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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.

Cereals are a major staple that is crucial for food security in sub-Saharan Africa (SSA). Sadly, the obligate hemiparasitic witchweed, Striga spp., especially Striga hermonthica (Delile) Benth., is a major biotic constraint to cereal production in SSA, causing enormous crop yield losses estimated at US$10 billion annually. Fusarium oxysporum f. sp. strigae (Fos) is the most renowned fungal biological control agent (BCA) for specifically and significantly tackling S. hermonthica under agricultural systems. Field surveys, however, have revealed the inconsistent effectiveness of Fos isolates against S. hermonthica in differing zones of SSA (i.e., West Africa, East Africa). This daunting phenomenon is a critical challenge that affects Fos reliability and deters its use for S. hermonthica management. The inconsistent effectiveness of Fos against S. hermonthica was presumably ascribed to the interactions that occur between the differing location-specific ecological factors of the pathosystem i.e., abiotic (climate, moisture, or soil physico-chemistry) or biotic (S. hermonthica, Fos isolate, or the plant microbiome). Without doubt, the diversity of a host or pathogen is a primary determinant of the innate susceptibility or virulence of the host or pathogen, respectively. In terms of S. hermonthica diversity, genomic variation of individuals, or regional genetic variation of the sampling zone, were the two major forces suspected. However, the important determiner out of the two forces was unknown. Besides, despite the suppression/death that Fos causes to S. hermonthica, the physiological damage S. hermonthica initiates to an infested cereal crop is mostly irreversible. Hence, in examining strategies for circumventing the main problem of Fos inconsistent effectiveness against S. hermonthica, and the physiological consequences of S. hermonthica on the host cereal crop, the integration of other (non-Fos inoculum) BCA were suggested as possible means for improving the efficiency of S. hermonthica biocontrol. For example, by utilizing a bioherbicide cocktail of Fos and plant growth promoting rhizobacteria (PGPR), or Striga seed germination-inhibiting fungal toxins. Apart from the popular reputation of PGPR in enhancing crop health and growth, certain PGPR strains (especially Bacillus subtilis isolate GB03) have been earlier reported for their highly-promising potential of antagonizing S. hermonthica development. Similarly, certain fungal extracellular metabolites (exometabolites), especially of Fusarium origin, were reported to completely inhibit S. hermonthica seed germination in vitro at very low concentrations (≤ 1 mM). Unfortunately, knowledge of the microbe (Fos)–microbe (PGPR) interaction, their localization and ecological niche, for enabling their expected synergistic impact of simultaneously suppressing S. hermonthica and enhancing the Striga-infected cereal crop biomass, was unknown. Also, it was unknown if highly potent/efficient Striga seed germination-inhibiting fungal exometabolites will consistently suppress S. hermonthica in planta. Thus, in the context of genetic diversity in S. hermonthica, the PhD study focused on gaining (molecular) insights into the inconsistent effectiveness of Fos against S. hermonthica; including the examination of some strategies for improving S. hermonthica biocontrol efficiency, precisely by integrating PGPR, or Striga seed germination-inhibiting Fusarium exometabolites, into a S. hermonthica biocontrol system. The first research examined the molecular genetic basis, underlying the variable susceptibility of S. hermonthica populations sampled from differing zones of SSA (West Africa, East Africa) to contrasting Fos isolates (Foxy-2, FK3). Regardless of sampling zone, the S. hermonthica populations displayed divergent susceptibility patterns to the Fos isolates i.e., a S. hermonthica class was susceptible to both Foxy-2 and FK3, while the other class was susceptible to either Foxy-2 or FK3. This manifestation correlated with nucleotide mutations at certain loci. Thus, genomic variation in S. hermonthica is a superior determinant of the inconsistent effectiveness of Fos isolates, rather than the S. hermonthica sampling zone. The second research examined the impact of coinoculating Fos and a PGPR (B. subtilis isolate GB03) into a S. hermonthica-sorghum parasitic system. Notwithstanding the colocalization of Fos and GB03 in common ecological niches of diseased S. hermonthica shoot (mainly in flavonoid-rich regions), GB03 thwarted Fos suppressive activity against S. hermonthica. Interestingly, a novel, alternative Fos entry route into S. hermonthica (through the trichome) was discovered. The coinoculation of Fos and GB03 presented no added advantage for S. hermonthica control. Finally, the third research screened a set of highly phytotoxic Fusarium exometabolites against S. hermonthica seed germination (in vitro) and incidence (in planta). This was to identify the most potent/efficient Fusarium exometabolite for S. hermonthica biocontrol. Among the tested exometabolites, diacetoxyscirpenol (DAS) was the most potent/efficient to completely suppress S. hermonthica both in vitro and in planta. Fos, however, did not produce DAS, due to underexpression of key genes necessary for Fusarium trichothecene biosynthesis. In conclusion, owing to the obligate outcrossing mating system in S. hermonthica, genomic variation is an inevitable phenomenon. This, therefore, plays a crucial role in the variable susceptibility of S. hermonthica to Fos. The newly discovered Fos (direct) entry route into S. hermonthica (trichome entry), elucidates a novel paradigm to the infection mechanism occurring under the S. hermonthica (host)–Fos (pathogen) interaction, in addition to the previously reported indirect, rhizosphere-transmission. Thus, this novel phyllosphere-transmission, paves the way for further research that exploit this alternative Fos infection route for better S. hermonthica biocontrol. Lastly, considering the potency and broadscale efficacy against diverse S. hermonthica populations, the exometabolite DAS could serve as a new agent for a more efficient S. hermonthica biocontrol. Though, further examination of its specific mode of action against the target weed (S. hermonthica), as opposed to non-target organisms, is required. Getreide ist ein wichtiges Grundnahrungsmittel, das für die Ernährungssicherheit in Afrika südlich der Sahara (SSA) von entscheidender Bedeutung ist. Leider ist das obligate halbparasitäre Sommerwurzgewächs, Striga spp., insbesondere Striga hermonthica (Delile) Benth., eine große biotische Einschränkung für die Getreideproduktion in SSA und verursacht enorme Ernteverluste, die auf 10 Milliarden US-Dollar jährlich geschätzt werden. Fusarium oxysporum f. sp. strigae (Fos) ist der bekannteste pilzliche biologische Bekämpfungswirkstoff (BCA) zur spezifischen und signifikanten Bekämpfung von S. hermonthica in landwirtschaftlichen Systemen. Felduntersuchungen haben jedoch gezeigt, dass die Wirksamkeit von Fos-Isolaten gegen S. hermonthica in verschiedenen Zonen der SSA (d. h. Westafrika, Ostafrika) uneinheitlich ist. Dieses entmutigende Phänomen ist eine kritische Herausforderung, die die Zuverlässigkeit von Fos beeinträchtigt und seine Verwendung für die Bekämpfung von S. hermonthica verhindert. Die uneinheitliche Wirksamkeit von Fos gegen S. hermonthica wurde vermutlich auf die Wechselwirkungen zurückgeführt, die zwischen den verschiedenen standortspezifischen ökologischen Faktoren des Pathosystems auftreten, d. h. abiotischen (Klima, Feuchtigkeit oder physikalisch-chemische Eigenschaften des Bodens) oder biotischen (S. hermonthica, Fos-Isolat oder das Pflanzenmikrobiom). Zweifelsohne ist die Diversität eines Wirts oder Krankheitserregers eine der wichtigsten Determinanten für die angeborene Anfälligkeit bzw. Virulenz des Wirts oder Krankheitserregers. In Bezug auf die Diversität von S. hermonthica waren die genomische Variation der Individuen oder die regionale genetische Variation des Probenahmegebiets die beiden vermuteten Hauptfaktoren. Es war jedoch nicht bekannt, welcher der beiden Faktoren ausschlaggebend ist. Außerdem sind die physiologischen Schäden, die S. hermonthica an einer befallenen Getreidepflanze verursacht, trotz der Unterdrückung/Tötung von S. hermonthica durch Fos meist irreversibel. Bei der Untersuchung von Strategien zur Umgehung des Hauptproblems der unzureichenden Wirksamkeit von Fos gegen S. hermonthica und der physiologischen Folgen von S. hermonthica für die Wirtsgetreidekulturen wurde daher die Integration anderer BCA (ohne Fos-Inokulum) als mögliches Mittel zur Verbesserung der Effizienz der Biokontrolle von S. hermonthica vorgeschlagen. Zum Beispiel durch die Verwendung eines Bioherbizid-Cocktails aus Fos und pflanzenwachstumsfördernden Rhizobakterien (PGPR) oder von Pilztoxinen, die die Keimung von Striga-Samen hemmen. Abgesehen von dem guten Ruf, den PGPR bei der Förderung der Gesundheit und des Wachstums von Nutzpflanzen genießen, wurde bereits früher über das vielversprechende Potenzial bestimmter PGPR-Stämme (insbesondere des Isolats GB03 von Bacillus subtilis) zur Bekämpfung der Entwicklung von S. hermonthica berichtet. Ebenso wurde berichtet, dass bestimmte extrazelluläre Metaboliten von Pilzen (Exometaboliten), insbesondere von Fusarium, die Keimung von S. hermonthica-Samen in vitro bei sehr niedrigen Konzentrationen (≤ 1 mM) vollständig hemmen. Leider war das Wissen über die Interaktion zwischen Mikroben (Fos) und Mikroben (PGPR), ihre Lokalisierung und ökologische Nische nicht bekannt, um die erwartete synergistische Wirkung der gleichzeitigen Unterdrückung von S. hermonthica und der Verbesserung der Biomasse von Striga-infizierten Getreidepflanzen zu ermöglichen. Es war nicht bekannt, ob hochwirksame/effiziente, die Keimung von Striga-Samen hemmende, Pilzexometaboliten, dauerhaft S. hermonthica in planta unterdrücken können. Vor dem Hintergrund der genetischen Vielfalt von S. hermonthica konzentrierte sich die Doktorandenstudie daher auf die Gewinnung von (molekularen) Erkenntnissen über die uneinheitliche Wirksamkeit von Fos gegen S. hermonthica, einschließlich der Untersuchung einiger Strategien zur Verbesserung der Biokontroll-Effizienz von S. hermonthica, insbesondere durch die Integration von PGPR oder Striga-Samenkeimung hemmenden Fusarium Exometaboliten in ein S. hermonthica-Biokontrollsystem. Die erste Studie untersuchte die molekulargenetische Grundlage, die der unterschiedlichen Anfälligkeit von S. hermonthica-Populationen aus verschiedenen Zonen in SSA (Westafrika, Ostafrika) gegenüber unterschiedlichen Fos-Isolaten (Foxy-2, FK3) zugrunde liegt. Unabhängig von der Probenahmezone zeigten die S. hermonthica-Populationen unterschiedliche Empfindlichkeitsmuster gegenüber den Fos-Isolaten, d. h. eine S. hermonthica-Klasse war sowohl für Foxy-2 als auch für FK3 empfänglich, während die andere Klasse entweder für Foxy-2 oder für FK3 empfänglich war. Diese Erscheinung korrelierte mit Nukleotidmutationen an bestimmten Loci. Somit ist die genomische Variation in S. hermonthica ein entscheidenderer Faktor für die uneinheitliche Wirksamkeit von Fos-Isolaten als die S. hermonthica-Probenahmezone. Die zweite Studie untersuchte die Auswirkungen der Ko-Inokulation von Fos und einer PGPR (B. subtilis Isolat GB03) in einem parasitären S. hermonthica-Sorghum-System. Ungeachtet der Kolokalisierung von Fos und GB03 in gemeinsamen ökologischen Nischen des erkrankten S. hermonthica-Sprosses (hauptsächlich in flavonoidreichen Regionen) vereitelte GB03 die suppressive Aktivität von Fos gegen S. hermonthica. Interessanterweise wurde ein neuer, alternativer Fos-Eintrittsweg in S. hermonthica (durch das Trichom) entdeckt. Die Ko-Inokulation von Fos und GB03 brachte keinen zusätzlichen Vorteil bei der Bekämpfung von S. hermonthica. In der dritten Forschungsarbeit schließlich wurde eine Reihe hochgradig phytotoxischer Exometaboliten von Fusarium gegen die Keimung von S. hermonthica-Samen (in vitro) und das Auftreten (in planta) untersucht. Damit sollte der wirksamste/effizienteste Exometabolit von Fusarium für die Biokontrolle von S. hermonthica ermittelt werden. Unter den getesteten Exometaboliten war Diacetoxyscirpenol (DAS) der wirksamste, um S. hermonthica sowohl in vitro als auch in planta vollständig zu unterdrücken. Fos produzierte jedoch kein DAS, was auf die Unterexpression von Schlüsselgenen zurückzuführen ist, die für die Biosynthese von Fusarium-Trichothecen notwendig sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass aufgrund des obligaten Auskreuzungssystems in S. hermonthica genomische Variation ein unvermeidliches Phänomen ist. Dies spielt daher eine entscheidende Rolle bei der variablen Anfälligkeit von S. hermonthica gegenüber Fos. Der neu entdeckte (direkte) Eintrittsweg von Fos in S. hermonthica (Trichom-Eintritt) stellt ein neues Paradigma für den Infektionsmechanismus dar, der im Rahmen der Interaktion zwischen S. hermonthica (Wirt) und Fos (Erreger) abläuft, zusätzlich zu der zuvor berichteten indirekten Rhizosphären-Übertragung. Diese neuartige Phyllosphären-Übertragung ebnet somit den Weg für weitere Forschungen, die diesen alternativen Fos-Infektionsweg für eine bessere Biokontrolle von S. hermonthica nutzen. Schließlich könnte der Exometabolit DAS in Anbetracht seiner Potenz und breiten Wirksamkeit gegen verschiedene S. hermonthica-Populationen als neuer Wirkstoff für eine effizientere Biokontrolle von S. hermonthica dienen. Allerdings ist eine weitere Untersuchung seiner spezifischen Wirkungsweise gegen das Zielunkraut (S. hermonthica) im Gegensatz zu Nicht-Zielorganismen erforderlich.

