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For centuries, architects have been fascinated by nature, drawing inspiration from it and trying to make their buildings adaptive or resilient to natures forces. While in the beginning creators of basic residential structures were very keen on this connection between their architecture and the natural site, todays buildings seem to have lost touch with their surroundings, being all the more massive and impactful, not only considering space consumption but also regarding their choice of building material. Architecture has become a means of isolation rooted in the assumed superiority of humans over the grown world - over nature. The aim of this thesis is to see nature and architecture as similarly valuable assets and find new building solutions at the interconnection of the two. By letting plants take over architecture in a controlled setting, a battle for the best possible form can emerge, providing the architect with a new way of designing that is closer to the surrounding nature and harnesses its potential. This thesis will look into the fields of building botany, ecology and biology and explore factors such as human interaction with plants and the vegetal potential for CO2 sequestration to visualize the benefits of plant-hybrid architecture. By employing digital design and simulation technology, those insights can be transferred into 3d designs that consequently can provide an outlook on how such a hypothetical building method can unfold. Finally, possible construction methods and feasible plant choices will be established to provide a conceptual design project. This can then serve as an inspiration and guideline for a future way of realizing more sustainable architecture, for that already today the foundations to the beneficial development towards plant-architecture-hybrids can be laid. Through digital design and simulation, growth processes can be accelerated and be brought into an architectural scope. To do so, this thesis willingly plays on and stretches facto, Ben L. Wieser, BSc., Masterarbeit Universität Innsbruck 2024

Diese Arbeit befasst sich mit Renaturierungsprojekten im Berliner Südosten, die in den Mooren Kleine Pelzlaake, Krumme Laake Ost, Krumme Laake West und Teufelsseemoor durchgeführt werden. Mithilfe des Mittleren Sonnentaus, einer Moorpflanze, widmet sich die Arbeit den Beziehungen und Formen der Fürsorge, die im Kontext von drei verschiedenen Maßnahmen des Natur- und Artenschutzes entstehen: die Zielartenliste des Berliner Florenschutzkonzepts, die Pflege von Erhaltungskulturen im Botanischen Garten Berlin, und der Umbau der Böden der genannten Moore. Diese drei Verfahren setzen sich jeweils aus unterschiedlichen technosozialen Praktiken zusammen, an denen stets Dinge, nicht-menschliche Lebewesen und Menschen beteiligt sind. Durch diese Praktiken wird der Mittlere Sonnentau auf multiple Weisen hervorgebracht. Jede dieser Versionen der Pflanze zeigt, dass Rückzug und Distanz die Fürsorgepraktiken im Feld wesentlich kennzeichnen. Damit wird die Bedeutung von Abstand angesichts einer starken Verflechtung mehr-als-menschlicher und menschlicher Lebensweisen für den urbanen Naturschutz deutlich., Peer Reviewed

The Mediterranean Basin is one of the most biodiverse areas in the world, harbouring 25,000 plant species of which 60% are endemic to this region. Some of them have narrow distribution, such as Euphorbia orphanidis, which is only known from alpine screes on Mt. Parnassos in Greece. Its exact distribution in this mountain was, however, poorly known, and also its phylogenetic origin was unclear. We performed extensive field work in Mt. Parnassos and could register E. orphanidis only in five patches of limestone screes in the eastern part of this mountain range, showing its very narrow distribution. We also registered 31 accompanying species and thus characterised its habitat. Using nuclear ribosomal internal transcribed spacer (ITS), and plastid ndhF and trnT–trnF sequences we have shown that it belongs to E. sect. Patellares, despite not having connate raylet leaves typical for this section, and not to E. sect. Pithyusa as previously suggested. The relationships within E. sect. Patellares are poorly resolved but the plastid sequences suggest that the closest relative of E. orphanidis is likely widespread Mediterranean species E. characias. Relative genome size of E. orphanidis is in the range of other members of E. sect. Patellares, suggesting that it is diploid. Finally, we performed multivariate morphological analyses to generate a comprehensive description of E. orphanidis. Based on its narrow distribution and foreseen negative impact of global warming, we consider this species critically endangered (CR)., Masterarbeit Universität Innsbruck 2022

