2013 research outputs found
Sort by
The impacts of conflict and climate change on food security and nutrition in Chad
Full text linkThis dissertation aims at providing an overview of how armed conflict and climate impact food security and nutrition in the African country of Chad. It analyzes the impacts of the Boko Haram insurgency on food security and nutrition, and those of annually recurrent droughts on households coping strategies. Placing the Republic of Chad in the context of the administrative regions of surrounding countries, where Boko Haram and its splinter groups operated at the time of their greatest territorial expansion (Extreme Nord in Cameroon, Lac in Chad, and Diffa in Niger, as well as the Nigerian states of Borno, Yobe, and Adamawa), it covers the timeframe from late 2009 to 2016.
On the qualitative side, a systematic literature review on the impacts of Boko Haram on food security and related concepts in the study area, a review of conflict databases and press coverage of Boko Harams activities, and semi-structured interviews of Chadian security experts help to locate where and when the insurgency was active, the violence it perpetrated, and the impacts it had. On the quantitative side, the thesis leverages DHS data of 1997 and 2010, MICS data of 2000 and 2015 for childhood malnutrition indicators. The 2011, 2013, 2014, 2015 and 2016 ENSA waves are used for household food security indicators.
Across the broader Lake Chad region, Boko Haram activity led to the displacement of food producers, interruption of migration routes of pastoralists, increased exposure to cattle rustling, and transport restrictions affecting food markets. It is also associated with changes in trade routes and border closures leading to price fluctuations, market closure and decrease in market activity, reduction in smallholder farmers income, and curbing physical access of consumers to food markets due to the destruction of infrastructure and security concerns. These factors contributed to increases in wasting, stunting, and child mortality rates, decreases in school enrolment and years of schooling, and limitations in access to health care. On the macroeconomic level, agricultural output, GDP, and other development indicators have been affected negatively. However, on the micro level, many studies focus on the insurgencys impacts on displacement, in the form of refugees and IDPs within specific camps. These populations struggle with their loss of agro-pastoralist livelihoods, and with limited access to land and water to sustain them. Coupled with low employment rates, this results in low income across camps. However, whether this results in lack of food availability and diversity differs significantly from camp to camp, and access to health, education, and other basic service is highly unequally distributed as well. Concerningly, trading food for sex is a practice in at least some camps.
Centering in on Chad itself, the thesis exploits the fact that Boko Haram perpetrated only criminal but not political violence between 2010 and 2014. During this period, insurgents plundered and pillaged Chadian villages in the seasonal wetlands of Lake Chad, and committed other criminal acts, but did not engage Chadian security forces for political gains; hence, this setup allows to isolate the impacts that terrorist organizations can achieve through purely criminal violence. Applying a DID approach, the dissertation finds that such criminal violence causes deteriorations in the z-scores of underweight and wasting of children under the age of five years by -0.085 points and -0.305 points, respectively. It finds that the insurgencys criminal violence causes a decrease of 31.7 percentage points in the participation of households in agricultural activities and a decrease of their dietary diversity by 53.7 points. These impacts are large, especially considering that criminal violence perpetrated by Boko Haram in Chad received little to no international attention.
The impacts of seasonal drought on food security, however, are much more measured. Out of five coping strategies assessed, seasonal drought has impacts to a statistically significant degree on only two: The prevalence of households selling non-productive assets and the prevalence of using their savings increases by 7.1 percentage points and 7.6 percentage points, respectively, when drought exposure increases by 1 percentage point on a low administrative level. Estimates of heterogeneous treatment effects and other robustness tests support a causal interpretation of these coefficients, which are obtained through two-way fixed effect estimations. These findings do not mean that drought-affected households do not enact other coping strategies, too. It merely means that seasonal drought likely causes them to use only two very specific coping strategies, but it does not cause the use of others.Diese Dissertation analysiert den Einfluss bewaffneter Konflikte und von Klimaphänomenen auf die Ernährungssicherheit im afrikanischen Land Tschad. Die Auswirkungen der Boko Haram-Rebellion auf Mangelernährung und die Auswirkungen jährlich wiederkehrender Dürren auf die Bewältigungsstrategien von Haushalten werden analysiert. Die Dissertation stellt die Republik Tschad in den Kontext jener Verwaltungsregionen der angrenzenden Länder, in denen Boko Haram und ihre Splittergruppen zur Zeit ihrer größten territorialen Expansion operierten: Extreme Nord in Kamerun, Lac im Tschad und Diffa im Niger, sowie die nigerianischen Bundesstaaten Borno, Yobe und Adamawa. Sie deckt den Zeitraum von Ende 2009 bis Anfang 2015 ab, d.h. von der Entstehung von Boko Haram als offene Rebellion bis zu ihrer Phase der politischen Gewalt und des offenen Konflikts mit den Sicherheitskräften des Tschads. In Bezug auf saisonale Dürren umfasst die Dissertation die Jahre 2011 bis 2016.
Auf der qualitativen Seite helfen eine systematische Literaturrecherche zu den Auswirkungen von Boko Haram auf Ernährungssicherheit und verwandte Konzepte, eine Übersicht von Konfliktdatenbanken und Presseberichten über die Aktivitäten von Boko Haram, sowie halbstrukturierte Interviews mit tschadischen Sicherheitsexperten dabei herauszufinden, wo und wann Aufständische aktiv waren, welche Gewalt sie ausübten und wozu diese führte. Auf der quantitativen Seite nutzt die Arbeit DHS Daten von 1997 und 2010, und MICS Daten von 2000 und 2015 für Indikatoren von Mangelernährung. Die ENSA-Erhebungswellen 2011, 2013, 2014, 2015 und 2016 werden für Indikatoren für die Ernährungssicherheit von Haushalten herangezogen.
In der Region rund um den Tschadsee führten die Aktivität von Boko Haram zur Vertreibung von Lebensmittelproduzenten, Unterbrechung der Migrationsrouten von Hirten, Viehdiebstahl und Transportbeschränkungen von und zu Lebensmittelmärkten. Sie ist auch mit Unterbrechung von Handelsrouten und Grenzschließungen assoziiert, die zu Preisschwankungen, Marktschließungen und Rückgang von Marktaktivität, Kleinbauerneinkommen und Lebensmittelmarktzugang von Verbrauchern führten. Diese Faktoren trugen zu einem Anstieg von Mangelernährungs- und Kindersterblichkeitsraten, zu einem Rückgang von Einschulungen sowie zu einem eingeschränkten Zugang zu Gesundheitsversorgung bei. Auf makroökonomischer Ebene wurden die landwirtschaftliche Produktion, das BIP und andere Entwicklungsindikatoren negativ beeinflusst. Auf der Mikroebene konzentrieren sich viele Studien auf IDPs in Lagern. Diese Bevölkerungsgruppen kämpfen mit dem Verlust ihrer Lebensgrundlagen und mit Mangel an Land und Wasser. In Verbindung mit hohen Arbeitslosenquoten führt dies zu Armut in den Lagern. Ob dies jedoch zu einem Mangel an Nahrungsmittelverfügbarkeit und -vielfalt führt, ist von Lager zu Lager sehr unterschiedlich ebenso wie der Zugang zu Gesundheit, Bildung und anderen grundlegenden Dienstleistungen. Besorgniserregend ist, dass zumindest in einigen Lagern Essen gegen Sex getauscht wird.