Microplastics (MP) are plastic particles from 100 nm to 5 mm with different shapes and chemical compositions. In aquatic ecosystems, MP have proven to affect the biological fitness of aquatic organisms, enter the food web, and act as vectors of pollutants. Agricultural soils are sinks for MP due to inputs via sewage sludges, plastic mulches, and organic fertilizers. However, ecological consequences of MP in agricultural soils are unknown. This doctoral thesis aimed to evaluate the risk of conventional and biodegradable MP for soil organisms in agricultural soils. A microcosm study was combined with a field study and a nematode study to investigate background concentrations, the persistence, and the biodegradation of MP in the soil, and effects of MP on soil microorganisms and nematodes. In the microcosm study, the influence of plastic type, particle size, and soil moisture on the biodegradation of MP in the soil and on effects on soil microorganisms were examined under controlled conditions (25 °C, 230 days). The abundance and composition of the main soil microbial groups was analyzed via phospholipid fatty acids (PLFAs) as biomarkers; activities of C cycling enzymes driving the decomposition of differently complex substances were analyzed as proxies for C turnover. To understand better the role of MP as an interface for specific microbial processes in the soil, e.g. the enzymatic hydrolysis of MP, enzyme activities of individual MP particles extracted from the soil were measured. The site of the field study was a conventionally managed agricultural soil (silt-loam Luvisol) of the Heidfeldhof, University of Hohenheim. No practices associated with significant inputs of MP have been conducted at the site in the past (sewage sludge, organic fertilizers, plastic mulch). In a randomized complete block design, the effects of MP, organic fertilizers (digestate and compost), and their interactions on soil microbiological indicators (microbial biomass, soil enzymes) were studied. Before the setup of the field study, MP background concentrations (particle-based) in the soil were analyzed. The persistence of added MP in the soil was evaluated by comparing MP concentrations in the soil after 1 month and 17 months with initial MP concentrations after addition. In the nematode study, the soil-dwelling nematode Caenorhabditis elegans was exposed to MP feed suspensions on agar plates. The uptake of MP through nematodes and the influence of plastic type and concentration on MP effects on nematode reproduction and body length were examined. In all studies, artificially fragmented MP from a conventional polymer (low-density polyethylene, LDPE) and a biodegradable polymer blend (poly(lactic acid) and poly(butylene adipate-co-terephtalate), PLA/PBAT) were used. The occurrence of both LDPE- and PLA/PBAT-MP is likely in agricultural soils because these are used for plastic mulches and compost bags. Results from this thesis suggest that (1) agricultural soils, including those without management practices related to significant MP entry, contain various MP, indicating diffuse MP inputs via atmospheric deposition, littering, and the abrasion of machinery coatings (a possible newly identified pathway), (2) also biodegradable MP persist and are slowly biodegraded in the soil implying a long term exposure risk for soil organisms to MP, (3) MP have no acute negative effects on microorganisms and C turnover, (4) MP form a specific habitat in the soil, the plastisphere, where MP-specific processes take place, e.g. the enzymatic hydrolysis of PLA/PBAT, (5) MP can enter the soil food web via nematodal uptake and affect nematode reproduction, which could destabilize the soil food web. Mikroplastik (MP) sind Kunststoffpartikel von 100 nm bis 5 mm unterschiedlicher Form und chemischer Zusammensetzung. In aquatischen Ökosystemen beeinträchtigen Mikroplastikpartikel nachweislich die biologische Fitness von Wasserorganismen, gelangen in das Nahrungsnetz und fungieren als Vektor von Schadstoffen. Landwirtschaftliche Böden sind aufgrund des Eintrags von Klärschlämmen, Plastikmulch und organischen Düngemitteln Senken für MP. Die ökologischen Folgen von MP in landwirtschaftlichen Böden sind jedoch unbekannt. Ziel dieser Arbeit war es, das Risiko von konventionellen und biologisch abbaubaren MP für Bodenorganismen in landwirtschaftlichen Böden zu bewerten. Eine Mikrokosmenstudie wurde mit einer Feldstudie und einer Nematodenstudie kombiniert, um Hintergrundkonzentrationen, die Persistenz, und den biologischen Abbau von MP im Boden sowie Effekte von MP auf Bodenmikroorganismen und Nematoden zu untersuchen. In der Mikrokosmensstudie wurde der Einfluss des Kunststofftyps, der Partikelgröße und der Bodenfeuchte auf den biologischen Abbau von MP im Boden und auf die Effekte auf Bodenmikroorganismen unter kontrollierten Bedingungen (25 °C, 230 Tage) untersucht. Die Abundanz und Zusammensetzung der wichtigsten mikrobiellen Gruppen im Boden wurde via Phospholipidfettsäuren (PLFAs) als Biomarker analysiert; die Aktivitäten von Enzymen des C-Kreislaufs, die den Abbau unterschiedlich komplexer Substanzen katalysieren, wurden als Indikatoren für den C-Umsatz analysiert. Um die Rolle von MP als Schnittstelle für spezifische mikrobielle Prozesse im Boden, z. B. die enzymatische Hydrolyse von MP, besser zu verstehen, wurden Enzymaktivitäten einzelner aus dem Boden extrahierter MP-Partikel gemessen. Der Standort der Feldstudie war ein konventionell bewirtschafteter landwirtschaftlicher Boden (schluffig-lehmiger Luvisol) auf dem Heidfeldhof der Universität Hohenheim. Am Standort wurden in der Vergangenheit keine Praktiken durchgeführt, die mit einem signifikanten Eintrag von MP verbunden waren (Klärschlamm, organischer Dünger, Plastikmulch). In einem randomisierten Blockdesign wurden die Effekte von MP, organischen Düngemitteln (Gärreste und Kompost) und deren Wechselwirkungen auf mikrobiologische Indikatoren im Boden (mikrobielle Biomasse, Bodenenzyme) untersucht. Vor Etablierung der Feldstudie wurden die Hintergrundkonzentrationen von MP im Boden (auf Partikelbasis) analysiert. Die Persistenz der zugesetzten MP im Boden wurde durch den Vergleich der MP-Konzentrationen im Boden nach 1 Monat und 17 Monaten mit den ursprünglichen MP-Konzentrationen nach der Zugabe bewertet. In der Nematodenstudie wurde der bodenbewohnende Nematode Caenorhabditis elegans MP-Futtersuspensionen auf Agarplatten exponiert. Untersucht wurden die Aufnahme von MP durch die Nematoden und der Einfluss von Kunststofftyp und -konzentration auf die Effekte von MP auf die Reproduktion und Körperlänge der Nematoden. In allen Studien wurde künstlich fragmentiertes MP aus einem herkömmlichen Polymer (Polyethylen niedriger Dichte, LDPE) und einer biologisch abbaubaren Polymermischung (Polymilchsäure und Poly(butylenadipat-co-terephtalat), PLA/PBAT) verwendet. Das Vorkommen von LDPE- und PLA/PBAT-MP in landwirtschaftlich genutzten Böden ist wahrscheinlich, da diese für Kunststoffmulch und Kompostsäcke verwendet werden. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit legen nahe, dass (1) landwirtschaftliche Böden, auch solche ohne Bewirtschaftungspraktiken, die mit einem signifikanten MP-Eintrag verbunden sind, verschiedene MP enthalten, was auf einen diffusen MP-Eintrag über atmosphärische Deposition, „Littering“ und den Abrieb von Maschinenbeschichtungen (ein möglicher neu identifizierter Eintragspfad) hindeutet, (2) auch biologisch abbaubare MP im Boden verbleiben und nur langsam biologisch abgebaut werden, was ein langfristiges Expositionsrisiko für Bodenorganismen gegenüber MP impliziert, (3) MP keine akuten negativen Effekte auf Mikroorganismen und den C-Umsatz haben, (4) MP ein spezifisches Habitat im Boden, die Plastisphäre, bilden, in der MP-spezifische Prozesse ablaufen, z. B. die enzymatische Hydrolyse von PLA/PBAT, (5) MP über die Aufnahme durch Nematoden in das Bodennahrungsnetz gelangen und die Vermehrung von Nematoden beeinflussen können, was das Bodennahrungsnetz destabilisieren könnte.

