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  • Rural Digital Europe
  • 2013-2022
  • Doctoral thesis
  • Elektronische Publikationen der Uni...

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    Authors: Kumar, Sandhya Sasi;

    Since its founding as a social welfare state, India has been meandering through “a life of contradictions” when it comes to social and economic equality. A potent indicator of this reality is the state of food and nutrition security across the country. India’s meager progress comes on the heels of rapid economic growth over the last two decades and a slew of public programs have attempted to address the multi-faceted nature of food and nutrition security. These efforts have included subsidized grains for households through the Targeted Public Distribution System (TPDS), village health, nutrition and education programming through the Integrated Child Development Services (ICDS), and Nutrition Rehabilitation Centers (NRCs) to treat cases of severe acute malnutrition (SAM). Though these programs have been scaled across the country, numerous governance challenges and institutional failures have persisted. The latest development in India’s food and nutrition policy landscape is the National Food Security Act (hereafter referred to as the Act) of 2013, which leverages existing national programs, including the TPDS and ICDS, to grant legal entitlements to nearly 70% of the total population. This Act was the fruit of a rights-based movement in India that demanded for over a decade to codify social and economic rights. However, the question arises as to whether this new Act been able to achieve its goal to ensure food and nutrition security by strengthening the governance of these programs? This is the central question of the present thesis. This thesis investigates how the Act has reformed the implementation of food and nutrition programs in the states of Jharkhand, Madhya Pradesh and the capital of New Delhi. The four key objectives of this study are to investigate 1) what changes are prescribed by the Act; 2) how effective these reforms have been in addressing persistent governance challenges; 3) what challenges remain and why; and 4) what strategies could be used to address these gaps. A qualitative case study approach was applied, which involved the following data collection methods: key informant and in-depth interviews, focus group discussions, participant observation, matrix ranking and process net-mapping, an innovative participatory tool that maps complex institutional processes and actors. This thesis is comprised of nine chapters. The first chapter introduces the puzzle of India’s nutritional status and explores why government efforts to tackle this problem have had tepid results. The second chapter presents the conceptual framework that defines governance challenges and an institutional framework of demand and supply side factors that contribute to effective policy and programming. Chapters three and four present an overview of the TPDS, ICDS and NRCs, and review the existing literature on the governance issues of these programs. Chapter 5 lays out the study design, methods and ethical protocols. Chapters six through eight explore each of the three programs and present key findings across the selected study sites. The last chapter presents cross-cutting conclusions for these programs in the wake of the Act and proposes a way forward to address institutional gaps in tackling food and nutrition security. Seit der Gründung des Wohlfahrtsstaates erlebt Indien eine Reihe von Widersprüchen, was die soziale und wirtschaftliche Gerechtigkeit des Landes angeht. Ein aussagekräftiger Indikator dieser Realität ist der Stand der Ernährungsicherheit im Land. Indiens dürftiger Fortschritt in der Ernährungssicherung folgt einer zwei Jahrzehnte andauernden Periode rasantem Wirtschaftswachstum, sowie einer Reihe von öffentlichen Programmen, die versuchen, die vielschichtigen Aspekte von Ernährung zu adressieren. Zu diesen Bemühungen gehören subventioniertes Getreide für Haushalte durch das gezielte öffentliche Vergabesystem TPDS, dörfliche Gesundheits-, Ernährungs- und Bildungsprogramme durch die Integrierten Dienstleistungen zur Entwicklung von Kindern ICDS und Rehabilitierungszentren für Fälle von schwerer akuter Mangelernährung (NRCs). Obwohl diese Programme auf ganz Indien ausgeweitet wurden, bestehen weiterhin institutionelle Mängel sowie zahlreiche Governance-Herausforderungen. Die jüngste Entwicklung in der Indischen Ernährungspolitik ist das Gesetz zur nationalen Ernährungssicherheit NFSA aus dem Jahr 2013. Das NFSA nutzt zwei bestehende nationale Programme, TPDS und ICDS, um fast 70% der Bevölkerung Rechtsansprüche zu gewähren. Dieses Gesetz war das Ergebnis einer größeren rechtebasierten Bewegung in Indien, die seit über einem Jahrzehnt das Ziel hat, soziale und wirtschaftliche Rechte zu kodifizieren. Es stellt sich die Frage, ob dieses neue Gesetz es ermöglicht hat, durch eine Stärkung der Governance der bestehenden Programme einen Lebenszyklusansatz in der Ernährungssicherung zu etablieren. Diese Doktorarbeit verwendet einen Ansatz vergleichender Fallstudien, um zu untersuchen, wie das NFSA die Umsetzung der Ernährungsprogramme in den Staaten Jharkhand, Madhya Pradesh und der Hauptstadt Neu Delhi reformiert hat. Die vier Hauptziele der Dissertation sind: 1) die Änderungen, die durch das NFSA vorgeschrieben wurden, zu beschreiben 2) die Effektivität dieser Reformen bei der Bewältigung von Governance-Herausforderungen zu erklären, 3) die weiterhin bestehenden Governanceprobleme und Gründe dafür zu erklären, und 4) Strategien zu erarbeiten, die zur Behebung dieser Defizite beitragen können. Diese vier Aspekte wurden untersucht mittels Befragung von Schlüsselpersonen, Tiefeninterviews, Fokusgruppendiskussionen, teilnehmender Beobachtung, Matrix-Ranking und Prozessnetzkartierung (process net-mapping), ein innovatives und partizipatives Instrument, das komplexe institutionelle Prozesse und Akteure abbildet. Die vorliegende Doktorarbeit besteht aus neun Kapiteln. Das erste Kapitel gibt eine Einleitung in die Rätselhaftigkeit der Ernährungslage in Indien, und warum staatliche Bemühungen dieses Problem anzugehen, nur dürftige Ergebnisse erzielt haben. Das zweite Kapitel stellt einen konzeptionellen Rahmen bezüglich Governance-Herausforderungen und einen institutionellen Rahmen bezüglich Nachfrage- und Angebotsfaktoren, die zu wirkungsvollen Politikmaßnahmen und Programmgestaltung beitragen, dar. Kapitel drei und vier geben einen Überblick über TPDS, ICDS und NRCs, und über die bestehende Literatur bezüglich der Governance-Herausforderungen dieser drei Programme. Kapitel fünf beschreibt das Studiendesign, die angewandten Methoden und die Forschungsprotokolle. Kapitel sechs bis acht untersuchen jeweils eins der drei Programme und erklären Schlüsselergebnisse über die drei ausgewählten Untersuchungsstandorte hinweg. Die Dissertation schließt mit einer übergreifenden Zusammenfassung für diese Programme vor dem Hintergrund des neuen Gesetzes und gibt wegweisende Vorschläge wie man diese institutionellen Defizite zur Verbesserung der Ernährungssicherheit adressiert.

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    Authors: Imran, Muhammad;

    Seed reserves are the primary source of mineral nutrients for early seedling development. ?Nutrient seed priming? is a technique in which seeds are soaked in nutrient solution and subsequently dried back to initial moisture content for storage. It is an efficient approach to increase seed nutrient contents along with priming effects to improve seed quality, germination speed and seedling establishment. Various abiotic stresses, such as sub-optimal temperature, drought, submergence and soil pH extremes can seriously affect seedling establishment and nutrient acquisition at early growth stages. This thesis focused on the role and contribution of nutrient seed priming in plant growth and nutritional status in maize and soybean under conditions of limited nutrient availability and low root-zone temperature. Protocols for nutrient seed priming with Zn, Mn, Zn+Mn, B and P were optimised for application in maize and soybean seeds (B and P priming in maize only). Optimum priming durations of 24 h (maize) and 12 h (soybean) were identified for both plant species but in instead of submerging seeds in priming solutions slow imbibition between filter papers was essential for soybean to minimise development of abnormal seedlings to avoid imbibition damage. Nutrient concentrations were calculated according to water uptake to double the natural seed reserves of the respective micronutrients and 50% increase in phosphorus. However, final uptake of the micronutrients was generally much higher (+500-1000%) while it was lower for P (+20%). In case of soybean this could be attributed to a high Zn and Mn binding capacity of the seed coat, which adsorbed up to 60% of the primed nutrients. Particularly, Zn and Zn+Mn priming stimulated plant growth in hydroponic culture systems and to a lower extent also on a soil with low availability of P, Zn and Fe. This was associated with a high shoot translocation of the primed nutrients (Zn and Mn), which was most expressed in the hydroponic culture system. Combined priming treatments with Zn and Mn were usually less effective than Zn priming alone, suggesting an antagonistic interaction. By contrast, mobility of primed B was extremely low and B priming was completely ineffective. In soil culture also P priming moderately increased shoot biomass production by 10-20 %. However the efficiency of P priming was largely limited by the high P demand of the plants. Low root zone temperature (RZT) at early spring is a limiting factor for maize production in Central and Northern Europe. Nutrient acquisition, nutrient uptake and particularly root growth are severely affected at low RZT and the consequences of these growth depressions are often not completely compensated until final harvest. Model experiments in hydroponics and soil culture revealed that maize nutrient seed priming with Zn, Mn and Fe is a promising strategy to diminish the deficiency of specific nutrients, such as Zn, Mn and also P and to maintain plant growth under low RZT stress. This was mainly attributed to significantly increased root growth and particularly fine root production in plants grown from nutrient-primed seeds. Improved net photosynthesis of primed plants was mainly related with increased leaf area and preliminary results suggest a higher tolerance to oxidative damage due to increased production of protective phenolics. Two independent field experiments under conditions of suboptimal temperatures during germination and early growth revealed an increase in grain yield of 10 ? 15 % for plants derived from Zn+Mn and Fe primed seeds. This finding demonstrates long-lasting persistence of priming effects. The molecular and physiological mechanisms behind require further investigation. Samenreserven sind die primäre Quelle für die Mineralstoffversorgung während der frühen Keimlingsentwicklung. Nährstoffpriming ist ein methodischer Ansatz, bei dem Saatgut in Mineralstofflösungen vorgequollen und anschließend zur weiteren Lagerung auf Ausgangsfeuchte zurückgetrocknet wird. Hierdurch ist es möglich, neben vorquellungsbedingten Primingeffekten auch die Mineralstoffreserven zur Verbesserung der Saatgutqualität zu erhöhen sowie die Auflauf-Geschwindigkeit und die Keimlingsentwicklung zu verbessern, die durch verschiedenste Stressfaktoren, wie suboptimale Temperaturbedingungen, Trockenheit, Staunässe und pH-Extreme beeinträchtigt werden kann. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Wirkung von Nährstoffpriming auf das Wachstum und den Ernährungsstatus von Mais und Soja unter Bedingungen eingeschränkter Nährstoffverfügbarkeit und niedriger Wurzelraumtemperatur. Für die Saatgutapplikation von Zink (Zn), Mangan (Mn), Mn+Zn, Bor (B), Eisen (Fe) und Phosphat (P) bei Mais und Soja wurden Primingprotokolle entwickelt. Bei beiden Pflanzenarten ergab sich eine optimale Behandlungsdauer von 24 h. Jedoch war es notwendig, das Soja-Saatgut anstelle von submerser Inkubation in den Nährlösungen, langsam in Nährlösungsgetränktem Filterpapier einzuquellen, um die Entwicklung abnormaler Keimlinge aufgrund von Quellungsschäden zu vermeiden. Anhand der Wasseraufnahme der Keinlinge wurden die Nährlösungskonzentrationen so berechnet, das sich nach Einquellen eine Verdopplung der natürlichen Mineralstoffreserven im Samen ergeben sollte. Jedoch wurden für die Mikronährstoffe erheblich höhere Aufnahmeraten gemessen (+500 - 1000%), während die Aufnahme von P geringer war (+ 20%). Bei Soja konnte gezeigt werden, das die erhöhten Mikronährstoffgehalte auf eine hohe Bindungskapazität der Zwei unabhängige Feldversuche bei suboptimaler Temperatur während der Keimphase und des Jugendwachstums ergaben Kornertragssteigerungen von 10-15 % bei Mais nach Saatgutpriming mit Zn+Mn oder Fe. Diese Ergebnisse belegen die Langzeitwirkung der Primingeffekte. Die molekularen und physiologischen Grundlagen erfordern allerdings noch weitere Untersuchungen.

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    Authors: Strigens, Alexander Carl Georg;

    Since the introduction of maize into Europe, open-pollinated varieties of flint maize were cultivated across the continent. Natural selection promoted adaptation to the climatic conditions prevailing in the different regions. With the advent of hybrid breeding in Europe during the 1950’s, some of the genes responsible for the specific adaptations of the landraces to abiotic and biotic stress were captured in the first developed inbred lines, but most of their genetic diversity is still untapped. Development of inbred lines out of this material by recurrent selfing is very tedious due to strong inbreeding depression. In contrast, the doubled-haploid (DH) technology allows producing fully homozygous lines out of landraces in only one step. This allows their precise characterization in replicated trials and identification of new genes by genome wide association (GWA) mapping. In this study we genotyped a set of 132 DH lines derived from European Flint landraces and 364 elite European flint (EU-F), European dent (EU-D) and North-American dent (NA-D) inbred lines with 56,110 single nucleotide polymorphism (SNP) markers. The lines were evaluated in field trials for morphologic and agronomic traits and GWA mapping was performed to identify underlying quantitative trait loci (QTL). In particular, our objectives were to (1) develop a robust method for quantifying early growth with a non-destructive remote-sensing platform, (2) evaluate the importance of early growth performance of inbred lines with regard to their testcross performance, (3) determine the potential of GWA mapping to identify genes underlying early growth and cold tolerance related traits, (4) evaluate the phenotypic and genotypic diversity recovered in the DH lines derived from the landraces, (5) estimate the effect of the DH method on the recovered genetic diversity, (6) identify new genes by GWA mapping in the DH lines derived from landraces, and (8) discuss the potential of DH lines derived from landraces to improve the genetic diversity and performance of elite maize germplasm. A phenotyping platform using spectral reflectance and light curtains was used to perform repeated measurements of biomass and estimate relative growth rates (RGR) of the DH and inbred lines, as well as of two testcrosses of 300 dent inbred lines. The DH lines derived from the landraces Schindelmeiser and Gelber Badischer had the highest RGR followed by EU-F lines, DH lines derived from Bugard, EU-D lines and, finally, NA-D lines. For inbred lines, whole plant dry matter yield (DMY) was positively correlated with RGR (r = 0.49), whereas this relation was weaker in the testcrosses (r = 0.29). RGR of the inbred lines correlated with RGR of their testcrosses (r = 0.42), but it had no influence on testcross DMY. A set of 375 EU-F, EU-D and NA-D lines were further evaluated in growth chambers under chilling (16/13°C) and optimal (27/25°C) temperatures. Photosynthetic and early growth performance were estimated for each treatment and an adaptation index (AI) built as the chilling to optimal performance ratio. Nineteen QTL were identified by GWA mapping for trait performance and AI. Candidate genes involved in ethylene signaling, brassinolide, and lignin biosynthesis were found in their vicinity. Several QTL for photosynthetic performance co-located with previously reported QTL and the QTL identified for shoot dry wieght under optimal conditions co-located with a QTL for RGR. Comparison of the DH lines derived from landraces with the EU-F lines showed that genotypic variances in single DH populations were greater than in the EU-F breeding population. A high average genetic distance among the DH lines derived from the same landrace as well as a rapid decay of linkage disequilibrium suggests a high effective population size of the landraces. Because no systematic phenotypic differences were observed between the landraces and synthetic landraces obtained by intermating the corresponding DH lines, the expected purge of lethal recessive alleles during the DH production did neither improve grain yield performance nor affect the recovered genetic diversity. Performing GWA in the DH lines derived from landraces as well as the EU-F, and EU-D lines allowed the identification of 49 QTL for 27 traits. A larger set of DH lines derived from more landraces might solve problems arising from population structure and allow a much higher power for the detection of new alleles. In conclusion, the introgression of DH lines derived from landraces into the elite breeding material would strongly broaden its genetic base. However, grain yield performance was 22% higher in EU-F lines than in the DH lines derived from landraces. Selection of the best DH lines would allow partially bridging this yield gap and marker-assisted selection may allow introgression of positive QTL without introducing negative features by linkage drag. Seit der Einfuhr von Mais aus der „neuen“ Welt nach Europa, wurden offen abblühende Flint-Mais Populationen auf dem gesamten Kontinent angebaut. Durch natürliche Selektion passten sich diese Landsorten an die Klimate des Kontinents an. In den Anfängen der Hybridzüchtung wurden Gene und Allele, die für diese spezifische Anpassung an biotische und abiotische Stressfaktoren verantwortlich sind, in den ersten Inzuchtlinien nur teilweise fixiert. Der Grossteil der genetischen Vielfalt der Landsorten blieb jedoch ungenutzt, da die Entwicklung von Inzuchtlinien aus diesem Material wegen besonders starker Inzuchtdepression sehr mühsam ist. Demgegenüber erlaubt es die seit etwa 10 Jahre eingesetzte Methode der Erzeugung von Doppel-Haploiden (DH), vollständig homozygote Linien aus Landsorten in einem einzigen Schritt zu entwickeln. Diese DH-Linien können in wiederholten Feldversuchen sehr präzise evaluiert werden. Dies vereinfacht die Kartierung von Genen mithilfe der Genom-weiten Assoziations-Kartierung (GWA) enorm. In der vorliegenden Studie wurden 132 DH-Linien aus europäischen Landsorten, 364 Inzucht-linien aus Nordamerikanischem Dent (NA-D), europäischem Flint (EU-F) und europäischem Dent (EU-D) Zuchtmaterial mit 56110 genetischen Markern genotypisiert. Agronomische Eigenschaften der DH-Linien und Elite-Inzuchtlinien wurden in Feldversuchen evaluiert und mittels GWA kartiert, um vorteilhafte Gene zu identifizieren. Zu unseren Zielen gehörten insbesondere (1) die Entwicklung einer robusten, nicht-destruktiven Methode zur Erfassung der Jugendentwicklung mittels Sensoren, (2) die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Jugendentwicklung der Linien per se und deren Testkreuzungen, (3) die Erforschung von GWA zur Identifikation von Kühletoleranz- und Jugendentwicklungs-Genen in Elite-Inzuchtlinien, (4) die Evaluierung der aus den Landsorten mittels der DH-Methode geborgene phänotypische und genetische Vielfalt, (5) die Abschätzung eines möglichen Einfluss der DH-Methode auf der genetischen Vielfalt der DH-Linien, (6) die Entdeckung neuer Gene in den DH-Linien aus Landsorten mittels GWA, und (7) die Ermittlung des Potentials von DH-Linien aus Landsorten, um die Leistung und genetische Diversität des modernen Zuchtmaterials zu verbessern. Die Biomasse und relative Wachstumsrate (RGR) der DH-Linien und Elite-Inzuchtlinien sowie je zwei Testkreuzungen von 300 Dent Inzuchtlinien wurden mit Lichtschranken und spektraler Reflektion geschätzt. Die DH-Linien aus den Landsorten Schindelmeiser und Gelber Badischer wiesen die höchste RGR auf, gefolgt von EU-F Linien, DH-Linien aus Bugard, EU-D Linien und zuletzt NA-D Linien. Die Gesamttrockenmasse der Linien war mit deren RGR positiv korreliert (r = 0.49), während diese Korrelationen für die Testkreuzungen schwächer ausfiel (r = 0.29). Die RGR der Linien korrelierte mit der RGR der Testkreuzungen (r = 0.42), hatte jedoch keinen Einfluss auf deren Gesamttrockenmasse. Ein Satz von 375 EU-F, EU-D und NA-D Linien wurde unter kühlen (16/13°C) und optimalen (27/25°C) Temperaturen in Klimakammern untersucht. Die photosynthetische Leistung und die Jugendentwicklung wurden für jedes Verfahren gemessen. Aus dem Verhältnis der Leistungen unter kühlen und optimalen Bedingungen wurde ein Adaptations-Index (AI) berechnet. Neunzehn Genorte (QTL) wurden für verschiedene Merkmale und deren AI mittels GWA identifiziert. Gene mit Beteiligung in der Äthylen-Signalkette, Brassinolid- und Lignin-Biosynthese wurden als Kandidaten identifiziert. Mehrere QTL für photosynthetische Leistung co-lokalisierten mit bereits beschriebenen QTL. Der Vergleich der genetischen Varianzen zeigte, dass diese innerhalb der einzelnen Landsorten grösser ist als innerhalb des EU-F Zuchtmaterials. Sowohl die hohe mittlere genetische Distanz zwischen den DH-Linien einer Landsorte, als auch das rasch abfallende Kopplungs-ungleichgewicht innerhalb der Landsorten deuten auf eine grosse Effektive Populationsgrösse hin. Die erwartete Eliminierung von rezessiven letalen Allelen durch die DH-Methode konnte den Ertrag synthetischer Landsorten nicht erhöhen und hatte auch keinen grossen Einfluss auf die genetische Diversität. Mittels GWA Analyse in den DH-Linien aus Landsorten und in Elite-Inzuchtlinien konnten 49 QTL für 27 Merkmale kartiert werden. Eine grössere Anzahl von DH-Linien aus Landsorten würde es erlauben, die durch Populationsstruktur verursachten Artefakte zu beseitigen und somit die Wahrscheinlichkeit, neue Allele zu entdecken, stark erhöhen. Zusammengefasst kann die genetische Diversität des Zuchtmaterials durch die Einkreuzung von DH-Linien aus Landsorten stark erhöht werden. Der grosse Abstand zwischen der Leistung des Zuchtmaterials und den DH-Linien aus Landsorten (22%) kann durch Selektion der besten DH-Linien teilweise ausgeglichen werden. Marker-gestützte Selektion könnte das Einkreuzen von positiven QTL ohne Introgression von unerwünschten negativen Eigenschaften erleichtern.