Für den Tschad selbst nutzt diese Dissertation, dass Boko Haram zwischen 2010 und 2014 nur kriminelle, aber keine politische Gewalt verübte. Dies ermöglicht, jene Auswirkungen zu isolieren, die terroristische Organisationen durch rein kriminelle Gewalt erzielen können. Unter Anwendung einer DID stellt die Dissertation fest, dass solche kriminelle Gewalt zu einer Verschlechterung der z-scores Gewicht für Größe und Gewicht für Alter von Kindern unter fünf Jahren um -0,085 Punkte bzw. -0,305 Punkte führt. Sie stellt fest, dass die kriminelle Gewalt der Aufständischen einen Rückgang der Beteiligung von Haushalten im Landwirtschaftssektor um 31,7 Prozentpunkte und eine Verringerung ihrer Ernährungsvielfalt um 53,7 Prozentpunkte verursacht. Diese Koeffizienten sind groß insbesondere wenn man bedenkt, dass die von Boko Haram im Tschad begangene kriminelle Gewalt international wenig bis gar keine Aufmerksamkeit erregt hat
Issues Management in changing environments
No full textDie Idee des Issues Management will durch die frühzeitige Identifikation und die strategisch geplante Partizipation an öffentlich und organisational relevanten Issues erreichen, dass Unter- nehmen aktiv auf Umfeldentwicklungen Einfluss ausüben, um den eigenen Handlungsspiel- raum zu erhalten und die Unternehmensreputation zu sichern. Die Umweltbedingungen spielen eine zentrale Rolle für die Ausgestaltung des Issues Management. Diese haben sich seit den ersten Issues-Management-Ansätzen Ende der 1970er-Jahre spürbar verändert. Digitalisierung, Medialisierung, Globalisierung und die Transformation der Öffentlichkeit durch den digitalen Strukturwandel sind die Treiber dieser Veränderungen. Issues Management wurde bislang nicht auf seine Gültigkeit unter veränderten Umweltbedingungen überprüft. Die übergeordnete Forschungsfrage dieser Studie lautet daher: Wie gestalten Unternehmen Issues Management unter veränderten Umweltbedingungen? Die empirische Studie untersucht anhand von qualitativen, leitfadengestützten Experteninterviews, wie Issues Management heute unter veränderten Umweltbedingungen durchgeführt wird. Dafür wird die Forschungsfrage anhand von sechs Issue-Management-Dimensionen vertieft: die Konzept-, die Struktur-, die Prozess-, die Management-, die Akteurs- und die Ressourcendimension. Für die Untersuchung wurden 22 Experten aus dem Agentur- und Beratungskontext und dem Unternehmensumfeld befragt. Konzeptionell hat sich das Issues Management unter veränderten Umweltbedingungen nicht gewandelt. Es bleibt eine Präventionsfunktion, die zur Sicherung und Steigerung der Unternehmensreputation möglich frühzeitig risikobehaftete Sachverhalte in der Unternehmensumwelt identifiziert und diese Sachverhalte strategisch geplant bewältigt. Issues Management fristet in vielen Unternehmen ein depriorisiertes Dasein, u.a. weil die Schnittmengen mit anderen Disziplinen hoch sind. In etlichen Unternehmen wird Issues Management betrieben, aber nicht so benannt. Auf der Strukturebene des Issues Management werden digitalisierungs- und globalisierungsbedingte Veränderungen sichtbar. Moderne Issues-Management-Organisationen müssen schneller, agiler und flexibler arbeiten als früher. Sie müssen global und in Echtzeit Themen identifizieren und diese kulturraumadäquat aufbereiten. Das erfordert effiziente und transparente Informations- und Wissensmanagementsysteme sowie flexible Anpassungsmöglichkeiten der Ressourcen. Die Untersuchung zeigt, dass auf der prozessualen Ebene Veränderungen durch digitalisierte Umweltbedingungen wirksam sind. Aufgrund der Beschleunigung von Umweltentwicklungen verlaufen die Prozessphasen schneller oder verlaufen parallel zueinander. Reflexions- und Reaktionszeiten haben sich bei wachsender Issue-Komplexität verkürzt. In Anlehnung an die Abfolgen der Scrum-Logik aus der Softwareentwicklung wird in der Studie ein alternatives Prozessmodell entwickelt, das die Simultanität und die wachsende Komplexität von Umweltentwicklungen abbildet. Die Managementebene ist von Veränderungen durch beschleunigt Umweltentwicklungen, Globalisierung, Medialisierung und veränderten Öffentlichkeitsstrukturen gekennzeichnet, die in den einzelnen Phasen der Maßnahmen- ebene unterschiedlich stark ausgeprägt sind. Die Untersuchung zeigt, dass die Evaluation des Issues Management bis heute eine Herausforderung ist und in den Unternehmen nur mit Einschränkungen durchgeführt wird. Agenturen sehen hier mangelnden Willen, Unternehmen begründen dies mit der mangelnden Aussagekraft der Ergebnisse über die eigentliche Leistung des Issues Management. Auf Akteursebene wirkt die Transformation der Öffentlichkeit. Es steigt die Anzahl situativer, volatiler und gut vernetzter Teilöffentlichkeiten, die sich um verschiedene Themen gruppieren und dafür sorgen, dass einmal aufgetretene Issues nicht mehr zur Ruhe kommen. Zudem haben sich die Kräfteverhältnisse zugunsten bislang schwach repräsentierter Gruppen verschoben. Weiterhin ist Journalism Bypassing ein häufig beobachtetes Phänomen. Auf der Ressourcenebene benötigen aufgrund von Digitalisierung und Medialisierung Issues Manager*innen ein deutlich erweitertes Repertoire an Kompetenzen und Fähigkeiten. Des Weiteren steigt im Issues Management der Einsatz von digitalen Tools. Zum Erhebungszeitpunkt sind dies vor allem Online-Monitoring-Tools, Redaktionsmanagement-Tools sowie kollaborative Arbeitsplattformen und virtuelle Team-Umgebungen. KI und Chatbots stellen da- gegen die Ausnahme dar.
Insgesamt kommt die Studie zu dem Schluss, dass die veränderten Umweltbedingungen die Idee des Issues Management aktueller denn je werden lässt. Wenngleich nicht immer unter dem Namen, so hat sich in der Mehrzahl der Unternehmen die strategisch geplante Früherkennung und Bewältigung von Issues etabliert. Dabei wirken sich die Umweltveränderungen stark auf die Umsetzung aus. Nachholbedarf besteht vor allem im Bereich der digitalen und datenbasierten Unternehmenskommunikation.The idea of issues management aims to ensure that companies actively exert influence on other environmental developments through early identification and strategically planned participation in publicly and organisationally relevant issues. The goal is to maintain their own room for manoeuvre and secure their corporate reputation. Environmental conditions play a central role in shaping issues management. These have changed noticeably since the first issues manage- ment approaches at the end of the 1970s. Digitalisation, medialisation, globalization, and the transformation of the public sphere through digital structural change are the drivers of these changes. Issues management has not yet been tested for its validity under changed environmen- tal conditions. The overarching research question of this study therefore is: How do companies shape issues management under changed environmental conditions? The empirical study uses qualitative, guideline-based expert interviews to examine how issues management is carried out today under changed environmental conditions. For this purpose, the research question is deepened on the basis of six issue management dimensions: the concept, the structure, the process, the management, the actor and the resource dimension. For the research, 22 experts from the agency/consultancy context and the corporate environment were interviewed.
Conceptually, issues management has not altered under changed environmental conditions. It remains a preventive function that identifies issues in the corporate environment as early as possible in order to secure and enhance the companys reputation and to deal with these issues in a strategically planned manner. Issues management has a deprioritised existence in many companies, partly because the overlaps with other disciplines are high. Therefore, in many com- panies issues management is practised but not called such. At the structural level of issues management, changes due to digitalisation and globalisation are becoming visible. Modern is- sues management organisations have to work faster, more agile and more flexibly than before. They have to identify issues globally, in real time, and prepare them in a way that is appropriate for different cultural areas. This requires efficient and transparent information and knowledge management systems as well as flexible resource adjustment options. The study shows that changes due to digitalised environmental conditions are effective on the processual level. Due to the acceleration of environmental developments, the process phases run faster or parallel to each other. Reflection and reaction times have shortened with increasing issue complexity. Fol- lowing the sequences of the Scrum logic from software development, an alternative process model is developed in the study that maps the simultaneity and growing complexity of environ- mental developments. The management level is characterised by changes due to accelerated environmental developments, globalisation, medialisation and changed public structures, which are evident to different degrees in the individual phases of the management level. The study shows that the evaluation of issues management is still a challenge today and is only carried out with limitations in the companies. Agencies see a lack of will here, companies justify this with the lack of meaningfulness of the results about the actual performance of issues management. At the actor level, the transformation of the public sphere is having an effect. There is an in- crease in the number of situational, volatile and well-networked sub-publics, which are grouped around various issues and ensure that once an issue has arisen, it can no longer be laid to rest. In addition, the balance of power has shifted in favour of previously weakly represented groups. Furthermore, "journalism bypassing" is a frequently observed phenomenon. On the resource level, issues managers need a significantly expanded repertoire of competences and skills due to digitalisation and medialisation. Furthermore, the use of digital tools in issues management is increasing. At the time of the survey, these were primarily online monitoring tools, editorial management tools, collaborative work platforms and virtual team environments. AI and chat- bots, on the other hand, are the exception. Overall, the study concludes that the changed environmental conditions make the idea of issues management more relevant than ever. Although not always under the name, strategically planned early recognition and management of issues has become established in most compa- nies. At the same time, the environmental changes have a strong impact on implementation. Furthermore, there is a need to catch up especially in the area of digital and data-based corporate communication. This is where potential lies dormant to remedy some of the problems identified in the paper
Agriculture in change - how innovative was Wuerttemberg agriculture in the years 1818 - 1877?
No full textDie württembergische Landwirtschaft des gesamten 19. Jahrhunderts brachte über die Hälfte der volkswirtschaftlichen Wertschöpfung ein. Innovationen wurden als bedeutendste Treiber des Wirtschaftswachstums hoch angesehen. Dabei spielten regionale Bereiche in der Verbreitung der landwirtschaftlichen Erneuerung in Württemberg eine signifikante Rolle. Die wirtschaftspolitischen Rahmenbedingungen wie die schrittweise Einführung der Gewerbefreiheit ab 1828, der Beitritt zum Deutschen Zollverein im Jahre 1834 und die Bauernbefreiung in den 1840er-Jahren führten in Württemberg zu einer starken Wachstumsphase im Bereich der Landwirtschaft. Diese Promotionsarbeit umfasst drei zusammenhängende Forschungsthemen. Das erste Thema beschäftigt sich mit der Forschungsfrage, wie technische Innovationen in der württembergischen Landwirtschaft gemessen werden können. Das zweite Forschungsthema widmet sich der Geschichte des Patentwesens, während das dritte Thema die strategische Patentvergabe des württembergischen Patentamts diskutiert. Als potentielle Bestimmungsgröße von Innovationen werden Patente verwendet, die nach wie vor einer der bestimmenden Output-Indikatoren sind. Für das Königreich Württemberg existieren zuverlässige Forschungsarbeiten zwischen 1830 bis 1866 sowie ab dem Jahr 1877. Eine vollständige Auflistung der Patente, bis im Jahre 1877 das erste Reichs-Patentgesetz erlassen wurde, konnte bis jetzt noch nicht dargestellt werden. Das Ergebnis ergab, dass das Königreich Württemberg unabhängig von dem schlechten Zustand in der Landwirtschaft an der Spitze aller deutschen Länder bei der Patent-Intensität lag.
Die zweite Studie beschäftigt sich mit der Frage, welche Unterschiede zeigen sich im württem-bergischen Patentrecht zu den ausländischen Patentrechten vor 1877. Auch werden weitere Abweichungen im internationalen Patentrecht aufgezeigt. Die Ergebnisse zeigen, dass es Unterschiede im nationalen und internationalen Patentrecht bei dem Anmelde- und Prüfungsverfahren, den Patentkosten sowie der Patenlaufzeit gab. In der dritten Studie wird untersucht, ob die württembergische Behörde die industrialisierten Länder, wie z. B. Preußen und die an Württemberg grenzenden Länder, in Bezug auf höhere Patentgebühren, der längeren Bearbeitungszeit und der gewährten Patentlaufzeit diskriminierte. Ein weiterer Effekt wird bei landwirtschaftlichen Krisen anhand der Variable Patentgebühr und der endogenen Variable Weizenpreise, die als Maß für wirtschaftliche Notzeiten angesehen wird, gezeigt. Diese Studie berechnet den Effekt des Subjektivismus unter Verwendung verschiedener statistischen Methoden. Das Ergebnis ergab, dass in Notzeiten die württembergische Patentbehörde Ausländer stärker diskriminierten bzw. Inländer stärker unterstützten.