Alopecurus myosuroides Huds. is one of the most problematic grass weeds in cereal production in Western Europe. This grass weed spread rapidly due to the repeated and intensive use of herbicides with the same mode of action and changes in arable cropping and tillage systems. Herbicide applications are the common agricultural practice for successful control of A. myosuroides due to its high flexibility and low cost. However, due to European and national restrictions and the growth of herbicide-resistant populations, farmers are forced to reduce herbicide use to minimize chemical impacts on the environment and food chain. As a holistic approach for reducing herbicide use, integrated weed management (IWM) is a diversification of the control strategy of A. myosuroides. In this thesis, several aspects of IWM were examined and combined to test for a successful A. myosuroides control strategy in winter cereals. Special attention was paid to cinmethylin, a pre-emergence herbicide with a new mode of action in winter cereals to control A. myosuroides. The first article comprised the development of an agar bioassay sensitivity test to determine sensitivity differences in A. myosuroides populations to pre-emergence herbicides containing flufenacet and the re-discovered substance cinmethylin. All of the tested populations did not show reduced sensitivity to cinmethylin, but differences in resistance factors were observed between the agar bioassay sensitivity test and the standard whole plant pot bioassay in the greenhouse. Nevertheless, it was possible for the most part to confirm the results for cinmethylin and flufenacet of the standardized greenhouse whole plant pot bioassay in the agar bioassay sensitivity tests and hence create a reliable, faster test system. The second article focused on cultural measures like cover crop mixtures, various stubble tillage methods and glyphosate treatments and their effect on total weed infestation in particular on A. mysouroides and volunteer wheat. Within two field experiments, the cover crop mixtures and the dual glyphosate application achieved a control efficacy of A. myosuroides of up to 100%, whereas stubble tillage and the single glyphosate treatment did not reduce A. myosuroides population significantly. The results demonstrated, that besides a double glyphosate application, well developed cover crop mixtures have a great ability for weed control, even for A. myosuroides. The third article also dealed with the combination of cultural measures (delayed seeding) and herbicide application and their influence on A. myosuroides control efficacy and yield response of winter wheat and triticale. Results indicate that cultural methods such as delayed seeding can reduce A. myosuroides populations up to 75%, although to achieve control efficacy of > 95%, supplementary herbicides should be used. In the fourth article, a two-year experiment on two experimental sites was set up with a special focus on stubble tillage methods, glyphosate application and the application of the pre-emergence herbicide cinmethylin in two rates. Control efficiencies of 99-100% were achieved by ploughing, double glyphosate application or via false seedbed preparation, each in combination with a cinmethylin application. In the last article, over a period of three years the new pre-emergence herbicide cinmethylin was tested in combination with stubble treatments and delayed drilling of winter annual cereals in winter wheat and winter triticale in Southwestern Germany. Cinmethylin controlled 58-99% of A. myosuroides plants until 120 days after sowing. Additive and synergistic effects of cinmethylin and delayed drilling were found for all studies. In this study, the focus was set on monitoring, cultural and direct weed control methods. Considering especially A. myosuroides, a diverse control strategy needs to be implemented to ensure a sustainable and reduced herbicide use, high control levels, minimized crop damage, safeguarded grain yields and reduced risk of resistance development. However, IWM measures imply increased system complexity, which may make their adoption by farmers difficult. Nevertheless, the results show that cinmethylin can be successfully used for weed control systems in combination with different stubble tillage methods, glyphosate application, delayed seeding, or herbicide sequences and mixtures, making it a valuable tool in integrated weed and resistance management strategies with its novel and unique mode of action. Alopecurus myosuroides Huds. ist eines der problematischsten Grasunkräuter im Getreideanbau in Westeuropa. Der verstärkte Anbau von einjährigen Winterkulturen, der wiederholte Einsatz von Herbiziden mit gleichen Wirkmechanismen, reduzierte Bodenbearbeitung und frühe Aussaattermine von Getreide führen zu steigenden Populationsdichten von A. myosuroides. In der landwirtschaftlichen Praxis wird häufig aufgrund ihrer hohen Flexibilität, Bekämpfungserfolge sowie den geringen Kosten auf Herbiziden zur erfolgreichen Bekämpfung von A. myosuroides zurückgegriffen. Durch die Zunahme an Herbizidresistenten Unkrautpopulationen, sowie durch europäische und nationale Beschränkungen sind die Landwirte gezwungen, den Herbizideinsatz zu reduzieren, um die negativen Auswirkungen auf die Umwelt und die Rückstände in Nahrungskette zu minimieren. Als ganzheitlicher Ansatz zur Reduzierung des Herbizideinsatzes und die damit verbundenen negativ Auswirkungen, stellt das integrierte Unkrautmanagement (IWM) eine Diversifizierung der Bekämpfungsstrategie von A. myosuroides dar. Um eine integrierte Bekämpfungsstrategie von A. myosuroides in Wintergetreide zu entwickeln, wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Aspekte von IWM einzeln untersucht bzw. kombiniert. Besondere Aufmerksamkeit wurde hierbei dem neuen Wirkstoff Cinmethylin geschenkt, welches durch seinen neuen Wirkungsmechanismus eine Erweiterung des Vorauflaufherbizidrepertoires in Wintergetreide zur Bekämpfung von A. myosuroides darstellt. Der erste Artikel befasst sich mit der Entwicklung eines Agar Biotests zur Bestimmung von Sensitivitätsunterschieden in A. myosuroides Populationen gegenüber den in Vorauflaufherbiziden enthaltenen Wirkstoffen Flufenacet und Cinmethylin. Alle getesteten Populationen zeigten keine reduzierte Sensitivität gegenüber Cinmethylin, dennoch wurden Unterschiede in den Resistenzfaktoren zwischen dem Agar Biotest und dem Standard Gewächshaus Biotest festgestellt. Die Ergebnisse des Gewächshaus Biotests konnten zum größten Teil für Cinmethylin und Flufenacet durch den Agar Biotest reproduziert werden und damit ein effizienteres Testsystem geschaffen werden. Der zweite Artikel konzentrierte sich auf vorbeugende Unkrautbekämpfungsmaßnahmen wie Zwischenfruchtmischungen, verschiedene Stoppelbearbeitungsmethoden und Glyphosatbehandlungen und deren Auswirkung auf die Unkrautbekämpfung, insbesondere auf A. myosuroides und Ausfallweizen. Die Ergebnisse zeigen, dass neben einer doppelten Glyphosatanwendung auch gut etablierte Zwischenfruchtbestände das Potential für einen hohen Unkrautbekämpfungserfolg von A. myosuroides bieten. Der dritte Artikel befasste sich mit der Kombination vorbeugender Unkrautbekämpfungsmaßnahmen (Früher-, Später-Saattermin) sowie dem Einsatz unterschiedlicher Herbizide. Die Ergebnisse zeigen, dass vorbeugende Bekämpfungsmaßnahmen wie die Spätsaat, die Bestandsdichte von A. myosuroides um bis zu 75% reduzieren konnte. Dennoch sollten zum Erreichen eines Bekämpfungserfolges von > 95% zusätzliche zur Wahl des Saattermines, Herbizide eingesetzt werden. Im vierten Artikel wurde über eine Periode von zwei Jahren auf zwei Standorten vier Feldversuche angelegt, bei dem die Kombination aus Stoppelbearbeitung, einer Glyphosatanwendung sowie die Anwendung des in Vorauflaufherbizid enthaltenen Wirkstoffs Cinmethylin in zwei Aufwandmengen im Vordergrund standen. Durch die Kombinationen von Cinmethylin mit pflügen, doppelter Glyphosatanwendung oder durch die Kombination mit einer falschen Saatbettbereitung konnten Bekämpfungserfolge von A. myosuroides von 99-100% erzielt werden. Im letzten Artikel wurde über einen Zeitraum von drei Jahren das neue Vorauflaufherbizid Cinmethylin in Kombination mit verschiedenen Stoppelbearbeitungsstrategien und einer verzögerten Aussaat von Wintergetreide in vier Feldversuchen mit Winterweizen und Wintertriticale im Südwesten Deutschlands getestet. Cinmethylin kontrollierte 120 Tage nach der Aussaat, 58-99 % der A. myosuroides-Pflanzen. Additive und synergistische Effekte von Cinmethylin und verzögerter Aussaat wurden in allen Studien festgestellt. In dieser Studie lag der Fokus auf dem Monitoring, vorbeugenden sowie chemischen Unkrautbekämpfungsmethoden. Konkret bedeutet dies, dass durch vorbeugende Bekämpfungsmaßnahmen vor der Aussaat der Hauptkultur ungünstige Wachstumsbedingungen für Unkräuter geschaffen wurden. IWM-Maßnahmen implizieren jedoch eine erhöhte Systemkomplexität, was ihre Akzeptanz durch die Landwirte erschweren kann. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass Cinmethylin in Kombination mit verschiedenen Stoppelbearbeitungsmethoden, Glyphosatanwendungen, Spätsaat oder Herbizid Sequenzen/-mischungen zu nachhaltigen Bekämpfungserfolg führt. Cinmethlyin stellt mit seiner neuartigen und einzigartigen Wirkungsweise eine wertvolle Ergänzung für ein integriertes Unkraut- und Resistenzmanagement dar.

Why should plant breeders in Central Europe care about phosphate efficiency? Soil phosphorus levels have mostly reached high to very high levels over the last decades in intensively farmed, livestock-rich regions. However, the European Union demands a restructuring of the agricultural production systems through setting ambitious goals envisaged in the Farm to Fork Strategy. By 2030, fertilizer use should be reduced by 20 %, nutrient losses by at least 50 %. As a consequence, farmers have to be even more efficient with crop inputs, among them the globally limited resource of phosphorus fertilizers, while maintaining high yields. Plant breeding means thinking ahead. Therefore, phosphate-efficient varieties should be developed to help farmers meet this challenge and reduce the need for additional fertilizers. One prerequisite to reach this target is that genotypic variation for the relevant traits is available. Moreover, approaches that assist selection by accurate but also time- and resource-efficient prediction of genotypes are highly valuable in breeding. Finally, the choice of the selection environment and suitable trait assessment for the improvement of phosphate efficiency under well-supplied conditions, need to be elaborated. In this dissertation, a diverse set of maize genotypes from ancient landraces to modern hybrids was investigated for phosphate efficiency-related traits under well-supplied P soil conditions. Multi-environmental field trials were conducted in 2019 and 2020. The reaction to different starter fertilizer treatments of the 20 commercially most important maize hybrids grown in Germany was studied. In the hybrid trial, the factor environment had a significant effect on the impact of starter fertilizers. Especially in early developmental stages genotypes showed a different response to the application of starter fertilizers. On the overall very well-supplied soils, we observed no significant genotype-by-starter fertilizer interaction. Nonetheless, we identified hybrids, which maintained high yields also if no starter fertilizer was provided. Thus, it seems that sufficient variation is available to select and breed for phosphate efficiency under reduced fertilizer conditions. Furthermore, the concept of phenomic prediction, based on near-infrared spectra instead of marker data to predict the performance of genotypes, was applied to 400 diverse lines of maize and compared to genomic prediction. For this, we used seed-based near-infrared spectroscopy data to perform phenomic selection in our line material, which comprised doubled haploid lines from landraces and elite lines. We observed that phenomic prediction generally performed comparable to genomic prediction or even better. In particular, the phenomic selection approach holds great potential for predictions among different groups of breeding material as it is less prone to artifacts resulting from population structure. Phenomic selection is therefore deemed a useful and cost-efficient tool to predict complex traits, including phosphorus concentration and grain yield, which together form the basis to determine phosphate efficiency. Lastly, 20 different indicators for phosphate efficiency were calculated, the genetic variation of the different measures present in this unique set of lines was quantified, and recommendations for breeding were derived. Of the different measures for phosphate efficiency reported in literature, Flint landraces demonstrated valuable allelic diversity with regard to phosphate efficiency during the seedling stage. Due to the highly complex genetic architecture of phosphate efficiency-related traits, a combination of genomic and phenotypic selection appears best suited for their improvement in breeding. Taken together, phosphate efficiency, including its definition and meaning, is largely dependent on the available phosphorus in the target environment as well as the farm type, which specifies the harvested produce and thereby the entire phosphorus removal from the field. In conclusion, future maize breeding should work in environments that are similar to the future target environments, meaning reduced fertilizer inputs and eventually lower soil P levels. Our results demonstrate that breeding of varieties, which perform well without starter fertilizers is feasible and meaningful under the well-supplied conditions prevalent in Central Europe. For the improvement of the highly complex trait phosphate efficiency through breeding we recommend to apply genomic and phenomic prediction along with classical phenotypic screening of genotypes and by this making our food systems more resilient towards upcoming challenges in agriculture. Warum sollten sich Pflanzenzüchter:innen in Mitteleuropa mit Phosphateffizienz beschäftigen? Der Phosphorgehalt im