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    Authors: Herr, Christina;

    In a time of climate change and against the background of intensive animal husbandry and biogas production in Germany, strategies for mitigation of greenhouse gas (GHG) release and Nitrogen (N) losses from silage maize production become increasingly important, especially for organic fertilizers. Consequently, the main objective of this study was to determine the height of GHG release from silage maize production on a medium textured soil which is typical for this region in Southwest Germany and to evaluate useful fertilization opportunities to mitigate carbon dioxide (CO2) footprint per yield unit. To identify management factors improving GHG budget from silage maize, annual nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) measurements were carried out during maize growth and subsequent black fallow at least weekly. Investigations were conducted over two years on two adjacent fields (one for each study year). Amounts of ammonia (NH3) volatilizations after fertilization and nitrate (NO3-) leaching losses were also included in GHG balances. In dependence on available data, determined or estimated values were used. Additionally, yield and N removal from maize plants were quantified. The basic treatments of this study which investigated impact of fertilizer form and application techniques, were an unfertilized control (CON), a mineral fertilization (MIN), a banded cattle slurry application by trailing hose and subsequent incorporation (INC) and a cattle slurry injection (INJ). As confirmed repeatedly, in contrast to broadcast slurry incorporation, slurry injection efficiently reduced the risk of NH3 losses by direct slurry placement into the soil, but simultaneously provoked N2O formation more strongly, probably due to the anaerobic conditions in the injection slot favoring denitrification. For reducing N2O release from slurry injection, the applicability of six single or combined nitrification inhibitors (NIs) concerning potential GHG reduction were investigated. This N2O reduction should be reached through the desynchronized availability of carbon (C) and NO3-, derived from nitrified slurry ammonium (NH4+). Thus, in the period after slurry application, N2O losses from denitrification as well as from nitrification should be reduced through NIs. For final evaluation, collection of measured and estimated data (including direct and indirect N2O losses (NH3, NO3-), CH4 budget, pre-chain emissions from mineral fertilizer and fuel consumption) were converted into CO2 equivalents and summarized as area- or yield-related GHG balances. Except for one of the INJ treatments with NI (exclusively investigated in the first year) and one INC treatment with NI (exclusively investigated in the second year), all remaining treatments were tested in both experimental years. The height of NH3 emissions from INC treatment (12-23 % of applied NH4+-N) was more weather-dependent than those from INJ treatment (12-15 % of applied NH4+-N). In mean over both years, cumulative N2O emission from INJ treatment (13.8 kg N2O-N ha-1 yr-1), was significantly higher than from CON, MIN, and INC which recorded 2.8, 4.7, and 4.4 kg N2O-N ha-1 yr-1. NIs decreased the fertilization-induced N2O emissions from injection by 36 % (mean over all NIs and years) by an order of magnitude comparable to slurry incorporation. The NIs investigated tended to be categorized in inhibitors with prior and delayed inhibitory maximum. Whether low persistence, or poor biological degradability was an advantage, depended on environmental conditions. A combination of two NIs, one with putative prior and one with delayed release behavior reached the highest N2O reduction. In the additional INC treatment, this NI combination tended to reduce annual N2O release by 20 % in comparison to incorporation without inhibitor. Beside the potential of reducing fertilization-induced N2O emissions, NIs might also help to improve CH4 budgets in silage maize production. In general, CON, MIN and INC were net CH4 sinks in both years with mean uptakes of 460, 127, and 793 g CH4-C ha-1 yr-1, respectively. Conversely, slurry injection resulted in net CH4 emissions of 3144 g CH4-C ha-1 yr-1 (mean over both years). However, NIs tended to reduce CH4 emissions from injection by around 48 % and increased CH4 consumption from slurry incorporation by 20 %. Across all treatments and years, direct N2O emissions were the major contributor to total GHG balance. Yield-related GHG budgets from both years were lowest for CON, followed by INC or MIN treatment and significantly highest for sole slurry injection. NIs decreased fertilization-induced GHG release from injection in mean over both years by order of magnitude comparable with slurry incorporation. Consequently, alongside slurry incorporation and broadcast mineral fertilization, slurry injection combined with recommended NIs was evaluated as an equally appropriate fertilization strategy in terms of the atmospheric burden for livestock farmers. In Zeiten des Klimawandels und vor dem Hintergrund intensiver Tierhaltung und Biogasproduktion in Deutschland gewinnen Treibhausgas (THG)-Emissionen und Stickstoff (N)-Verluste in der Silomaisproduktion, insbesondere beim Einsatz organischer Düngemittel zunehmend an Bedeutung. Ziel dieser Studie war es daher, den THG-Ausstoß für die Silomaisproduktion in einer Region Südwestdeutschlands auf einem für diese Region typischen mittelschweren Boden zu quantifizieren und anhand unterschiedlicher Düngungsstrategien klimafreundliche Methoden mit möglichst geringem CO2-Fußabdruck herauszustellen. Zur Quantifizierung der THG-Bilanzen von Silomais mit unterschiedlichen Reduktionsansätzen, wurden durchgehend über zwei Jahre hinweg mindestens einmal wöchentlich Lachgas (N2O)- und Methan (CH4)-Flüsse gemessen. Zudem wurden indirekte N2O Emissionen (Ammoniak (NH3), Nitrat (NO3-)) erfasst oder geschätzt sowie Silomaiserträge und N-Abfuhren ermittelt. Jedes der beiden Versuchsjahre beinhaltete folgende Basis-Behandlungen: ungedüngte Kontrolle (CON), mineralische Düngung (MIN), Rindergülleapplikation mittels Schleppschlauch und anschließender Einarbeitung (INC) und Rindergülleinjektion (INJ). Im Gegensatz zur oberflächigen Gülleapplikation mit breitflächiger Einarbeitung ist die Gülleinjektion dafür bekannt, NH3-Verluste durch die direkte Platzierung in den Boden effektiver zu mindern, im Gegenzug allerdings die N2O-Bildung zu erhöhen. Um die vermehrte N2O-Produktion dieser Applikationstechnik zu vermindern, wurde der Einsatz sechs verschiedener Nitrifikationsinhibitoren (NIs) zur strategischen THG-Minderung zusätzlich untersucht. Abgesehen von einer INJ-Variante mit NI, die im zweiten Jahr durch eine zusätzliche INC-Variante mit NI ersetzt wurde, wurden alle übrigen Behandlungen in beiden Jahren untersucht. Für die abschließende Bewertung der getesteten Düngungsstrategien wurden die zur THG-Bilanz beitragenden Posten in CO2-Äquivalente umgewandelt und auf Flächen- oder Ertragseinheiten bezogen. Hierbei wurden direkte und indirekte N2O-Emissionen (NH3, NO3-), CH4-Budget, Vorketten-Emissionen für die Mineraldüngerbereitstellung und der Dieselverbrauch für Feldmaßnahmen berücksichtigt. Die Höhe der NH3-Emissionen der INC-Behandlung (12-23 % des gedüngten NH4+-N) war stärker von den Witterungsverhältnissen abhängig als die der INJ-Behandlung (12-15 % des gedüngten NH4+-N). Kumulative N2O-Emissionen der Gülleinjektion betrugen im Mittel über beide Jahre 13.8 kg N2O-N ha-1 Jahr-1 und lagen damit signifikant über dem Mittel der CON-, MIN-, oder INC-Behandlung, die Emissionen in Höhe von 2.8, 4.7 und 4.4 kg N2O-N ha-1 Jahr-1 verzeichneten. Der Einsatz von NIs reduzierte die jährlichen N2O-Emissionen der Gülleinjektion im Durchschnitt über alle NIs und Jahre um 36 % und machte die Gülleinjektion mit der INC-Behandlung somit vergleichbar. Innerhalb dieser Studie konnten die verwendeten NIs tendenziell in zwei Gruppen eingeteilt werden. Eine Gruppe mit vermeintlich geringerer Persistenz und früherem Inhibierungsmaximum im Boden und eine Gruppe, deren Substanzen ihre volle Wirkung erst zu einem späteren Zeitpunkt entfalteten. Welche Gruppe eine vermeintlich höhere Inhibierungswirkung aufwies, hing stark von den Umweltbedingungen des jeweiligen Versuchsjahres ab. Die INJ-Variante, die sowohl ein NI mit früherem und späterem Inhibierungsmaximum enthielt, verzeichnete tendenziell das höchste N2O-Reduktionspotential. Für die zusätzliche INC-Behandlung mit NI, wurde ebenfalls diese Wirkstoffkombination angewendet, sie erzielte eine N2O-Reduktion von 20 % im Vergleich zur Gülleeinarbeitung ohne Hemmstoff. Der Einsatz von NIs stellte sich auch für das CH4-Budget als vorteilhaft heraus. Die Behandlungen CON, MIN und INC zeigten in beiden Jahren eine Netto-CH4-Aufnahme mit durchschnittlich 460, 127 und 793 g CH4-C ha-1 Jahr-1. Im Gegensatz dazu führte eine Gülleinjektion in beiden Jahren zu Netto-CH4-Emissionen mit durchschnittlich 3144 g CH4-C ha-1 Jahr-1. Der Einsatz von NIs reduzierte die Höhe dieser CH4-Emissionen allerdings um rund die Hälfte. Außerdem führte eine inhibierte Nitrifikation bei breitflächiger Gülleeinarbeitung tendenziell zur Erhöhung der CH4-Aufnahme um 20 %. Die direkten N2O-Emissionen hatten, unabhängig von Behandlung oder Jahr, den größten Anteil an der THG-Bilanz. Die geringste ertragsbezogene THG-Bilanz ergab sich für die Variante CON, gefolgt von INC oder MIN, die höchste ergab sich für die INJ-Variante. Allerdings konnten die rein auf die Düngungsmaßnahme bezogenen THG-Emissionen der Gülleinjektion durch den Einsatz von NIs im Mittel über beide Jahre auf ein THG-Niveau abgesenkt werden, das mit der breitflächigen Gülleeinarbeitung vergleichbar war. Somit stellte sich neben einer mineralischen oder oberflächigen Gülleapplikation mit möglichst zeitnaher Einarbeitung, auch die Gülleinjektion als vergleichsweise THG-freundliche Applikationstechnik heraus, vorausgesetzt einer der empfohlenen NIs wurde vorab zugegeben.

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    Authors: Lindner, Jonas Philipp;