Zusammenfassend liefern die Ergebnisse dieser Dissertation überzeugende Argumente dafür, dass ausländische Erfinder mit einer längeren Bearbeitungszeit und höheren Patentgebühren im Königreich Württemberg rechnen mussten. Zum Instrumentarium des Patentamts gehörten neben fiskalen auch geldpolitische Aktionen, die protektionistische Auswirkungen hatten. Diese Aktionen beziehen sich nicht nur auf die Förderung des Wirtschaftswachstums, sondern auch auf die Einflussnahme der württembergischen Finanzpolitik. Dazu stehen als Instrumente die Patentgebühren und die öffentlichen Kosten zur Verfügung. Eine mögliche Erklärung für ein bevorzugtes Verhalten der Centralstelle des landwirtschaftlichen Vereins gegenüber Württemberg könnte sein, dass das württembergische Patentsystem auf neue Innovationen reagierte, um zu den weltweiten Innovationsführern wie England, Amerika und Preußen aufzuschließen. In dieser Zeit wurden Patentstreitigkeiten nicht vor Gericht geführt. Die Patentpolitik wurde durch gezielte Patentabsprachen, Kartellbildungen und Lizenzen geprägt. Auf Grund den Ergebnissen lässt sich eine eindeutige Zuordnung Württembergs als erfolgreiches Erfinderland ab dem Ende des 19. Jahrhunderts vornehmen. Von 1818 bis 1877 hatte Württemberg die höchste Patentaktivität unter den deutschen Staaten und diese Tradition setzt sich bis heute fort. Die Politik und die Strategien der Regierungen haben Erfindungen und Innovationen unterstützt und gefördert, was zur Entwicklung von einigen zukunftsweisenden Innovationen geführt hatte. Vor diesem Hintergrund scheint eine differenzierte Auseinandersetzung mit dem Thema Innovation aus der Sicht der Landwirtschaft angebracht. Dabei wird bestätigt, dass die Patentstatistik eine hilfreiche Quelle für Innovationsforschung ist. Die zunehmende technologische Entwicklung und die bedeutende Stellung von gewerblichen Schutzrechten, lassen den Einsatz von Patenten als strategisches Instrument interessant erscheinen. Schließlich liegt das Ziel dieser Dissertation darin, ein umfassendes Bild über das württembergische Innovationsverhalten und die Bevorzugung württembergischer Erfinder im Agrarsektor während des 19. Jahrhunderts zu gewinnen.Agriculture accounted for more than half of Wuerttembergs economic activity throughout the 19th century. Innovations were highly regarded as the most significant drivers of economic growth. Regional areas within the Kingdom of Wuerttemberg played a significant role in the agricultural advancements. The economic policy conditions for agricultural growth gradually increased throughout this period due to the gradual introduction of freedom of trade from 1828 onwards, the accession to the German Customs Union in 1834 and the liberation of the peasants through the abolition of serfdom in the 1840s. This thesis comprises three interrelated research topics. to contribute in the field of in-novation research, specifically in the field of agricultural science. The first topic addresses the research question of how technical innovations in Wuerttemberg agriculture can be measured. The second research topic addresses the history of the patent system, while the third topic discusses the strategic patent allocation of the Wuerttemberg Patent Office. Patents are used as a potential determinant of innovation and remain one of the determining output indicators. For the Kingdom of Wuerttemberg, reliable research exists between 1830 and 1866 as well as from 1877 onwards. Presently science and research in Wuerttemberg focuses primarily on questions regarding the period after 1877, while ignoring or missing out the discussion about the time before the Common Patent Act in 1877. A complete list of patents until the first Common Patent Act was enacted in 1877 could not yet be presented. The results proved that the Kingdom of Wuerttemberg was at the top of all German states in terms of patent intensity, irrespective of the poor state of agriculture. This analysis shows that, at this time, Wuerttemberg was still predominantly in competition with neighboring German states, as well as France and Great Britain, for the development of technical innovations and inventions. Wuerttemberg had to distinguish and compare itself to its competitors in terms of its innovative capacity, and patent protections played an important role in this endeavor. Despite the importance of patents as a measure of innovation, they only played a sub-ordinate function in agriculture. Patents can protect many important inventions only partly. Therefore, this dissertation examines and focusses on possible implications and consequences of patent grants in the Kingdom of Wuerttemberg. The results show that national and international patent law differences existed in the application and examination procedure, patent costs and patent term. In the third part examines whether the Wuerttemberg authority discriminated against the industrialised countries, such as Prussia and the countries bordering Wuerttemberg, in terms of higher patent fees, the longer processing time and the patent term granted. Another effect is shown for agricultural crises using the patent fee variable and the endogenous variable wheat prices, which is seen as a measure of economic distress. The empirical analysis presented in this thesis indicates that foreign inventors had to expect longer processing times and higher patent fees in the Kingdom of Wuerttemberg then domestic entrepreneurs. The analyses of the patent system contributes to a better understand-ing of the discriminatory behaviour of the Central Office and the Patent Commission. The instruments of the Patent Office included not only fiscal but also monetary policy actions, which had protectionist effects. Such actions refer not only to the promotion of economic growth but also to the influence of Wuerttembergs financial policy. The instruments available for this are patent fees and public costs. A possible explanation for the preferential behaviour of the Central Office of the Agricultural Society with regard to Württemberg could be that the patent system in Wuerttemberg responded to new innovations to keep up with the global innovation leaders such as England, America and Prussia. One can argue that the patent system and Wuerttembergs legal protections and poli-cies created an environment that enabled enterprises to grow and innovation to flourish. An-other important aspect revealed by the analysis are the fiscal and protectionist motives of the patent policy, evidenced by charging comparatively high patent fees and involving longer processing time for foreign inventors form industrialized countries. This confirms that patent statistics are a useful source for innovation research. The growing technological development and the significant role of industrial property rights render the use of patents as a strategic instrument interesting.
Finally, the goal of this dissertation is to gain a comprehensive picture of Wuerttembergs innovation behaviour and the preference of Wuerttemberg inventors in the agricultural sector during the 19th century
Essays in health economics
Full text linkAs the global economy and healthcare evolve, subjective well-being is increasingly becoming a topic of interest in the field of health economics. In this dissertation, we try to investigate subjective well-being from two related aspects: obesity and marriage.
Obesity is a global health crisis that has reached alarming proportions in recent years. Defined as an excessive accumulation of body fat, obesity has far-reaching implications for both individ- ual health and society as a whole. Its prevalence has steadily risen, with over 650 million adults worldwide classified as obese, according to data from the World Health Organization (WHO). This epidemic has led to a surge in obesity-related health problems, including diabetes, cardio- vascular disease, and certain types of cancer, making it a pressing concern for healthcare systems and policymakers. Estimates of the cost of obesity are an important basis for the development and evaluation of obesity-related policies. Previous studies have estimated the direct and indirect costs of obesity, but in addition to these, the intangible costs of obesity are also noteworthy. The intangi- ble costs of obesity are associated with a loss of well-being. In addition, obesity-related inequality may also combine with peer effects to lead to lower well-being in obese individuals. So, ignoring the intangible costs of obesity may lead to underestimating the benefits of obesity control policies.
Marriage, without a doubt, is a major event in life. People from almost any socio-cultural back- ground consider marriage-related decisions such as whether to get married, when to get married, and with whom to get married. But nowadays, in increasingly countries around the world, mar- riage rates continue to decline and the age of first marriage continues to be delayed, so we sought to analyze whether these trends are related to marriage-related well-being. The contributions of each chapter are shown below:
Chapter 2 uses SOEP 2002-2018 data and a life satisfaction-based compensation approach to quantify the intangible costs of overweight and obesity. Previous literature documents the direct and indirect economic costs of obesity, yet none has attempted to quantify the intangible costs of obesity. This study focuses on quantifying the intangible costs of one unit body mass index (BMI) increase and being overweight and obese in Germany. Our results underscore how existing research into obesitys economic toll may underestimate its true costs, and they strongly imply that if obesity interventions took the intangible costs of obesity into account, the economic benefits would be considerably larger.
Chapter 3 uses data from the German Socio-Economic Panel (GSOEP), investigates the changes in the BMI distribution and obesity inequality among German adults aged 18+ between 2002-2018 and estimates the relationship between obesity inequality and subjective well-being. The results show that the rise in obesity prevalence is mainly due to an overall rightward shift of the BMI distribution, accompanied by an increase in left skewness. Over the entire 16-year period, obe- sity inequality increased significantly, especially among females, those with low education levels, and low-income groups. The results also document a significant association between different measures of obesity inequality and subjective well-being, especially among women.
Chapter 4 explores the trends in the subjective well-being (SWB) of never-married people (referenced with the married) and the factors that account for the gaps in SWB between never- married and married people. By employing a harmonized data from surveys conducted in six distinct countries, namely Australia (HILDA), South Korea (KLIPS), Russia (RLMS), Switzerland (SHP), Germany (SOEP), and the United Kingdom (BHPS and UKHLS), our analysis discerns a consistent and statistically significant association between never-married status and lower levels of life satisfaction, a relationship that has exhibited no substantial alteration over time. Particularly noteworthy is the discernible reduction in life satisfaction among never-married individuals in South Korea in comparison to their married counterparts.
The thesis concludes with a short summary in chapter five.Im Zuge der Entwicklung der globalen Wirtschaft und des Gesundheitswesens wird das subjektive Wohlbefinden zunehmend zu einem interessanten Thema im Bereich der Gesundheitsökonomie. In dieser Dissertation versuche ich, das subjektive Wohlbefinden aus zwei verwandten Perspektiven zu untersuchen: Fettleibigkeit und Ehe.