Boden ist in den letzten Jahrzehnten vor allem in intensiv bewirtschafteten viehreichen Regionen auf ein hohes bis sehr hohes Niveau angestiegen. Die Europäische Union formuliert jedoch in der „Farm to Fork“-Strategie ehrgeizige Ziele für eine Umstrukturierung der landwirtschaftlichen Produktionssysteme. Bis 2030 soll der Düngemitteleinsatz um 20 % und die Nährstoffverluste um mindestens 50 % reduziert werden. Das bedeutet, dass die Landwirte noch effizienter mit dem Einsatz von Betriebsmitteln umgehen müssen, insbesondere mit der weltweit begrenzten Ressource von Phosphordüngern, bei gleichzeitig weiterhin hohen Erträgen. Pflanzenzüchtung bedeutet vorausschauend zu denken. Daher sollten phosphateffiziente Sorten entwickelt werden, die den Landwirten helfen, diese Herausforderung zu meistern und den Bedarf an zusätzlichen Düngemitteln zu verringern. Eine Voraussetzung, um dieses Ziel zu erreichen, ist, dass genotypische Variation für die relevanten Merkmale vorhanden ist. Darüber hinaus sind Ansätze, die die Selektion durch eine genaue, aber auch zeit- und ressourceneffiziente Vorhersage von Genotypen unterstützen, in der Züchtung sehr wertvoll. Außerdem müssen die Wahl der Selektionsumwelt und eine geeignete Merkmalserfassung für die Verbesserung der Phosphateffizienz unter gut versorgten Bedingungen näher beleuchtet werden. In dieser Dissertation wurde eine Reihe von Maisgenotypen, von alten Landrassen bis hin zu modernen Hybriden, bezüglich Phosphateffizienz-Merkmalen auf gut mit P versorgten Böden untersucht. In den Jahren 2019 und 2020 wurden mehrortige Feldversuche durchgeführt. Untersucht wurde die Reaktion der 20 kommerziell wichtigsten in Deutschland angebauten Maishybriden auf unterschiedliche Unterfußdüngungen. In dem Hybridversuch hatte der Faktor Umwelt einen signifikanten Einfluss auf die Wirkung von Unterfußdüngern. Insbesondere in frühen Entwicklungsstadien reagierten die Genotypen unterschiedlich auf die Gabe von Unterfußdüngern. Auf den insgesamt sehr gut versorgten Böden beobachteten wir keine signifikante Interaktion zwischen Genotyp und Unterfußdünger. Dennoch konnten wir Hybriden identifizieren, die auch ohne Unterfußdünger hohe Erträge erzielten. Es scheint also genügend Variation vorhanden zu sein, um unter reduzierten Düngebedingungen auf Phosphateffizienz zu selektieren und zu züchten. Darüber hinaus wurde das Konzept der phänomischen Vorhersage, welches auf Nahinfrarotspektren anstelle von Markerdaten zur Vorhersage der Leistung von Genotypen basiert, auf 400 verschiedenen Maislinien angewandt und mit der genomischen Vorhersage verglichen. Hierbei nutzten wir samenbasierter Daten der Nahinfrarotspektroskopie, um phänomische Selektion in unserem Linienmaterial durchzuführen, welches doppelhaploide Linien von Landrassen und Elitelinien enthielt. Wir konnten feststellen, dass die phänomische Vorhersage im Allgemeinen mit der genomischen Vorhersage gleichauf oder sogar besser war. Der phänomische Selektionsansatz hat insbesondere für Vorhersagen zwischen verschiedenen Gruppen von Zuchtmaterial großes Potenzial, da er weniger anfällig für Artefakte ist, die aus der Populationsstruktur resultieren. Die phänomische Selektion hat sich daher als nützliches und kosteneffizientes Instrument zur Vorhersage komplexer Merkmale erwiesen, einschließlich der Phosphorkonzentration und des Kornertrags, welche zusammen die Grundlage für die Bestimmung der Phosphateffizienz bilden. Zuletzt wurden 20 verschiedene Indikatoren für Phosphateffizienz berechnet, die genetische Variation der verschiedenen Messgrößen in dieser spezifischen Zusammensetzung von Linien quantifiziert und Empfehlungen für die Züchtung abgeleitet. Von den verschiedenen in der Literatur beschriebenen Maßen für die Phosphateffizienz zeigten Flint-Landrassen eine wertvolle allelische Diversität in Bezug auf die Phosphateffizienz im Keimlingsstadium. Aufgrund der hochkomplexen genetischen Struktur von Phosphateffizienz-Merkmalen, scheint eine Kombination aus genomischer und phänotypischer Selektion am besten geeignet, um diese züchterisch zu verbessern. Alles in allem hängt die Phosphateffizienz, einschließlich ihrer Definition und Bedeutung, weitgehend vom verfügbaren Phosphor in der angestrebten Umwelt sowie vom Betriebstyp ab, da dieser das Erntegut und damit die Gesamtphosphorabfuhr vom Feld bestimmt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die zukünftige Maiszüchtung in Umgebungen arbeiten sollte, die den zukünftigen Zielumwelten ähnlich sind, was einen geringeren Düngemitteleinsatz und schließlich einen niedrigeren P-Gehalt im Boden bedeutet. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Züchtung von Sorten, die ohne Unterfußdünger auskommen, unter den in Mitteleuropa vorherrschenden gut versorgten Bedingungen realisierbar und sinnvoll ist. Zur Verbesserung des hochkomplexen Merkmals Phosphateffizienz durch Züchtung empfehlen wir, neben der klassischen phänotypischen Begutachtung von Genotypen auch genomische und phänomische Vorhersagen anzuwenden und damit unsere Nahrungsmittelsysteme widerstandsfähiger gegenüber den kommenden Herausforderungen in der Landwirtschaft zu machen.

Social innovations have been frequently discussed in the context of rural development and even viewed as a key toward rural revitalisation, promising to cope with such societal challenges. However, to what extent and how social innovation can contribute to rural development, especially under the future challenge of rural decline, still remains an ongoing concern. This research aims to explore the potential of social innovation in rural revitalisation by clarifying the actors’ roles in social innovation processes. In particular, the study made use of four cases of rural development practice in Taiwan. The special attention of these case studies draws on the four objectives, which are: (1) to explore the role of actors in community-driven social innovation; (2) to clarify the role of actors in external support-driven rural social innovation; (3) to provide recommendations for integrating the concept of social innovation into rural development policies and programmes; (4) to further theoretical and methodological insights for the study of rural social innovation. The study concludes that the internal actors may not aim to innovate society — they intend to solve practical local issues. Therefore, the outcomes of social innovation can be unintentional; tangible and material outcomes are crucial for internal actors, which may challenge the literature’s perspective that treats material outcomes as supplementary results. Furthermore, external actors could play a key role as helpers in fuelling social innovation only if they get sufficient support from rural areas and the public sector, resulting in their growth while facing upcoming challenges. The study also discussed the pros, cons, and differences between community-driven and external support-driven approaches. These two approaches―are like two sides of the same coin―while the former is more local-oriented in terms of local targeted problems and local joint actors, the latter is rather issue-oriented that can focus on the targeted problems and the joint actors without geographical boundaries. In addition, the external support-driven approach conducted by this research to a certain degree reflects the “nexogenous approach.” From the empirical experiences of this study, this approach might not guarantee the success of rural social innovation―however, it did provide a bright chance for the public sector to participate not only as a partner or sponsor in rural areas but they can actively be as a bridge to link potential partners somewhere beyond geographical boundaries. Three strategies are provided for the public sector, encompassing: (1) the public sector should actively play a bridging role to provide opportunities for connecting external actors; (2) the public sector could use programmes, such as village competitions or other innovative activities, to provide a reachable share vision for people to participate; (3) rural development related programmes should draw more attentions om educational and learning types of programmes to develop self-learning mechanism in local communities. For theoretical and methodological insights, the ANT can be better used to explore research with inequality consideration and without initial social explanation assumptions. The actor-oriented approach may be suitably used to study interactions among clear differentiation of social actors with initial social explanation assumptions. From the findings of this case study, it can be concluded that social innovation in terms of rural revitalisation is valuable in its outcomes, uncertain in its emergence, challenged by the marginalising rural reality, and promising on external connections without geographical boundaries. Since the future of rural marginalisation is considered inevitable, to survive in its effects is essential. In other words, rural social innovation may not be able to eliminate the causes of rural marginalisation; however, it provides an approach to adapt its effects, that is, to weave a future that rural areas might not have many inhabitants―however, they have more self-organisation―initiators, actors, more external partners and connections are driven by needs to solve common societal problems―without geographical boundaries. Soziale Innovationen werden häufig im Zusammenhang mit der Entwicklung des ländlichen Raums diskutiert und sogar als Schlüssel zu deren Wiederbelebung angesehen und zur Bewältigung solcher gesellschaftlichen Herausforderungen. Inwieweit und wie soziale Innovationen zur Entwicklung des ländlichen Raums beitragen, und insbesondere einem negativen Trend entgegenwirken können, ist jedoch nach wie vor eine offene Frage. Ziel dieser Untersuchung ist es, das Potenzial der sozialen Innovation für die Wiederbelebung des ländlichen Raums über die Klärung der Rollen der Akteure in sozialen Innovationsprozessen zu erforschen. Für die Studie wurden vier Fälle aus der Praxis der ländlichen Entwicklung in Taiwan herangezogen. Die besondere Aufmerksamkeit, mit der die vier Fallstudien untersucht wurde, beruht auf den folgenden vier Zielen: (1) Untersuchung der Rolle von Akteuren bei gemein-schaftsgetriebenen sozialen Innovationen; (2) Klärung der Rolle von Akteuren bei extern unterstützten sozialen Innovationen im ländlichen Raum; (3) Erarbeitung von Empfehlungen für die Integration des Konzepts der sozialen Innovation in politische Maßnahmen und Programme zur Entwicklung des ländlichen Raums; (4) Förderung theoretischer und methodologischer Erkenntnisse für die Untersuchung sozialer Innovationen im ländlichen Raum. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die internen Akteure möglicherweise nicht darauf abzielen, die Gesellschaft zu erneuern - sie beabsichtigen, praktische lokale Probleme zu lösen. Daher können die Ergebnisse sozialer Innovation unbeabsichtigt sein; greifbare und materielle Ergebnisse sind für interne Akteure von entscheidender Bedeutung, was eine in der Literatur verbreitete Sichtweise in Frage stellt, die materielle Ergebnisse als zusätzliche Ergebnisse behandelt. Darüber hinaus könnten externe Akteure nur dann eine Schlüsselrolle bei der Förderung sozialer Innovation spielen, wenn sie ausreichend Unterstützung aus dem ländlichen Raum und dem öffentlichen Sektor erhalten, was zu ihrem Wachstum bei gleichzeitiger Bewältigung der anstehenden Herausforderungen führt. Die Studie erörtert auch die Vor- und Nachteile sowie die Unterschiede zwischen gemeinschaftsorientierten und auf externe Unterstützung ausgerichteten Ansätzen. Diese beiden Ansätze sind wie zwei Seiten derselben Medaille - während der erste Ansatz eher lokal orientiert ist, was die anvisierten Probleme und die lokalen gemeinsamen Akteure betrifft, ist der zweite Ansatz eher themenorientiert und konzentriert sich auf die Probleme und die gemeinsamen Akteure ohne geografische Grenzen zu setzen. Darüber hinaus spiegelt der von dieser Studie verfolgte Ansatz der externen Unterstützung bis zu einem gewissen Grad den "nexogenen Ansatz" wider. Aus den empirischen Erfahrungen dieser Studie geht hervor, dass dieser Ansatz keine Garantie für den Erfolg sozialer Innovationen im ländlichen Raum ist - er bietet jedoch eine gute Chance für den öffentlichen Sektor, nicht nur als Partner oder Sponsor in ländlichen Gebieten aufzutreten, sondern aktiv als Brücke zu fungieren, um potenzielle Partner über geografische Grenzen hinweg miteinander zu verbinden. Drei Strategien für den öffentlichen Sektor vorgeschlagen: (1) der öffentlichen Sektor sollte aktiv eine Brücken¬funktion übernehmen, um Möglichkeiten für die Einbindung externer Akteure zu schaffen; (2) der öffentliche Sektor könnte Programme wie Dorfwettbewerbe oder andere innovative Aktivitäten nutzen, um den Menschen eine erreichbare gemeinsame Vision zu bieten, an der sie sich beteiligen können; (3) Programme zur Entwicklung des ländlichen Raums sollten mehr Aufmerksamkeit auf Bildungs- und Lernprogramme lenken, um Selbst¬lernmechanismen in lokalen Gemeinschaften zu entwickeln. Für theoretische und methodologische Einsichten kann die ANT besser genutzt werden, um Forschung unter Berücksichtigung von Ungleichheit und ohne anfängliche soziale Erklärungsannahmen zu betreiben. Der akteursorientierte Ansatz eignet sich für die Untersuchung von Interaktionen zwischen klar differenzierten sozialen Akteuren mit anfänglichen sozialen Erklärungsannahmen. Aus den Ergebnissen dieser Fallstudie lässt sich schließen, dass soziale Innovation im Hinblick auf die Wiederbelebung des ländlichen Raums in ihren Ergebnissen wertvoll, in ihrer Entstehung unsicher, durch die Marginalisierung des ländlichen Raums herausgefordert und auf externe Beziehungen ohne geografische Grenzen angewiesen ist. Da ländliche Marginalisierung in der Zukunft unvermeidlich scheint, ist es wichtig, ein Leben mit deren Auswirkungen zu gestalten. Soziale Innovation bietet dazu einen Ansatz, wie die abnehmende Zahl der Einwohner in ländlichen Räumen über mehr Selbstorganisation und externe Partner und Beziehungen gemeinsame gesellschaftliche Probleme lösen können – ohne geographische Grenzen.