Soil microorganisms are involved in nearly all relevant soil processes and considered as key players in agro-ecosystems. This is particularly relevant for the rhizosphere which is created by the activity of plant roots with dynamic impact on microbial communities, their diversity and activity. Both, beneficial but also pathogenic plant-microbial interactions in the rhizosphere are driven by root exudates and other root-induced modifications in rhizosphere chemistry, which are highly variable in space, time, composition and intensity. The physicochemical properties of the rhizosphere are influenced by numerous external factors including nutrient availability, biotic and abiotic stress, soil properties or plant genotypic variation but the related consequences for plant-microbial interactions and the consequences for plant performance and health status are still poorly understood. In this context the present study was initiated to investigate (i) the influence of the soil type on root exudation and the composition of the rhizosphere solution (ii) their impact on interactions with soil pathogens and beneficial rhizosphere microorganisms and (iii) the effect of long-term fertilization strategies (organic vs. mineral fertilization), using lettuce (Lactuca sativa) as a well-characterized model plant for studies on plant-microbial interactions in the rhizosphere., Bodenmikroorganismen sind an nahezu allen relevanten Bodenprozessen beteiligt und spielen daher eine Schlüsselrolle in Agrarökosystemen. Das betrifft besonders die Rhizosphäre, die durch die Aktivität von Pflanzenwurzeln mit ihrem dynamischen Einfluss auf mikrobielle Gemeinschaften im Boden, deren Diversität und deren Aktivität, gebildet wird. Sowohl nützliche als auch pathogene Interaktionen von Mikroorganismen mit ihren Wirtspflanzen werden durch Wurzelexsudate und andere wurzelinduzierte Modifikationen der Rhizosphärenchemie bestimmt, die durch eine hohe Variabilität im Hinblick auf Zusammensetzung und Intensität sowohl auf räumlicher als auch auf zeitlicher Ebene charakterisiert sind. Die physiko-chemischen Eigenschaften der Rhizosphäre werden von zahlreichen externen Faktoren beeinflusst, wie z.B. Nährstoffverfügbarkeit, biotischem und abiotischem Stress, Bodeneigenschaften oder pflanzengenotypischer Variabilität. Allerdings sind die dadurch bedingten Konsequenzen für Pflanzen-Mikroben-Interaktionen und die Auswirkungen auf die Ertragsbildung und die Pflanzengesundheit bisher nur ansatzweise verstanden. In diesem Zusammenhang wurde die vorliegende Studie durchgeführt, um (i) den Einfluss von Bodeneigenschaften auf die Wurzelexsudation und die Zusammensetzung der Rhizosphärenbodenlösung, (ii) deren Einfluss auf Interaktionen mit Bodenpathogenen und mit nützlichen Rhizosphärenmikroorganismen und (iii) den Effekt von Langzeitdüngungsstrategien (organische vs. mineralische Düngung) mit Salat (Lactuca sativa L.) als gut charakterisierte Modellpflanze für Pflanzen-Mikroben-Interaktionen in der Rhizosphäre zu untersuchen.

Soil microorganisms are involved in nearly all relevant soil processes and considered as key players in agro-ecosystems. This is particularly relevant for the rhizosphere which is created by the activity of plant roots with dynamic impact on microbial communities, their diversity and activity. Both, beneficial but also pathogenic plant-microbial interactions in the rhizosphere are driven by root exudates and other root-induced modifications in rhizosphere chemistry, which are highly variable in space, time, composition and intensity. The physicochemical properties of the rhizosphere are influenced by numerous external factors including nutrient availability, biotic and abiotic stress, soil properties or plant genotypic variation but the related consequences for plant-microbial interactions and the consequences for plant performance and health status are still poorly understood. In this context the present study was initiated to investigate (i) the influence of the soil type on root exudation and the composition of the rhizosphere solution (ii) their impact on interactions with soil pathogens and beneficial rhizosphere microorganisms and (iii) the effect of long-term fertilization strategies (organic vs. mineral fertilization), using lettuce (Lactuca sativa) as a well-characterized model plant for studies on plant-microbial interactions in the rhizosphere., Bodenmikroorganismen sind an nahezu allen relevanten Bodenprozessen beteiligt und spielen daher eine Schlüsselrolle in Agrarökosystemen. Das betrifft besonders die Rhizosphäre, die durch die Aktivität von Pflanzenwurzeln mit ihrem dynamischen Einfluss auf mikrobielle Gemeinschaften im Boden, deren Diversität und deren Aktivität, gebildet wird. Sowohl nützliche als auch pathogene Interaktionen von Mikroorganismen mit ihren Wirtspflanzen werden durch Wurzelexsudate und andere wurzelinduzierte Modifikationen der Rhizosphärenchemie bestimmt, die durch eine hohe Variabilität im Hinblick auf Zusammensetzung und Intensität sowohl auf räumlicher als auch auf zeitlicher Ebene charakterisiert sind. Die physiko-chemischen Eigenschaften der Rhizosphäre werden von zahlreichen externen Faktoren beeinflusst, wie z.B. Nährstoffverfügbarkeit, biotischem und abiotischem Stress, Bodeneigenschaften oder pflanzengenotypischer Variabilität. Allerdings sind die dadurch bedingten Konsequenzen für Pflanzen-Mikroben-Interaktionen und die Auswirkungen auf die Ertragsbildung und die Pflanzengesundheit bisher nur ansatzweise verstanden. In diesem Zusammenhang wurde die vorliegende Studie durchgeführt, um (i) den Einfluss von Bodeneigenschaften auf die Wurzelexsudation und die Zusammensetzung der Rhizosphärenbodenlösung, (ii) deren Einfluss auf Interaktionen mit Bodenpathogenen und mit nützlichen Rhizosphärenmikroorganismen und (iii) den Effekt von Langzeitdüngungsstrategien (organische vs. mineralische Düngung) mit Salat (Lactuca sativa L.) als gut charakterisierte Modellpflanze für Pflanzen-Mikroben-Interaktionen in der Rhizosphäre zu untersuchen.

