenden Zone priorisiert werden kann. Im ersten Teil der Arbeit wurde zur Reduktion der Anzahl von Substanzen in einer bioaktiven Zone eine selektive zweidimensionale HPTLC-Trennung entwickelt. Nach der ersten Trenndimension (1D) wurde der Acetylcholinesterase-Hemmtest (AChE-Assay) durchgeführt und anschließend die wirkenden Zonen von der HPTLC-Platte extrahiert. Die ausgewählten wirkenden Zonen wurden in einer zweiten Trenndimension (2D) nochmals aufgetrennt und abermals der Bioassay durchgeführt. Die Peakkapazität konnte durch diese 2D-Trennung im Vergleich zu einer 1D-HPTLC Gradientenentwicklung um den Faktor 7 gesteigert werden.
Wenn reale Wasserproben wirkungsbezogenen untersucht werden, muss für eine eindeutige Identifizierung der unbekannten bioaktiven Substanzen zusätzlich eine Strukturaufklärung durchgeführt werden. In dieser Arbeit wurde deshalb die entwickelte 2D-WBA an eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) mit hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS) angebunden und ein Non-Target-Screening (NTS) durchgeführt. Am Beispiel dreier mit sechs wirkenden Substanzen dotierter Wasserproben konnte gezeigt werden, dass sich die entwickelte Strategie für die Identifizierung wirkender Substanzen eignet und dass diese trotz mehrmaliger Extraktion wiedergefunden werden können. Bei der Anwendung der entwickelten Methodik auf Realproben gelang es, in mehreren Wässern die detektierte Wirkung der Substanz Lumichrome sowie linearen Alkylbenzolsulfonaten zuzuordnen.
Für die Beurteilung der Wirkungen von Wasserproben ist die Gentoxizität ein entscheidender Endpunkt. Allerdings kann dieser Endpunkt mit metabolischer Aktivierung bislang nicht direkt auf der HPTLC-Platte durchgeführt werden. Da jedoch viele der gentoxischen Substanzen indirekt gentoxisch wirken, wurde dieser Endpunkt mit dem umu-Assay in der Mikrotiterplatte untersucht. Jedoch sollten auch für diesen Assay eine Fraktionierung mit der HPTLC, eine anschließende Extraktion wirkender Zonen und Non-Target-Analyse der Extrakte erfolgen. Dazu wurde der umu-Assay in der Mikrotiterplatte in das bestehende WBA-mit-HPTLC-Konzept integriert.
Im Laborexperiment wurde das Arzneimittel Metformin mit Natriumhypochlorit versetzt, um damit das Verhalten der Substanz während der Wasseraufbereitung nachzustellen. Die mit Hypochlorit umgesetzte Metforminprobe wurde mit dem umu-Assay untersucht, wobei eine gentoxische Wirkung detektiert werden konnte. Nach der HPTLC-Trennung der gechlorten Probe wurden anschließend Zonen über den gesamten Retardationsbereich extrahiert. Bei der Untersuchung der extrahierten Zonen mit dem umu-Assay konnte der gentoxische Effekt eindeutig einer Fraktion zugeordnet werden. Mittels hochauflösender Massenspektrometrie gelang es, den gentoxischen Effekt einem bereits beschriebenen Transformationsprodukt von Metformin nachzuweisen. Die HPTLC-Trennung und Extraktion der Zonen von der Platte führte zu einer Reduktion der möglichen wirkenden Kandidatenmassen um den Faktor 10 und somit zu einer deutlichen Priorisierung bei der HRMS-Analyse