In den Städten leben zunehmend mehr Menschen. Daher ist eine wesentliche Aufgabe der Kommunen für eine gute Lebensqualität der in den Städten lebenden Menschen zu sorgen. Neben vielen anderen Faktoren spielt dabei auch die Luftqualität eine entscheidende Rolle, denn Luft benötigen wir alle zum Leben und konsumieren Tag für Tag viele Liter davon. Diese Arbeit beschäftigt sich daher mit der Frage, ob urbane Vegetation, insbesondere begrünte Dachflächen, zu einer Verbesserung der Luftqualität beitragen kann. Um diese Frage beantworten zu können wurden zum einen auf mehreren Dachflächen Parameter, welche die Luftqualität widerspiegeln, erfasst. Bei den untersuchten Parametern handelte es sich in erster Linie um Partikel der Größenordnung 2,5 bis 80 Mikrometer und um Stickstoffdioxid (NO2). Luftgetragene Partikel wurden mittels Sigma-2-Sammlern und NO2 mittels Palmes-Röhrchen erfasst. Zum anderen wurden morphologische Blatteigenschaften verschiedener Pflanzenarten mikroskopisch untersucht und eine Aussage über die „Filterleistungen“ der Arten getroffen. Unterstützend wurden Schwermetallgehalte im Substrat und Durchflusswasser untersucht. Die Untersuchungen auf den Dachflächen haben gezeigt, dass, bedingt durch die Höhendifferenz, auf den Dachflächen deutlich geringere Schadstoffmengen erfasst wurden, als auf Straßenniveau. Für NO2 wurde etwa 50 % geringere Werte erfasst. Der Vergleich zwischen begrünter und unbegrünter Dachfläche zeigte sowohl für Feinstaub, als auch für NO2 leicht signifikant geringere Werte auf den begrünten Dächern. Die Untersuchungen an den verschiedenen Pflanzenarten haben ergeben, dass Pflanzen mit strukturreicher Blattoberfläche, dichtem und hohem Wuchs, mehr Partikel aus der Umgebungsluft „filtern“ als niedrig wachsende Arten oder Arten mit glatter Blattoberfläche. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass begrünte Dachflächen zu einer leichten Verbesserung der Luftqualität, hinsichtlich Feinstaub und NO2, führen können. Entscheidend dabei sind die Wahl der eingesetzten Pflanzen und letztendlich auch der Abstand zu den Emittenten. More and more people are living in cities. Therefore, one of the main tasks of municipalities is to ensure a good quality of life for people living in cities. Among many other factors, air quality plays a decisive role, because we all need air to live and consume many litres of it every day. This study therefore deals with the question of whether urban vegetation, especially green roofs, can contribute to an improvement in air quality. In order to answer this question, parameters reflecting air quality were recorded on several roof surfaces. The parameters investigated were primarily particles in the range of 2.5 to 80 micrometres and nitrogen dioxide (NO2). Airborne particles were recorded using Sigma-2-samplers and NO2 using Palmes tubes. On the other hand, morphological leaf characteristics of different plant species were examined microscopically and a statement was made about the "filtering capacities" of the species. In support of this, heavy metal contents in the substrate and wash-out were investigated. Investigations on roof surfaces showed that, due to the height difference, significantly lower pollutant levels were recorded on roof surfaces than at street level. For NO2, about 50 % lower values were recorded. The comparison between greened and ungreened roof surfaces showed slightly significantly lower values for both particulate matter and NO2 on greened roofs. Investigations on the different plant species showed that plants with a structurally rich leaf surface, dense and tall growth, "filter" more particles from the ambient air than low-growing species or species with a smooth leaf surface. In summary, it can be stated that green roofs can lead to a slight improvement in air quality with regard to particulate matter and NO2. The decisive factors here are the choice of plants used in greening systems and ultimately also the distance to the emitters.

Nearly all nations embarked on a commitment to free the world from hunger and poverty by 2030 as part of the Sustainable Development Goals (SDGs). Considerable progress has been made in reducing poverty and hunger. Yet, a significant proportion of people in the global south, especially those living in rural areas, still live in poverty, go hungry, and suffer from malnutrition. Social protection and nutritionsensitive agriculture are among the strategies implemented by several countries to alleviate poverty, food insecurity, and malnutrition. While consensus exists on the impact of safety nets on poverty, evidence on their impact on agriculture, food security, and nutrition is not definitive. Moreover, the impact of nutrition-sensitive agricultural interventions, particularly the role of production diversification, in improving smallholders’ diet is not thoroughly examined. Ethiopia presents an interesting case study to investigate the role of social protection and nutrition-sensitive agriculture on household welfare. Ethiopia has one the largest social protection program in Africa called the Productive Safety Net Program (PSNP). More recently, Ethiopia has also made several efforts to make agriculture and social protection interventions nutrition-sensitive. Moreover, the country is not only one of the fastest-growing economies in the world, but has high rates of poverty, food insecurity, and malnutrition. Thus, using Ethiopia as a case study, this dissertation provides a rigorous assessment of the impact of PSNP on agricultural, food security and nutrition outcomes, and the impact of agricultural diversification on household and child nutrition. To this end, it uses two longitudinal data sets from Ethiopia—the Living Standard Measurement Study - Integrated Surveys on Agriculture and the Young Lives cohort study. This dissertation is organized into six chapters. Chapter 1 presents the conceptual framework, highlighting linkages between social protection, agriculture, and nutrition. Chapter 2 provides information about the data sources and the identification strategies used in the following three chapters. Chapter 3 evaluates the impact of a social protection intervention on a range of agricultural outcomes. Chapter 4 analyzes the role of agricultural diversification on household and child nutrition. Chapter 5 estimates the impact of social protection on household food security and child nutrition. Chapter 6 concludes the dissertation by provides policy and methodological implications, and outlines recommendations for future research. Since 2005, Ethiopia has shifted its social protection strategy from relief types of interventions of mainly an ad hoc distribution of food/cash following droughts into a development-oriented program called the Productive Safety Net Program (PSNP). The PSNP provides cash and in-kind transfers for labor contributions in public work projects such as roads, irrigation, schools, hospitals, and training centers for farmers. The program is complemented by asset building programs that transfer assets with the aim to improve livelihoods. Hence, household participation in the PSNP could improve agricultural outcomes by alleviating liquidity and credit constraints, improving certainty, acting as insurance against risks, improving access to inputs and agricultural markets, and building community agricultural assets. Chapter 3 evaluates the impact of PSNP on productive asset ownership, improved seed and fertilizer adoption, crop and livestock diversity, advisory services, and women’s control over resources by applying targeted maximum likelihood estimation. Doing so it contributes to the literature by considering a range of outcomes along the causal pathway and employing a novel method that uses machine learning algorithms and hence provides estimates that are less prone to model misspecification and outliers. Results show that PSNP participation increased ownership of agricultural tools, the value of livestock sales, the share of household income from non-farm sources, time spent on agricultural work, and access to credit at the household level. Moreover, PSNP participation improves community access to irrigation water and advisory services on natural resource management, as well as household credit access, crop production, and livestock production. However, PSNP participation has no impact on technology adoption, women’s control over income, crop and livestock counts, and access to extension services at the household level. Results also show that PSNP participants have a lower endowment of durable assets, human capital, and land, which might hinder improved community access to inputs and advisory services to improve agricultural outcomes. These results underscore the need to integrate household-level interventions that could lift household endowments to create an asset threshold that would allow the productive use of created community assets. One avenue to achieve this could be complementing cash/in-kind transfers with a well-designed productive asset transfer. Other studies have shown delays and underpayment of entitled public work transfers. Hence improving the timeliness and size of cash/in-kind payments are also critical to achieve impact on agriculture. Doing so may elevate the impact of the PSNP beyond improving community access to inputs and may promote agricultural development, ultimately improving rural livelihoods. Agriculture as a source of food and livelihood for the hungry and malnourished has an important role in alleviating malnutrition and its associated welfare consequences. Especially in a context where subsistence agriculture constitutes a large share of agricultural production and market participation is hindered by market failure, own production plays a crucial role in household food security and nutritional outcomes. Evidence as to whether production diversity improves nutritional outcomes is not definitive. It largely draws on studies that did not address the endogenous relationship between production and consumption decisions. To fill this research gap, Chapter 4 analyzes the impact of production diversity on household diet and child undernutrition. It uses instrumental variable approach to account for endogeniety in production and consumption decision among smallholders. Results show that production diversity is associated with improvements in household diet, but not child chronic undernutrition. Positive effects could come through three possible pathways: consumption, improved agroecology due to production diversification, and improved risk-bearing capacity. We find higher consumption of more nutritious foods (egg, fish, fruits, legumes/nuts/seeds, meat, roots, tubers, milk, milk products, and vegetables) among households with higher levels of production diversity. Nevertheless, production diversification above 7.5 and 7 food groups, for household with access to community market and those with no access respectively, is negatively associated with household nutrition. This could be due to foregone income benefits from specialization. As far as the role of markets is concerned, we found that market access improves household dietary diversity even when production diversity is high. Our analysis of the role of market participation shows a positive impact of market participation on household diets, but finds no impact on child nutrition. Given that an average farmer in our sample produces about six groups of foods, promoting more production diversity is likely to result in negative effect on household diets. Hence, policies that aim to improve smallholders’ nutrition should focus on improving conditions for market participation over increasing the diversity of production. While there is ample evidence on the impact of safety nets on poverty, their role in addressing the root causes and manifestations of poverty, such as child malnutrition, is not well documented. Moreover, the available evidence on the impact of safety nets on household food security and child nutrition emanates from programs in Latin American countries that were implemented under different institutional capacity and implementation modalities. Moreover, evidence as to whether safety nets impact child nutrition is not conclusive. In addition, in Ethiopia, the very few studies examining the impact of safety nets on child nutrition and household food security provided mixed evidence. These studies used methods that are prone to bias due to time-variant confounders that are pertinent to the program design and implementation. In Chapter 5, we address this gap by evaluating