    Die anaerobe mikrobielle Konversion von Biomasse zu Biogas erfolgt über mehrere Prozessschritte, die aufgrund der beteiligten Mikroorganismen zur primären Gärung, sekundären Gärung und Methanbildung zusammengefasst werden können. Im Gegensatz zu einstufigen Verfahren soll in zweistufigen Biogasprozessen die primäre Gärung und die Methanogenese räumlich getrennt ablaufen, um den unterschiedlichen Milieuanforderungen der beteiligten Mikroorganismen besser entsprechen zu können. Für diese zweistufige Biogasproduktion sind in der Literatur viele verschiedene Kombinationen an Reaktortypen beschrieben. Die hauptsächlich für die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen eingesetzten, diskontinuierlich betriebenen Perkolationsreaktoren haben den Nachteil, dass im Prozessablauf der pH-Wert nicht reguliert werden kann und somit keine konstante Säure- und Gasbildung möglich ist. Daneben werden geregelt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde an der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie ein vollständig automatisiertes, kontinuierliches, zweistufiges Verfahren entwickelt und im Labormaßstab aufgebaut. Bei diesem Verfahren wurde ein Rührkesselreaktor mit integrierter Filtration zur Fest-Flüssigtrennung mit einem Anaerobfilter kombiniert. Der pH-Wert der ersten Prozessstufe konnte über die Rückführung von basischem Effluent aus dem Anaerobfilter reguliert werden. Um diese neu entwickelte Regulierung des pH-Wertes zu überprüfen und zu optimieren, wurde untersucht, (I) welcher Einfluss von den Substrateigenschaften auf den Abbaugrad und den Biogasertrag der zugeführten Biomasse ausgeht, (II) welcher pH-Wert in der ersten Prozessstufe einen optimalen Aufschluss der Biomasse ermöglicht, (III) ob durch eine kombinierte mechanisch/enzymatische Aufbereitung der Gärreste und deren Rückführung in den Prozess eine Steigerung des Gesamtmethanertrages der Biomasse erreicht werden kann. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass eine pH-Wert-Regulierung in der primären Gärung mittels einer Rückführung von basischem Effluent aus dem Anaerobfilter ohne Einsatz von Additiven mit einer sehr hohen Präzision möglich ist. Durch diese pH-Wert-Regulierung konnte eine konstante Säure- und Gasbildung erzielt werden. Die Untersuchungen zum Einfluss des pH-Wertes auf den Abbaugrad von lignocellulosehaltigen Substraten zeigten ein Optimum, wie in der Literatur beschrieben, bei pH-Werten zwischen 7 und 8. Bei einem pH-Wert von 5,75 wurde im Vergleich zu den ermittelten Gasertragspotenzialen der Substrate im zweistufigen System eine Methanausbeute erzielt, die bei dem Substrat „Heu/Stroh“ um -70,6 % und bei dem Substrat „Maissilage“ um -31,3 % geringer ist. Im Gegensatz dazu konnte bei zuckerhaltigen Substraten kein Unterschied zwischen dem Batchtest und dem zweistufigen System ermittelt werden. Die Aufbereitung der Gärreste mittels der Kugelmühle zeigte keine Verluste an leicht flüchtigen Substanzen durch eine Erwärmung. Durch die mechanische Aufbereitung konnte eine Steigerung des spezifischen Methanertrages um 9 % bei der Aufbereitung des „Maissilage“ Gärrestes und um 17 % bei der Aufbereitung des „Heu/Stroh“ Gärrestes aus der zweistufigen Anlage erreicht werden. Bei der Aufbereitung des Gärrestes der Praxisanlage konnte eine Verdreifachung des spezifischen Methanertrages auf einem sehr geringen Niveau ermittelt werden. Die kombinierte mechanische/enzymatische Aufbereitung mit dem aeroben Pilz „lentinula edodes“ führt bei dem „Heu/Stroh“ Gärrest zu Verlusten der organischen Trockenmasse zwischen 58,2 % und 86,4 % und bei dem Gärrest der Praxisanlage zwischen 10,8 % und 18,4 %. Außerdem konnte bei dem „Heu/Stroh“ Gärrest ein Anstieg des Ligningehaltes ermittelt werden. Bei den Gärresten der zweistufigen Anlage führte die kombinierte mechanisch/enzymatische Aufbereitung zu einem Verlust der Methanausbeute von bis zu 86,4 %. Im Gegensatz dazu zeigte der Gärrest der Praxisanlage einen Anstieg der Methanbildung um 134,5 %. Die Untersuchungen belegen, dass der Einsatz von zweistufigen Systemen im Sinne der „klassischen“ Biogasproduktion nur für leicht abbaubare Stoffe vorteilhaft ist. Wird auf eine Trennung der Milieubedingungen verzichtet, ist die Reaktorkaskade aus Rührkesselreaktor und Anaerobfilter aufgrund der Flexibilität, Prozessstabilität und hohen Belastbarkeit sehr gut zur Verwertung von Bioabfällen mit wechselnden Zusammensetzungen geeignet. Zudem konnten wesentliche Grundlagen für den Einsatz von innovativen Fermentationsverfahren, wie z.B. der Druckfermentation, gelegt werden. Die kombinierte mechanisch/enzymatische Aufbereitung scheint sowohl für die einstufige als auch für die zweistufige Biogasproduktion eine sinnvolle Alternative zur klassischen Substrataufbereitung zu sein und sollte in weiteren Projekten untersucht werden. The microbial conversion of biomass into biogas generally comprises several steps. These steps, are divided in accordance to the involved microorganisms and are often referred to as primary fermentation, secondary fermentation and methane formation. In contrast to single-stage, two-stage biogas system performs primary fermentation spatially separated from the methanogenesis in order to provide optimal milieu conditions for each group of microorganisms. There are many different reactor settings outlined in scientific literature for two-stage biogas production. For the digestion of energy crops or biowaste, discontinuously charged leach-bed reactors are often combined with anaerobic filters. The main disadvantage of this setup is the impossibility of regulating the pH-value in the first step, thus leading to fluctuating acid and gas production rates. To avoid this, new approaches aim to use continuous flow stirred-tank reactors for the process of primary fermentation, using chemical additives for the pH regulation. In the framework of this research, a process automation for a continuous two-stage system was developed and implemented in two lab scale plants at the State Institute of Agricultural Engineering and Bioenergy. Each laboratory plant comprised of a continuous stirred-tank reactor with an integrated filtration for solid-liquid separation and an anaerobic filter. In the primary fermentation stage, the adjustment of the pH-value was made by an indicatorbased return of alkaline effluent from the anaerobic filter. In order to evaluate and optimize the newly developed and completely automated pH-regulation system, this study investigated the (I) influence of the substrate characteristics on the degree of degradation and the biogas yields, (II) optimal pH-value for biomass degradation in the primary fermentation and (III) the possibility of enhancing methane yields by combined mechanical and enzymatic treatment of digestates with a subsequent refeeding into the process. The results of the investigations clearly showed the suitability of the system for a highprecision pH-regulation in primary fermentation for the tested pH-values 5.5, 6.0, 7.0 and 7.5. This unique technique enabled the continuous formation of organic acids and biogenic gases. Hay/straw, maize silage and sugar beet silage were digested at a pH-value of 5.75 in order to investigate the influence of different substrates on the two-stage system performance. Compared to the determined potential biogas yields, the recorded methane yields were 70.6 % lower for the hay/straw substrate and 31.3 % lower for maize silage in the two-stage system. Contrary to this, for sugar beet silage no difference in the gas yields between the batchtest and the two-stage system could be detected. Further investigations on the influence of pH-value on the degradation rate of lignocellulosic substrates showed an optimum pH between 7 and 8. The mechanical treatment of the digestates with the ball mill exhibited no losses of volatile solids through warming. The application of this procedure enhanced the specific methane yield from 9 to 17 % for maize silage digestate and hay/straw digestate respectively from the described laboratory plant. The treatment of the digestate obtained from a full-scale plant permitted a triplication of the specific methane yield at very low level. The combined mechanical and enzymatic treatment through the aerobic fungi “lentinula edodes” resulted in losses of volatile solids between 58.2 and 86.4 % for the hay/straw digestate and between 10.8 and 18.4 % for the substrate from the full-scale biogas plant depending on the incubation time. Furthermore, the investigations determined an increase in the lignin content of the hay/straw digestate by the combined treatment. Overall, using the digestate of the two-stage system, the mechanical/enzymatic treatment attributed to a methane yield loss by 86.4 %. In contrast, an increase of methane production by 134.5 % was observed with the full-scale digestates. This study has revealed that two-stage biogas systems are favorable only for easily degradable substrates. The phase separation was not beneficial for fiber rich substrates. Based on the results, a reactor cascade consisting of a continuous stirred-tank reactor and an anaerobic filter with similar milieu conditions seems to be well suited for the digestion of organic wastes. Due to the extraordinary high process stability, flexibility and high load capacity this system is very suitable for the treatment of substrates with extremely varying compositions. Moreover, within the study essential basics for the application of innovative fermentation procedures (e.g. pressure fermentation) were investigated. The combined mechanical and enzymatic treatment of digestates seems to be an interesting alternative to the established substrate pretreatment systems and it can be recommended also for single-stage biogas plants.

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    Authors: Herrera Sabillon, Beatriz Soledad;

    While there is a consensus between researchers, decision makers and consumers that an operationalization of the concept of sustainability is necessary, there exist huge disagreements on how to transform the multidimensional concept of sustainability into usable metrics. Due to the multiple actors involved, diverse objectives and complex interactions, the selection of metrics to be monitored is expected to be science-based, but also relevant to the main concerns of the stakeholders. This dissertation address these gaps investigating stakeholders’ arguments about the suitability of a set of sustainability indicators in an accountancy agricultural information system for policy evaluation. The research is framed in the FP7 EU-Project Farm Level Indicators for New Topics in Policy Evaluation (FLINT). The thesis pursues two objectives: i)to elicit stakeholders’ perceptions about the adoption of sustainability indicators into an established farm accountancy data system and ii)to contribute to assess the usefulness of collecting indicators of social sustainability at farm-level. The first objective is reached by exploring the Farm Accountancy Data Network (FADN) stakeholders’ perceptions on feasibility and usefulness of a set of sustainability indicators. Using discussion groups and semi-structured interviews in nine European countries, we collected arguments about the measurement of sustainability at farm level. Participant stakeholders identified that the request of sustainability information of the farm is already taking place under simultaneous, embedded and sometimes overlapping requirements from regulations, markets or research agents. We found that stakeholders have diverging perceptions toward the value of that information, especially for those indicators not expected to be used for farm-level decision making. For the second objective, two empirical studies were conducted using an integrated data set of FADN and FLINT project in a sample of 1100 FADN farms distributed in nine countries. In the first study we explored the linkage between the use of advisory services by farm managers and the economic, environmental and social performance of farms. We identified three clusters of farms that have a different sustainability performance and that relate differently to advisory services. In the three groups of farms, the number of contacts with advisory services is positively correlated with the adoption of innovations, the number of information sources and the adoption of farm risk management measures. We failed to find linear relationship between advisory services and environmental and social sustainability. The second study investigated the influence of farm-level factors in farmers’ satisfaction with farming and its relationship with the level of satisfaction they have with their overall quality of life. We propose a path model using a Structural Equation Model-Partial Least Squares approach, testing the validity and reliability of a farmers’ work satisfaction construct and determining on how far the farm variables are related with it. Results suggest that while it is valid and reliable to measure work satisfaction as a construct, the farm level data that is currently available explains farmers’ satisfaction with their own standard and values only partially. Therefore a metric that measures those values should be further developed and tested. This doctoral dissertation contributes to the identification and prioritization of standardized indicators of farm-level sustainability. Two main learnings can be implied from the findings. The first one is that ontological differences between the agents that are involved in the functioning and evolvement of an information system can be identified (but not solved) applying inter and transdisciplinary research methods. The second one is that standardized indicators of social sustainability are desirable, feasible and useful to be collected and integrated in the same data sets with economic and environmental indicators. That said, due to the complexity of the relationship between sustainability dimensions, the value of standardization of indicators is limited by how are they going to be used. Obwohl zwischen Forschern, Entscheidungsträgern und Verbrauchern Konsens darüber besteht, dass eine Operationalisierung des Nachhaltigkeitskonzepts notwendig ist, gibt es dennoch große Meinungsverschiedenheiten darüber, wie das mehrdimensionale Konzept in brauchbare Metriken umgewandelt werden kann. Aufgrund der Vielzahl der beteiligten Akteure, der unterschiedlichen Ziele und der komplexen Wechselwirkungen wird erwartet, dass die Auswahl der zu überwachenden Metriken wissenschaftlich fundiert, und gleichzeitig entsprechend den wichtigsten Anliegen der Interessengruppen erfolgt. Die vorliegende Dissertation zielt darauf ab, diese Lücken zu schließen, indem sie die Argumente der Interessengruppen über die Eignung einer Reihe von Nachhaltigkeitsindikatoren im Kontext der landwirtschaftlichen Buchführung für die Politikbewertung untersucht.Die empirische Forschung ist Teil des FP7 EU-Projekts Farm Level Indicators for New Topics in Policy Evaluation (FLINT) Die Dissertation verfolgt zwei Ziele: (i) die Wahrnehmung unterschiedlicher Interessengruppenvertreter über die Adoption von Nachhaltigkeitsindikatoren in ein etabliertes landwirtschaftliches Buchhaltungsdatensystem zu erheben und (ii) den Nutzen der Erhebung von Indikatoren für die soziale Nachhaltigkeit auf betrieblicher Ebene zu bewerten. Das erste Ziel wird durch die Untersuchung der Wahrnehmungen der Interessengruppen des Farm Accountancy Data Network (FADN) über die Machbarkeit und den Nutzen einer Reihe von Nachhaltigkeitsindikatoren erreicht. Mit Hilfe von Diskussionsgruppen und semi-strukturierten Interviews in neun europäischen Ländern haben wir Argumente zur Messung der Nachhaltigkeit auf betrieblicher Ebene gesammelt. Die teilnehmenden Interessengruppenvertreter stellten fest, dass die Anforderung von Nachhaltigkeitsinformationen über den Betrieb bereits unter gleichzeitigen, eingebetteten und sich manchmal überschneidenden Anforderungen von Verordnungen, Märkten oder Forschungsagenten erfolgt. Wir haben festgestellt, dass die Interessengruppen unterschiedliche Auffassungen über den Wert dieser Informationen haben, insbesondere für diejenigen Indikatoren, von denen nicht erwartet wird, dass sie für die Entscheidungsfindung auf Betriebsebene verwendet werden. Für das zweite Ziel wurden zwei empirische Studien mit einem integrierten Datensatz des FLINT Projekts mit einer Stichprobe von 1100 FADN-Betrieben in neun Ländern durchgeführt. In der ersten Studie untersuchten wir den Zusammenhang zwischen der Inanspruchnahme von Beratungsdiensten durch Betriebsleiter und der wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Leistung von Betrieben. Wir haben drei Cluster von Betrieben identifiziert, die eine unterschiedliche Nachhaltigkeitsleistung aufweisen und sich unterschiedlich auf Beratungsleistungen beziehen. In den drei Gruppen ist die Anzahl der Kontakte zu Beratungsdiensten positiv korreliert mit der Einführung von Innovationen, der Anzahl der Informationsquellen und der Einführung von Maßnahmen des betrieblichen Risikomanagements. Es ist uns nicht gelungen, einen linearen Zusammenhang zwischen Beratungsleistungen und ökologischer und sozialer Nachhaltigkeit zu finden. Die zweite Studie untersuchte den Einfluss von Faktoren auf Betriebsebene auf die Zufriedenheit der Landwirte mit der Landwirtschaft, und deren Zusammenhang mit der Zufriedenheit mit ihrer allgemeinen Lebensqualität. Wir schlagen ein Pfadmodell mit einem Structural Equation Model-Partial Least Squares Ansatz vor, das die Validität und Zuverlässigkeit eines Konstrukts der Arbeitszufriedenheit der Landwirte testet und bestimmt, inwieweit die Betriebsvariablen mit ihm in Beziehung stehen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Konstrukt gültig und zuverlässig ist, die Arbeitszufriedenheit zu messen, dass aber die derzeit verfügbaren Daten auf Betriebsebene die Zufriedenheit der Landwirte mit ihrem eigenen Lebensstandard und ihren Werten nur teilweise erklären. Daher sollte eine Metrik, die diese Werte misst, weiterentwickelt und getestet werden. Diese Dissertation trägt zur Identifizierung und Priorisierung von standardisierten Indikatoren für die Nachhaltigkeit auf Betriebsebene bei. Aus den Ergebnissen lassen sich zwei wesentliche Erkenntnisse ableiten: Die erste ist, dass ontologische Unterschiede zwischen den Akteuren, die an der Funktionsweise und Entwicklung eines Informationssystems beteiligt sind, durch die Anwendung inter- und transdisziplinärer Forschungsmethoden identifiziert (aber nicht gelöst) werden können. Die zweite ist, dass standardisierte Indikatoren für die soziale Nachhaltigkeit wünschenswert, machbar und nützlich sind, und daher in denselben Datensätzen mit Wirtschafts- und Umweltindikatoren gesammelt und integriert werden sollten. Allerdings ist der Wert der Standardisierung von Indikatoren aufgrund der Komplexität der Beziehung zwischen Nachhaltigkeitsdimensionen dadurch begrenzt, wie sie verwendet werden.

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    Authors: Hill, Sebastian;

    Im Rahmen der vorliegenden Dissertation soll geklärt werden, welche Werte in Theorie und Praxis als typisch genossenschaftlich angesehen werden, in wie weit diese in der Praxis Anwendung finden und welche Funktionen und Potenziale sich in ihnen verbergen. Als Einflussfaktoren hierauf wurden die Genossenschaftssparte, die Größe der Genossenschaft, deren Alter und der Status des Befragten definiert. Grundlage hierfür war eine umfassende Analyse der einschlägigen Literatur auf nationaler und internationaler Ebene zur Identifikation der in der Theorie als genossenschaftsspezifische angesehenen Werte. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde ein Fragebogen entwickelt, welcher im Rahmen einer quantitativen, digitalen Befragung an jeweils eine Führungskraft der 844 zum Erhebungszeitpunkt in der Untersuchungsregion Baden-Württemberg existierenden Genossenschaften versandt wurde. Als zweiter Schritt wurde eine postalische Befragung von insgesamt 3.552 Mitgliedern und 707 Mitarbeitern, unterteilt in jeweils zwei Kredit- und Raiffeisengenossenschaften und drei Gewerblichen Genossenschaften, durchgeführt. Die Auswertungsergebnisse der Datengrundlage (primär und sekundär) zeigen, dass in der wissenschaftlichen Literatur ein genossenschaftlicher Wertekern beschrieben wird, welcher die Werte Demokratie, Selbsthilfe, Solidarität, Selbstverantwortung, Freiwilligkeit, Gleichheit und Gerechtigkeit umfasst. Teile dieser Werte finden sich auch in den aus der genossenschaftlichen Praxis gewonnenen empirischen Ergebnissen wieder, wobei diese allgemein eher Werte wie zum Beispiel Verlässlichkeit, Nachhaltigkeit oder Fairness als typisch genossenschaftlich ansehen. Dennoch konnte festgestellt werden, dass die traditionellen Werte immer noch wesentlichen impliziten Einfluss auf die Rechtsform der eingetragenen Genossenschaften haben, und dass die zuvor definierten Einflussfaktoren die als zentral erachteten Werte beeinflussen. Auch hinsichtlich der Wahrnehmung und der Umsetzung der genossenschaftlichen Werte konnten Differenzen offengelegt werden. Entscheidenden Einfluss kann hier eine bewusste und zielgerichtete Kommunikationsstrategie haben. Die Funktionen und Potenziale, welche die genossenschaftlichen Werte in sich vereinen, sind in der Praxis unbestritten. Hierzu gehören die Funktionen der Identitäts- und Vertrauensstiftung oder der Unterscheidung gegenüber anderen Rechtsformen. Darüber hinaus werden den genossenschaftlichen Werten sowohl ökonomische, als auch soziale Potenziale und Potenziale für das Marketing der Genossenschaft zugesprochen. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Genossenschaften mit ihren Werten über ein ihrer Rechtsform einzigartiges Instrument zur Förderung dieser Unternehmensform verfügen. Hier gilt es, diese Potenziale zu erkennen und zu nutzen, um zu einem nachhaltig erfolgreichen Bestehen des genossenschaftlichen Sektors, aber auch der gesamten deutschen Gesellschaft beitragen zu können. In this dissertation, we aimed to clarify what values are considered as typical for cooperatives in theory and practice, how the values are applied and realized in practice, and what are their functions and potentials. In the first step, a comprehensive analysis of relevant literature on a national and international level was used to identify which values are seen, in theory, as cooperative-specific values. Based on the results of the literature analysis, a questionnaire was developed and the branch, the size and age of the cooperative as well as the status of the respondents were defined as influencing factors. The questionnaire was sent as a digital quantitative survey to one manager in each of the 844 existing cooperatives in the Baden-Württemberg study region. As a second step, a written (postal) survey was conducted, involving a total of 3,552 members and 707 employees from two Cooperative Banks and Raiffeisen Cooperatives and three Commercial Cooperatives. The evaluation results of the database (from primary and secondary data) show that in scientific literature, cooperative values’ core is described as one that includes the values of democracy, self-help, solidarity, self-responsibility, voluntariness, equality and justice. Some of these values were also mentioned in the results of the empirical survey, whereas the cooperative managers tended to list general values such as reliability, sustainability and fairness, as typical for cooperatives. However, it can be shown that the traditional values still have significant and implicit influence on the legal form of registered cooperatives, and that the previously defined influencing factors have a strong effect on the relevant central values. Although differences could be found between the perception and implementation of cooperative values, a conscious and purposeful communication strategy can have a decisive influence here. The hidden functions and potentials of cooperative values are undisputed in practice, such as the functions of identity and foundation of trust, or discrimination against other types. In addition, the survey shows that in the minds of the managers, members and workers, the cooperative values have social and economic potentials as well as potentials for the marketing of the cooperatives. In summary, it can be said, that the cooperative values are a unique instrument for the cooperatives to promote the legal from of registered cooperatives. It is therefore important to recognize and exploit these potentials to gain a sustainable and successful future not just for the cooperative sector, but also for the whole German society.