Fettleibigkeit stellt eine weltweite Gesundheitskrise dar, die in den letzten Jahren alarmierende Ausmaße erreicht hat. Als übermäßige Ansammlung von Körperfett definiert, hat die Fettleibigkeit weitreichende Auswirkungen sowohl auf die individuelle Gesundheit als auch auf die Gesellschaft als Ganzes. Ihre Verbreitung hat kontinuierlich zugenommen, und nach Daten der Weltgesundheitsorganisation (WHO) gelten weltweit über 650 Millionen Erwachsene als fettleibig. Diese Epidemie hat zu einem Anstieg der fettleibigkeitsbedingten Gesundheitsprobleme geführt, darunter Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und bestimmte Krebsarten, was sie zu einer drängenden Angelegenheit für Gesundheitssysteme und politische Entscheidungsträger macht. Schätzungen der Kosten der Fettleibigkeit bilden eine wichtige Grundlage für die Entwicklung und Evaluierung von politischen Maßnahmen zur Fettleibigkeitsbekämpfung. Frühere Studien haben die direkten und indirekten Kosten der Fettleibigkeit geschätzt, aber zusätzlich dazu sind auch die immateriellen Kosten der Fettleibigkeit beachtenswert. Die immateriellen Kosten der Fettleibigkeit sind mit einem Verlust des Wohlbefindens verbunden. Darüber hinaus können fettleibigkeitsbedingte Ungleichheiten zusammen mit Peer-Effekten zu einem geringeren Wohlbefinden bei fettleibigen Personen führen. Daher kann die Vernachlässigung der immateriellen Kosten der Fettleibigkeit dazu führen, dass die Vorteile von Maßnahmen zur Fettleibigkeitskontrolle unterschätzt werden.
Die Ehe ist zweifellos ein bedeutendes Ereignis im Leben eines Menschen. Menschen aus nahezu jedem soziokulturellen Hintergrund treffen Entscheidungen im Zusammenhang mit der Ehe, wie etwa die Frage, ob sie heiraten sollen, wann sie heiraten sollen und mit wem sie heiraten sollen. Doch heutzutage sinken in immer mehr Ländern weltweit die Heiratsraten, und das Alter bei der ersten Heirat wird immer weiter hinausgeschoben. Daher haben wir untersucht, ob diese Trends im Zusammenhang mit dem durch die Ehe bedingten Wohlbefinden stehen. Die Beiträge jedes Kapitels werden nachfolgend aufgezeigt:
Kapitel 2 verwendet Daten aus dem Sozio-oekonomischen Panel (SOEP) der Jahre 2002 bis 2018 und einen auf Lebenszufriedenheit basierenden Kompensationsansatz, um die immateriellen Kosten von Übergewicht und Fettleibigkeit zu quantifizieren. Die bisherige Literatur dokumentiert die direkten und indirekten wirtschaftlichen Kosten der Fettleibigkeit, jedoch hat bisher niemand versucht, die immateriellen Kosten der Fettleibigkeit zu quantifizieren. Diese Studie konzentriert sich darauf, die immateriellen Kosten eines Anstiegs des Body-Mass-Index (BMI) um eine Einheit sowie die Kosten des Übergewichts und der Fettleibigkeit in Deutschland zu quantifizieren. Unsere Ergebnisse verdeutlichen, wie bestehende Forschung zur wirtschaftlichen Belastung durch Fettleibigkeit die tatsächlichen Kosten unterschätzen könnte, und sie legen nahe, dass, wenn Maßnahmen zur Bekämpfung von Fettleibigkeit die immateriellen Kosten berücksichtigen würden, die wirtschaftlichen Vorteile erheblich größer wären.
Kapitel 3 verwendet Daten aus dem Deutschen Sozio-oekonomischen Panel (GSOEP), untersucht die Veränderungen in der Verteilung des BMI und der Fettleibigkeitsungleichheit bei deutschen Erwachsenen ab 18 Jahren zwischen 2002 und 2018 und schätzt die Beziehung zwischen der Fettleibigkeitsungleichheit und dem subjektiven Wohlbefinden. Die Ergebnisse zeigen, dass der Anstieg der Fettleibigkeitsprävalenz hauptsächlich auf eine insgesamt nach rechts verschobene BMI-Verteilung zurückzuführen ist, begleitet von einer Zunahme der Linksschiefe. Über den gesamten Zeitraum von 16 Jahren hinweg stieg die Fettleibigkeitsungleichheit signifikant an, insbesondere bei Frauen, Personen mit geringer Bildung und niedrigen Einkommensgruppen. Die Ergebnisse dokumentieren auch eine signifikante Verbindung zwischen verschiedenen Maßnahmen der Fettleibigkeitsungleichheit und dem subjektiven Wohlbefinden, insbesondere bei Frauen.
Kapitel 4 untersucht die Trends im subjektiven Wohlbefinden (SWB) von nie verheirateten Personen (verglichen mit Verheirateten) und die Faktoren, die die Unterschiede im SWB zwischen nie verheirateten und verheirateten Personen erklären. Durch die Verwendung harmonisierter Daten aus Umfragen in sechs verschiedenen Ländern, nämlich Australien (HILDA), Südkorea (KLIPS), Russland (RLMS), der Schweiz (SHP), Deutschland (SOEP) und dem Vereinigten Königreich (BHPS und UKHLS), zeigt unsere Analyse eine konsistente und statistisch signifikante Assoziation zwischen dem Status "nie verheiratet" und niedrigeren Lebenszufriedenheitsniveaus auf, eine Beziehung, die sich im Laufe der Zeit nicht wesentlich verändert hat. Besonders bemerkenswert ist die deutliche Reduzierung der Lebenszufriedenheit bei nie verheirateten Personen in Südkorea im Vergleich zu ihren verheirateten Pendants.
Die Dissertation schließt mit einer kurzen Zusammenfassung in Kapitel fünf
Understanding and addressing food loss and waste : a multidimensional analysis of wheat loss and bread waste in Iran
Full text linkFood loss and waste (FLW) is a global issue with significant environmental and economic consequences, threatening food security. Reports show that 14% of global food production is lost in production and supply chains, while 17% is wasted at the consumption stage. Despite this, theres a lack of knowledge, especially in developing countries like Iran, facing challenges due to sanctions, environmental issues, and water scarcity.
This doctoral study focuses on FLW in Iran, adopting a lifecycle approach, with wheat and wheat bread in Fars province as the main focus. The research aims to quantify and analyze food waste, identify hotspots, enhance quantification methods, and explore causes and solutions. The study includes mapping the wheat lifecycle, analyzing loss and waste factors, and proposing interventions. Data collection involves surveys and a laboratory experiment.
The first survey in October 2018 used value stream mapping to overview the wheat and bread lifecycle. It identified farms, foodservice establishments, and households as major hotspots, revealing data gaps. The second survey, from December 2018 to August 2019, focused on household bread waste (HBW) in Shiraz. The survey involved 419 households and included a self-assessment questionnaire, a food frequency questionnaire for dietary data collection, and a socioeconomic status section. Findings led to three articles.
The third article addressed underestimation in self-assessment methods using a lab experiment, improving accuracy. A lab experiment simulated common consumption recipes and measured resulting waste. Comparing the lab results with HBW estimates from the questionnaire survey, the article presents underestimation ratios ranging from 1.24 to 1.80.
The fourth article reveals HBW in Shiraz at 1.80%, with traditional bread waste at 1.70% and non-traditional bread waste at 2.50%. However, these percentages do not consider the underestimation inherent in the self-assessment method. Adjusting for underestimation within this study population, traditional bread waste increases to 3.06%, and non-traditional bread waste rises to 3.58%. Outdated data from previous Iranian reports was highlighted.
The final article uses multiple regression modeling to predict HBW based on household dietary patterns and socioeconomic scores. It emphasizes the need for consumer-focused interventions to address household food waste effectively, such as developing FLW reduction policies targeting specific consumers grouped based on waste-related characteristics.
In conclusion, the dissertation provides a comprehensive analysis of wheat loss and bread waste in Iran, offering insights into environmental, economic, and food security implications. It guides improvements in agricultural productivity, farmer cooperation, and consumer-focused strategies for sustainable consumption. The research contributes methodological advancements and informs decision-making for reducing wheat loss and bread waste, fostering responsible production and consumption.Lebensmittelverluste und -verschwendung (LVV) sind ein globales Problem mit erheblichen Umwelt- und Wirtschaftsauswirkungen, das die Lebensmittelsicherheit bedroht. Berichte zeigen, dass 14% der weltweiten Lebensmittelproduktion in Produktions- und Lieferketten verloren gehen, während 17% in der Verbrauchsphase verschwendet werden. Trotzdem besteht besonders in Entwicklungsländern wie dem Iran ein Mangel an Wissen, der auf Sanktionen, Umweltprobleme und Wasserknappheit zurückzuführen ist.
Diese Doktorarbeit konzentriert sich auf LVV im Iran, unter Anwendung eines Lebenszyklusansatzes mit Schwerpunkt auf Weizen und Weizenbrot in der Provinz Fars. Die Forschung zielt darauf ab, Lebensmittelverschwendung zu quantifizieren und zu analysieren, Hotspots zu identifizieren, Quantifizierungsmethoden zu verbessern und Ursachen sowie Lösungen zu erkunden. Die Studie umfasst die Kartierung des Weizenlebenszyklus, die Analyse von Verlust- und Abfallfaktoren und die Vorstellung von Interventionen. Die Datensammlung umfasst Umfragen und ein Laborexperiment.
Die erste Umfrage im Oktober 2018 verwendete die Methode des Wertstrom-Mappings, um den Weizen- und Brotlebenszyklus zu überblicken. Sie identifizierte Bauernhöfe, Gastronomiebetriebe und Haushalte als Haupt-Hotspots und deckte Datenlücken auf. Die zweite Umfrage von Dezember 2018 bis August 2019 konzentrierte sich auf die Verschwendung von Hausbrot (HBV) in Shiraz. An der Umfrage nahmen 419 Haushalte teil und sie beinhaltete einen Selbstbeurteilungsfragebogen, einen Fragebogen zur Erfassung von Ernährungsdaten und einen Abschnitt zum sozioökonomischen Status. Die Ergebnisse führten zu drei Artikeln.
Der dritte Artikel behandelte Unterschätzungen in Selbstbeurteilungsmethoden unter Verwendung eines Laborexperiments zur Verbesserung der Genauigkeit. Ein Laborexperiment simulierte gängige Rezepte und maß den resultierenden Abfall. Der Artikel verglich die Laboregebnisse mit den Schätzungen von HBV aus der Umfrage und präsentierte Unterschätzungsverhältnisse von 1,24 bis 1,80.
Der vierte Artikel enthüllt eine HBV in Shiraz von 1,80%, wobei traditionelle Brotverschwendung bei 1,70% und nicht-traditionelle Brotverschwendung bei 2,50% liegt. Diese Prozentsätze berücksichtigen jedoch nicht die in der Selbstbeurteilungsmethode inhärente Unterschätzung. Bei Berücksichtigung der Unterschätzung in dieser Studienpopulation steigt die traditionelle Brotverschwendung auf 3,06% und die nicht-traditionelle Brotverschwendung auf 3,58%. Es wurde auf die unzuverlässige Natur veralteter Daten aus früheren iranischen Berichten hingewiesen.