the impact of the PSNP on household food security and child nutrition outcomes. We did this by applying marginal structural models that adjust not only for timein-variant, but also time-variant confounders. We find that although PSNP participation increases child meal frequency, it has no impact on household food security and child dietary diversity, height-for-age z-scores, body-mass-index, the likelihood of stunting, and the likelihood of being underweight. We also find important predictors of child nutrition, such as maternal education, child dietary diversity, household food security, durable assets, expenditures, and nutritional status during the 1,000 days window to be lower among children in PSNP participant households. Moreover, while experts note that integrating safety nets with other sectoral programs is critical to result in impacts on nutrition, such integrations are lacking in the PSNP’s implementation. Therefore, we recommend integrating PSNP with other sectoral programs that are nutrition-specific and nutrition-sensitive. Some proven interventions include, but are not limited to, the promotion of access to clean water and sanitation, access to health services, women’s empowerment, nutrition education, and agricultural technology adoption. To summarize, using Ethiopia as a case study, this dissertation contributes to the growing body of literature on impact evaluation of programs aimed at achieving the SDG targets. It does so by applying novel techniques in impact evaluation using observational studies including those that integrate learning algorithms. It shows that a higher production diversity negatively affects household nutrition while market access and participation improve household diets. Hence, improving conditions for market participation and increased participation in markets might be one of the pathways through which agriculture improves nutrition, especially in contexts where production is already diversified enough. It also shows that despite the potential of safety nets to address the root cause of poverty by improving household livelihoods and breaking the inter-generational cycle of poverty, these impacts are mostly nonexistent in one of Africa’s largest social protection program. To alleviate these constraints and elevate the contribution of PSNP beyond the limited impact on nutrition and agriculture, we recommend integrating nutrition-sensitive interventions and well-designed asset transfer programs. Nahezu alle Nationen haben sich im Rahmen der Sustainable Development Goals (SDGs) verpflichtet, die Welt bis 2030 von Hunger und Armut zu befreien. Bei der Reduzierung von Armut und Hunger wurden erhebliche Fortschritte erzielt. Dennoch lebt ein erheblicher Teil der Menschen im globalen Süden, vor allem in ländlichen Gebieten, immer noch in Armut, hungert und leidet unter Mangelernährung. Sozialer Schutz und eine ernährungssensitive Landwirtschaft gehören zu den Strategien, die von mehreren Ländern umgesetzt werden, um Armut, Ernährungsunsicherheit und Mangelernährung zu lindern. Während es einen Konsens über die Auswirkungen von sozialen Sicherungssystemen auf Armut gibt, sind die Erkenntnisse über ihre Auswirkungen auf Landwirtschaft, Ernährungssicherheit und Ernährung nicht eindeutig. Darüber hinaus ist die Wirkung von ernährungssensitiven landwirtschaftlichen Interventionen, insbesondere die Rolle der Produktionsdiversifizierung, auf die Verbesserung der Ernährung von Kleinbauern nicht gründlich untersucht. Äthiopien stellt eine interessante Fallstudie dar, um die Rolle von Sozialschutz und ernährungssensitiver Landwirtschaft auf das Wohlergehen von Haushalten zu untersuchen. Äthiopien hat eines der größten Sozialschutzprogramme in Afrika, das Productive Safety Net Program (PSNP). In jüngster Zeit hat Äthiopien auch mehrere Anstrengungen unternommen, um die Landwirtschaft und Maßnahmen zur sozialen Sicherung ernährungssensitiv zu gestalten. Darüber hinaus ist das Land nicht nur eine der am schnellsten wachsenden Volkswirtschaften derWelt, sondern weist auch hohe Raten an Armut, Ernährungsunsicherheit und Unterernährung auf. AmBeispiel Äthiopiens werden in dieser Dissertation die Auswirkungen des PSNP auf die Landwirtschaft, die Ernährungssicherheit und die Ernährung sowie die Auswirkungen der landwirtschaftlichen Diversifizierung auf die Ernährung von Haushalten und Kindern untersucht. Zu diesem Zweck werden zwei Längsschnittdatensätze aus Äthiopien verwendet - die Living Standard Measurement Study - Integrated Surveys on Agriculture und die Young Lives Kohortenstudie. Diese Arbeit ist in sechs Kapitel gegliedert. Kapitel 1 stellt den konzeptionellen Rahmen vor und hebt die Zusammenhänge zwischen Sozialschutz, Landwirtschaft und Ernährung hervor. Kapitel 2 informiert über die Datenquellen und die in den folgenden drei Kapiteln verwendeten Identifikationsstrategien. Kapitel 3 evaluiert die Auswirkungen einer Sozialschutzmaßnahme auf eine Reihe von landwirtschaftlichen Ergebnissen. Kapitel 4 analysiert die Rolle von landwirtschaftlicher Diversifizierung auf die Ernährungssituation von Haushalten und Kindern. Kapitel 5 schätzt die Auswirkungen des PSNP auf die Ernährungssicherheit der Haushalte und die Ernährung der Kinder. Kapitel 6 schließt mit politischen und methodischen Implikationen und skizziert Empfehlungen für zukünftige Forschung. Seit 2005 hat Äthiopien seine Sozialschutzstrategie von Hilfsmaßnahmen, die hauptsächlich aus einer Ad-hoc-Verteilung von Nahrungsmitteln/Bargeld nach Dürren bestehen, auf ein entwicklungsorientiertes Sozialschutzprogramm namens Productive Safety Net (PSNP) umgestellt. PSNP bietet Geld- und Sachmitteltransfers für Arbeitsleistungen in öffentlichen Arbeitsprojekten wie Straßen, Bewässerung, Schulen, Krankenhäuser und Ausbildungszentren für Bauern. Ergänzt wird das Programm durch Vermögensaufbau, die das Ziel haben, den Lebensunterhalt der beteiligten Haushalte zu verbessern. Daher könnte die Teilnahme der Haushalte am PSNP die landwirtschaftliche Produktion zu verbessern, indem Liquiditäts- und Kreditbeschränkungen gemildert werden, Sicherheiten erhöht werden, eine Versicherung gegen Risiken besteht, der Zugang zu Betriebsmitteln und Agrarmärkten verbessert wird und gemeinschaftliche landwirtschaftliche Vermögen aufgebaut werden. Kapitel 3 bewertet die Auswirkungen des PSNP auf den Besitz von Produktionsmitteln, die Einführung von verbessertem Saatgut und Düngemitteln, die Vielfalt von Nutzpflanzen und Viehbeständen, Beratungsdienste und die Kontrolle von Frauen über Ressourcen durch die Anwendung einer gezielten Maximum-Likelihood-Schätzung. Der Artikel trägt zur Literatur bei, indem er eine Reihe von Ergebnissen entlang der kausalen Zusammenhänge berücksichtigt und eine Methode einsetzt, die Algorithmen des maschinellen Lernens verwendet. Das Modell liefert Schätzungen, die weniger anfällig für Fehlspezifikationen und Ausreißer sind. Die Ergebnisse zeigen, dass die PSNP-Teilnahme den Besitz von landwirtschaftlichen Werkzeugen, denWert von Viehverkäufen, den Anteil des Haushaltseinkommens aus außerlandwirtschaftlichen Quellen, die für landwirtschaftliche Arbeiten aufgewendete Zeit und den Zugang zu Krediten auf Haushaltsebene erhöht. Darüber hinaus verbessert die PSNP-Teilnahme den Zugang der Gemeinschaft zu Bewässerung und Beratungsleistungen zum Management natürlicher Ressourcen sowie den Zugang der Haushalte zu Krediten, die Ernteproduktion und die Viehzucht. Die PSNP-Teilnahme hat jedoch keinen Einfluss auf die Nutzung von Technologien, die Kontrolle der Frauen über das Einkommen, die Ernte und den Viehbestand sowie den Zugang zu Beratungsdiensten auf Haushaltsebene. Die Ergebnisse zeigen auch, dass PSNP-Teilnehmer eine geringere Ausstattung mit langlebigen Vermögenswerten, Humankapital und Land haben, was einen verbesserten Zugang der Gemeinschaft zu Betriebsmitteln und Beratungsdiensten zur Verbesserung der landwirtschaftlichen Ergebnisse behindern könnte. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit, Interventionen auf Haushaltsebene zu integrieren, die die Ausstattung der Haushalte anheben könnten, um eine Vermögensschwelle zu schaffen, die die produktive Nutzung des geschaffenen Gemeinschaftsvermögens ermöglicht. Eine Möglichkeit, dies zu erreichen, könnte darin bestehen, Bargeld-/Sachmitteltransfers durch einen gut konzipierten Vermögenstransfer zu ergänzen. Andere Studien haben Verzögerungen und Unterbezahlung von berechtigten öffentlichen Arbeitstransfers gezeigt. Daher ist die Verbesserung der Pünktlichkeit und des Umfangs von Geld-/Sachleistungenebenfalls entscheidend, um Auswirkungen auf die Landwirtschaft zu erzielen. Dadurch kann dieWirkung des PSNP über die Verbesserung des Zugangs der Gemeinden zu Betriebsmitteln hinausgehen und die landwirtschaftliche Entwicklung fördern, was letztlich die Lebensbedingungen im ländlichen Raum verbessert. Die Landwirtschaft als Quelle von Nahrung und Lebensunterhalt für Hungernde und Unterernährte spielt eine wichtige Rolle bei der Linderung von Unterernährung und den damit verbundenen Folgen für das Wohlergehen. Insbesondere in einem Kontext, in dem die Subsistenzlandwirtschaft einen großen Teil der landwirtschaftlichen Produktion ausmacht und in dem die Marktteilnahme durch Marktversagen behindert wird, spielt die Eigenproduktion eine entscheidende Rolle für die Ernährungssicherheit der Haushalte und die Ernährungsergebnisse. Die Beweise dafür, ob die Produktionsvielfalt die Ernährung verbessert, sind nicht eindeutig. Sie stützen sich größtenteils auf Studien, die sich nicht mit der endogenen Beziehung zwischen Produktionsund Konsumentscheidungen befasst haben. Um diese Forschungslücke zu schließen, analysiert Kapitel 4 die Auswirkungen der Produktionsvielfalt auf die Ernährung der Haushalte und die Unterernährung von Kindern. Um die Endogenität dieser Auswirkungen zu berücksichtigen, wird ein Instrumentalvariablenansatz gewählt Die Ergebnisse zeigen, dass die Produktionsvielfalt mit Verbesserungen in der Ernährung der Haushalte verbunden ist, nicht aber mit chronischer Unterernährung von Kindern. Die positiven Effekte könnten über drei möglicheWege zustande kommen: Konsum, verbesserte Agrarökologie aufgrund der Produktionsdiversifizierung und verbesserte Risikotragfähigkeit. Der Artikel findet einen höheren Konsum von nährstoffreicheren Lebensmitteln (Eier, Fisch, Früchte, Hülsenfrüchte/Nüsse/Samen, Fleisch,Wurzeln, Knollen, Milch, Milchprodukte und Gemüse) in Haushalten mit höherer Produktionsvielfalt. Dennoch ist die Produktionsdiversifizierung über sieben Lebensmittelgruppen hinaus negativ mit der Ernährung der Haushalte verbunden. Dies könnte auf entgangene Einkommensvorteile durch Spezialisierung zurückzuführen sein. Was die Rolle der Märkte betrifft, so wurde gezeigt, dass der Marktzugang die Ernährungsvielfalt der Haushalte verbessert, selbst wenn die Produktionsvielfalt hoch ist. Unsere Analyse der Rolle der Marktteilnahme zeigt einen positiven Einfluss der Marktteilnahme auf die Ernährung der Haushalte, findet aber keinen Einfluss auf die Ernährung der Kinder. Angesichts der Tatsache, dass ein durchschnittlicher Landwirt in unserer Stichprobe etwa sechs Gruppen von Nahrungsmitteln produziert, dürfte die Förderung einer größeren Produktionsvielfalt negative Auswirkungen auf die Ernährung der Haushalte haben. Daher sollten sich politische Maßnahmen zur Verbesserung der Ernährung von Kleinbauern darauf konzentrieren, die Bedingungen für die Marktteilnahme zu verbessern, anstatt die Produktionsvielfalt zu erhöhen. Während es zahlreiche Belege für die Auswirkungen von Maßnahmen zur sozialen Sicherung auf die Armut gibt, ist ihre Rolle bei der Bekämpfung der eigentlichen Ursachen und Erscheinungsformen von Armut, wie z. B. der Unterernährung von Kindern, nicht gut dokumentiert. Dazu stammen die verfügbaren Erkenntnisse über die Auswirkungen von Maßnahmen zur sozialen Sicherung auf die Ernährungssicherheit von Haushalten und die Ernährung von Kindern aus Programmen in lateinamerikanischen Ländern, die mit unterschiedlichen institutionellen Kapazitäten und Umsetzungsmodalitäten durchgeführt wurden. Darüber hinaus ist die Evidenz, ob Maßnahmen zur sozialen Sicherung die Kinderernährung beeinflussen, nicht schlüssig. Auch in Äthiopien lieferten die wenigen Studien, die die Auswirkungen von Maßnahmen zur sozialen Sicherung auf die Ernährung von Kindern und die Ernährungssicherheit von Haushalten untersuchten, gemischte Erkenntnisse. In diesen Studien wurden Methoden verwendet, die anfällig für Verzerrungen durch zeitvariable Störfaktoren sind, die mit dem Programmdesign und der Implementierung zusammenhängen. In Kapitel 5 wird diese verbleibende Lücke geschlossen, indem die Auswirkungen des PSNP auf die Ernährungssicherheit von Haushalten und die Ernährung von Kindern untersucht wird. Dazu werden marginale Strukturmodelle angewandt, die nicht nur für zeitvariante, sondern auch für zeitinvariante Einflussfaktoren adjustieren. Die Studie stellt fest, dass die Teilnahme am PSNP zwar die Häufigkeit der Mahlzeiten für Kinder erhöht, aber keinen Einfluss auf die Ernährungssicherheit der Haushalte und die Ernährungsvielfalt der Kinder, die z-Scores für die Körpergröße, den Body-Mass-Index, und dieWahrscheinlichkeit vonWachstumshemmung und Untergewicht hat. Es wird außerdem festgestellt, dass wichtige Determinanten für die Kinderernährung, wie z.B. die Bildung der Mutter, die Ernährungsvielfalt des Kindes, die Ernährungssicherheit des Haushalts, das langfristige Vermögen, die Ausgaben und der Ernährungszustand während des 1.000-Tage-Fensters bei den Kindern in den Haushalten der PSNP-Teilnehmer niedriger sind. Darüber hinaus weisen Experten darauf hin, dass die Integration von Maßnahmen zur sozialen Sicherung mit anderen sektoralen Programmen entscheidend ist, um Auswirkungen auf die Ernährung zu erzielen. Solche Integrationen fehlen bei der Umsetzung des PSNP. Es wird daher empfohlen, das PSNP mit anderen sektoralen Programmen zu integrieren, die ernährungsspezifisch und ernährungssensitiv sind. Zu den bewährten Interventionen gehören unter anderem die Förderung des Zugangs zu sauberem Wasser und sanitären Einrichtungen, der Zugang zu Gesundheitsdiensten, die Stärkung der Rolle der Frau, Ernährungserziehung und die Einführung landwirtschaftlicher Technologien. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Arbeit am Beispiel Äthiopiens einen Beitrag zur wachsenden Literatur über die Wirkungsevaluierung von Programmen zur Erreichung der Nachhaltigen Entwicklungsziele bis 2030 leistet. Dies wird durch die Anwendung neuer Techniken in der Wirkungsevaluation mit beobachtenden Studien erreicht, einschließlich solcher Techniken, die integrierte Lernalgorithmen verwenden. Sie zeigt, dass sich eine höhere Produktionsvielfalt negativ auf die Ernährung der Haushalte auswirkt, während Marktzugang und -teilnahme die Ernährung der Haushalte verbessern. Daher könnte die Verbesserung der Bedingungen für die Marktteilnahme und die verstärkte Teilnahme an Märkten einer derWege sein, über den die Landwirtschaft die Ernährung verbessert, insbesondere in Kontexten, in denen die Produktion bereits ausreichend diversifiziert ist. Die Studie zeigt auch, dass trotz des Potenzials von Maßnahmen zur sozialen Sicherung, die Ursache von Armut zu bekämpfen, indem sie die Lebensgrundlage von Haushalten verbessern und den generationenübergreifenden Kreislauf der Armut durchbrechen, diese Auswirkungen in einem der größten Sozialschutzprogramme Afrikas weitgehend ausbleiben. Um diese Einschränkungen zu beheben und den Beitrag des PSNP über die begrenzten Auswirkungen auf Ernährung und Landwirtschaft hinaus zu erhöhen, wird die Integration von ernährungssensitiven Interventionen und gut konzipierten Vermögenstransferprogrammen empfohlen.

Soils with high salinity are often also affected by waterlogging with hypoxic conditions in the root zone, which severely reduces plant growth and crop yield. The combination of salinity and hypoxia generates an intense stress for the plant: On the one hand, hypoxic conditions at the root level cause a severe energy deficit due to the inhibition of oxidative phosphorylation, on the other hand, energy-consuming tolerance mechanisms have to be maintained to cope with salt stress. To better understand the tolerance mechanisms to combined saline and hypoxic conditions, the metabolic and physiological adaptation capacity of the model halophyte Suaeda maritima, typically found in flooded saline soils, and the closely related sugar beet (Beta vulgaris L.) were analysed. Salt tolerant plants are characterised by their ability to tolerate high Na+ and Cl- concentrations without being damaged by ion toxicity. The basis of this tolerance is primarily osmotic adaptation, the compartmentalisation of ions in cell organelles and the ability to replace K+ with Na+ in important cellular processes. Li+ has similar physico-chemical properties to Na+ and K+, but forms complexes with organic and inorganic anions more readily than other alkali metals. Therefore, Li+ can displace metals during the uptake and translocation by the plant and at enzymatic binding sites, which impairs enzyme activity and can lead to toxic effects. The effects of different cations with similar physicochemical properties on their accumulation pattern at high and low osmolarity were investigated to determine whether Li+ toxicity could be mitigated by competitive uptake of K+ and Na+. Hydroponic culture experiments with increasing salt concentration demonstrated the ability of S. maritima and B. vulgaris to tolerate high salt concentrations by maintaining ion homeostasis and high tissue tolerance to Na+ accumulation. An increased Na+/K+ ratio under hypoxic conditions indicates that an energy shortage caused by oxygen depletion in the root impairs Na+ exclusion and K+ uptake, thereby increasing the ionic imbalance under hypoxic conditions. The metabolic profile showed a tissue-specific response to salinity and hypoxia: The root metabolism is mainly influenced by hypoxia, inhibiting oxidative phosphorylation, while at the same time glycolysis is enhanced to maintain ATP production. The enhanced accumulation of amino acids and TCA cycle intermediates suggests that a partial flow of the TCA cycle fuelled by the GABA shunt may play a crucial role in the recovery of reduction equivalents for ATP production by glycolysis, thereby sustaining energy-intensive cellular processes under hypoxic conditions. As a consequence to the high Na+ accumulation in the shoots, the metabolic profile of young and mature leaves is mainly influenced by salt stress, which triggers the accumulation of compatible solutes for osmotic adjustment and ROS scavenging mechanisms. To achieve tolerance to high salinity, energy consumption rises. Hence, the biomass increase of B. vulgaris stagnates at 200 mM NaCl. In contrast, S. maritima shows its optimal growth at the same salinity range, which reflects the higher adaptability of the halophyte to saline conditions. Different mechanisms in the shoot and root lead to an accumulation of proline, which contributes to the increased tolerance to combined salinity and hypoxia, as proline stabilises membranes and proteins under salt stress and scavenges increased ROS formation induced by hypoxia. High ion accumulation in combination with hypoxic conditions enhances ROS formation in the shoots, leading to light-induced pigment degradation in S. maritima, which is mitigated by enhanced proline biosynthesis in the chloroplasts. In contrast, proline accumulation in the root is not exclusively the result of enhanced proline biosynthesis, but of inhibited proline degradation due to the low availability of reduction equivalents when salinity and hypoxia are combined. The accumulation of Li+ is relatively low in comparison to Na+ and K+, as B. vulgaris strongly limits the Li+ uptake via the transpiration stream to avoid toxic Li+ concentrations in the leaves. High concentrations of Li+ combined with Na+/K+, increase Li+ accumulation in leaves and cause growth inhibition as well as the formation of necrotic tissue, indicating low tissue tolerance to Li+ and severe stress. The application of equimolar concentrations of Na+ and K+ has no effect on Li+ accumulation and ion toxicity, suggesting that Li+ uptake is independent of Na+ and K+ cation channels and that Li+ toxicity is not mainly caused by the displacement of K+ at enzymatic binding sites. Dieser Arbeit befasst sich mit den metabolische und physiologische Anpassungsfähigkeit des Modellhalophyten Suaeda maritima, der typischerweise in überfluteten salzhaltigen Böden vorkommt, und der eng verwandten Zuckerrübe (Beta vulgaris). Salztolerante Pflanzen zeichnen sich durch ihre Fähigkeit aus, hohe Na+ und Cl- Konzentrationen zu tolerieren, ohne durch Ionentoxizität geschädigt zu werden. Die Grundlage dieser Toleranz ist in erster Linie die osmotische Anpassung, die Kompartimentierung von Ionen in Zellorganellen und die Fähigkeit K+ durch Na+ bei wichtigen zellulären Vorgängen zu ersetzen. Li+ hat ähnliche physikalisch-chemische Eigenschaften wie Na+ und K+, reagiert aber leichter als andere Alkalimetalle mit organischen und anorganischen Anionen. Daher kann Li+ andere Metalle bei der Aufnahme und Verlagerung in die Pflanze und an enzymatischen Bindungsstellen verdrängen, was die Enzymaktivität beeinträchtigt und toxisch wirken kann. In einer weiteren Studie wurden die Auswirkungen verschiedener Kationen mit ähnlichen physikalisch-chemischen Eigenschaften auf ihr Akkumulationsmuster bei hoher und niedriger Osmolarität untersucht, um festzustellen, ob die Toxizität von Li+ durch die konkurrierende Aufnahme von K+ und Na+ abgeschwächt werden kann. Experimente in Hydrokulturen mit steigender Salzkonzentration zeigten die Fähigkeit von S. maritima und B. vulgaris, hohe Salzkonzentrationen zu tolerieren, indem sie die Ionenhomöostase aufrechterhalten und eine hohe Gewebetoleranz gegenüber Na+-Akkumulation aufweisen. Ein erhöhtes Na+/K+-Verhältnis unter hypoxischen Bedingungen deutet darauf hin, dass der durch die Reduzierung des Sauerstoffs in der Wurzel verursachte Energiemangel den Na+ Ausschluss und die K+ Aufnahme beeinträchtigt, wodurch das ionische Ungleichgewicht unter hypoxischen Bedingungen verstärkt wird. Das Stoffwechselprofil zeigte eine gewebespezifische Reaktion auf Salinität und Hypoxie: In den Wurzeln wird der Stoffwechsel hauptsächlich von Hypoxie beeinflusst, bei der die oxidative Phosphorylierung gehemmt wird, während gleichzeitig eine höhere Aktivität der Glykolyse zur Aufrechterhaltung der ATP-Produktion stattfindet. Die verstärkte Anhäufung von Aminosäuren und Zwischenprodukten des TCA-Zyklus deutet darauf hin, dass ein Teilfluss des TCA-Zyklus, der durch den GABA-Shunt gespeist wird, eine entscheidende Rolle bei der Wiedergewinnung von Reduktionsäquivalenten für die ATP-Produktion durch die Glykolyse spielen könnte, wodurch energieintensive zelluläre Prozesse unter hypoxischen Bedingungen aufrechterhalten werden können. Als Folge der hohen Na+ Akkumulation im Spross wird das Stoffwechselprofil junger und voll entwickelte Blätter hauptsächlich durch Salzstress beeinflusst. Kompatible Osmolyte werden zur osmotischen Anpassung und ROS Abwehr akkumuliert. Diese Toleranzmechanismen führen zu einem erhöhten Energieverbrauch, welcher zu einer Stagnation der Zunahme der Biomasse von B. vulgaris bei 200 mM NaCl führt. Bei einem identischen Salzgehalt zeigt hingegen S. maritima ihr Wachstumsoptimum, was die höhere Anpassungsfähigkeit des Halophyten an salzige Bedingungen widerspiegelt. Unterschiedliche Mechanismen in Spross und Wurzel führen zu einer Anhäufung von Prolin, was zur erhöhten Toleranz gegenüber einer Kombination aus Salinität und Hypoxie beiträgt, da Prolin die Membranen und Proteine unter Salzstress stabilisiert und die durch Hypoxie induzierte erhöhte ROS-Bildung abfängt. Eine hohe Akkumulation von Ionen in Kombination mit hypoxischen Bedingungen erhöht die ROS-Bildung im Spross, was zu einem lichtinduzierten Pigmentabbau bei S. maritima führt. Dies wird durch eine verstärkte Prolin Biosynthese in den Chloroplasten abgemildert. In der Wurzel hingegen, wird der Abbau von Prolin durch die geringe Verfügbarkeit von Reduktionsäquivalenten gehemmt, wodurch Prolin in der Wurzel bei der Kombination von Salinität und Hypoxie anreichert wird. Im Vergleich zu Na+ und K+ ist die Akkumulation von Li+ relativ gering, da B. vulgaris die Li+ Aufnahme über den Transpirationsstrom stark begrenzt, um toxische Li+ Konzentrationen in den Blättern zu vermeiden. Hohe Li+-Konzentrationen in Kombination mit Na+/K+ erhöhen die Li+-Akkumulation in den Blättern und bewirken eine Wachstumshemmung sowie die Bildung von nekrotischem Gewebe, was auf eine geringe Gewebetoleranz gegenüber Li+ und schweren Stress hinweist. Die Anwendung äquimolarer Konzentrationen von Na+ und K+ hatte keine Auswirkungen auf die Li+ Akkumulation und die Ionentoxizität, was darauf hindeutet, dass die Li+ Aufnahme unabhängig von Na+ und K+ Kationenkanälen abläuft und dass Li+ Toxizität nicht durch die Verdrängung von K+ an enzymatischen Bindungsstellen verursacht wird.