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    Authors: Gindele, Nicola;

    Der kontinuierlich voranschreitende Strukturwandel in der Landwirtschaft und deren vor- und nachgelagerten Bereichen ist Ausgangspunkt der vorliegenden kumulativen Dissertation. Im ersten Teil der Dissertation werden die Herausforderungen, mit denen sich die Landwirtschaft aufgrund des strukturellen als auch des demografischen Wandels auseinandersetzen muss, thematisiert. Hierbei steht der Wandel des Unternehmertums in der Landwirtschaft im Zentrum. Es wird analysiert, inwiefern ein Wandel vorliegt und welche Konsequenzen sich hieraus für Leiter landwirtschaftlicher Betriebe ergeben. In Bezug auf den demografischen Wandel der Bevölkerung werden die Auswirkungen auf die Verfügbarkeit von qualifizierten landwirtschaftlichen Arbeitskräften beurteilt. Im Rahmen der Untersuchungen zeigt sich aufgrund der veränderten Rahmenbedingungen, unter anderem bedingt durch den fortschreitenden Strukturwandel sowie der zunehmend liberalisierten Agrarmärkte, eine starke Abhängigkeit zwischen dem betrieblichen Erfolg und den Fähigkeiten eines Landwirtes, unternehmerisch zu handeln. Parallel verändert sich im Zuge des betrieblichen Wachstums und des technischen Fortschritts das Aufgabengebiet der Betriebsleiter. Organisatorische sowie leitende Aufgaben gewinnen an Bedeutung, während praktische, ausführende Aufgaben in relativem Umfang abnehmen. Im Zuge des betrieblichen Wachstums erhöhen sich nicht nur die Anforderungen an die Betriebsleiter, sondern es steigen durch die zunehmende Technisierung und Spezialisierung der Betriebe auch die Anforderungen an die Qualifikation der Fremdarbeitskräfte. Es zeigt sich, dass besonders in Bezug auf die fachlichen Qualifikationen von Fremdarbeitskräften betriebsindividuelle und regional typische Unterschiede bestehen. Bei der Suche nach Fremdarbeitskräften kommt es insbesondere bei der Rekrutierung von Fachkräften schon heute zu Problemen, während Arbeitskräfte für einfache Hilfstätigkeiten leichter zu finden sind. Vor dem Hintergrund eines sich abzeichnenden Fachkräftemangels müssen sich die Betriebsleiter intensiver mit ihrem eigenen Führungsstil und Instrumenten des Personalmanagements, wie beispielsweise immateriellen Anreizsystemen, auseinandersetzen, um ihren Mitarbeitern ein attraktives und angenehmes, auf längere Dauer angelegtes Arbeitsumfeld zu bieten. Im zweiten Teil der Dissertation werden die Herausforderungen, die sich aus dem Strukturwandel in der Landwirtschaft für die ländlichen Genossenschaften ergeben, untersucht. Diese sind bewährte Partner der Landwirtschaft sowohl bezüglich der Bereitstellung von Betriebsmitteln als auch bei der Bündelung und Vermarktung von landwirtschaftlichen Erzeugnissen und einer damit verbundenen Verbesserung der Marktposition von Landwirten. Am Beispiel von Bezugs- und Absatzgenossenschaften sowie Obst- und Winzergenossenschaften wird das Mitgliedermanagement, insbesondere die Mitgliederbindung, betrachtet, da es in den vergangenen Jahren zu einem deutlichen Rückgang der Mitgliederanzahl in betreffenden Genossenschaften gekommen ist. Zudem werden Strategien zur Verbesserung der Marktposition der ländlichen Genossenschaften selbst aufgezeigt. Die ländlichen Genossenschaften müssen, um den kontinuierlich sinkenden Mitgliederzahlen entgegenzuwirken, ein ganzheitlich durchdachtes Customer Relationship Management verfolgen. Eine zentrale Rolle kommt hierbei der Kommunikation mit den Mitgliedern zu. Eine lückenlose und kontinuierliche Kommunikation mit den Mitgliedern verbessert den Informations- und Kenntnisstand, regt die Mitglieder stärker zur Beteiligung im Rahmen der Selbstverwaltung innerhalb der Genossenschaft an und festigt insgesamt die emotionale Bindung zu den Genossenschaften. Mittels vertraglicher Vereinbarungen, etwa in Form von Anbau- und Abnahmeverträgen zwischen Mitgliedern und ihrer Genossenschaft, können die Zusammenarbeit intensiviert, die Produktqualität optimiert und die Mitgliederbindung positiv beeinflusst werden. Vor dem Hintergrund wachsender landwirtschaftlicher Betriebe und den damit verbundenen steigenden Anforderungen an die Qualifikationen der landwirtschaftlichen Betriebsleiter stellt der Ausbau der bestehenden Dienstleistungsangebote einen weiteren möglichen Anknüpfungspunkt zur Verbesserung des Mitgliederverhältnisses dar. Eine Erweiterung der Dienstleistungsangebote ist besonders in Bezug auf Beratungsangebote in den Bereichen Betriebswirtschaft, Unternehmensführung und Produktionstechnik sinnvoll. Zur Sicherung der Marktposition können sich die Genossenschaften durch die Strategie der Kostenführerschaft, der Differenzierung oder der Nische an die sich wandelnden Rahmenbedingungen anpassen und im Wettbewerb durchsetzen. In der Praxis findet eine kombinierte Umsetzung dieser Strategien statt. Eine weitere verbreitete Strategie zur Verbesserung der Marktposition stellt die Fusion dar. Am Beispiel des Verlaufs von Fusionen von Obstgenossenschaften in Südtirol zeigt sich, dass die intensive Einbindung der Mitglieder in den Fusionsprozess entscheidend für den Erfolg ist. Der Strukturwandel der deutschen Landwirtschaft bringt somit nicht nur Konsequenzen für den Landwirt als Unternehmer mit sich. Auch die ländlichen Genossenschaften müssen mittels der jeweiligen, spezifisch auf die Genossenschaft abgestimmten Anpassungsstrategie auf den Wandel der landwirtschaftlichen Betriebsstrukturen reagieren. Erfolgsentscheidend in Bezug auf die Führung einer Genossenschaft als auch eines landwirtschaftlichen Betriebes ist hierbei nicht in erster Linie die Unternehmensgröße. Der Unternehmenserfolg hängt vielmehr vom einzelnen Betriebsleiter bzw. Geschäftsführer ab, der in der Lage sein muss, in einem sich dynamisch verändernden Umfeld neue Potenziale und Geschäftschancen zu erkennen und Innovationen umzusetzen, um sein Unternehmen optimal innerhalb des Wettbewerbs auszurichten. The starting point for this cumulative thesis is the continuously advancing structural shift in agriculture and its upstream and downstream sectors. The first section of the thesis discusses the challenges faced by agriculture as a result of structural and demographic change. The thesis focuses on the shift in entrepreneurship in agriculture. It analyses to what extent there is a shift and the consequences that it has for the managers of agricultural businesses. Its impact on the availability of qualified agricultural workers is assessed in relation to the demographic change in the population. The studies reveal a strong dependence between business success and the ability of a farmer to act in an entrepreneurial manner, among other things caused by advancing structural change and increasingly liberalised agricultural markets. At the same time the farm managers remit is changing in line with economic growth and technical advances. Organisational and managerial tasks are growing in importance, while practical, hand-on tasks are relatively declining. The demands on farm managers increase as farms grow, greater technology is used and farms tend to specialise, and the requirements governing the qualification of permanently employed external workers also become stricter. It becomes clear that there are differences specific to particular regions and between individual farms when it comes to the professional qualifications of workers. In terms of the search for workers, there are particular problems today relating to the recruitment of specialist employees, while workers for simple auxiliary tasks are easier to find. Against the background of an emerging skills shortage, farm managers are called upon to analyse more closely their own management style and personnel management tools, such as non-material incentive systems, to offer their employees an attractive and pleasant long-term working environment. The second part of the thesis examines the challenges for rural cooperatives emanating from the structural change in agriculture. Cooperatives are the proven partners of agriculture, both in terms of the provision of equipment and the concentration and marketing of agricultural products, as well as the related improved market positioning of farmers. The thesis examines member management, in particular member retention, using the example of purchasing and sales cooperatives, as well as fruit and wine cooperatives, as there has been a sharp decrease in the number of members of the affected cooperatives in recent years. Strategies to improve the market position of rural cooperatives are also outlined. The rural cooperatives need to adopt an end-to-end well thought-out customer relationship management approach to counteract steadily falling numbers of members. Communication with members plays a key role in this. End-to-end and continuous communication with members improves the exchange of information and knowledge, encourages members to participate to a greater extent in the self-government of the cooperative and strengthens the overall emotional ties to cooperatives. Cooperation can be intensified, product quality improved and member retention positively influenced by means of contractual agreements, possibly in the form of cultivation and sales contracts between members and their cooperative. Against the background of growing farms and the related rising demands on the qualifications of farm managers, expanding the existing services offered provides another possible starting point for improving relationships with members. Expanding the services offered by the farm makes sense particularly in relation to advisory services in business administration, business management and production technology. To secure their market position, cooperatives can adapt to changing market conditions and gain a competitive edge by adopting a strategy of cost leadership, differentiation or niche marketing. The combined implementation of these strategies often happens in practice. Mergers represent another common strategy for improving market position. The history of mergers of fruit cooperatives in South Tyrol shows that the intensive involvement of members in the merger process is vital for its success. Structural change in German agriculture therefore not only has consequences for the farmer as an entrepreneur. Rural cooperatives also need to respond to changes in agricultural business structures by adopting adaptation strategies specifically matched to the particular cooperative. The size of the company is not decisive when it comes tor the success of managing a cooperative or a farm. The success of the business depends much more on the individual farm manager or director, who needs to be able to recognise new potential and business opportunities in a dynamically changing environment and implement innovations to ideally position the business within the competitive market.

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    Authors: Hailu, Teweldemedhn Gebretinsae;

    Ethiopia is a major beekeeping country located in northeast Africa where several evolutionary lineages of Apis mellifera contact. A unique practice of honey bee colony marketing which involves broad agro-ecological zones (AEZs) is a developing trend in the northern part of the country such as Tigray region in association with apicultural development. Several studies based on classical morphometry on the Ethiopian honey bee subspecies classification debated from the unique Apis mellifera simensis to five others. Moreover, the genetic diversity, adaptation, gene flow and inter-relationships of the honey bees between AEZs were not disentangled – a challenge for planning sustainable apicultural development and conservation. Therefore, this study was conducted to elucidate the honey bees of Ethiopia in a context of apicultural transformation using integrated methods: morphometrics, genetics, colony market survey and metadata analyses on beekeeping development. The results of geometric morphometric analyses confirmed that Ethiopian honey bees represented by Apis mellifera simensis references belong to a separate lineage (Y) compared to A, O, M and C, and the present sample belonged to Y. This supported the hypothesis of five major honey bee lineages of the honey bee Apis mellifera. Similarly, a maximum likelihood phylogenetic tree analysis based on the mitochondrial COI-COII showed that most of the Ethiopian honey bees belong to lineage Y. However, a substantial proportion of the samples from the northern part of the country clustered with lineage O, which support the hypothesis that there is close contact between Y and O. Both geometric morphometry and classical morphometry differentiated the Ethiopian honey bees from all references including A. m. monticola, A. m. scutellata, A. m. jementica, A. m. adansonii but grouped with A. m. simensis. Genetically, five DraI haplotypes (COI-COII) were found to be randomly distributed across AEZs, indicating a substantial gene flow. Consequently, the level of genetic differentiation among the Ethiopian honey bee subpopulations defined by local areas and AEZs was generally low based on r7-frag nuclear marker, which is identified to be associated with adaptation to habitat elevation in East African honey bees. Similarly, nucleotide diversity consistently decreased with increasing elevation – indicating a reduced effective population size in the highlands. Results obtained from colony market survey showed that the honey bee swarms are reproduced in a few highlands and re-distributed throughout the region. Colony buyers have preferences of color and AEZ of origin of the honey bees, which led to a one-way flow and eroded the overall level of genetic differentiation. However, a marked differentiation was detected between the highland and lowland honey bees in relic communities where an allelic length polymorphism was observed as a signature of local adaptation. Altogether, Ethiopian honey bees belong to the lineage Y and subspecies A. m. simensis, and are characterized by a high level of gene flow enhanced by colony marketing; but a conserved signature of local adaptation to higher elevations was identified in less disturbed communities. Further studies based on genome-wide analyses and field experiments, focusing on undisturbed communities, can provide more insights into adaptation, admixture and management implications. Sustainable bee breeding and extension services that enable local beekeeping without colony trade and transportation will help to promote apiculture and genetic conservation. Äthiopien ist ein Land mit vielfältigen Ökosystemen im Nordosten Afrikas, in denen viele evolutionäre Linien von Apis mellifera zusammenkommen. In der Region Tigray (im Norden von Äthiopien) werden Honigbienenvölker auf zentralen Märkten gehandelt. Mehrere Studien zur Klassifikation der Unterarten von äthiopischen Honigbienen auf der Grundlage der klassischen Morphometrie stellten unterschiedliche Hypothesen über die Anzahl dieser Unterarten auf. Darüber hinaus war der Mangel an Informationen über genetische Vielfalt, Anpassung und Genfluss eine Herausforderung für die Planung einer nachhaltigen Entwicklung der Imkerei. Ziel dieser Doktorarbeit war es, diese Honigbienen und den Handel mit ihnen auf der Grundlage von Morphometrie, Genetik und Marktuntersuchungsanalysen in einen Zusammenhang zu stellen. Die Ergebnisse bestätigten, dass äthiopische Honigbienen, die durch Apis mellifera simensis-Referenzen repräsentiert werden, von den Linien A, O, M und C morphologisch unterschieden werden können und zu der Linie Y gehören, was die Hypothese von fünf großen Honigbienen-Linien unterstützt. In ähnlicher Weise zeigte die mitochondriale COI-COII-Analyse, dass die meisten äthiopischen Honigbienen der Linie Y angehören. Ein erheblicher Anteil der Proben aus dem nördlichen Teil des Landes gruppierte sich jedoch mit der Linie O, was die Hypothese eines engen Kontaktes zwischen den Linien Y und O stützte. Hinsichtlich der Unterarten unterschieden die geometrische Morphometrie und die klassische Morphometrie die äthiopischen Honigbienen von allen Referenzen einschließlich A. m. monticola, A. m. scutellata, A. m. jementica, A. m. adansonii, aber gruppierten mit A. m. simensis. Genetisch wurden fünf DraI-Haplotypen identifiziert, die zufällig über die agro-ecological zones (AEZs) verteilt waren, was auf einen erheblichen Genfluss hinweist. Folglich war die genetische Differenzierung der äthiopischen Proben insgesamt gering. Die Abnahme der Nukleotiddiversität in den Subpopulationen von A. mellifera in höher gelegenen Habitaten deutet auf eine reduzierte effektive Populationsgröße im Hochland hin. Die Markterhebung ergab, dass sich die Honigbienenvölker in einigen Hochländern vermehren und durch die Vermarktung in der gesamten Region von Tigray verteilt werden. Eine Ursache hierfür ist, dass die Käufer die Farbe und die AEZ der Herkunft bevorzugen. Dies führte zu einem unidirektionalen Fluss von genetischem Material und verringert die genetische Differenzierung. In lokalen, ungestörten Gebieten konnte jedoch eine deutliche Differenzierung zwischen der Hochland- und der Tieflandhonigbiene festgestellt werden. Dabei wurde ein Allellängenpolymorphismus als Zeichen der lokalen Anpassung beobachtet. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass äthiopische Honigbienen der Linie Y und der Unterart A. m. simensis zugehörig sind. Ein hoher Genfluss zwischen Subpopulationen wird durch Koloniemarketing verstärkt; aber eine konservierte Signatur der lokalen Anpassung an höhere Lagen wurde in ungestörten Gebieten identifiziert. Weitere Forschungen auf der Grundlage genomweiter Analysen und Feldexperimente, die sich auf die ungestörten lokalen, Gebiete konzentrieren, können weitere Einblicke in Anpassung, Durchmischung und Management liefern. Nachhaltige Bienenzucht und Beratungsdienste, die eine lokale Imkerei ohne Völkerhandel ermöglichen, werden zur Förderung der Imkerei und der genetischen Erhaltung beitragen.