Soil-crop models enjoy ever-greater popularity as tools to assess the im- pact of environmental changes or management strategies on agricultural production. Soil-crop models are designed to coherently simulate the crop, nitrogen (N) and water dynamics of agricultural fields. However, soil-crop models depend on a vast number of uncertain model inputs, i.e., initial conditions and parameters. To assess the uncertainty in the simulation results (UCSR) and how they can be apportioned among the model inputs of the XN-CERES soil-crop model, an uncertainty and global sensitivity analysis (GSA) was conducted. We applied two different GSA methods, moment-independent and variance-based methods in the sense of the Factor Prioritization and the Factor Fixing setting. The former identifies the key drivers of uncertainty, i.e., which model input, if fixed to its true value, would lead to the greatest reduction of the UCSR. The latter identifies the model inputs that cannot be fixed at any value within their value range without affecting the UCSR. In total we calculated six sensitivity indices (SIs). The overall objective was to assess the cross-sub-model impact of parameters and the overall determinability of the XN-CERES applied on a deep loess soil profile in Southwest Germany. Therefore, we selected 39 parameters and 16 target variables (TGVs) to be included in the GSA. Furthermore, we assessed a weekly time series of the parameter sensitivities. The sub-models were crop, water, nitrogen and flux. In addition, we also compared moment-independent (MI) and variance-based (VB) GSA methods for their suitability for the two settings. The results show that the parameters of the TGVs of the four groups cannot be considered independently. Each group is impacted by the parameters of the other groups. Crop parameters are most important, followed by the Mualem van Genuchten (MvG) parameters. The nitrate (NO3-) content and the matric potential are the two TGVs that are most affected by th, Boden-Pflanze Modelle erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, um die Auswirkungen von Umweltveränderungen und Managementstrategien auf die landwirtschaftliche Produktion zu bestimmen. Boden-Pflanzen Modelle sind so konzipiert, dass sie kohärent die Pflanzen-, Stickstoff- (N) und Wasserdynamik in landwirtschaftlichen Feldern simulieren. Leider hängen Boden-Pflanze Modelle von einer Vielzahl unsicherer Modellinputs wie Anfangs- und Randbedingungen sowie Parametern ab. Zur Bestimmung der Unsicherheit in den Simulationsergebnissen (UCSR) und in welchem Ausmaß diese von den Modellinputs des Boden-Pflanze Modells XN-CERES abhängt, wird in dieser Arbeit eine Unsicherheits- und Global Sensitivitäts Analyse (GSA) durchgeführt. Wir verwendeten zwei verschiedene GSA-Methoden, momentunabhängige und varianzbasierte Methoden, im Sinne der Settings: Faktor Priorisierung und Faktor Fixing. Ersteres identifiziert die Parameter, die durch Fixierung zur größten Reduktion der UCSR führen. Letzteres identifiziert die Parameter, die nicht fixiert werden können, ohne die UCSR zu beeinflussen. Insgesamt haben wir sechs verschiedene Sensitivitäts Indices (SIs) berechnet. Das übergeordnete Ziel der Arbeit war es die Teilmodell-übergreifende Wirkung der Parameter und die allgemeinen Bestimmbarkeit des Boden-Pflanzen Modells XN-CERES auf einem Lössstandort in Südwest Deutschland zu quantifizieren. Wir haben insgesamt 39 Parameter und 16 Zielvariablen (TGV) für die GSA ausgewählt. Darüber hinaus lösen wir die Parametersensitivitäten für die vier Teilmodelle Pflanze, Wasser, Stickstoff und Flüsse wöchentlich auf. Darüber hinaus vergleichen wir Moment unabhängige (MI) und Varianz basierte (VB) GSA Methoden und ihre Eignung für die beiden Settings für ein Boden-Pflanze Model. Die Ergebnisse zeigen, dass die Parameter der vier Gruppen im hohen Maße voneinander abhängen. Die Pflanzenparameter haben einen Einfluss auf jede der 16 TGVs. Es folgen die Mualem van Genuchten (MvG) Parameter. Der Nitrat

Due to climate change, drought periods will occur more frequently in the future. They will have a strong negative impact on crop yields. Drought stress leads to an osmotic imbalance and causes the closure of stomata to reduce water loss of transpiration. However, this reduces photosynthesis and ultimately leads to the formation of oxygen radicals, which may damage cell structure and function. If drought stress continues, a dramatic lack of energy is caused, which threatens plant life. To prevent irreversible damage, plants adapt their entire metabolism to resist drought stress at an early stage. This dissertation is dedicated to the adaptation of plants upon drought stress and the specific contribution of amino acid metabolism during this process. An in vitro experiment was performed to investigate the implications of a short but severe water deficit (Chapter 2.1). The Arabidopsis seedlings showed a strong decrease in protein content within 24h and at the same time a strong accumulation of the amino acids L-proline and GABA. Proteome analyses revealed that the aromatic amino acids were primarily used for the synthesis of stress mitigating secondary metabolites, such as flavonoids and anthocyanins, which are known to scavenge reactive oxygen species. Furthermore, a general induction of amino acid catabolism was observed, which provides sufficient amounts of L-glutamate for the synthesis of L-proline and GABA. Simultaneously, the catabolic pathways could represent an alternative source of reduction equivalents, which may fuel mitochondrial ATP production under carbon starvation conditions. In soil experiments were performed to investigate the plant drought stress response in a more physiological context (Chapter 2.2). In both, the in vitro and the in soil system, the plant stress response can be divided into distinct phases. The osmotically active amino acids, L-proline and GABA, are already produced in early phases of the water deficit and allow keeping the