Der letzte Artikel verwendet Multiple-Regression-Modelle, um HBV basierend auf Ernährungsgewohnheiten der Haushalte und sozioökonomischen Punktzahlen vorherzusagen. Er betont die Notwendigkeit von verbraucherorientierten Interventionen zur effektiven Bekämpfung von Lebensmittelverschwendung im Haushalt, wie die Entwicklung von LVV-Reduktionsrichtlinien, die sich auf bestimmte Verbrauchergruppen mit abfallbedingten Merkmalen konzentrieren.
Zusammenfassend bietet die Dissertation eine umfassende Analyse von Weizenverlust und Brotverschwendung im Iran und gibt Einblicke in Umwelt-, Wirtschafts- und Ernährungssicherheitsaspekte. Sie leitet Verbesserungen in der landwirtschaftlichen Produktivität, fördert die Zusammenarbeit der Landwirte und verbraucherorientierte Strategien für nachhaltigen Konsum. Die Forschung trägt zu methodischen Fortschritten bei und bietet Einblicke für zukünftige Forschung. Die Ergebnisse der Studie liefern entscheidende Informationen für fundierte Entscheidungen zur Reduzierung von Weizenverlust und Brotverschwendung und tragen zur Etablierung eines verantwortungsbewussteren Produktion- und Konsumsystems bei
Epidemiological and clinical description of Candidatus Mycoplasma haemosuis, an emerging pathogen in pigs
Full text linkCandidatus Mycoplasma haemosuis is an emerging pathogen infecting pigs. It belongs to the group of uncultivable hemotrophic mycoplasmas. This group includes other long-known porcine representatives, i. e. Mycoplasma parvum und Mycoplasma suis. M. suis is the causative agent of infectious porcine anemia (IAP), a disease of great economic importance to the pig industry. Previously, Ca. M. haemosuis was only described in China, South Korea and Thailand, with no knowledge of its occurrence outside Asia or of its general clinical and economic importance in general.
The present work investigates the occurrence of the novel hemotrophic bacterium and its clinical importance in Germany for the first time. For this, a quantitative real-time PCR was first successfully developed for the detection of Ca. M. haemosuis in pigs. The SYBR® Green-based PCR amplifies a 177-bp fragment of the Ca. M. haemosuis gap, which encodes the NAD-dependent glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (GAPDH).
Using this PCR, Ca. M. haemosuis was detected in a total of seven pigs during an acute clinical disease in May 2017. This represents the first detailed description of a disease induced by Ca. M. haemosuis and the first detection of this novel HM species outside of Asia.
In a further study, the newly established PCR was used to comprehensively investigate the occurrence of Ca. M. haemosuis in clinically healthy animals of different age groups in Southern Germany. Ca. M. haemosuis was prevalent in 6.25% of the sows (n=208), in 4.50% of the piglets (n=622), in 17.50% of the pigs (n=200), and in 0.00% of the breeding boars (n=183).
By sampling the piglets immediately after birth and prior to the first colostrum uptake, the possibility of a vertical transmission of Ca. M. haemosuis was also determined within this thesis. Since 76.92% of the Ca. M. haemosuis positive sows gave birth to at least one Ca. M. haemosuis positive piglet, a vertical transmission is regarded as very likely.
HMs are known to be transmitted blood-dependent and thus, transmitted iatrogenic or via wounds from animal to animal. The detection of M. suis in blood-free excretions such as saliva, urine, nasal, and vaginal secretions from experimentally infected animals has initiated the discussion of additional, blood-independent transmission routes. Saliva (n=148) and urine samples (n=47) were also collected from the sows examined by blood sampling, semen samples (n=183) were also obtained from the examined boars and applied to Ca. M. haemosuis qPCR. The pathogen was not detected in any of the saliva, urine, or semen samples. On the one hand, this demonstrates the lack of suitability of blood-free sample materials for diagnostics; on the other hand, it highlights the blood-dependent transmission pathways known to date and thus strengthens the potential to limit infections through strict hygiene measures during veterinary procedures and through the control of bloodsucking arthropods.
In conclusion, based on the newly established qPCR assay for the sensitive and specific detection of Ca. M. haemosuis, the present work provides the first clinical and epidemiological description of the emerging hemotrophic pathogen in pigs. Further, the qPCR assay will be the basis for future studies regarding the epidemiology as well as the clinical relevance and pathogenesis of Ca. M. haemosuis -infections in pigs.Bei Candidatus Mycoplasma haemosuis handelt es sich um ein neuartiges Pathogen des Schweines, welches zu den hämotrophen Mykoplasmen (HM), einer Gruppe von nicht-kultivierbaren Bakterien, gehört. Zur Gruppe der HM gehören weiterhin zwei schon sehr lange beim Schwein bekannte Vertreter, nämlich Mycoplasma parvum und Mycoplasma suis. M. suis ist das ätiologische Agens der infektiösen Anämie der Schweine (IAP), einer Erkrankung mit großer wirtschaftlicher Bedeutung. Der neue HM-Vertreter Ca. M. haemosuis wurde dagegen erst vor kurzem und lediglich in China, Südkorea und Thailand beschrieben. Über das Vorkommen außerhalb Asiens sowie die klinische und wirtschaftliche Bedeutung ist bisher nichts bekannt.
Im Rahmen der vorgelegten Dissertation wurde erstmals untersucht, ob die neu in Asien aufgetretene hämotrophe Bakterienspezies in Deutschland vorkommt und möglicherweise die Ursache von klinischen Symptomen sein könnte. Dazu wurde zunächst eine quantitative Real-time PCR für den Nachweis von Ca. M. haemosuis in Schweinen entwickelt. Die auf der SYBR® Green-Technologie basierende PCR amplifiziert ein 177-bp großes Fragment des Ca. M. haemosuis gap-Gens, welches für eine NAD-abhängige Glyceraldehyd 3-Phosphat Dehydrogenase codiert.
Mittels dieser PCR konnte Ca. M. haemosuis in einer akuten klinischen Bestandserkrankung in insgesamt sieben Schweinen im Mai 2017 nachgewiesen werden. Dies stellt die erste detaillierte Beschreibung einer durch Ca. M. haemosuis induzierten Erkrankung und den ersten Nachweis dieses Bakteriums außerhalb Asiens dar.
In einer weiteren Fragestellung wurde die neu etablierte PCR verwendet, um das Vorkommen von Ca. M. haemosuis in klinisch gesunden Tieren verschiedener Altersgruppen und Nutzungsrichtungen in Süddeutschland zu untersuchen. Dabei war Ca. M. haemosuis in 6,25% der Sauen (n=208), in 4,50% der Ferkel (n=622), in 17,50% der Mastschweine (n=200) und in 0,00% der Zuchteber (n=183) nachweisbar.
Durch die Beprobung der Ferkel unmittelbar nach der Geburt und vor der ersten Kolostrumaufnahme konnten Rückschlüsse über eine mögliche vertikale Übertragung des Erregers gezogen werden. Da ein hoher Anteil von 76,92% der Ca. M. haemosuis positiven Sauen mindestens ein Ca. M. haemosuis positives Ferkel geboren hatten, ist eine vertikale Übertragung als sehr wahrscheinlich einzustufen.
Hämotrophe Mykoplasmen werden für bekanntlich blutgebunden und somit iatrogen oder über Wunden von Tier zu Tier übertragen. Der Nachweis von M. suis in blutfreien Ausscheidungen wie Speichel, Urin, Nasen- und Vaginalsekret von experimentell infizieren Tieren hat die Diskussion um weitere, blutunabhängige Übertragungswege eröffnet. Von den untersuchten Sauen wurden auch Speichel- (n=148) und Urinproben (n=47), von den Ebern zudem Spermaproben (n=183) gewonnen und per PCR auf Ca. M. haemosuis untersucht. In keiner der Speichel-, Urin- oder Spermaproben konnte der Erreger nachgewiesen werden. Dies zeigt einerseits, dass blutfreies Probenmaterial für eine Ca. M. haemosuis-Diagnostik nicht geeignet ist, andererseits unterstreicht es die Bedeutung der bislang bekannten blutabhängigen Übertragungswege und auch die prophylaktische Bedeutung strikter Hygienemaßnahmen bei iatrogenen Eingriffen und der Bekämpfung von blutsaugenden Arthropoden.