Society’s demands for more and better animal welfare in Germany have increased in recent years which has been promoted by the introduction of a lot of animal welfare labels and legislative changes. Therefore, housing systems with fully slatted floors, a minimum space allowance and a few employment opportunities are no longer state of the art. However, the implementation of more animal welfare confronts farmers with a large number of challenges. Among other things, there are still many problems with the integration of a solid lying area, due to the high risk of fouling and the resulting poor indoor climate. Functionally reliable solutions were to be found in the project “Label-Fit” for the integration of a solid lying area into existing conventional housing systems for rearing piglets and fattening pigs. Based on literature research and expert discussions, the influencing factors group size, pen structure, type of perforated floor, light intensity, a cooled/heated lying area and a cover over the lying area were examined. These factors were investigated in four fattening and two rearing compartments over three years (five fattening periods with a total of 2200 pigs; six rearing periods with a total of 1152 piglets) in the Bildungs- und Wissenszentrum Boxberg (LSZ). The lying behavior, the fouling of the pens and animals and various climate parameters were recorded and evaluated to assess the acceptance of the lying area. In order to examine the influence of the light intensity, spotlights were located over the slatted area in fattening pens to make this area unattractive for lying and influence the lying behavior and the soiling of the lying surface positively. This increased light intensity leads to significantly more pigs lying on the solid lying area, but it did not affect the fouling. Furthermore, the effect of a cooled lying area on fattening pigs was tested. The cooling of the lying area leads to significantly more animals on the lying area even at higher temperatures, and the fouling of the animals was reduced significantly. The fouling of the lying area was not affected; however, the fouling was very low in this examination. The temperature requirements in the rearing of piglets change greatly during the rearing period, consequently, two heating systems and a floor cooling system were examined in two rearing compartments. There was no difference between the two heating systems on the lying behavior. However, significantly more piglets lay on the cooled lying area compared with the control pen during the last weeks. The fouling of the pens and animals was very low but not affected by the cooling or heating systems. Two of the fattening compartments were converted with pens for 18 pigs and two compartments with pens for 28 pigs. The two group sizes could only be compared descriptively due to structural and temporal differences. The acceptance and the cleanliness of the lying area in the groups with 28 animals were better than in the smaller groups. Furthermore, two different arrangements of the perforated area on one side or two sides of the lying area were tested, but only descriptively. It was shown that more animals were lying on the lying area in the pen with the slatted area on one side, but the solid lying area was dirtier. The position of the feeding can also influence the acceptance of the designated functional area. Therefore, two feeder positions were examined descriptively: In the middle and at the edge of the lying area. The results showed that more pigs were lying on the solid lying area when the feeding was placed at the edge. In addition, the fouling of the lying area and partly also of the animals was reduced in pens with feeding at the edge. The attractiveness of lying in the designated elimination area can be decreased by the type of floor. Therefore, a concrete slatted area was compared with a triangular grid area. Significantly more pigs lay on the solid lying area in pens with a triangular grid, especially when the temperature was low. Finally, the influence of the heated lying area and a cover over a part of the lying area was compared. The results showed that a cover over the lying area seems to lead to more pigs lying on the solid lying area, which was also fouled less than in pens with heated lying areas (no significant differences). Based on the results of this study and the results of other studies, recommendations for an optimized pen structure with a solid lying area are summarized in a decision aid for the structuring of a pen for fattening pigs or rearing piglets. In addition, as part of this dissertation, an optimized pen for fattening pigs with a solid lying area was designed. The results of the dissertation show that there are many ways to implement a solid lying area. A combination of several of these approaches has the potential to improve the acceptance of a solid lying area in conventional pig housing systems. Die Forderungen der Gesellschaft nach mehr Tierwohl in Deutschland sind in den letzten Jahren gestiegen, was durch die Einführung vieler Tierschutzlabel und Gesetzesänderungen gefördert wurde. So sind Stallsysteme mit Vollspaltenböden, einem minimalen Platzangebot und wenigen Beschäftigungsmöglichkeiten nicht mehr Stand der Technik. Die Umsetzung von mehr Tierwohl stellt die Landwirte jedoch vor viele Herausforderungen. Unter anderem gibt es viele Probleme bei der Integration eines geschlossenen Liegefläche aufgrund der hohen Verschmutzungsgefahr und des daraus resultierenden schlechten Stallklimas. Im Projekt „Label-Fit” sollten funktionssichere Lösungen für die Integration einer geschlossenen Liegefläche in bestehende konventionelle Stallsysteme für die Ferkelaufzucht und Mastschweine gefunden werden. Basierend auf Literaturrecherchen und Expertengesprächen wurden die Einflussfaktoren Gruppengröße, Buchtenstruktur, Art des perforierten Bodens, Lichtintensität, eine gekühlte/beheizte Liegefläche und eine Abdeckung der Liegefläche untersucht. Diese Faktoren wurden in vier Mast- und zwei Aufzuchtabteilen über drei Jahre (fünf Mastdurchgänge mit insgesamt 2200 Schweinen; sechs Aufzuchtdurchgänge mit insgesamt 1152 Ferkeln) im Bildungs- und Wissenszentrum Boxberg (LSZ) untersucht. Zur Beurteilung der Akzeptanz der Liegefläche wurden das Liegeverhalten, die Verschmutzung der Buchten und der Tiere sowie verschiedene Stallklimaparameter erfasst und ausgewertet. Um den Einfluss der Lichtintensität zu untersuchen, wurden Strahler über dem Spaltenbereich in Mastbuchten angebracht, um diesen Bereich zum Liegen unattraktiv zu machen und das Liegeverhalten und die Verschmutzung der Liegefläche positiv zu beeinflussen. Diese erhöhte Lichtintensität führte dazu, dass signifikant mehr Schweine auf der Liegefläche lagen, hatte aber keinen Einfluss auf die Verschmutzung. Die Kühlung der Liegefläche in Mastschweinebuchten führt dazu, dass auch bei höheren Temperaturen signifikant mehr Tiere auf der Liegefläche lagen und die Tierverschmutzung signifikant reduziert war. Die Verschmutzung der Liegefläche wurde nicht beeinflusst, allerdings war diese bei dieser Untersuchung insgesamt sehr gering. Aufgrund der sich ändernden Temperaturanforderungen im Verlauf der Ferkelaufzucht, wurden in zwei Aufzuchtabteilen zwei Heizsysteme und ein Bodenkühlsystem untersucht. Es zeigte sich kein Unterschied zwischen den beiden Heizsystemen auf das Liegeverhalten. Allerdings lagen in den letzten Wochen deutlich mehr Ferkel auf der gekühlten Liegefläche. Die Verschmutzung der Buchten und Tiere war sehr gering und wurde weder durch die Kühl- noch durch die Heizsysteme beeinflusst. Zwei der Mastabteile wurden mit Buchten für je 18 Schweine und zwei Abteile mit Buchten für je 28 Schweine umgebaut. Die beiden Gruppengrößen konnten nur deskriptiv verglichen werden. Die Akzeptanz und die Sauberkeit der Liegefläche waren in den Gruppen mit 28 Tieren besser. Des Weiteren wurden zwei unterschiedliche Anordnungen des perforierten Bereichs, auf einer Seite bzw. zwei Seiten der Liegefläche, getestet (nur deskriptiv). Es zeigte sich, dass in Buchten mit perforierter Fläche zu einer Seite der Liegefläche mehr Tiere auf der Liegefläche lagen, aber diese stärker verschmutzt waren. Auch die Position der Fütterung kann die Akzeptanz der Funktionsfläche beeinflussen. Deshalb wurden zwei Fütterungspositionen deskriptiv untersucht: In der Mitte und am Rand des Liegebereichs. Es lagen mehr Schweine auf der Liegefläche, wenn die Fütterung am Rand platziert war. Außerdem war die Verschmutzung der Liegefläche und teilweise auch der Tiere in Buchten mit der Fütterung am Rand geringer. Die Attraktivität, in den vorgegebenen Kotbereich zu liegen, kann durch die Art des perforierten Bodens verringert werden. Deshalb wurden Betonspalten mit Dreikantrost verglichen. In Buchten mit Dreikantrost lagen insbesondere bei niedrigen Temperaturen deutlich mehr Schweine auf der Liegefläche. Schließlich wurde der Einfluss der beheizten Liegefläche und einer Abdeckung über einem Teil der Liegefläche verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Abdeckung der Liegefläche dazu führt, dass mehr Schweine auf der festen Liegefläche liegen, die auch weniger verschmutzt war als in Buchten mit beheizten Liegeflächen. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie und anderer Untersuchungen, werden Empfehlungen für eine optimierte Buchtenstruktur mit geschlossenem Liegebereich in Form einer Entscheidungshilfe zur Strukturierung einer Bucht für Mastschweine oder Aufzuchtferkel zusammengefasst. Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Dissertation eine optimierte Bucht für Mastschweine mit geschlossener Liegefläche konzipiert. Die Ergebnisse der Dissertation zeigen, dass es viele Möglichkeiten gibt, einen geschlossene Liegefläche umzusetzen. Eine Kombination aus mehreren dieser Ansätze hat das Potenzial, die Akzeptanz einer geschlossenen Liegefläche in konventionellen Schweineställen zu verbessern.