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    Authors: Franzisky, Bastian Leander;

    Soil salinity is a major challenge for agriculture, because most crop plants are sensitive to high salt concentrations in soil, an environment that results in reduced growth and yield. One major constraint imposed by salinity is the disruption of ion homeostasis attributable to the uptake competition of salts and nutrients and the accumulation of deleterious ions, which are toxic to plants at high concentrations. For a better understanding of ion-homeostasis-associated traits contributing to salt tolerance in salt-sensitive crops, such as Vicia faba and Zea mays, the capabilities of ion exclusion and tissue tolerance were assessed in diverse genotype selections under saline conditions. In addition, the impact of increased salt ion concentrations in leaves and in the apoplast on stomatal physiology and guard cell integrity was characterized in V. faba exposed to long term salinity in order to improve our knowledge of stomatal physiology and functioning under conditions of NaCl stress. The treatment of diverse V. faba varieties with 100 mM NaCl demonstrated that ion homeostasis-associated tolerance mechanisms are differentially managed for Na+ and Cl-. The longer-withstanding varieties were tolerant to the accumulation of Na+ suggesting that tolerance to Na+ predominantly occurred at the level of tissue tolerance after Na+ had entered the leaves. Conversely, tissue tolerance for Cl- was weak throughout all varieties suggesting that the tolerance to Cl- was facilitated instead by the restriction of the intrusion of Cl- into the plant’s shoots; this process might be crucial for the ability of V. faba to withstand NaCl salinity. The treatment of diverse Z. mays hybrids with mild and high doses of Cl- added to the soil revealed that most genotypes restricted Cl- root to shoot translocation. This suggests that Z. mays effectively prevents Cl- from entering the xylem and, thus, the acropetal transport of Cl-, thereby hindering harmful Cl- accumulations building up in the photosynthetically active leaf blades. A detailed analysis of guard cell physiology under long-term NaCl demonstrated that guard cell primary metabolism differentially responds to altered ion composition resulting from salt stress in comparison with whole leaf tissue in V. faba; such a differential response might be a prerequisite for the maintenance of guard cell functionality under conditions of stress, i.e. the adjustment of guard cell turgor that affects stomatal aperture and water loss. Moreover, the shift from a photoperiod dependent accumulation of sucrose in guard cells and the apoplast to a photoperiod independent under salinity suggests that a metabolic sucrose-mediated feedforward mechanism is involved in coordinating stomatal closure under conditions of long term NaCl and might be beneficial for reducing water loss under conditions of stress related carbon partitioning. In summary, this work shows that ion-homeostasis associated tolerance traits vary between crop species and that the differential metabolic acclimatisation of guard cells to disturbed ion homeostasis might represent an important aspect of tissue tolerance enabling the maintenance of stomatal regulation during long term salinity. Die Anreicherung von Salz in Ackerböden stellt eine große Herausforderung für die Landwirtschaft dar, da die wichtigsten Kulturpflanzen salzsensitiv sind und es folglich zu Ernteausfällen kommen kann. Eine Folge der Bodensalinität ist die Störung der Ionenhomöostase der Pflanze, die aus der Konkurrenz zwischen Salzionen und Nährstoffen um die Aufnahme sowie der Akkumulation von schädlichen Salzionen resultiert. Um das Wissen über Toleranzmechanismen von salzsensitiven Kulturpflanzen wie der Ackerbohne (Vicia faba L.) und Mais (Zea mays L.) zu erweitern, wurden die physiologischen Eigenschaften die Aufnahme von Salzionen in die Pflanze zu vermindern (Ionenexklusion) und hohe Salzkonzentrationen in pflanzlichem Gewebe zu tolerieren (Gewebetoleranz) in unterschiedlichen Genotypen beider Spezies untersucht. Des Weiteren wurde der Einfluss von erhöhten Salzkonzentrationen in Blättern und dem Apoplast auf die stomatäre Physiologie und Schließzellintegrität in V. faba unter Salzstress charakterisiert. Die Behandlung einer Auswahl von 13 Ackerbohnensorten mit der Zugabe von 100 mM NaCl zur hydroponischen Nährlösung bis nekrotische Flecken auf den Blättern auftraten zeigte, dass Ionenhomöostase assoziierten Toleranzmechanismen der Ackerbohne bezüglich der Salzionen Na+ und Cl- unterschiedlich gehandhabt werden. Die widerstandsfähigeren Sorten waren gegenüber der Akkumulation von Na+ tolerant, was darauf hindeutet, dass die Toleranz gegenüber Na+ vorwiegend in Form von Gewebetoleranz nach der Aufnahme in die Pflanze auftritt. Die Gewebetoleranz für Cl- war bei allen Sorten schwach ausgeprägt, was impliziert, dass die Toleranz gegenüber Cl- durch die Limitierung des Cl- Transports in den Pflanzenspross erreicht wird. In Übereinstimmung mit der postulierten Cl--Empfindlichkeit von Leguminosen, stellt die Translokation von Cl- zum Pflanzenspross in V. faba einen Schlüsselprozess für die Toleranz gegenüber salzhaltigen Böden dar. Die Behandlung einer Auswahl von 8 Mais-Hybriden mit niedriger und hoher Zugabe von Chlorid zum Boden (63.2 und 757.1 mg Cl- kg-1 Boden TM; gegeben als CaCl2) zeigte, dass die physiologische Reaktion auf Cl- im Vergleich zu equimolarer Zugabe von z.B. Na+ schwächer ausfiel. Außerdem zeigten die Profile der Cl--Verteilung in den Maispflanzen, dass die meisten Hybriden die Cl--Translokation aus der Wurzel in den Pflanzenspross limitierten. Dies deutet darauf hin, dass Mais den Cl--Transport in das Xylem effektiv beschränkt und somit den akropetalen Cl--Transport verringert, was einer der Photosynthese schädlichen Akkumulation von Cl- in Blattspreiten vorbeugt. Die Untersuchung der Schließzellphysiologie von V. faba unter Salzstress zeigte, dass der Primärstoffwechsel von Schließzellen im Vergleich zum Gesamtblatt unterschiedlich auf eine gestörte Ionenhomöostase reagiert. Dies könnte eine wichtige Voraussetzung für die Aufrechterhaltung der Schließzellfunktionalität unter Salzstress sein, welche eine konstante Anpassung des Schließzellturgors und damit der stomatäre Apertur ermöglicht. Darüber hinaus wurde unter Salzstress die Veränderung einer von der Fotoperiode abhängigen Saccharose Akkumulation in Schließzellen und dem Apoplast zu einer permanenten, von der Fotoperiode unabhängigen Saccharose Akkumulation beobachtet. Dies weist auf einen metabolischen, Saccharose vermittelten ‚feedforward‘ Mechanismus hin, welcher an der Koordinierung des stomatären Schlusses unter Salzstress beteiligt ist und somit zur Reduktion des Wasserverlustes beiträgt. Diese Arbeit zeigt, dass Ionen-Homöostase assoziierte Toleranzmerkmale zwischen der Ackerbohne und Mais variieren und dass die vom Mesophyll abweichende metabolische Akklimatisation von Schließzellen an eine durch Salzionen gestörte Ionenhomöostase einen wichtigen Aspekt der Gewebetoleranz darstellen könnte, welcher die Aufrechterhaltung der stomatären Regulation während andauerndem Salzstress begünstigt.

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    Authors: Kumar, Sandhya Sasi;

    Since its founding as a social welfare state, India has been meandering through “a life of contradictions” when it comes to social and economic equality. A potent indicator of this reality is the state of food and nutrition security across the country. India’s meager progress comes on the heels of rapid economic growth over the last two decades and a slew of public programs have attempted to address the multi-faceted nature of food and nutrition security. These efforts have included subsidized grains for households through the Targeted Public Distribution System (TPDS), village health, nutrition and education programming through the Integrated Child Development Services (ICDS), and Nutrition Rehabilitation Centers (NRCs) to treat cases of severe acute malnutrition (SAM). Though these programs have been scaled across the country, numerous governance challenges and institutional failures have persisted. The latest development in India’s food and nutrition policy landscape is the National Food Security Act (hereafter referred to as the Act) of 2013, which leverages existing national programs, including the TPDS and ICDS, to grant legal entitlements to nearly 70% of the total population. This Act was the fruit of a rights-based movement in India that demanded for over a decade to codify social and economic rights. However, the question arises as to whether this new Act been able to achieve its goal to ensure food and nutrition security by strengthening the governance of these programs? This is the central question of the present thesis. This thesis investigates how the Act has reformed the implementation of food and nutrition programs in the states of Jharkhand, Madhya Pradesh and the capital of New Delhi. The four key objectives of this study are to investigate 1) what changes are prescribed by the Act; 2) how effective these reforms have been in addressing persistent governance challenges; 3) what challenges remain and why; and 4) what strategies could be used to address these gaps. A qualitative case study approach was applied, which involved the following data collection methods: key informant and in-depth interviews, focus group discussions, participant observation, matrix ranking and process net-mapping, an innovative participatory tool that maps complex institutional processes and actors. This thesis is comprised of nine chapters. The first chapter introduces the puzzle of India’s nutritional status and explores why government efforts to tackle this problem have had tepid results. The second chapter presents the conceptual framework that defines governance challenges and an institutional framework of demand and supply side factors that contribute to effective policy and programming. Chapters three and four present an overview of the TPDS, ICDS and NRCs, and review the existing literature on the governance issues of these programs. Chapter 5 lays out the study design, methods and ethical protocols. Chapters six through eight explore each of the three programs and present key findings across the selected study sites. The last chapter presents cross-cutting conclusions for these programs in the wake of the Act and proposes a way forward to address institutional gaps in tackling food and nutrition security. Seit der Gründung des Wohlfahrtsstaates erlebt Indien eine Reihe von Widersprüchen, was die soziale und wirtschaftliche Gerechtigkeit des Landes angeht. Ein aussagekräftiger Indikator dieser Realität ist der Stand der Ernährungsicherheit im Land. Indiens dürftiger Fortschritt in der Ernährungssicherung folgt einer zwei Jahrzehnte andauernden Periode rasantem Wirtschaftswachstum, sowie einer Reihe von öffentlichen Programmen, die versuchen, die vielschichtigen Aspekte von Ernährung zu adressieren. Zu diesen Bemühungen gehören subventioniertes Getreide für Haushalte durch das gezielte öffentliche Vergabesystem TPDS, dörfliche Gesundheits-, Ernährungs- und Bildungsprogramme durch die Integrierten Dienstleistungen zur Entwicklung von Kindern ICDS und Rehabilitierungszentren für Fälle von schwerer akuter Mangelernährung (NRCs). Obwohl diese Programme auf ganz Indien ausgeweitet wurden, bestehen weiterhin institutionelle Mängel sowie zahlreiche Governance-Herausforderungen. Die jüngste Entwicklung in der Indischen Ernährungspolitik ist das Gesetz zur nationalen Ernährungssicherheit NFSA aus dem Jahr 2013. Das NFSA nutzt zwei bestehende nationale Programme, TPDS und ICDS, um fast 70% der Bevölkerung Rechtsansprüche zu gewähren. Dieses Gesetz war das Ergebnis einer größeren rechtebasierten Bewegung in Indien, die seit über einem Jahrzehnt das Ziel hat, soziale und wirtschaftliche Rechte zu kodifizieren. Es stellt sich die Frage, ob dieses neue Gesetz es ermöglicht hat, durch eine Stärkung der Governance der bestehenden Programme einen Lebenszyklusansatz in der Ernährungssicherung zu etablieren. Diese Doktorarbeit verwendet einen Ansatz vergleichender Fallstudien, um zu untersuchen, wie das NFSA die Umsetzung der Ernährungsprogramme in den Staaten Jharkhand, Madhya Pradesh und der Hauptstadt Neu Delhi reformiert hat. Die vier Hauptziele der Dissertation sind: 1) die Änderungen, die durch das NFSA vorgeschrieben wurden, zu beschreiben 2) die Effektivität dieser Reformen bei der Bewältigung von Governance-Herausforderungen zu erklären, 3) die weiterhin bestehenden Governanceprobleme und Gründe dafür zu erklären, und 4) Strategien zu erarbeiten, die zur Behebung dieser Defizite beitragen können. Diese vier Aspekte wurden untersucht mittels Befragung von Schlüsselpersonen, Tiefeninterviews, Fokusgruppendiskussionen, teilnehmender Beobachtung, Matrix-Ranking und Prozessnetzkartierung (process net-mapping), ein innovatives und partizipatives Instrument, das komplexe institutionelle Prozesse und Akteure abbildet. Die vorliegende Doktorarbeit besteht aus neun Kapiteln. Das erste Kapitel gibt eine Einleitung in die Rätselhaftigkeit der Ernährungslage in Indien, und warum staatliche Bemühungen dieses Problem anzugehen, nur dürftige Ergebnisse erzielt haben. Das zweite Kapitel stellt einen konzeptionellen Rahmen bezüglich Governance-Herausforderungen und einen institutionellen Rahmen bezüglich Nachfrage- und Angebotsfaktoren, die zu wirkungsvollen Politikmaßnahmen und Programmgestaltung beitragen, dar. Kapitel drei und vier geben einen Überblick über TPDS, ICDS und NRCs, und über die bestehende Literatur bezüglich der Governance-Herausforderungen dieser drei Programme. Kapitel fünf beschreibt das Studiendesign, die angewandten Methoden und die Forschungsprotokolle. Kapitel sechs bis acht untersuchen jeweils eins der drei Programme und erklären Schlüsselergebnisse über die drei ausgewählten Untersuchungsstandorte hinweg. Die Dissertation schließt mit einer übergreifenden Zusammenfassung für diese Programme vor dem Hintergrund des neuen Gesetzes und gibt wegweisende Vorschläge wie man diese institutionellen Defizite zur Verbesserung der Ernährungssicherheit adressiert.

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    Authors: Imran, Muhammad;

    Seed reserves are the primary source of mineral nutrients for early seedling development. ?Nutrient seed priming? is a technique in which seeds are soaked in nutrient solution and subsequently dried back to initial moisture content for storage. It is an efficient approach to increase seed nutrient contents along with priming effects to improve seed quality, germination speed and seedling establishment. Various abiotic stresses, such as sub-optimal temperature, drought, submergence and soil pH extremes can seriously affect seedling establishment and nutrient acquisition at early growth stages. This thesis focused on the role and contribution of nutrient seed priming in plant growth and nutritional status in maize and soybean under conditions of limited nutrient availability and low root-zone temperature. Protocols for nutrient seed priming with Zn, Mn, Zn+Mn, B and P were optimised for application in maize and soybean seeds (B and P priming in maize only). Optimum priming durations of 24 h (maize) and 12 h (soybean) were identified for both plant species but in instead of submerging seeds in priming solutions slow imbibition between filter papers was essential for soybean to minimise development of abnormal seedlings to avoid imbibition damage. Nutrient concentrations were calculated according to water uptake to double the natural seed reserves of the respective micronutrients and 50% increase in phosphorus. However, final uptake of the micronutrients was generally much higher (+500-1000%) while it was lower for P (+20%). In case of soybean this could be attributed to a high Zn and Mn binding capacity of the seed coat, which adsorbed up to 60% of the primed nutrients. Particularly, Zn and Zn+Mn priming stimulated plant growth in hydroponic culture systems and to a lower extent also on a soil with low availability of P, Zn and Fe. This was associated with a high shoot translocation of the primed nutrients (Zn and Mn), which was most expressed in the hydroponic culture system. Combined priming treatments with Zn and Mn were usually less effective than Zn priming alone, suggesting an antagonistic interaction. By contrast, mobility of primed B was extremely low and B priming was completely ineffective. In soil culture also P priming moderately increased shoot biomass production by 10-20 %. However the efficiency of P priming was largely limited by the high P demand of the plants. Low root zone temperature (RZT) at early spring is a limiting factor for maize production in Central and Northern Europe. Nutrient acquisition, nutrient uptake and particularly root growth are severely affected at low RZT and the consequences of these growth depressions are often not completely compensated until final harvest. Model experiments in hydroponics and soil culture revealed that maize nutrient seed priming with Zn, Mn and Fe is a promising strategy to diminish the deficiency of specific nutrients, such as Zn, Mn and also P and to maintain plant growth under low RZT stress. This was mainly attributed to significantly increased root growth and particularly fine root production in plants grown from nutrient-primed seeds. Improved net photosynthesis of primed plants was mainly related with increased leaf area and preliminary results suggest a higher tolerance to oxidative damage due to increased production of protective phenolics. Two independent field experiments under conditions of suboptimal temperatures during germination and early growth revealed an increase in grain yield of 10 ? 15 % for plants derived from Zn+Mn and Fe primed seeds. This finding demonstrates long-lasting persistence of priming effects. The molecular and physiological mechanisms behind require further investigation. Samenreserven sind die primäre Quelle für die Mineralstoffversorgung während der frühen Keimlingsentwicklung. Nährstoffpriming ist ein methodischer Ansatz, bei dem Saatgut in Mineralstofflösungen vorgequollen und anschließend zur weiteren Lagerung auf Ausgangsfeuchte zurückgetrocknet wird. Hierdurch ist es möglich, neben vorquellungsbedingten Primingeffekten auch die Mineralstoffreserven zur Verbesserung der Saatgutqualität zu erhöhen sowie die Auflauf-Geschwindigkeit und die Keimlingsentwicklung zu verbessern, die durch verschiedenste Stressfaktoren, wie suboptimale Temperaturbedingungen, Trockenheit, Staunässe und pH-Extreme beeinträchtigt werden kann. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Wirkung von Nährstoffpriming auf das Wachstum und den Ernährungsstatus von Mais und Soja unter Bedingungen eingeschränkter Nährstoffverfügbarkeit und niedriger Wurzelraumtemperatur. Für die Saatgutapplikation von Zink (Zn), Mangan (Mn), Mn+Zn, Bor (B), Eisen (Fe) und Phosphat (P) bei Mais und Soja wurden Primingprotokolle entwickelt. Bei beiden Pflanzenarten ergab sich eine optimale Behandlungsdauer von 24 h. Jedoch war es notwendig, das Soja-Saatgut anstelle von submerser Inkubation in den Nährlösungen, langsam in Nährlösungsgetränktem Filterpapier einzuquellen, um die Entwicklung abnormaler Keimlinge aufgrund von Quellungsschäden zu vermeiden. Anhand der Wasseraufnahme der Keinlinge wurden die Nährlösungskonzentrationen so berechnet, das sich nach Einquellen eine Verdopplung der natürlichen Mineralstoffreserven im Samen ergeben sollte. Jedoch wurden für die Mikronährstoffe erheblich höhere Aufnahmeraten gemessen (+500 - 1000%), während die Aufnahme von P geringer war (+ 20%). Bei Soja konnte gezeigt werden, das die erhöhten Mikronährstoffgehalte auf eine hohe Bindungskapazität der Zwei unabhängige Feldversuche bei suboptimaler Temperatur während der Keimphase und des Jugendwachstums ergaben Kornertragssteigerungen von 10-15 % bei Mais nach Saatgutpriming mit Zn+Mn oder Fe. Diese Ergebnisse belegen die Langzeitwirkung der Primingeffekte. Die molekularen und physiologischen Grundlagen erfordern allerdings noch weitere Untersuchungen.