Zusammenfassend wurde in dieser Arbeit die diagnostische Grundlage für den Nachweis von Ca. M. haemosuis geschaffen. Mittels des neu etablierten qPCR Tests erfolgte die erste klinische und epidemiologische Beschreibung des Erregers in Schweinen. Darüber hinaus stellt der qPCR-Test die Grundlage für künftige Studien zur Epidemiologie sowie zur klinischen Relevanz und Pathogenese von Ca. M. haemosuis Infektionen bei Schweinen dar
Integrated technical approach for differentiated nitrogen application based on expert knowledge and multiple parameters
Full text linkVariable rate nitrogen (N) application is subject to spatio-temporal dynamics of multiple parameters and a high dependency on specific local conditions. Furthermore, existing algorithms are barely capable of considering agronomic expert knowledge and common application technology limits the precise in-field realization. This work approached the complexity of site-specific N management in terms of the decision making, as well as the technical and organizational realization in a systemic manner. A commercial real-time N-sensor systems behavior was transferred into a fuzzy expert system and extended with soil information. The incorporation into a real-time control included also the spatial synchronization of dose rate determination and realization. A digital process chain to facilitate decision making, data management and execution in the field was conceptualized and evaluated with a prototypical implementation. The N-sensors algorithms were precisely imitated with a maximum percentage root mean square error of 0.14%, while the multi-parametric system has implied more robust decisions. In field tests, the real-time control has shown acceptable synchronization errors largely below 1 m and with medians in the range of 0.25 m under realistic conditions. The integrated system architecture has shown a high consistency in terms of straightforward and situative expert knowledge acquisition, as well as the suitability for different sensor and application technologies. The work represents a systemic approach for a derivation and employment of machine-readable algorithms from agronomic expert knowledge defining the cause-effect relationships for a site-specific N application. Its generic properties allow a supplementation by other models and can in turn strengthen them further.Die variable Ausbringung von Stickstoff (N) unterliegt zeitlich-räumlichen Dynamiken multipler Parameter sowie einer hohen Abhängigkeit von spezifischen lokalen Begebenheiten. Vorhandene Algorithmen sind kaum in der Lage, agronomisches Expertenwissen zu nutzen und gängige Applikationstechnologie limitiert die präzise Umsetzung im Feld. Diese Arbeit näherte sich der Komplexität von teilflächenspezifischem N-Management bezüglich der Entscheidungsfindung sowie der technischen und organisatorischen Umsetzung auf systemische Weise. Das Verhalten eines kommerziellen, in Echtzeit arbeitenden N-Sensorsystems wurde in ein Fuzzy-Expertensystem transferiert und mit kartierter Bodeninformation kombiniert. Die Umsetzung in einer Echtzeit-Steuerung beinhaltete auch die räumliche Synchronisation von Erfassung und Applikation der Düngermenge. Eine digitale Prozesskette zur Vereinfachung von Entscheidungsfindung, Datenmanagement und Ausführung im Feld wurde konzipiert und mithilfe einer prototypischen Implementierung evaluiert. Die Algorithmen des N-Sensors wurden präzise imitiert, wobei der prozentual ausgedrückte, mittlere quadratische Fehler bei maximal 0,14% lag, während das multi-parametrische System robustere Entscheidungen implizierte. Bei Tests im Feld zeigte die Echtzeit-Steuerung akzeptable Abweichungen in der räumlichen Synchronisation, wobei diese größtenteils unter 1 m lagen und unter realistischen Bedingungen Mediane im Bereich von 0,25 m aufwiesen. Die integrierte Systemarchitektur zeigte eine hohe Konsistenz in Bezug auf den einfachen und situativen Erwerb von Expertenwissen sowie die Eignung für unterschiedliche Sensor- und Applikationstechnologie. Die Arbeit stellt einen systemischen Ansatz für die Ableitung und Nutzung maschinenlesbarer Algorithmen aus agronomischem Expertenwissen dar, welches die Beziehung von Ursache und Wirkung für eine teilflächenspezifische N-Applikation beschreibt. Seine generischen Eigenschaften erlauben eine Ergänzung mit anderen relevanten Parametern und um andere Modelle, welche dadurch wiederum weiter gestärkt werden können
Nitrogen-rich and lignocellulosic biomass for biogas production : methane yield potentials, process stability and nutrient management
Full text linkA sustainable energy supply and bio-based economic processes are of central importance for the future development of many Eastern European countries. Due to the large agricultural potentials of these countries, bioenergy systems can make a significant contribution to sustainable electricity and heat production if they are reasonably integrated into an energy supply structure based on various renewable energy sources. This requires the use of regenerative starting products and the complete utilisation of all by-products of the overall process. With such a cradle-to-cradle approach, biogas technology can be a central component of future energy systems.
The focus of this study is on Ukraine. In the future, bioenergy villages can make a decentralised contribution to a sustainable energy supply in this country. This study aims to determine the methane yield potential of various energy crops from Ukraine, investigate the process stability during fermentation in biogas plants and derive concepts for optimized digestate management.
Seven different crops with a total of 22 varieties were investigated for their specific biomass yields, methane yields and areal methane yields. The crops were cultivated in Ukraine. The biogas production potential of the collected crop samples was determined using the Hohenheim Biogas Test in Germany. The Ukrainian variety Osinnii zoretsvit of miscanthus, Giganteus species, from the 8th year of vegetation, harvested at the stem elongation stage, resulted in the highest areal methane yield of 7404.55 ± 199.00 m3*ha-1 and the lowest N requirement per unit methane produced (23.41 ± 7.18 gN*m-3) among all the studied crops. The maize variety "Svitanok MV" (FAO 250) had the highest value of areal methane yield of 6365.67 ± 55.49 m3*ha-1 among the annual crops when harvested at the stage of wax maturity; remarkable was its unusually high specific methane yield of 0.41 ± 0.00 m3*kg-1VS. The Ukrainian sugar sorghum variety "Favoryt", harvested at the beginning of flowering, had an areal methane yield of 5968.90 ± 82.70 m3*ha-1, making it an attractive alternative energy crop for Ukraine.
In the second part of the work, experimental investigations were carried out to test how N-rich substrates influence the stability and efficiency of the biogas process. For this purpose, different variants with various N-increase rates of the input materials at two initial concentrations were evaluated in the laboratory. The continuous trials were conducted over a period of 33 weeks. The modelling procedure was applied to evaluate the effects of TAN (total ammonia nitrogen) and FAN (free ammonia nitrogen) on the degree of methane production inhibition for all scenarios studied. It was concluded that the higher the N-increase rate in the feeding regime, the more methane production is inhibited. The maximum nitrogen concentration in the digestate achieved during stable fermentation processes in this study was 11.5 g*kg-1FM, which corresponded to the values of TAN and FAN of 9.07 g*kg-1FM and 0.85 g*kg-1FM, respectively. These values are much higher than those reported up to now in the literature. At the same time, process efficiency decreased with increasing nitrogen concentrations.
As a final step, the technology for nutrients recovery from digestate was developed and tested in this work. First, the digestate separation with a screw press separator was carried out as a "benchmark" at the research biogas plant "Unterer Lindenhof" on a technical scale. Subsequently, a methodology for digestate separation at laboratory scale was developed based on a tincture press, which corresponds to the technology used in practice. The effect of pretreatment of digestate with various biocoal-based additives was studied. In this study, six variants of biocoals synthesized at either 350 °C or 600 °C and partially impregnated with Mg or Ca before pyrolysis were produced. Different reaction times and conditions between the biocoals and the digestate were tested. The results on nutrient removal showed that the biocoals impregnated with Mg prior to pyrolysis had a positive effect on nutrient removal efficiency. The Mg-impregnated biocoal synthesised at 600 °C showed removal efficiencies for NH4+, P and K of 56.04%, 66.66% and 51.77%, respectively. These values were much higher than those for the control variant and much higher than the values found up to now in the literature.
By using the nutrient-rich solid fraction of the digestate as fertiliser to cultivate bioenergy crops for further use in biogas production, the production cycle is closed, and the cradle-to-cradle approach is achieved.Eine nachhaltige Energieversorgung sowie biobasierte Wirtschaftsprozesse sind für die zukünftige Entwicklung vieler osteuropäischer Länder von zentraler Bedeutung. Aufgrund der großen Agrarpotenziale dieser Länder können Bioenergiesysteme bei einer sinnvollen Integration in eine Energieversorgungstruktur auf Basis verschiedener erneuerbarer Energieträger einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Strom- und Wärmeproduktion liefern. Dies setzt die Nutzung regenerativer Ausgangprodukte sowie die vollständige Verwertung sämtlicher Nebenprodukte des Gesamtprozesses voraus. Mit einem solchen Cradle-to-Cradle-Ansatz kann die Biogastechnologie ein zentraler Bestandteil zukünftiger Energiesysteme sein.
In dieser Arbeit liegt der Untersuchungs-Schwerpunkt auf der Ukraine. Ziel der Arbeit ist es, die Methanertragspotenziale verschiedener Energiepflanzen aus der Ukraine zu ermitteln, die Prozessstabilität bei der Vergärung in Biogasanlagen zu untersuchen und Ansätze für eine optimiertes Gärrestmanagement abzuleiten.
Sieben verschiedene Kulturpflanzen mit insgesamt 22 Sorten wurden auf ihre spezifischen Biomasseerträge, Methanerträge und flächenbezogenen Methanerträge untersucht. Die Pflanzen wurden in der Ukraine angebaut. Das Biogasproduktionspotenzial der gesammelten Pflanzenproben wurde mit dem Hohenheimer Biogasertragstest in Deutschland ermittelt. Die ukrainische Miscanthus-Sorte "Osinnii zoretsvit", Art "Giganteus", aus dem 8. Vegetationsjahr, geerntet im Stadium der Internodienstreckung, ergab den höchsten flächenbezogenen Methanertrag von 7404,55 ± 199,00 m3*ha-1 und den niedrigsten N-Bedarf pro erzeugter Methaneinheit (23,41 ± 7,18 gN*m-3) unter allen untersuchten Kulturen. Die Maissorte "Svitanok MV" (FAO 250) wies bei den einjährigen Pflanzen, wenn sie im Stadium der Wachsreife geerntet wurde, den höchsten Wert des flächenbezogenen Methanertrags von 6365,67 ± 55,49 m3*ha-1 auf; bemerkenswert war ihr ungewöhnlich hoher spezifischer Methanertrag von 0,41 ± 0,00 m3*kg-1VS. Die ukrainische Zuckersorghum-Sorte "Favoryt", die zu Beginn der Blüte geerntet wurde, wies einen flächenbezogenen Methanertrag von 5968,90 ± 82,70 m3*ha-1 auf und ist damit eine interessante alternative Energiepflanze für die Ukraine.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde in experimentellen Untersuchungen geprüft, wie N-reiche Substrate die Stabilität und Effizienz des Biogasprozesses beeinflussen. Dazu wurden im Labor verschiedene Varianten mit unterschiedlichen N-Steigerungsraten der Inputstoffe bei zwei Ausgangskonzentrationen evaluiert. Die kontinuierlichen Versuche wurden über einen Zeitraum von 33 Wochen durchgeführt. Ein Modellierungsverfahren wurde angewandt, um die Auswirkungen von TAN (Total Ammonia Nitrogen) und FAN (Free Ammonia Nitrogen) auf den Grad der Hemmung der Methanproduktion für alle untersuchten Szenarien zu bewerten. Es wurde festgestellt, dass die Methanproduktion umso stärker gehemmt wird, je höher die N-Anstiegs-Rate im Fütterungsregime ist. Die maximale Stickstoffkonzentration im Gärrest, die im Rahmen dieser Untersuchung bei stabilen Gärprozessen erreicht wurde, betrug 11,5 g*kg-1FM, was TAN- und FAN-Werten von 9,07 g*kg-1FM bzw. 0,85 g*kg-1FM entsprach. Diese Werte liegen deutlich über bisherigen Literaturangaben. Gleichzeitig nahm die Prozesseffizienz mit steigenden Stickstoffkonzentrationen ab.