Les végétaux et leurs produits sont de la première importance pour la vie de la population rurale de l’Afrique. Localement, ils sont couramment utilisés pour la construction, la fabrication des outils, l’emballage, comme aliments et médicaments, pour nourrir le bétail et pour la protection des cultures et des terres. Aussi, les insectes comestibles constituant une part importante de l’alimentation dans une grande partie de l’Afrique, se nourrissent de certaines plantes. Les abeilles récoltent le nectar et le pollen pour produire le miel qui est très apprécié par la population et s’avère être une précieuse source de revenus dans la province. La connaissance des utilisations et même des noms locaux de nombreuses de ces plantes est entrain de se perdre. Cette publication fournit des informations recueillies localement, ainsi que de la littérature disponible, pour plus de 800 plantes poussant dans la province du Kongo central en République Démocratique du Congo. Le but de ce livre est d’encourager la plantation et la conservation des plantes au Kongo Central, province de la République Démocratique du Congo. La plupart des plantes citées sont également présentes dans plusieurs pays en région tropicale humide d’Afrique. Il est à espérer que ce livre sera utile aux fermiers, aux guérisseurs, aux étudiants et aux diverses catégories de personnes vivant en milieu rural. Le volume 1 couvre les espèces Abelmoschus esculentus à Leptaspis zeylanica. Le volume 2 contient Leptoderris congolensis à Zinnia angustifolia. (Une version corrigée du volume 2 est également disponible, dans laquelle les erreurs mineures de formatage de l'édition originale sont améliorées.)

Soil-crop models enjoy ever-greater popularity as tools to assess the im- pact of environmental changes or management strategies on agricultural production. Soil-crop models are designed to coherently simulate the crop, nitrogen (N) and water dynamics of agricultural fields. However, soil-crop models depend on a vast number of uncertain model inputs, i.e., initial conditions and parameters. To assess the uncertainty in the simulation results (UCSR) and how they can be apportioned among the model inputs of the XN-CERES soil-crop model, an uncertainty and global sensitivity analysis (GSA) was conducted. We applied two different GSA methods, moment-independent and variance-based methods in the sense of the Factor Prioritization and the Factor Fixing setting. The former identifies the key drivers of uncertainty, i.e., which model input, if fixed to its true value, would lead to the greatest reduction of the UCSR. The latter identifies the model inputs that cannot be fixed at any value within their value range without affecting the UCSR. In total we calculated six sensitivity indices (SIs). The overall objective was to assess the cross-sub-model impact of parameters and the overall determinability of the XN-CERES applied on a deep loess soil profile in Southwest Germany. Therefore, we selected 39 parameters and 16 target variables (TGVs) to be included in the GSA. Furthermore, we assessed a weekly time series of the parameter sensitivities. The sub-models were crop, water, nitrogen and flux. In addition, we also compared moment-independent (MI) and variance-based (VB) GSA methods for their suitability for the two settings. The results show that the parameters of the TGVs of the four groups cannot be considered independently. Each group is impacted by the parameters of the other groups. Crop parameters are most important, followed by the Mualem van Genuchten (MvG) parameters. The nitrate (NO3-) content and the matric potential are the two TGVs that are most affected by th, Boden-Pflanze Modelle erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, um die Auswirkungen von Umweltveränderungen und Managementstrategien auf die landwirtschaftliche Produktion zu bestimmen. Boden-Pflanzen Modelle sind so konzipiert, dass sie kohärent die Pflanzen-, Stickstoff- (N) und Wasserdynamik in landwirtschaftlichen Feldern simulieren. Leider hängen Boden-Pflanze Modelle von einer Vielzahl unsicherer Modellinputs wie Anfangs- und Randbedingungen sowie Parametern ab. Zur Bestimmung der Unsicherheit in den Simulationsergebnissen (UCSR) und in welchem Ausmaß diese von den Modellinputs des Boden-Pflanze Modells XN-CERES abhängt, wird in dieser Arbeit eine Unsicherheits- und Global Sensitivitäts Analyse (GSA) durchgeführt. Wir verwendeten zwei verschiedene GSA-Methoden, momentunabhängige und varianzbasierte Methoden, im Sinne der Settings: Faktor Priorisierung und Faktor Fixing. Ersteres identifiziert die Parameter, die durch Fixierung zur größten Reduktion der UCSR führen. Letzteres identifiziert die Parameter, die nicht fixiert werden können, ohne die UCSR zu beeinflussen. Insgesamt haben wir sechs verschiedene Sensitivitäts Indices (SIs) berechnet. Das übergeordnete Ziel der Arbeit war es die Teilmodell-übergreifende Wirkung der Parameter und die allgemeinen Bestimmbarkeit des Boden-Pflanzen Modells XN-CERES auf einem Lössstandort in Südwest Deutschland zu quantifizieren. Wir haben insgesamt 39 Parameter und 16 Zielvariablen (TGV) für die GSA ausgewählt. Darüber hinaus lösen wir die Parametersensitivitäten für die vier Teilmodelle Pflanze, Wasser, Stickstoff und Flüsse wöchentlich auf. Darüber hinaus vergleichen wir Moment unabhängige (MI) und Varianz basierte (VB) GSA Methoden und ihre Eignung für die beiden Settings für ein Boden-Pflanze Model. Die Ergebnisse zeigen, dass die Parameter der vier Gruppen im hohen Maße voneinander abhängen. Die Pflanzenparameter haben einen Einfluss auf jede der 16 TGVs. Es folgen die Mualem van Genuchten (MvG) Parameter. Der Nitrat