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    Authors: Strigens, Alexander Carl Georg;

    Since the introduction of maize into Europe, open-pollinated varieties of flint maize were cultivated across the continent. Natural selection promoted adaptation to the climatic conditions prevailing in the different regions. With the advent of hybrid breeding in Europe during the 1950’s, some of the genes responsible for the specific adaptations of the landraces to abiotic and biotic stress were captured in the first developed inbred lines, but most of their genetic diversity is still untapped. Development of inbred lines out of this material by recurrent selfing is very tedious due to strong inbreeding depression. In contrast, the doubled-haploid (DH) technology allows producing fully homozygous lines out of landraces in only one step. This allows their precise characterization in replicated trials and identification of new genes by genome wide association (GWA) mapping. In this study we genotyped a set of 132 DH lines derived from European Flint landraces and 364 elite European flint (EU-F), European dent (EU-D) and North-American dent (NA-D) inbred lines with 56,110 single nucleotide polymorphism (SNP) markers. The lines were evaluated in field trials for morphologic and agronomic traits and GWA mapping was performed to identify underlying quantitative trait loci (QTL). In particular, our objectives were to (1) develop a robust method for quantifying early growth with a non-destructive remote-sensing platform, (2) evaluate the importance of early growth performance of inbred lines with regard to their testcross performance, (3) determine the potential of GWA mapping to identify genes underlying early growth and cold tolerance related traits, (4) evaluate the phenotypic and genotypic diversity recovered in the DH lines derived from the landraces, (5) estimate the effect of the DH method on the recovered genetic diversity, (6) identify new genes by GWA mapping in the DH lines derived from landraces, and (8) discuss the potential of DH lines derived from landraces to improve the genetic diversity and performance of elite maize germplasm. A phenotyping platform using spectral reflectance and light curtains was used to perform repeated measurements of biomass and estimate relative growth rates (RGR) of the DH and inbred lines, as well as of two testcrosses of 300 dent inbred lines. The DH lines derived from the landraces Schindelmeiser and Gelber Badischer had the highest RGR followed by EU-F lines, DH lines derived from Bugard, EU-D lines and, finally, NA-D lines. For inbred lines, whole plant dry matter yield (DMY) was positively correlated with RGR (r = 0.49), whereas this relation was weaker in the testcrosses (r = 0.29). RGR of the inbred lines correlated with RGR of their testcrosses (r = 0.42), but it had no influence on testcross DMY. A set of 375 EU-F, EU-D and NA-D lines were further evaluated in growth chambers under chilling (16/13°C) and optimal (27/25°C) temperatures. Photosynthetic and early growth performance were estimated for each treatment and an adaptation index (AI) built as the chilling to optimal performance ratio. Nineteen QTL were identified by GWA mapping for trait performance and AI. Candidate genes involved in ethylene signaling, brassinolide, and lignin biosynthesis were found in their vicinity. Several QTL for photosynthetic performance co-located with previously reported QTL and the QTL identified for shoot dry wieght under optimal conditions co-located with a QTL for RGR. Comparison of the DH lines derived from landraces with the EU-F lines showed that genotypic variances in single DH populations were greater than in the EU-F breeding population. A high average genetic distance among the DH lines derived from the same landrace as well as a rapid decay of linkage disequilibrium suggests a high effective population size of the landraces. Because no systematic phenotypic differences were observed between the landraces and synthetic landraces obtained by intermating the corresponding DH lines, the expected purge of lethal recessive alleles during the DH production did neither improve grain yield performance nor affect the recovered genetic diversity. Performing GWA in the DH lines derived from landraces as well as the EU-F, and EU-D lines allowed the identification of 49 QTL for 27 traits. A larger set of DH lines derived from more landraces might solve problems arising from population structure and allow a much higher power for the detection of new alleles. In conclusion, the introgression of DH lines derived from landraces into the elite breeding material would strongly broaden its genetic base. However, grain yield performance was 22% higher in EU-F lines than in the DH lines derived from landraces. Selection of the best DH lines would allow partially bridging this yield gap and marker-assisted selection may allow introgression of positive QTL without introducing negative features by linkage drag. Seit der Einfuhr von Mais aus der „neuen“ Welt nach Europa, wurden offen abblühende Flint-Mais Populationen auf dem gesamten Kontinent angebaut. Durch natürliche Selektion passten sich diese Landsorten an die Klimate des Kontinents an. In den Anfängen der Hybridzüchtung wurden Gene und Allele, die für diese spezifische Anpassung an biotische und abiotische Stressfaktoren verantwortlich sind, in den ersten Inzuchtlinien nur teilweise fixiert. Der Grossteil der genetischen Vielfalt der Landsorten blieb jedoch ungenutzt, da die Entwicklung von Inzuchtlinien aus diesem Material wegen besonders starker Inzuchtdepression sehr mühsam ist. Demgegenüber erlaubt es die seit etwa 10 Jahre eingesetzte Methode der Erzeugung von Doppel-Haploiden (DH), vollständig homozygote Linien aus Landsorten in einem einzigen Schritt zu entwickeln. Diese DH-Linien können in wiederholten Feldversuchen sehr präzise evaluiert werden. Dies vereinfacht die Kartierung von Genen mithilfe der Genom-weiten Assoziations-Kartierung (GWA) enorm. In der vorliegenden Studie wurden 132 DH-Linien aus europäischen Landsorten, 364 Inzucht-linien aus Nordamerikanischem Dent (NA-D), europäischem Flint (EU-F) und europäischem Dent (EU-D) Zuchtmaterial mit 56110 genetischen Markern genotypisiert. Agronomische Eigenschaften der DH-Linien und Elite-Inzuchtlinien wurden in Feldversuchen evaluiert und mittels GWA kartiert, um vorteilhafte Gene zu identifizieren. Zu unseren Zielen gehörten insbesondere (1) die Entwicklung einer robusten, nicht-destruktiven Methode zur Erfassung der Jugendentwicklung mittels Sensoren, (2) die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Jugendentwicklung der Linien per se und deren Testkreuzungen, (3) die Erforschung von GWA zur Identifikation von Kühletoleranz- und Jugendentwicklungs-Genen in Elite-Inzuchtlinien, (4) die Evaluierung der aus den Landsorten mittels der DH-Methode geborgene phänotypische und genetische Vielfalt, (5) die Abschätzung eines möglichen Einfluss der DH-Methode auf der genetischen Vielfalt der DH-Linien, (6) die Entdeckung neuer Gene in den DH-Linien aus Landsorten mittels GWA, und (7) die Ermittlung des Potentials von DH-Linien aus Landsorten, um die Leistung und genetische Diversität des modernen Zuchtmaterials zu verbessern. Die Biomasse und relative Wachstumsrate (RGR) der DH-Linien und Elite-Inzuchtlinien sowie je zwei Testkreuzungen von 300 Dent Inzuchtlinien wurden mit Lichtschranken und spektraler Reflektion geschätzt. Die DH-Linien aus den Landsorten Schindelmeiser und Gelber Badischer wiesen die höchste RGR auf, gefolgt von EU-F Linien, DH-Linien aus Bugard, EU-D Linien und zuletzt NA-D Linien. Die Gesamttrockenmasse der Linien war mit deren RGR positiv korreliert (r = 0.49), während diese Korrelationen für die Testkreuzungen schwächer ausfiel (r = 0.29). Die RGR der Linien korrelierte mit der RGR der Testkreuzungen (r = 0.42), hatte jedoch keinen Einfluss auf deren Gesamttrockenmasse. Ein Satz von 375 EU-F, EU-D und NA-D Linien wurde unter kühlen (16/13°C) und optimalen (27/25°C) Temperaturen in Klimakammern untersucht. Die photosynthetische Leistung und die Jugendentwicklung wurden für jedes Verfahren gemessen. Aus dem Verhältnis der Leistungen unter kühlen und optimalen Bedingungen wurde ein Adaptations-Index (AI) berechnet. Neunzehn Genorte (QTL) wurden für verschiedene Merkmale und deren AI mittels GWA identifiziert. Gene mit Beteiligung in der Äthylen-Signalkette, Brassinolid- und Lignin-Biosynthese wurden als Kandidaten identifiziert. Mehrere QTL für photosynthetische Leistung co-lokalisierten mit bereits beschriebenen QTL. Der Vergleich der genetischen Varianzen zeigte, dass diese innerhalb der einzelnen Landsorten grösser ist als innerhalb des EU-F Zuchtmaterials. Sowohl die hohe mittlere genetische Distanz zwischen den DH-Linien einer Landsorte, als auch das rasch abfallende Kopplungs-ungleichgewicht innerhalb der Landsorten deuten auf eine grosse Effektive Populationsgrösse hin. Die erwartete Eliminierung von rezessiven letalen Allelen durch die DH-Methode konnte den Ertrag synthetischer Landsorten nicht erhöhen und hatte auch keinen grossen Einfluss auf die genetische Diversität. Mittels GWA Analyse in den DH-Linien aus Landsorten und in Elite-Inzuchtlinien konnten 49 QTL für 27 Merkmale kartiert werden. Eine grössere Anzahl von DH-Linien aus Landsorten würde es erlauben, die durch Populationsstruktur verursachten Artefakte zu beseitigen und somit die Wahrscheinlichkeit, neue Allele zu entdecken, stark erhöhen. Zusammengefasst kann die genetische Diversität des Zuchtmaterials durch die Einkreuzung von DH-Linien aus Landsorten stark erhöht werden. Der grosse Abstand zwischen der Leistung des Zuchtmaterials und den DH-Linien aus Landsorten (22%) kann durch Selektion der besten DH-Linien teilweise ausgeglichen werden. Marker-gestützte Selektion könnte das Einkreuzen von positiven QTL ohne Introgression von unerwünschten negativen Eigenschaften erleichtern.

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    Authors: Herr, Christina;

    In a time of climate change and against the background of intensive animal husbandry and biogas production in Germany, strategies for mitigation of greenhouse gas (GHG) release and Nitrogen (N) losses from silage maize production become increasingly important, especially for organic fertilizers. Consequently, the main objective of this study was to determine the height of GHG release from silage maize production on a medium textured soil which is typical for this region in Southwest Germany and to evaluate useful fertilization opportunities to mitigate carbon dioxide (CO2) footprint per yield unit. To identify management factors improving GHG budget from silage maize, annual nitrous oxide (N2O) and methane (CH4) measurements were carried out during maize growth and subsequent black fallow at least weekly. Investigations were conducted over two years on two adjacent fields (one for each study year). Amounts of ammonia (NH3) volatilizations after fertilization and nitrate (NO3-) leaching losses were also included in GHG balances. In dependence on available data, determined or estimated values were used. Additionally, yield and N removal from maize plants were quantified. The basic treatments of this study which investigated impact of fertilizer form and application techniques, were an unfertilized control (CON), a mineral fertilization (MIN), a banded cattle slurry application by trailing hose and subsequent incorporation (INC) and a cattle slurry injection (INJ). As confirmed repeatedly, in contrast to broadcast slurry incorporation, slurry injection efficiently reduced the risk of NH3 losses by direct slurry placement into the soil, but simultaneously provoked N2O formation more strongly, probably due to the anaerobic conditions in the injection slot favoring denitrification. For reducing N2O release from slurry injection, the applicability of six single or combined nitrification inhibitors (NIs) concerning potential GHG reduction were investigated. This N2O reduction should be reached through the desynchronized availability of carbon (C) and NO3-, derived from nitrified slurry ammonium (NH4+). Thus, in the period after slurry application, N2O losses from denitrification as well as from nitrification should be reduced through NIs. For final evaluation, collection of measured and estimated data (including direct and indirect N2O losses (NH3, NO3-), CH4 budget, pre-chain emissions from mineral fertilizer and fuel consumption) were converted into CO2 equivalents and summarized as area- or yield-related GHG balances. Except for one of the INJ treatments with NI (exclusively investigated in the first year) and one INC treatment with NI (exclusively investigated in the second year), all remaining treatments were tested in both experimental years. The height of NH3 emissions from INC treatment (12-23 % of applied NH4+-N) was more weather-dependent than those from INJ treatment (12-15 % of applied NH4+-N). In mean over both years, cumulative N2O emission from INJ treatment (13.8 kg N2O-N ha-1 yr-1), was significantly higher than from CON, MIN, and INC which recorded 2.8, 4.7, and 4.4 kg N2O-N ha-1 yr-1. NIs decreased the fertilization-induced N2O emissions from injection by 36 % (mean over all NIs and years) by an order of magnitude comparable to slurry incorporation. The NIs investigated tended to be categorized in inhibitors with prior and delayed inhibitory maximum. Whether low persistence, or poor biological degradability was an advantage, depended on environmental conditions. A combination of two NIs, one with putative prior and one with delayed release behavior reached the highest N2O reduction. In the additional INC treatment, this NI combination tended to reduce annual N2O release by 20 % in comparison to incorporation without inhibitor. Beside the potential of reducing fertilization-induced N2O emissions, NIs might also help to improve CH4 budgets in silage maize production. In general, CON, MIN and INC were net CH4 sinks in both years with mean uptakes of 460, 127, and 793 g CH4-C ha-1 yr-1, respectively. Conversely, slurry injection resulted in net CH4 emissions of 3144 g CH4-C ha-1 yr-1 (mean over both years). However, NIs tended to reduce CH4 emissions from injection by around 48 % and increased CH4 consumption from slurry incorporation by 20 %. Across all treatments and years, direct N2O emissions were the major contributor to total GHG balance. Yield-related GHG budgets from both years were lowest for CON, followed by INC or MIN treatment and significantly highest for sole slurry injection. NIs decreased fertilization-induced GHG release from injection in mean over both years by order of magnitude comparable with slurry incorporation. Consequently, alongside slurry incorporation and broadcast mineral fertilization, slurry injection combined with recommended NIs was evaluated as an equally appropriate fertilization strategy in terms of the atmospheric burden for livestock farmers. In Zeiten des Klimawandels und vor dem Hintergrund intensiver Tierhaltung und Biogasproduktion in Deutschland gewinnen Treibhausgas (THG)-Emissionen und Stickstoff (N)-Verluste in der Silomaisproduktion, insbesondere beim Einsatz organischer Düngemittel zunehmend an Bedeutung. Ziel dieser Studie war es daher, den THG-Ausstoß für die Silomaisproduktion in einer Region Südwestdeutschlands auf einem für diese Region typischen mittelschweren Boden zu quantifizieren und anhand unterschiedlicher Düngungsstrategien klimafreundliche Methoden mit möglichst geringem CO2-Fußabdruck herauszustellen. Zur Quantifizierung der THG-Bilanzen von Silomais mit unterschiedlichen Reduktionsansätzen, wurden durchgehend über zwei Jahre hinweg mindestens einmal wöchentlich Lachgas (N2O)- und Methan (CH4)-Flüsse gemessen. Zudem wurden indirekte N2O Emissionen (Ammoniak (NH3), Nitrat (NO3-)) erfasst oder geschätzt sowie Silomaiserträge und N-Abfuhren ermittelt. Jedes der beiden Versuchsjahre beinhaltete folgende Basis-Behandlungen: ungedüngte Kontrolle (CON), mineralische Düngung (MIN), Rindergülleapplikation mittels Schleppschlauch und anschließender Einarbeitung (INC) und Rindergülleinjektion (INJ). Im Gegensatz zur oberflächigen Gülleapplikation mit breitflächiger Einarbeitung ist die Gülleinjektion dafür bekannt, NH3-Verluste durch die direkte Platzierung in den Boden effektiver zu mindern, im Gegenzug allerdings die N2O-Bildung zu erhöhen. Um die vermehrte N2O-Produktion dieser Applikationstechnik zu vermindern, wurde der Einsatz sechs verschiedener Nitrifikationsinhibitoren (NIs) zur strategischen THG-Minderung zusätzlich untersucht. Abgesehen von einer INJ-Variante mit NI, die im zweiten Jahr durch eine zusätzliche INC-Variante mit NI ersetzt wurde, wurden alle übrigen Behandlungen in beiden Jahren untersucht. Für die abschließende Bewertung der getesteten Düngungsstrategien wurden die zur THG-Bilanz beitragenden Posten in CO2-Äquivalente umgewandelt und auf Flächen- oder Ertragseinheiten bezogen. Hierbei wurden direkte und indirekte N2O-Emissionen (NH3, NO3-), CH4-Budget, Vorketten-Emissionen für die Mineraldüngerbereitstellung und der Dieselverbrauch für Feldmaßnahmen berücksichtigt. Die Höhe der NH3-Emissionen der INC-Behandlung (12-23 % des gedüngten NH4+-N) war stärker von den Witterungsverhältnissen abhängig als die der INJ-Behandlung (12-15 % des gedüngten NH4+-N). Kumulative N2O-Emissionen der Gülleinjektion betrugen im Mittel über beide Jahre 13.8 kg N2O-N ha-1 Jahr-1 und lagen damit signifikant über dem Mittel der CON-, MIN-, oder INC-Behandlung, die Emissionen in Höhe von 2.8, 4.7 und 4.4 kg N2O-N ha-1 Jahr-1 verzeichneten. Der Einsatz von NIs reduzierte die jährlichen N2O-Emissionen der Gülleinjektion im Durchschnitt über alle NIs und Jahre um 36 % und machte die Gülleinjektion mit der INC-Behandlung somit vergleichbar. Innerhalb dieser Studie konnten die verwendeten NIs tendenziell in zwei Gruppen eingeteilt werden. Eine Gruppe mit vermeintlich geringerer Persistenz und früherem Inhibierungsmaximum im Boden und eine Gruppe, deren Substanzen ihre volle Wirkung erst zu einem späteren Zeitpunkt entfalteten. Welche Gruppe eine vermeintlich höhere Inhibierungswirkung aufwies, hing stark von den Umweltbedingungen des jeweiligen Versuchsjahres ab. Die INJ-Variante, die sowohl ein NI mit früherem und späterem Inhibierungsmaximum enthielt, verzeichnete tendenziell das höchste N2O-Reduktionspotential. Für die zusätzliche INC-Behandlung mit NI, wurde ebenfalls diese Wirkstoffkombination angewendet, sie erzielte eine N2O-Reduktion von 20 % im Vergleich zur Gülleeinarbeitung ohne Hemmstoff. Der Einsatz von NIs stellte sich auch für das CH4-Budget als vorteilhaft heraus. Die Behandlungen CON, MIN und INC zeigten in beiden Jahren eine Netto-CH4-Aufnahme mit durchschnittlich 460, 127 und 793 g CH4-C ha-1 Jahr-1. Im Gegensatz dazu führte eine Gülleinjektion in beiden Jahren zu Netto-CH4-Emissionen mit durchschnittlich 3144 g CH4-C ha-1 Jahr-1. Der Einsatz von NIs reduzierte die Höhe dieser CH4-Emissionen allerdings um rund die Hälfte. Außerdem führte eine inhibierte Nitrifikation bei breitflächiger Gülleeinarbeitung tendenziell zur Erhöhung der CH4-Aufnahme um 20 %. Die direkten N2O-Emissionen hatten, unabhängig von Behandlung oder Jahr, den größten Anteil an der THG-Bilanz. Die geringste ertragsbezogene THG-Bilanz ergab sich für die Variante CON, gefolgt von INC oder MIN, die höchste ergab sich für die INJ-Variante. Allerdings konnten die rein auf die Düngungsmaßnahme bezogenen THG-Emissionen der Gülleinjektion durch den Einsatz von NIs im Mittel über beide Jahre auf ein THG-Niveau abgesenkt werden, das mit der breitflächigen Gülleeinarbeitung vergleichbar war. Somit stellte sich neben einer mineralischen oder oberflächigen Gülleapplikation mit möglichst zeitnaher Einarbeitung, auch die Gülleinjektion als vergleichsweise THG-freundliche Applikationstechnik heraus, vorausgesetzt einer der empfohlenen NIs wurde vorab zugegeben.