Abschließend wurde in der Arbeit eine Technologie zur Nährstoffrückgewinnung aus Gärresten entwickelt und getestet. Zunächst wurde im technischen Maßstab an der Forschungsbiogasanlage Unterer Lindenhof die Gärrestabtrennung mit einem Pressschnecken-Separator als Benchmark durchgeführt. Anschließend wurde eine Methodik zur Gärrestabtrennung im Labormaßstab auf Basis einer Tinkturenpresse entwickelt, die der in der Praxis eingesetzten Technologie entspricht. Die Wirkung der Vorbehandlung von Gärresten mit verschiedenen biokohlen-basierten Additiven wurde untersucht. In dieser Studie wurden sechs Varianten von Biokohlen hergestellt, die entweder bei 350 °C oder 600 °C synthetisiert wurden und vor der Pyrolyse teilweise mit Mg oder Ca imprägniert wurden. Es wurden verschiedene Reaktionszeiten und -bedingungen zwischen den Biokohlen und dem Gärrest getestet. Die Ergebnisse zur Nährstoffabtrennung zeigten, dass Biokohlen, die vor der Pyrolyse mit Magnesium imprägniert wurden, einen positiven Effekt auf den Abscheidegrad der Nährstoffe hatten. Die Mg-imprägnierte Biokohle, die bei 600 °C synthetisiert wurde, zeigte eine Abtrenneffizienz für NH4+, P und K von 56,04%, 66,66% bzw. 51,77%. Diese Werte lagen deutlich über denen der Kontrollvariante bzw. deutlich über bisherigen Literaturwerten.
Durch die Nutzung der nährstoffreichen Feststofffraktion des Gärrestes als Düngemittel zum Anbau der Bioenergiepflanzen für die weitere Verwendung in der Biogasproduktion wird der Produktionszyklus geschlossen und der Cradle-to-Cradle-Ansatz erreicht
Reproductive success and escape behaviour in urban greylag geese (Anser anser)
Full text linkUrbanisation and its effect on animals and plants is an important factor to analyse in behavioural studies. Warmer temperatures and an increased availability of food provide benefits to animals occurring in urban habitats. In contrast, these animals also have to tolerate the disturbance caused by artificial lights or noise. This work studies an urban local population of greylag geese Anser anser. Greylag geese live in wetland landscapes, but also in urban parks with wide lawns and water bodies. Since the nineties, the city of Stuttgart in southwest Germany is home to a breeding population of greylag geese. As a result of a long-term ringing project, a large percentage of the population is ringed. This data shows that the population is non-migratory, as the geese generally remain in the area year-round. The individual identification offers the opportunity of tracing data, such as reproduction or behaviour, for the same animal over a longer period. This data can then be individually connected to genetic information, which is a large benefit in behavioural studies.
The first chapter of this work focuses on reproductive success as one of the two key parameters which influence population change. As reproductive success itself is influenced by a variety of factors, this study analysed the effect of factors such as population size, brood size or dispersal by using two different measures of reproductive success: fledging success (the relation between hatched and fledged young of a brood ) and hatchling survival (the likelihood of a hatchling to survive to fledging). Fledging success of pairs initially increased with the number of times pairs bred together but decreased again in later broods. While the experience of a pair is therefore beneficial for their reproductive success, the subsequent decrease may be caused by the increasing age of the parents. The brood size also influenced reproductive success, as fledging success was higher in larger broods and hatchling survival was also positively influenced by brood size. In some years, several goose families dispersed from the breeding ground to a different brood rearing area. Hatchling survival was higher in these families, though this effect decreased again when the broods were large. The total population size had a negative effect on hatchling survival, indicating density dependence.
To determine if there is a genetic basis for escape behaviour in greylag geese, the second chapter of this work compares Stuttgarts urban local population of greylag geese with a rural local population in the countryside near Ludwigsburg. Animals occurring in urban habitats need a higher tolerance towards disturbance. This tolerance may be due to the animals personality. Animal personality is defined as consistent behaviour across time or context and is expressed for example through risk-prone behaviour. Urban animals are likely more risk-prone than their rural counterparts and thus have a bolder personality. There is increasing evidence that personality and thus behaviour have a genetic basis. This study analyses the dopamine D4 receptor (DRD4) as a candidate gene associated with boldness / shyness and fear. The gene showed a high variation with eleven alleles and 35 genotypes being detected in the analysed greylag geese. Allele and genotype frequencies were skewed, with one allele and two genotypes occurring more often than the others. Based on the detected frequencies, these two genotypes were defined as common and the remaining 33 as rare genotypes. Common genotypes were found more frequently in geese from urban areas, while rare genotypes were found more frequently in geese from rural areas. To determine if the detected genotypes could be associated with behaviour, the flight initiation distance (FID) of individual geese was measured. As the geese are ringed, FID measurements could be directly assigned to a specific goose and thus to its genotype. A high FID indicates geese which are more cautious, while a low FID indicates boldness. Indeed, greylag geese of the rural location show increased FID, while those in urban areas in Stuttgart have lower FIDs and thus a bolder personality. Despite these results, there was no significant correlation between DRD4 genotype frequency and FID. This may be explained by methodological effects. Alternatively, DRD4 has also been associated with other behaviours such as novelty seeking and exploratory behaviour. These behaviours may also differ between urban and rural animals and may thus be the reason for the detected frequencies. It is therefore likely that local habitat selection may be influenced by the DRD4 genotype.
Overall, this work demonstrates that different factors, including genetics, should be taken into account when managing urban populations of wild animals, as their behaviour can differ significantly from their rural counterparts, even within a single species.Die Urbanisierung und deren Auswirkungen auf Pflanzen und Tiere ist ein wichtiger Faktor, der in Verhaltensstudien untersucht werden sollte. Wärmere Temperaturen und eine höhere Nahrungsverfügbarkeit bieten Vorteile für Tiere der urbanen Lebensräume. Dafür benötigen diese Tiere eine erhöhte Toleranz gegenüber Beeinträchtigungen wie künstlicher Beleuchtung und Lärm. Diese Arbeit untersucht eine lokale urbane Population von Graugänsen Anser anser. Graugänse leben in Feuchtgebieten, aber auch in urbanen Parks mit weiten Wiesenflächen und Seen. In Stuttgart (Südwestdeutschland) hat sich seit den neunziger Jahren eine Brutpopulation Graugänse angesiedelt. Dank eines langjährigen Beringungsprojekts ist ein großer Prozentsatz von ihnen beringt. Diese Daten zeigen, dass die Population das ganze Jahr über in der Stadt und ihrer Umgebung bleibt. Dank der individuellen Beringung können Daten, wie z.B. zur Fortpflanzung oder zum Verhalten, für ein bestimmtes Tier über einen längeren Zeitraum verfolgt werden. Diese Daten können dann individuell mit genetischen Informationen verknüpft werden, was ein großer Vorteil in Verhaltensstudien ist.
Im ersten Kapitel dieser Arbeit liegt der Fokus auf dem Fortpflanzungserfolg als einem der zwei Schlüsselfunktionen, die die Veränderung von Populationen beeinflussen. Da der Fortpflanzungserfolg selbst von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird, untersuchte diese Studie den Einfluss z.B. von Populationsgröße, Anzahl der Gössel und Abwanderung anhand von zwei Ausprägungen des Fortpflanzungserfolgs: dem Bruterfolg (das Verhältnis zwischen geschlüpften Gösseln und flügge gewordenen Gösseln) und der Überlebensrate der Gössel (die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Gössel flügge wird). Der Bruterfolg von Brutpaaren stieg anfänglich, je öfter ein Paar miteinander brütete, sank aber in späteren Bruten erneut. Die Erfahrung des Paares ist also für ihren Fortpflanzungserfolg von Vorteil, aber das zunehmende Alter könnte für die Abnahme verantwortlich sein. Die Anzahl der Gössel hatte einen Einfluss auf den Fortpflanzungserfolg, da der Bruterfolg in Bruten mit mehr Gösseln höher war und die Überlebensrate der Gössel von der Anzahl Gössel positiv beeinflusst wurde. In manchen Jahren wanderten einige Familien vom Brutort zu einem anderen Gebiet für die Jungenaufzucht aus. Die Überlebensrate der Gössel war in diesen Familien höher, obwohl dieser Effekt bei mehr Gösseln wieder sank. Insgesamt hatte die Populationsgröße einen negativen Effekt auf die Überlebensrate der Gössel, was auf Dichteabhängigkeit hinweist. Um zu untersuchen, ob es in Graugänsen einen genetischen Hintergrund für Fluchtverhalten gibt, vergleicht das zweite Kapitel dieser Arbeit die urbane Grauganspopulation von Stuttgart mit einer ruralen Population aus der Nähe von Ludwigsburg. Tiere in urbanen Lebensräumen benötigen eine höhere Toleranz gegenüber Störungen als rurale Tiere. Diese Toleranz könnte auf der Persönlichkeit der Tiere beruhen. Persönlichkeit ist definiert als zeit- oder ortübergreifendes, gleichbleibendes Verhalten und wird z.B. durch risikofreudiges Verhalten gezeigt. Urbane Tiere sind voraussichtlich risikofreudiger als rurale und haben eine mutigere Persönlichkeit. Es gibt zunehmend Beweise, dass Persönlichkeit und Verhalten eine genetische Basis haben. Diese Studie untersucht den Dopamin D4-Rezeptor (DRD4) als Kandidatengen, welches mit Mut/Schüchternheit und Angst assoziiert wird. Das Gen ist in den untersuchten Graugänsen sehr variabel, mit elf Allelen und 35 Genotypen. Allel- und Genotyphäufigkeiten sind ungleich verteilt, da ein Allel und zwei Genotypen deutlich häufiger vorkommen als die anderen. Diese beiden Genotypen wurden als häufig und die restlichen 33 Genotypen als selten definiert. Häufige Genotypen wurden öfter in urbanen Gänsen gefunden, während seltene Genotypen häufiger in ruralen Gänsen gefunden wurden. Um zu untersuchen, ob die Genotypen mit Verhalten assoziiert werden können, wurde die Fluchtdistanz (FID) von Gänsen gemessen. Da die Gänse beringt sind, konnten die FID-Messungen einzelnen Gänsen und ihren Genotypen zugeordnet werden. Eine hohe FID deutet auf vorsichtigere Gänse hin, während eine niedrige FID mutige Gänse anzeigt. Rurale Gänse hatten eine höhere FID als urbane Gänse, die somit mutigere Persönlichkeit zeigen. Dennoch konnte keine Korrelation zwischen DRD4 Genotypen und FID gefunden werden. Dies kann methodische Ursachen haben. Alternativ wurde DRD4 auch mit anderen Verhaltensmustern assoziiert. Diese können sich zwischen urbanen und ruralen Tieren unterscheiden und können daher möglicherweise die unterschiedlichen Genotyp-Häufigkeiten erklären. Es ist denkbar, dass die lokale Auswahl von Lebensräumen von DRD4 beeinflusst wird.