Soil-crop models enjoy ever-greater popularity as tools to assess the im- pact of environmental changes or management strategies on agricultural production. Soil-crop models are designed to coherently simulate the crop, nitrogen (N) and water dynamics of agricultural fields. However, soil-crop models depend on a vast number of uncertain model inputs, i.e., initial conditions and parameters. To assess the uncertainty in the simulation results (UCSR) and how they can be apportioned among the model inputs of the XN-CERES soil-crop model, an uncertainty and global sensitivity analysis (GSA) was conducted. We applied two different GSA methods, moment-independent and variance-based methods in the sense of the Factor Prioritization and the Factor Fixing setting. The former identifies the key drivers of uncertainty, i.e., which model input, if fixed to its true value, would lead to the greatest reduction of the UCSR. The latter identifies the model inputs that cannot be fixed at any value within their value range without affecting the UCSR. In total we calculated six sensitivity indices (SIs). The overall objective was to assess the cross-sub-model impact of parameters and the overall determinability of the XN-CERES applied on a deep loess soil profile in Southwest Germany. Therefore, we selected 39 parameters and 16 target variables (TGVs) to be included in the GSA. Furthermore, we assessed a weekly time series of the parameter sensitivities. The sub-models were crop, water, nitrogen and flux. In addition, we also compared moment-independent (MI) and variance-based (VB) GSA methods for their suitability for the two settings. The results show that the parameters of the TGVs of the four groups cannot be considered independently. Each group is impacted by the parameters of the other groups. Crop parameters are most important, followed by the Mualem van Genuchten (MvG) parameters. The nitrate (NO3-) content and the matric potential are the two TGVs that are most affected by th, Boden-Pflanze Modelle erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, um die Auswirkungen von Umweltveränderungen und Managementstrategien auf die landwirtschaftliche Produktion zu bestimmen. Boden-Pflanzen Modelle sind so konzipiert, dass sie kohärent die Pflanzen-, Stickstoff- (N) und Wasserdynamik in landwirtschaftlichen Feldern simulieren. Leider hängen Boden-Pflanze Modelle von einer Vielzahl unsicherer Modellinputs wie Anfangs- und Randbedingungen sowie Parametern ab. Zur Bestimmung der Unsicherheit in den Simulationsergebnissen (UCSR) und in welchem Ausmaß diese von den Modellinputs des Boden-Pflanze Modells XN-CERES abhängt, wird in dieser Arbeit eine Unsicherheits- und Global Sensitivitäts Analyse (GSA) durchgeführt. Wir verwendeten zwei verschiedene GSA-Methoden, momentunabhängige und varianzbasierte Methoden, im Sinne der Settings: Faktor Priorisierung und Faktor Fixing. Ersteres identifiziert die Parameter, die durch Fixierung zur größten Reduktion der UCSR führen. Letzteres identifiziert die Parameter, die nicht fixiert werden können, ohne die UCSR zu beeinflussen. Insgesamt haben wir sechs verschiedene Sensitivitäts Indices (SIs) berechnet. Das übergeordnete Ziel der Arbeit war es die Teilmodell-übergreifende Wirkung der Parameter und die allgemeinen Bestimmbarkeit des Boden-Pflanzen Modells XN-CERES auf einem Lössstandort in Südwest Deutschland zu quantifizieren. Wir haben insgesamt 39 Parameter und 16 Zielvariablen (TGV) für die GSA ausgewählt. Darüber hinaus lösen wir die Parametersensitivitäten für die vier Teilmodelle Pflanze, Wasser, Stickstoff und Flüsse wöchentlich auf. Darüber hinaus vergleichen wir Moment unabhängige (MI) und Varianz basierte (VB) GSA Methoden und ihre Eignung für die beiden Settings für ein Boden-Pflanze Model. Die Ergebnisse zeigen, dass die Parameter der vier Gruppen im hohen Maße voneinander abhängen. Die Pflanzenparameter haben einen Einfluss auf jede der 16 TGVs. Es folgen die Mualem van Genuchten (MvG) Parameter. Der Nitrat

Christof Peter, Universität Innsbruck, Masterarbeit, Masterarbeit 2020, (VLID)5204846

Weather and climate models are useful tools for projecting the influence of global climate change on the regional scale. These models are critically dependent on an accurate representation of soil-plant-atmosphere interactions, which are simulated by Land Surface Models (LSMs). The present PhD thesis was designed to improve the representation of land surface exchange processes of croplands in the Noah-MP land surface model. This thesis aims: a) to elucidate the nature of the energy imbalance over a winter wheat stand and to identify the appropriate post-closure method for the study region Kraichgau, southwest Germany; b) to improve the representation of the green vegetation fraction (GVF) dynamics of croplands in the Noah-MP for a more accurate computation of surface energy and water fluxes; and c) to determine the effect of aggregating different crop types with various shares into a single generic cropland class on the simulation of water and energy exchange between land surface and atmosphere., Wetter- und Klimamodelle sind nützliche Werkzeuge, um den Einfluss des globalen Klimawandels auf die regionale Ebene zu projizieren. Diese Modelle sind entscheidend von einer genauen Darstellung der Wechselwirkungen zwischen Boden, Pflanzen und Atmosphäre abhängig, welche durch „Land Surface Models“ (LSMs) simuliert werden. Die Dissertation wurde erstellt, um die Darstellung von Landoberflächenaustauschprozessen von Ackerland im Noah-MP-Landoberflächenmodell zu verbessern. In Doktorarbeit geht es um: a) die Art des Energieungleichgewichts über einem Winterweizenbestand aufzuklären und die geeignete Post- Closure-Methode für die Region Kraichgau (Südwestdeutschland) zu identifizieren; b) die Darstellung der Dynamik der Grünen Vegetationsfraktion (GVF) von Anbauflächen im Noah-MP für eine genauere Berechnung der Oberflächenenergie und der Wasserflüsse zu verbessern; und c) um die Auswirkungen der Aggregation verschiedener Kulturarten mit unterschiedlichen Anteilen zu einer einzigen generischen Ackerflächenklasse auf die Simulation des Wasser- und Energieaustauschs zwischen Landoberfläche und Atmosphäre zu bestimmen.