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    Authors: Lindner, Jonas Philipp;

    Die anaerobe mikrobielle Konversion von Biomasse zu Biogas erfolgt über mehrere Prozessschritte, die aufgrund der beteiligten Mikroorganismen zur primären Gärung, sekundären Gärung und Methanbildung zusammengefasst werden können. Im Gegensatz zu einstufigen Verfahren soll in zweistufigen Biogasprozessen die primäre Gärung und die Methanogenese räumlich getrennt ablaufen, um den unterschiedlichen Milieuanforderungen der beteiligten Mikroorganismen besser entsprechen zu können. Für diese zweistufige Biogasproduktion sind in der Literatur viele verschiedene Kombinationen an Reaktortypen beschrieben. Die hauptsächlich für die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen eingesetzten, diskontinuierlich betriebenen Perkolationsreaktoren haben den Nachteil, dass im Prozessablauf der pH-Wert nicht reguliert werden kann und somit keine konstante Säure- und Gasbildung möglich ist. Daneben werden geregelt wird. Im Rahmen dieser Arbeit wurde an der Landesanstalt für Agrartechnik und Bioenergie ein vollständig automatisiertes, kontinuierliches, zweistufiges Verfahren entwickelt und im Labormaßstab aufgebaut. Bei diesem Verfahren wurde ein Rührkesselreaktor mit integrierter Filtration zur Fest-Flüssigtrennung mit einem Anaerobfilter kombiniert. Der pH-Wert der ersten Prozessstufe konnte über die Rückführung von basischem Effluent aus dem Anaerobfilter reguliert werden. Um diese neu entwickelte Regulierung des pH-Wertes zu überprüfen und zu optimieren, wurde untersucht, (I) welcher Einfluss von den Substrateigenschaften auf den Abbaugrad und den Biogasertrag der zugeführten Biomasse ausgeht, (II) welcher pH-Wert in der ersten Prozessstufe einen optimalen Aufschluss der Biomasse ermöglicht, (III) ob durch eine kombinierte mechanisch/enzymatische Aufbereitung der Gärreste und deren Rückführung in den Prozess eine Steigerung des Gesamtmethanertrages der Biomasse erreicht werden kann. Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass eine pH-Wert-Regulierung in der primären Gärung mittels einer Rückführung von basischem Effluent aus dem Anaerobfilter ohne Einsatz von Additiven mit einer sehr hohen Präzision möglich ist. Durch diese pH-Wert-Regulierung konnte eine konstante Säure- und Gasbildung erzielt werden. Die Untersuchungen zum Einfluss des pH-Wertes auf den Abbaugrad von lignocellulosehaltigen Substraten zeigten ein Optimum, wie in der Literatur beschrieben, bei pH-Werten zwischen 7 und 8. Bei einem pH-Wert von 5,75 wurde im Vergleich zu den ermittelten Gasertragspotenzialen der Substrate im zweistufigen System eine Methanausbeute erzielt, die bei dem Substrat „Heu/Stroh“ um -70,6 % und bei dem Substrat „Maissilage“ um -31,3 % geringer ist. Im Gegensatz dazu konnte bei zuckerhaltigen Substraten kein Unterschied zwischen dem Batchtest und dem zweistufigen System ermittelt werden. Die Aufbereitung der Gärreste mittels der Kugelmühle zeigte keine Verluste an leicht flüchtigen Substanzen durch eine Erwärmung. Durch die mechanische Aufbereitung konnte eine Steigerung des spezifischen Methanertrages um 9 % bei der Aufbereitung des „Maissilage“ Gärrestes und um 17 % bei der Aufbereitung des „Heu/Stroh“ Gärrestes aus der zweistufigen Anlage erreicht werden. Bei der Aufbereitung des Gärrestes der Praxisanlage konnte eine Verdreifachung des spezifischen Methanertrages auf einem sehr geringen Niveau ermittelt werden. Die kombinierte mechanische/enzymatische Aufbereitung mit dem aeroben Pilz „lentinula edodes“ führt bei dem „Heu/Stroh“ Gärrest zu Verlusten der organischen Trockenmasse zwischen 58,2 % und 86,4 % und bei dem Gärrest der Praxisanlage zwischen 10,8 % und 18,4 %. Außerdem konnte bei dem „Heu/Stroh“ Gärrest ein Anstieg des Ligningehaltes ermittelt werden. Bei den Gärresten der zweistufigen Anlage führte die kombinierte mechanisch/enzymatische Aufbereitung zu einem Verlust der Methanausbeute von bis zu 86,4 %. Im Gegensatz dazu zeigte der Gärrest der Praxisanlage einen Anstieg der Methanbildung um 134,5 %. Die Untersuchungen belegen, dass der Einsatz von zweistufigen Systemen im Sinne der „klassischen“ Biogasproduktion nur für leicht abbaubare Stoffe vorteilhaft ist. Wird auf eine Trennung der Milieubedingungen verzichtet, ist die Reaktorkaskade aus Rührkesselreaktor und Anaerobfilter aufgrund der Flexibilität, Prozessstabilität und hohen Belastbarkeit sehr gut zur Verwertung von Bioabfällen mit wechselnden Zusammensetzungen geeignet. Zudem konnten wesentliche Grundlagen für den Einsatz von innovativen Fermentationsverfahren, wie z.B. der Druckfermentation, gelegt werden. Die kombinierte mechanisch/enzymatische Aufbereitung scheint sowohl für die einstufige als auch für die zweistufige Biogasproduktion eine sinnvolle Alternative zur klassischen Substrataufbereitung zu sein und sollte in weiteren Projekten untersucht werden. The microbial conversion of biomass into biogas generally comprises several steps. These steps, are divided in accordance to the involved microorganisms and are often referred to as primary fermentation, secondary fermentation and methane formation. In contrast to single-stage, two-stage biogas system performs primary fermentation spatially separated from the methanogenesis in order to provide optimal milieu conditions for each group of microorganisms. There are many different reactor settings outlined in scientific literature for two-stage biogas production. For the digestion of energy crops or biowaste, discontinuously charged leach-bed reactors are often combined with anaerobic filters. The main disadvantage of this setup is the impossibility of regulating the pH-value in the first step, thus leading to fluctuating acid and gas production rates. To avoid this, new approaches aim to use continuous flow stirred-tank reactors for the process of primary fermentation, using chemical additives for the pH regulation. In the framework of this research, a process automation for a continuous two-stage system was developed and implemented in two lab scale plants at the State Institute of Agricultural Engineering and Bioenergy. Each laboratory plant comprised of a continuous stirred-tank reactor with an integrated filtration for solid-liquid separation and an anaerobic filter. In the primary fermentation stage, the adjustment of the pH-value was made by an indicatorbased return of alkaline effluent from the anaerobic filter. In order to evaluate and optimize the newly developed and completely automated pH-regulation system, this study investigated the (I) influence of the substrate characteristics on the degree of degradation and the biogas yields, (II) optimal pH-value for biomass degradation in the primary fermentation and (III) the possibility of enhancing methane yields by combined mechanical and enzymatic treatment of digestates with a subsequent refeeding into the process. The results of the investigations clearly showed the suitability of the system for a highprecision pH-regulation in primary fermentation for the tested pH-values 5.5, 6.0, 7.0 and 7.5. This unique technique enabled the continuous formation of organic acids and biogenic gases. Hay/straw, maize silage and sugar beet silage were digested at a pH-value of 5.75 in order to investigate the influence of different substrates on the two-stage system performance. Compared to the determined potential biogas yields, the recorded methane yields were 70.6 % lower for the hay/straw substrate and 31.3 % lower for maize silage in the two-stage system. Contrary to this, for sugar beet silage no difference in the gas yields between the batchtest and the two-stage system could be detected. Further investigations on the influence of pH-value on the degradation rate of lignocellulosic substrates showed an optimum pH between 7 and 8. The mechanical treatment of the digestates with the ball mill exhibited no losses of volatile solids through warming. The application of this procedure enhanced the specific methane yield from 9 to 17 % for maize silage digestate and hay/straw digestate respectively from the described laboratory plant. The treatment of the digestate obtained from a full-scale plant permitted a triplication of the specific methane yield at very low level. The combined mechanical and enzymatic treatment through the aerobic fungi “lentinula edodes” resulted in losses of volatile solids between 58.2 and 86.4 % for the hay/straw digestate and between 10.8 and 18.4 % for the substrate from the full-scale biogas plant depending on the incubation time. Furthermore, the investigations determined an increase in the lignin content of the hay/straw digestate by the combined treatment. Overall, using the digestate of the two-stage system, the mechanical/enzymatic treatment attributed to a methane yield loss by 86.4 %. In contrast, an increase of methane production by 134.5 % was observed with the full-scale digestates. This study has revealed that two-stage biogas systems are favorable only for easily degradable substrates. The phase separation was not beneficial for fiber rich substrates. Based on the results, a reactor cascade consisting of a continuous stirred-tank reactor and an anaerobic filter with similar milieu conditions seems to be well suited for the digestion of organic wastes. Due to the extraordinary high process stability, flexibility and high load capacity this system is very suitable for the treatment of substrates with extremely varying compositions. Moreover, within the study essential basics for the application of innovative fermentation procedures (e.g. pressure fermentation) were investigated. The combined mechanical and enzymatic treatment of digestates seems to be an interesting alternative to the established substrate pretreatment systems and it can be recommended also for single-stage biogas plants.

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    Authors: Herrera Sabillon, Beatriz Soledad;

    While there is a consensus between researchers, decision makers and consumers that an operationalization of the concept of sustainability is necessary, there exist huge disagreements on how to transform the multidimensional concept of sustainability into usable metrics. Due to the multiple actors involved, diverse objectives and complex interactions, the selection of metrics to be monitored is expected to be science-based, but also relevant to the main concerns of the stakeholders. This dissertation address these gaps investigating stakeholders’ arguments about the suitability of a set of sustainability indicators in an accountancy agricultural information system for policy evaluation. The research is framed in the FP7 EU-Project Farm Level Indicators for New Topics in Policy Evaluation (FLINT). The thesis pursues two objectives: i)to elicit stakeholders’ perceptions about the adoption of sustainability indicators into an established farm accountancy data system and ii)to contribute to assess the usefulness of collecting indicators of social sustainability at farm-level. The first objective is reached by exploring the Farm Accountancy Data Network (FADN) stakeholders’ perceptions on feasibility and usefulness of a set of sustainability indicators. Using discussion groups and semi-structured interviews in nine European countries, we collected arguments about the measurement of sustainability at farm level. Participant stakeholders identified that the request of sustainability information of the farm is already taking place under simultaneous, embedded and sometimes overlapping requirements from regulations, markets or research agents. We found that stakeholders have diverging perceptions toward the value of that information, especially for those indicators not expected to be used for farm-level decision making. For the second objective, two empirical studies were conducted using an integrated data set of FADN and FLINT project in a sample of 1100 FADN farms distributed in nine countries. In the first study we explored the linkage between the use of advisory services by farm managers and the economic, environmental and social performance of farms. We identified three clusters of farms that have a different sustainability performance and that relate differently to advisory services. In the three groups of farms, the number of contacts with advisory services is positively correlated with the adoption of innovations, the number of information sources and the adoption of farm risk management measures. We failed to find linear relationship between advisory services and environmental and social sustainability. The second study investigated the influence of farm-level factors in farmers’ satisfaction with farming and its relationship with the level of satisfaction they have with their overall quality of life. We propose a path model using a Structural Equation Model-Partial Least Squares approach, testing the validity and reliability of a farmers’ work satisfaction construct and determining on how far the farm variables are related with it. Results suggest that while it is valid and reliable to measure work satisfaction as a construct, the farm level data that is currently available explains farmers’ satisfaction with their own standard and values only partially. Therefore a metric that measures those values should be further developed and tested. This doctoral dissertation contributes to the identification and prioritization of standardized indicators of farm-level sustainability. Two main learnings can be implied from the findings. The first one is that ontological differences between the agents that are involved in the functioning and evolvement of an information system can be identified (but not solved) applying inter and transdisciplinary research methods. The second one is that standardized indicators of social sustainability are desirable, feasible and useful to be collected and integrated in the same data sets with economic and environmental indicators. That said, due to the complexity of the relationship between sustainability dimensions, the value of standardization of indicators is limited by how are they going to be used. Obwohl zwischen Forschern, Entscheidungsträgern und Verbrauchern Konsens darüber besteht, dass eine Operationalisierung des Nachhaltigkeitskonzepts notwendig ist, gibt es dennoch große Meinungsverschiedenheiten darüber, wie das mehrdimensionale Konzept in brauchbare Metriken umgewandelt werden kann. Aufgrund der Vielzahl der beteiligten Akteure, der unterschiedlichen Ziele und der komplexen Wechselwirkungen wird erwartet, dass die Auswahl der zu überwachenden Metriken wissenschaftlich fundiert, und gleichzeitig entsprechend den wichtigsten Anliegen der Interessengruppen erfolgt. Die vorliegende Dissertation zielt darauf ab, diese Lücken zu schließen, indem sie die Argumente der Interessengruppen über die Eignung einer Reihe von Nachhaltigkeitsindikatoren im Kontext der landwirtschaftlichen Buchführung für die Politikbewertung untersucht.Die empirische Forschung ist Teil des FP7 EU-Projekts Farm Level Indicators for New Topics in Policy Evaluation (FLINT) Die Dissertation verfolgt zwei Ziele: (i) die Wahrnehmung unterschiedlicher Interessengruppenvertreter über die Adoption von Nachhaltigkeitsindikatoren in ein etabliertes landwirtschaftliches Buchhaltungsdatensystem zu erheben und (ii) den Nutzen der Erhebung von Indikatoren für die soziale Nachhaltigkeit auf betrieblicher Ebene zu bewerten. Das erste Ziel wird durch die Untersuchung der Wahrnehmungen der Interessengruppen des Farm Accountancy Data Network (FADN) über die Machbarkeit und den Nutzen einer Reihe von Nachhaltigkeitsindikatoren erreicht. Mit Hilfe von Diskussionsgruppen und semi-strukturierten Interviews in neun europäischen Ländern haben wir Argumente zur Messung der Nachhaltigkeit auf betrieblicher Ebene gesammelt. Die teilnehmenden Interessengruppenvertreter stellten fest, dass die Anforderung von Nachhaltigkeitsinformationen über den Betrieb bereits unter gleichzeitigen, eingebetteten und sich manchmal überschneidenden Anforderungen von Verordnungen, Märkten oder Forschungsagenten erfolgt. Wir haben festgestellt, dass die Interessengruppen unterschiedliche Auffassungen über den Wert dieser Informationen haben, insbesondere für diejenigen Indikatoren, von denen nicht erwartet wird, dass sie für die Entscheidungsfindung auf Betriebsebene verwendet werden. Für das zweite Ziel wurden zwei empirische Studien mit einem integrierten Datensatz des FLINT Projekts mit einer Stichprobe von 1100 FADN-Betrieben in neun Ländern durchgeführt. In der ersten Studie untersuchten wir den Zusammenhang zwischen der Inanspruchnahme von Beratungsdiensten durch Betriebsleiter und der wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Leistung von Betrieben. Wir haben drei Cluster von Betrieben identifiziert, die eine unterschiedliche Nachhaltigkeitsleistung aufweisen und sich unterschiedlich auf Beratungsleistungen beziehen. In den drei Gruppen ist die Anzahl der Kontakte zu Beratungsdiensten positiv korreliert mit der Einführung von Innovationen, der Anzahl der Informationsquellen und der Einführung von Maßnahmen des betrieblichen Risikomanagements. Es ist uns nicht gelungen, einen linearen Zusammenhang zwischen Beratungsleistungen und ökologischer und sozialer Nachhaltigkeit zu finden. Die zweite Studie untersuchte den Einfluss von Faktoren auf Betriebsebene auf die Zufriedenheit der Landwirte mit der Landwirtschaft, und deren Zusammenhang mit der Zufriedenheit mit ihrer allgemeinen Lebensqualität. Wir schlagen ein Pfadmodell mit einem Structural Equation Model-Partial Least Squares Ansatz vor, das die Validität und Zuverlässigkeit eines Konstrukts der Arbeitszufriedenheit der Landwirte testet und bestimmt, inwieweit die Betriebsvariablen mit ihm in Beziehung stehen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Konstrukt gültig und zuverlässig ist, die Arbeitszufriedenheit zu messen, dass aber die derzeit verfügbaren Daten auf Betriebsebene die Zufriedenheit der Landwirte mit ihrem eigenen Lebensstandard und ihren Werten nur teilweise erklären. Daher sollte eine Metrik, die diese Werte misst, weiterentwickelt und getestet werden. Diese Dissertation trägt zur Identifizierung und Priorisierung von standardisierten Indikatoren für die Nachhaltigkeit auf Betriebsebene bei. Aus den Ergebnissen lassen sich zwei wesentliche Erkenntnisse ableiten: Die erste ist, dass ontologische Unterschiede zwischen den Akteuren, die an der Funktionsweise und Entwicklung eines Informationssystems beteiligt sind, durch die Anwendung inter- und transdisziplinärer Forschungsmethoden identifiziert (aber nicht gelöst) werden können. Die zweite ist, dass standardisierte Indikatoren für die soziale Nachhaltigkeit wünschenswert, machbar und nützlich sind, und daher in denselben Datensätzen mit Wirtschafts- und Umweltindikatoren gesammelt und integriert werden sollten. Allerdings ist der Wert der Standardisierung von Indikatoren aufgrund der Komplexität der Beziehung zwischen Nachhaltigkeitsdimensionen dadurch begrenzt, wie sie verwendet werden.