Zusammenfassend zeigt diese Arbeit, dass verschiedene Faktoren, auch genetische, beim Management von urbanen Wildtieren beachtet werden müssen, da sich deren Verhalten stark von dem ruraler Tiere unterscheidet, selbst wenn es die gleiche Spezies ist
Physiological mechanisms and growth responses of sweet potato subjected to salinity
Full text linkFor the development of salt-tolerant sweet potato varieties, either through breeding or biotechnology, an appropriate salinity screening tool is necessary for the identification of tolerant or sensitive genotype. Our overall objectives for this study were to develop a suitable, reliable and rapid salinity screening tool in view of salt tolerance mechanism in sweet potato under salinity. To better understand the tolerance mechanisms; leaf level ion uptake and distribution patterns by transpirational water loss and leaf level ROS scavenging antioxidant enzyme activities were evaluated under salinity. Additionally, different ion extraction methods were tested which will contribute to the development of reliable salinity screening tool in sweet potato genotypes. All the experiments were conducted in the greenhouse and VPD (vapor pressure deficit) chambers of the Hans-Rutenberg Institute of Tropical Agricultural Sciences, University of Hohenheim, Germany, in a hydroponic system. Twelve genotypes of sweet potato were collected from Bangladesh Agricultural Research Institute (BARI) and used to evaluate salt thresholds with salt tolerance mechanisms for a wide range of salinity levels (0, 50, 100, and 150 mM NaCl).
First, genotypic thresholds were determined for 12 sweet potato genotypes exposed to salinity, whereupon it was found that 75 mM root zone salinity (NaCl) was the threshold for sweet potato. The genotypic threshold was estimated from the dry matter accumulation that began to decrease under the influence of salinity. It was found that genotypic thresholds were negatively linearly correlated with the difference between tissue K content at 75 mM NaCl and tissue K content at controlled salinity in the root zone. This information is very important for identifying the salt tolerant and sensitive genotype of sweet potato.
Second, the uptake and distribution of Na, K, and Cl ions by transpiration, across different-aged leaves, were studied to better understand the mechanisms of salt tolerance in sweet potato. Two different sweet potato genotypes were subjected to salt stress of 0 and 50 mM NaCl in artificially dry (VPD 2.27 kPa) and humid (VPD 0.76 kPa) chambers. We found that cumulative water loss per unit leaf area was twice as high at a VPD of 2.27 kPa, but Na uptake remained the same. No relationship was observed between water loss from individual leaves and Na or Cl uptake. About 30% more Na was distributed in the petioles of salt tolerant genotype compared to leaf blades, while the opposite was observed in salt sensitive sweet potato genotype and VPD had no effect on Na distribution.
Third, the activities of ROS scavenging antioxidant enzymes were evaluated with respect to different leaf age, in two different genotypes of sweet potato under 100 mM salinity. In general, antioxidant enzymes in sweet potato do not respond to salt stress but are altered by the effects of leaf position, leaf age, duration of stress, and genotype. No effect of Na on antioxidant enzyme activities was found under salt stress in sweet potato leaves. However, the significant positive correlation between K concentration and the level of SOD (super oxide dismutase) in older leaves suggests that SOD contributes to the maintenance of a high K concentration to protect photosynthetic activity.
In summary, this study shows that sweet potato responds differently to salinity depending on the genotype, and that the threshold beyond which yield decreases is 75 mM NaCl. Genotypic threshold strongly linked to high tissue K content under increasing salinity that suggests a salt tolerance mechanisms in sweet potato. Salt-tolerant sweet potatoes distribute significant amounts of Na and K in their petioles. Young leaves of the tolerant genotype contain more K under salt stress. GR and positive relationship between K concentration and SOD in salt tolerant genotypes indicate some tolerance mechanisms. So, a screening tool is proposed for sweet potato based on the genotypic ability to maintain high tissue K levels under increasing salinity level.Für die Entwicklung salztoleranter Süßkartoffelsorten, sei es durch Züchtung oder Biotechnologie, ist ein geeignetes Salzgehalt-Screening-Instrument erforderlich, um tolerante oder empfindliche Genotypen zu identifizieren. Unsere übergeordneten Ziele für diese Studie waren die Entwicklung eines geeigneten, zuverlässigen und schnellen Screening-Tools für die Salztoleranz von Süßkartoffeln unter Salinität. Um die Toleranzmechanismen besser zu verstehen, wurden die Ionenaufnahme und die Verteilungsmuster auf Blattebene durch den transpiratorischen Wasserverlust sowie die Aktivitäten der antioxidativen ROS-Fängerenzyme auf Blattebene unter Salzbelastung bewertet. Darüber hinaus wurden verschiedene Methoden zur Ionenextraktion getestet, die zur Entwicklung eines zuverlässigen Screening-Tools für den Salzgehalt von Süßkartoffel-Genotypen beitragen werden. Alle Versuche wurden im Gewächshaus und in VPD-Kammern (Vapor Pressure Deficit) des Hans-Rutenberg-Instituts für Tropische Agrarwissenschaften der Universität Hohenheim in einem Hydrokultursystem durchgeführt. Zwölf Genotypen von Süßkartoffeln wurden vom Bangladesh Agricultural Research Institute (BARI) gesammelt und zur Bewertung von Salzschwellenwerten mit Salztoleranzmechanismen für eine breite Palette von Salzgehalten (0, 50, 100 und 150 mM NaCl) verwendet.
Zunächst wurden die genotypischen Schwellenwerte für 12 Süßkartoffelgenotypen bestimmt, die dem Salzgehalt ausgesetzt waren, wobei sich herausstellte, dass 75 mM Wurzelzonensalzgehalt (NaCl) der Schwellenwert für Süßkartoffeln war. Der genotypische Schwellenwert wurde anhand der Trockenmasseakkumulation geschätzt, die unter dem Einfluss der Versalzung zu sinken begann. Es wurde festgestellt, dass die genotypischen Schwellenwerte negativ linear mit der Differenz zwischen dem Gewebe-K-Gehalt bei 75 mM NaCl und dem Gewebe-K-Gehalt bei kontrolliertem Salzgehalt in der Wurzelzone korreliert waren. Diese Information ist sehr wichtig für die Identifizierung des salztoleranten und -empfindlichen Genotyps der Süßkartoffel.
Zweitens wurde die Aufnahme und Verteilung von Na-, K- und Cl-Ionen durch Transpiration über Blätter unterschiedlichen Alters untersucht, um die Mechanismen der Salztoleranz bei Süßkartoffeln besser zu verstehen. Zwei verschiedene Süßkartoffel-Genotypen wurden in künstlich trockenen (VPD 2,27 kPa) und feuchten (VPD 0,76 kPa) Kammern einer Salzbelastung von 0 und 50 mM NaCl ausgesetzt. Wir stellten fest, dass der kumulative Wasserverlust pro Blattflächeneinheit bei einem VPD von 2,27 kPa doppelt so hoch war, die Na-Aufnahme jedoch gleich blieb. Es wurde kein Zusammenhang zwischen dem Wasserverlust einzelner Blätter und der Na- oder Cl-Aufnahme festgestellt. Etwa 30 % mehr Na wurde in den Blattstielen des salztoleranten Genotyps im Vergleich zu den Blattspreiten verteilt, während beim salzempfindlichen Süßkartoffel-Genotyp das Gegenteil beobachtet wurde und die VPD keinen Einfluss auf die Na-Verteilung hatte.
Drittens wurden die Aktivitäten der ROS-fangenden antioxidativen Enzyme bei zwei verschiedenen Genotypen von Süßkartoffeln unter 100 mM Salzgehalt in Abhängigkeit vom Blattalter bewertet. Im Allgemeinen reagieren die antioxidativen Enzyme der Süßkartoffel nicht auf Salzstress, sondern werden durch die Auswirkungen der Blattposition, des Blattalters, der Dauer des Stresses und des Genotyps verändert. Bei Süßkartoffelblättern wurde unter Salzstress keine Auswirkung von Na auf die Aktivitäten antioxidativer Enzyme festgestellt. Die signifikante positive Korrelation zwischen der K-Konzentration und dem Gehalt an SOD (Superoxiddismutase) in älteren Blättern deutet jedoch darauf hin, dass SOD zur Aufrechterhaltung einer hohen K-Konzentration zum Schutz der photosynthetischen Aktivität beiträgt.
Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass die Süßkartoffel je nach Genotyp unterschiedlich auf den Salzgehalt reagiert und dass der Schwellenwert, ab dem der Ertrag sinkt, bei 75 mM NaCl liegt. Der genotypische Schwellenwert steht in engem Zusammenhang mit einem hohen K-Gehalt im Gewebe bei zunehmendem Salzgehalt, was auf einen Salztoleranzmechanismus bei Süßkartoffeln schließen lässt. Salztolerante Süßkartoffeln verteilen erhebliche Mengen an Na und K in ihren Blattstielen. Junge Blätter des toleranten Genotyps enthalten unter Salzstress mehr K. GR und die positive Beziehung zwischen der K-Konzentration und der SOD in salztoleranten Genotypen deuten auf einige Toleranzmechanismen hin. Es wird also ein Screening-Instrument für Süßkartoffeln vorgeschlagen, das auf der Fähigkeit des Genotyps beruht, einen hohen K-Gehalt im Gewebe bei steigendem Salzgehalt aufrechtzuerhalten