Eisen (Fe) liegt an vierter Stelle in der Fülle von Elementen in der Erdkruste, aber Fe-Mangel ist ein weit verbreitetes Problem bei Pflanzen und Tieren, da die Fe-Oxide unlöslich sind. Fe-Mangel führt zu einer Verringerung der Pflanzenproduktivität und am deutlichsten zu einer erhöhten Fe-induzierten Anämie beim Menschen. Es wurde angenommen, dass die Biofortifizierung von Fe ein praktischer Ansatz zur Verbesserung der Nährstoffqualität in Pflanzen und damit auch in Lebensmitteln oder Tierfutter ist. In dieser Arbeit wurden neue Strategien zur Erhöhung des Fe-Gehalts in der Modellpflanze Arabidopsis getestet. Vakuoläre Fe-Transportgene der VTL-Familie wurden in Kombination mit dem neu entdeckten Fe-Regulierungsprotein IMA1oder dem Fe-Bindungspeptid NAS3 überexprimiert. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass die Überexpression von VTL1, 2, 3, 4 oder 5, IMA1 oder NAS3 mit erhöhtem Eisengehalt im Samen korreliert. Die Expression der Gene für die Aufnahme von Fe und die Homöostase bestätigten den erhöhten Fe-Gehalt in diesen überexprimierenden Pflanzen. Die doppelte Überexpression der VTL-Gene in Kombination mit IMA1 oder NAS3 führte zu keinem weiteren Anstieg des Fe-Gehaltes, der wahrscheinlich durch die Regulation der VTL-Gene durch IMA1-Expression und den Mangel an erhöhtem Nicotianamin im Fall von VTL5 / NAS3-Überexpressionpflanzen verursacht würde. Zukünftige Forschung sollte der Übertragbarkeit dieser Ergebnisse auf Kulturpflanzen gewidmet sein., Iron (Fe) ranks fourth in an abundance of elements in the Earth’s crust, but Fe deficiency is a widespread problem in plants and animals because of the insolubility of Fe oxides. Fe deficiency leads to reduce plant productivity and most significantly to enhanced Fe-induced anemia in humans. Fe biofortification has been suggested to be a practical approach for improving the nutritional quality of plants for food or feed. In this work, we have tested new strategies for increasing Fe content in the model plant Arabidopsis. Vacuolar Fe transport genes of the VTL family (VIT1-like) were over-expressed in combination with the newly discovered Fe regulatory protein IMA1 (IronMan1) or the Fe-binding peptide NAS3. Over-expression of each of the five VTL genes (VTL1 – 5) led to an increased Fe content by 2- to 3-fold in Arabidopsis seeds. IMA1 was greatly induced under Fe deficiency. Over-expression of IMA1 resulted in an Fe deficiency response also in Fe-sufficient plants. Fe content was an increase by 3-fold in seed, leaves, roots, and seedlings of Arabidopsis. The expression of Fe uptake and homeostasis genes was greatly induced in over-expressing plants independent of the Fe supply compared to the wild type. Analyses of NAS3 OE plants showed that Fe content in seeds was increased approximately 2-fold compared to WT. In conclusion, we have demonstrated that single over-expression of VTL1, 2, 3, 4 or 5, IMA1 or NAS3 correlated with increased seed Fe. Expression of Fe uptake and homeostasis genes confirmed the increased Fe content in these over-expressing plants. Double over-expression of the VTL genes in combination with IMA1 or NAS3 resulted in no further increase in Fe likely caused by the regulation of the VTL genes by IMA1 expression and the lack of increased nicotianamine in the case of VTL5/NAS3 over-expressing plants. Future research should be dedicated to extending these findings to crop plants.