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    Authors: Hill, Sebastian;

    Im Rahmen der vorliegenden Dissertation soll geklärt werden, welche Werte in Theorie und Praxis als typisch genossenschaftlich angesehen werden, in wie weit diese in der Praxis Anwendung finden und welche Funktionen und Potenziale sich in ihnen verbergen. Als Einflussfaktoren hierauf wurden die Genossenschaftssparte, die Größe der Genossenschaft, deren Alter und der Status des Befragten definiert. Grundlage hierfür war eine umfassende Analyse der einschlägigen Literatur auf nationaler und internationaler Ebene zur Identifikation der in der Theorie als genossenschaftsspezifische angesehenen Werte. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde ein Fragebogen entwickelt, welcher im Rahmen einer quantitativen, digitalen Befragung an jeweils eine Führungskraft der 844 zum Erhebungszeitpunkt in der Untersuchungsregion Baden-Württemberg existierenden Genossenschaften versandt wurde. Als zweiter Schritt wurde eine postalische Befragung von insgesamt 3.552 Mitgliedern und 707 Mitarbeitern, unterteilt in jeweils zwei Kredit- und Raiffeisengenossenschaften und drei Gewerblichen Genossenschaften, durchgeführt. Die Auswertungsergebnisse der Datengrundlage (primär und sekundär) zeigen, dass in der wissenschaftlichen Literatur ein genossenschaftlicher Wertekern beschrieben wird, welcher die Werte Demokratie, Selbsthilfe, Solidarität, Selbstverantwortung, Freiwilligkeit, Gleichheit und Gerechtigkeit umfasst. Teile dieser Werte finden sich auch in den aus der genossenschaftlichen Praxis gewonnenen empirischen Ergebnissen wieder, wobei diese allgemein eher Werte wie zum Beispiel Verlässlichkeit, Nachhaltigkeit oder Fairness als typisch genossenschaftlich ansehen. Dennoch konnte festgestellt werden, dass die traditionellen Werte immer noch wesentlichen impliziten Einfluss auf die Rechtsform der eingetragenen Genossenschaften haben, und dass die zuvor definierten Einflussfaktoren die als zentral erachteten Werte beeinflussen. Auch hinsichtlich der Wahrnehmung und der Umsetzung der genossenschaftlichen Werte konnten Differenzen offengelegt werden. Entscheidenden Einfluss kann hier eine bewusste und zielgerichtete Kommunikationsstrategie haben. Die Funktionen und Potenziale, welche die genossenschaftlichen Werte in sich vereinen, sind in der Praxis unbestritten. Hierzu gehören die Funktionen der Identitäts- und Vertrauensstiftung oder der Unterscheidung gegenüber anderen Rechtsformen. Darüber hinaus werden den genossenschaftlichen Werten sowohl ökonomische, als auch soziale Potenziale und Potenziale für das Marketing der Genossenschaft zugesprochen. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Genossenschaften mit ihren Werten über ein ihrer Rechtsform einzigartiges Instrument zur Förderung dieser Unternehmensform verfügen. Hier gilt es, diese Potenziale zu erkennen und zu nutzen, um zu einem nachhaltig erfolgreichen Bestehen des genossenschaftlichen Sektors, aber auch der gesamten deutschen Gesellschaft beitragen zu können. In this dissertation, we aimed to clarify what values are considered as typical for cooperatives in theory and practice, how the values are applied and realized in practice, and what are their functions and potentials. In the first step, a comprehensive analysis of relevant literature on a national and international level was used to identify which values are seen, in theory, as cooperative-specific values. Based on the results of the literature analysis, a questionnaire was developed and the branch, the size and age of the cooperative as well as the status of the respondents were defined as influencing factors. The questionnaire was sent as a digital quantitative survey to one manager in each of the 844 existing cooperatives in the Baden-Württemberg study region. As a second step, a written (postal) survey was conducted, involving a total of 3,552 members and 707 employees from two Cooperative Banks and Raiffeisen Cooperatives and three Commercial Cooperatives. The evaluation results of the database (from primary and secondary data) show that in scientific literature, cooperative values’ core is described as one that includes the values of democracy, self-help, solidarity, self-responsibility, voluntariness, equality and justice. Some of these values were also mentioned in the results of the empirical survey, whereas the cooperative managers tended to list general values such as reliability, sustainability and fairness, as typical for cooperatives. However, it can be shown that the traditional values still have significant and implicit influence on the legal form of registered cooperatives, and that the previously defined influencing factors have a strong effect on the relevant central values. Although differences could be found between the perception and implementation of cooperative values, a conscious and purposeful communication strategy can have a decisive influence here. The hidden functions and potentials of cooperative values are undisputed in practice, such as the functions of identity and foundation of trust, or discrimination against other types. In addition, the survey shows that in the minds of the managers, members and workers, the cooperative values have social and economic potentials as well as potentials for the marketing of the cooperatives. In summary, it can be said, that the cooperative values are a unique instrument for the cooperatives to promote the legal from of registered cooperatives. It is therefore important to recognize and exploit these potentials to gain a sustainable and successful future not just for the cooperative sector, but also for the whole German society.

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    Authors: Gindele, Nicola;

    Der kontinuierlich voranschreitende Strukturwandel in der Landwirtschaft und deren vor- und nachgelagerten Bereichen ist Ausgangspunkt der vorliegenden kumulativen Dissertation. Im ersten Teil der Dissertation werden die Herausforderungen, mit denen sich die Landwirtschaft aufgrund des strukturellen als auch des demografischen Wandels auseinandersetzen muss, thematisiert. Hierbei steht der Wandel des Unternehmertums in der Landwirtschaft im Zentrum. Es wird analysiert, inwiefern ein Wandel vorliegt und welche Konsequenzen sich hieraus für Leiter landwirtschaftlicher Betriebe ergeben. In Bezug auf den demografischen Wandel der Bevölkerung werden die Auswirkungen auf die Verfügbarkeit von qualifizierten landwirtschaftlichen Arbeitskräften beurteilt. Im Rahmen der Untersuchungen zeigt sich aufgrund der veränderten Rahmenbedingungen, unter anderem bedingt durch den fortschreitenden Strukturwandel sowie der zunehmend liberalisierten Agrarmärkte, eine starke Abhängigkeit zwischen dem betrieblichen Erfolg und den Fähigkeiten eines Landwirtes, unternehmerisch zu handeln. Parallel verändert sich im Zuge des betrieblichen Wachstums und des technischen Fortschritts das Aufgabengebiet der Betriebsleiter. Organisatorische sowie leitende Aufgaben gewinnen an Bedeutung, während praktische, ausführende Aufgaben in relativem Umfang abnehmen. Im Zuge des betrieblichen Wachstums erhöhen sich nicht nur die Anforderungen an die Betriebsleiter, sondern es steigen durch die zunehmende Technisierung und Spezialisierung der Betriebe auch die Anforderungen an die Qualifikation der Fremdarbeitskräfte. Es zeigt sich, dass besonders in Bezug auf die fachlichen Qualifikationen von Fremdarbeitskräften betriebsindividuelle und regional typische Unterschiede bestehen. Bei der Suche nach Fremdarbeitskräften kommt es insbesondere bei der Rekrutierung von Fachkräften schon heute zu Problemen, während Arbeitskräfte für einfache Hilfstätigkeiten leichter zu finden sind. Vor dem Hintergrund eines sich abzeichnenden Fachkräftemangels müssen sich die Betriebsleiter intensiver mit ihrem eigenen Führungsstil und Instrumenten des Personalmanagements, wie beispielsweise immateriellen Anreizsystemen, auseinandersetzen, um ihren Mitarbeitern ein attraktives und angenehmes, auf längere Dauer angelegtes Arbeitsumfeld zu bieten. Im zweiten Teil der Dissertation werden die Herausforderungen, die sich aus dem Strukturwandel in der Landwirtschaft für die ländlichen Genossenschaften ergeben, untersucht. Diese sind bewährte Partner der Landwirtschaft sowohl bezüglich der Bereitstellung von Betriebsmitteln als auch bei der Bündelung und Vermarktung von landwirtschaftlichen Erzeugnissen und einer damit verbundenen Verbesserung der Marktposition von Landwirten. Am Beispiel von Bezugs- und Absatzgenossenschaften sowie Obst- und Winzergenossenschaften wird das Mitgliedermanagement, insbesondere die Mitgliederbindung, betrachtet, da es in den vergangenen Jahren zu einem deutlichen Rückgang der Mitgliederanzahl in betreffenden Genossenschaften gekommen ist. Zudem werden Strategien zur Verbesserung der Marktposition der ländlichen Genossenschaften selbst aufgezeigt. Die ländlichen Genossenschaften müssen, um den kontinuierlich sinkenden Mitgliederzahlen entgegenzuwirken, ein ganzheitlich durchdachtes Customer Relationship Management verfolgen. Eine zentrale Rolle kommt hierbei der Kommunikation mit den Mitgliedern zu. Eine lückenlose und kontinuierliche Kommunikation mit den Mitgliedern verbessert den Informations- und Kenntnisstand, regt die Mitglieder stärker zur Beteiligung im Rahmen der Selbstverwaltung innerhalb der Genossenschaft an und festigt insgesamt die emotionale Bindung zu den Genossenschaften. Mittels vertraglicher Vereinbarungen, etwa in Form von Anbau- und Abnahmeverträgen zwischen Mitgliedern und ihrer Genossenschaft, können die Zusammenarbeit intensiviert, die Produktqualität optimiert und die Mitgliederbindung positiv beeinflusst werden. Vor dem Hintergrund wachsender landwirtschaftlicher Betriebe und den damit verbundenen steigenden Anforderungen an die Qualifikationen der landwirtschaftlichen Betriebsleiter stellt der Ausbau der bestehenden Dienstleistungsangebote einen weiteren möglichen Anknüpfungspunkt zur Verbesserung des Mitgliederverhältnisses dar. Eine Erweiterung der Dienstleistungsangebote ist besonders in Bezug auf Beratungsangebote in den Bereichen Betriebswirtschaft, Unternehmensführung und Produktionstechnik sinnvoll. Zur Sicherung der Marktposition können sich die Genossenschaften durch die Strategie der Kostenführerschaft, der Differenzierung oder der Nische an die sich wandelnden Rahmenbedingungen anpassen und im Wettbewerb durchsetzen. In der Praxis findet eine kombinierte Umsetzung dieser Strategien statt. Eine weitere verbreitete Strategie zur Verbesserung der Marktposition stellt die Fusion dar. Am Beispiel des Verlaufs von Fusionen von Obstgenossenschaften in Südtirol zeigt sich, dass die intensive Einbindung der Mitglieder in den Fusionsprozess entscheidend für den Erfolg ist. Der Strukturwandel der deutschen Landwirtschaft bringt somit nicht nur Konsequenzen für den Landwirt als Unternehmer mit sich. Auch die ländlichen Genossenschaften müssen mittels der jeweiligen, spezifisch auf die Genossenschaft abgestimmten Anpassungsstrategie auf den Wandel der landwirtschaftlichen Betriebsstrukturen reagieren. Erfolgsentscheidend in Bezug auf die Führung einer Genossenschaft als auch eines landwirtschaftlichen Betriebes ist hierbei nicht in erster Linie die Unternehmensgröße. Der Unternehmenserfolg hängt vielmehr vom einzelnen Betriebsleiter bzw. Geschäftsführer ab, der in der Lage sein muss, in einem sich dynamisch verändernden Umfeld neue Potenziale und Geschäftschancen zu erkennen und Innovationen umzusetzen, um sein Unternehmen optimal innerhalb des Wettbewerbs auszurichten. The starting point for this cumulative thesis is the continuously advancing structural shift in agriculture and its upstream and downstream sectors. The first section of the thesis discusses the challenges faced by agriculture as a result of structural and demographic change. The thesis focuses on the shift in entrepreneurship in agriculture. It analyses to what extent there is a shift and the consequences that it has for the managers of agricultural businesses. Its impact on the availability of qualified agricultural workers is assessed in relation to the demographic change in the population. The studies reveal a strong dependence between business success and the ability of a farmer to act in an entrepreneurial manner, among other things caused by advancing structural change and increasingly liberalised agricultural markets. At the same time the farm managers remit is changing in line with economic growth and technical advances. Organisational and managerial tasks are growing in importance, while practical, hand-on tasks are relatively declining. The demands on farm managers increase as farms grow, greater technology is used and farms tend to specialise, and the requirements governing the qualification of permanently employed external workers also become stricter. It becomes clear that there are differences specific to particular regions and between individual farms when it comes to the professional qualifications of workers. In terms of the search for workers, there are particular problems today relating to the recruitment of specialist employees, while workers for simple auxiliary tasks are easier to find. Against the background of an emerging skills shortage, farm managers are called upon to analyse more closely their own management style and personnel management tools, such as non-material incentive systems, to offer their employees an attractive and pleasant long-term working environment. The second part of the thesis examines the challenges for rural cooperatives emanating from the structural change in agriculture. Cooperatives are the proven partners of agriculture, both in terms of the provision of equipment and the concentration and marketing of agricultural products, as well as the related improved market positioning of farmers. The thesis examines member management, in particular member retention, using the example of purchasing and sales cooperatives, as well as fruit and wine cooperatives, as there has been a sharp decrease in the number of members of the affected cooperatives in recent years. Strategies to improve the market position of rural cooperatives are also outlined. The rural cooperatives need to adopt an end-to-end well thought-out customer relationship management approach to counteract steadily falling numbers of members. Communication with members plays a key role in this. End-to-end and continuous communication with members improves the exchange of information and knowledge, encourages members to participate to a greater extent in the self-government of the cooperative and strengthens the overall emotional ties to cooperatives. Cooperation can be intensified, product quality improved and member retention positively influenced by means of contractual agreements, possibly in the form of cultivation and sales contracts between members and their cooperative. Against the background of growing farms and the related rising demands on the qualifications of farm managers, expanding the existing services offered provides another possible starting point for improving relationships with members. Expanding the services offered by the farm makes sense particularly in relation to advisory services in business administration, business management and production technology. To secure their market position, cooperatives can adapt to changing market conditions and gain a competitive edge by adopting a strategy of cost leadership, differentiation or niche marketing. The combined implementation of these strategies often happens in practice. Mergers represent another common strategy for improving market position. The history of mergers of fruit cooperatives in South Tyrol shows that the intensive involvement of members in the merger process is vital for its success. Structural change in German agriculture therefore not only has consequences for the farmer as an entrepreneur. Rural cooperatives also need to respond to changes in agricultural business structures by adopting adaptation strategies specifically matched to the particular cooperative. The size of the company is not decisive when it comes tor the success of managing a cooperative or a farm. The success of the business depends much more on the individual farm manager or director, who needs to be able to recognise new potential and business opportunities in a dynamically changing environment and implement innovations to ideally position the business within the competitive market.

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