Klimaprojektionen sagen steigende Temperaturen, einen Anstieg des atmosphärischen Kohlenstoffdioxidgehalts und weit verbreitete Dürren voraus. Pflanzen können ihre Wasseraufnahme modulieren, und diese dynamischen Verschiebungen bei der Wasseraufnahme sind wichtig für das Verständnis der Verteilung von Wasserressourcen durch das Bodenprofil in einem sich verändernden Klima. Wir untersuchten die Auswirkungen dieser drei klimatischen Faktoren auf die Wasseraufnahme von Pflanzen in einem bewirtschafteten C3-Gebirgs-Grünland in Österreich; einer Landschaft, die einen hohen wirtschaftlichen Wert und ökologische Bedeutung in Mitteleuropa hat. Wir stellten die Hypothese auf, dass Erwärmung, erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentrationen und Dürre dazu führen würde, dass Pflanzen ihre Wurzelwasseraufnahme (gemessen als Entnahme aus dem Bodenwasser in cm3 cm-3) verändern und die Aufnahme auf verschiedenen Bodentiefen zu verlagern. Dabei erwarteten wir, dass Dürre dazu führen würde, dass die Pflanzen die Wasseraufnahme insgesamt verringern und in flachere Bodenschichten verlagern würden, und dass erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentrationen zu einer Verringerung der Wasseraufnahme und eine Verlagerung in tiefere Bodenschichte führen würden. Schließlich untersuchten wir, ob diese Veränderungen der Wasseraufnahme durch Anpassungen von Wurzelmerkmalen erklärt werden können. Die Wasseraufnahme der Vegetation wurde anhand der tageszeitlichen Dynamiken des Bodenwassergehalts ermittelt. Die Wurzelmerkmale wurden von Bodenproben aus den verschiedenen Versuchsparzellen ermittelt. Unsere Studie zeigte, dass die Wasseraufnahme durch die Vegetation bei Erwärmung und Dürre verringert wurde, während erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentrationen keinen Einfluss hatten. In keiner der Behandlungen kam es zu einer Veränderung der Wasserentnahmetiefe im Boden. Eine Reihe von Wurzelmerkmalen korrelierte mit der Wurzelwasseraufnahme sowohl bei aktuellen Klimabedingungen als auch bei Trockenheit. Wir fanden signi, Climate projections alert us to widespread warming, elevated atmospheric carbon dioxide concentration, and growing drought prevalence. Plants can modulate their water sourcing and these dynamic shifts in extraction are important for understanding water resource partitioning throughout the soil profile under a changing climate. We assessed the impacts of these three climatic factors on the water uptake of plants in a managed C3 mountain grassland in Austria; a landscape that holds high economic value and ecological importance within the central European region. We hypothesised that warming, elevated carbon dioxide concentrations, and drought would drive plants to alter their root water uptake (measured as an extraction from soil water in cm3 cm-3) and shift uptake to different soil depths. Specifically, we expected that in comparison to the ambient baseline, drought would lead plants to reduce absolute root water uptake and shift uptake to shallower soil; elevated carbon dioxide concentrations would lead plants to reduce absolute root water uptake and shift uptake to deeper soil; and warming would increase absolute root water uptake and shift uptake to deeper soil. Lastly, we tested whether plants mediate these changes in water uptake through plastic root trait adjustments. We used the diurnal dynamics of soil water content, obtained using Time-Domain Reflectometry, to estimate plant water uptake, and ingrowth soil cores to assess root traits. Plants under warming and drought reduced their absolute root water uptake, whereas plants under elevated carbon dioxide concentrations retained similar uptake to plants under ambient conditions. However, no significant differences in water sources in different soil layers were found between the treatments. Finally, many root traits correlated well to absolute root water uptake for plants under ambient conditions and plants under drought. We found significant positive relationships between soil water extraction and root length, Maud Tissink, Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft, Masterarbeit Universität Innsbruck 2020

Eisen (Fe) liegt an vierter Stelle in der Fülle von Elementen in der Erdkruste, aber Fe-Mangel ist ein weit verbreitetes Problem bei Pflanzen und Tieren, da die Fe-Oxide unlöslich sind. Fe-Mangel führt zu einer Verringerung der Pflanzenproduktivität und am deutlichsten zu einer erhöhten Fe-induzierten Anämie beim Menschen. Es wurde angenommen, dass die Biofortifizierung von Fe ein praktischer Ansatz zur Verbesserung der Nährstoffqualität in Pflanzen und damit auch in Lebensmitteln oder Tierfutter ist. In dieser Arbeit wurden neue Strategien zur Erhöhung des Fe-Gehalts in der Modellpflanze Arabidopsis getestet. Vakuoläre Fe-Transportgene der VTL-Familie wurden in Kombination mit dem neu entdeckten Fe-Regulierungsprotein IMA1oder dem Fe-Bindungspeptid NAS3 überexprimiert. Zusammenfassend wurde gezeigt, dass die Überexpression von VTL1, 2, 3, 4 oder 5, IMA1 oder NAS3 mit erhöhtem Eisengehalt im Samen korreliert. Die Expression der Gene für die Aufnahme von Fe und die Homöostase bestätigten den erhöhten Fe-Gehalt in diesen überexprimierenden Pflanzen. Die doppelte Überexpression der VTL-Gene in Kombination mit IMA1 oder NAS3 führte zu keinem weiteren Anstieg des Fe-Gehaltes, der wahrscheinlich durch die Regulation der VTL-Gene durch IMA1-Expression und den Mangel an erhöhtem Nicotianamin im Fall von VTL5 / NAS3-Überexpressionpflanzen verursacht würde. Zukünftige Forschung sollte der Übertragbarkeit dieser Ergebnisse auf Kulturpflanzen gewidmet sein., Iron (Fe) ranks fourth in an abundance of elements in the Earth’s crust, but Fe deficiency is a widespread problem in plants and animals because of the insolubility of Fe oxides. Fe deficiency leads to reduce plant productivity and most significantly to enhanced Fe-induced anemia in humans. Fe biofortification has been suggested to be a practical approach for improving the nutritional quality of plants for food or feed. In this work, we have tested new strategies for increasing Fe content in the model plant Arabidopsis. Vacuolar Fe transport genes of the VTL family (VIT1-like) were over-expressed in combination with the newly discovered Fe regulatory protein IMA1 (IronMan1) or the Fe-binding peptide NAS3. Over-expression of each of the five VTL genes (VTL1 – 5) led to an increased Fe content by 2- to 3-fold in Arabidopsis seeds. IMA1 was greatly induced under Fe deficiency. Over-expression of IMA1 resulted in an Fe deficiency response also in Fe-sufficient plants. Fe content was an increase by 3-fold in seed, leaves, roots, and seedlings of Arabidopsis. The expression of Fe uptake and homeostasis genes was greatly induced in over-expressing plants independent of the Fe supply compared to the wild type. Analyses of NAS3 OE plants showed that Fe content in seeds was increased approximately 2-fold compared to WT. In conclusion, we have demonstrated that single over-expression of VTL1, 2, 3, 4 or 5, IMA1 or NAS3 correlated with increased seed Fe. Expression of Fe uptake and homeostasis genes confirmed the increased Fe content in these over-expressing plants. Double over-expression of the VTL genes in combination with IMA1 or NAS3 resulted in no further increase in Fe likely caused by the regulation of the VTL genes by IMA1 expression and the lack of increased nicotianamine in the case of VTL5/NAS3 over-expressing plants. Future research should be dedicated to extending these findings to crop plants.

Weather and climate models are useful tools for projecting the influence of global climate change on the regional scale. These models are critically dependent on an accurate representation of soil-plant-atmosphere interactions, which are simulated by Land Surface Models (LSMs). The present PhD thesis was designed to improve the representation of land surface exchange processes of croplands in the Noah-MP land surface model. This thesis aims: a) to elucidate the nature of the energy imbalance over a winter wheat stand and to identify the appropriate post-closure method for the study region Kraichgau, southwest Germany; b) to improve the representation of the green vegetation fraction (GVF) dynamics of croplands in the Noah-MP for a more accurate computation of surface energy and water fluxes; and c) to determine the effect of aggregating different crop types with various shares into a single generic cropland class on the simulation of water and energy exchange between land surface and atmosphere., Wetter- und Klimamodelle sind nützliche Werkzeuge, um den Einfluss des globalen Klimawandels auf die regionale Ebene zu projizieren. Diese Modelle sind entscheidend von einer genauen Darstellung der Wechselwirkungen zwischen Boden, Pflanzen und Atmosphäre abhängig, welche durch „Land Surface Models“ (LSMs) simuliert werden. Die Dissertation wurde erstellt, um die Darstellung von Landoberflächenaustauschprozessen von Ackerland im Noah-MP-Landoberflächenmodell zu verbessern. In Doktorarbeit geht es um: a) die Art des Energieungleichgewichts über einem Winterweizenbestand aufzuklären und die geeignete Post- Closure-Methode für die Region Kraichgau (Südwestdeutschland) zu identifizieren; b) die Darstellung der Dynamik der Grünen Vegetationsfraktion (GVF) von Anbauflächen im Noah-MP für eine genauere Berechnung der Oberflächenenergie und der Wasserflüsse zu verbessern; und c) um die Auswirkungen der Aggregation verschiedener Kulturarten mit unterschiedlichen Anteilen zu einer einzigen generischen Ackerflächenklasse auf die Simulation des Wasser- und Energieaustauschs zwischen Landoberfläche und Atmosphäre zu bestimmen.

Klimaprojektionen sagen steigende Temperaturen, einen Anstieg des atmosphärischen Kohlenstoffdioxidgehalts und weit verbreitete Dürren voraus. Pflanzen können ihre Wasseraufnahme modulieren, und diese dynamischen Verschiebungen bei der Wasseraufnahme sind wichtig für das Verständnis der Verteilung von Wasserressourcen durch das Bodenprofil in einem sich verändernden Klima. Wir untersuchten die Auswirkungen dieser drei klimatischen Faktoren auf die Wasseraufnahme von Pflanzen in einem bewirtschafteten C3-Gebirgs-Grünland in Österreich; einer Landschaft, die einen hohen wirtschaftlichen Wert und ökologische Bedeutung in Mitteleuropa hat. Wir stellten die Hypothese auf, dass Erwärmung, erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentrationen und Dürre dazu führen würde, dass Pflanzen ihre Wurzelwasseraufnahme (gemessen als Entnahme aus dem Bodenwasser in cm3 cm-3) verändern und die Aufnahme auf verschiedenen Bodentiefen zu verlagern. Dabei erwarteten wir, dass Dürre dazu führen würde, dass die Pflanzen die Wasseraufnahme insgesamt verringern und in flachere Bodenschichten verlagern würden, und dass erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentrationen zu einer Verringerung der Wasseraufnahme und eine Verlagerung in tiefere Bodenschichte führen würden. Schließlich untersuchten wir, ob diese Veränderungen der Wasseraufnahme durch Anpassungen von Wurzelmerkmalen erklärt werden können. Die Wasseraufnahme der Vegetation wurde anhand der tageszeitlichen Dynamiken des Bodenwassergehalts ermittelt. Die Wurzelmerkmale wurden von Bodenproben aus den verschiedenen Versuchsparzellen ermittelt. Unsere Studie zeigte, dass die Wasseraufnahme durch die Vegetation bei Erwärmung und Dürre verringert wurde, während erhöhte Kohlenstoffdioxidkonzentrationen keinen Einfluss hatten. In keiner der Behandlungen kam es zu einer Veränderung der Wasserentnahmetiefe im Boden. Eine Reihe von Wurzelmerkmalen korrelierte mit der Wurzelwasseraufnahme sowohl bei aktuellen Klimabedingungen als auch bei Trockenheit. Wir fanden signi, Climate projections alert us to widespread warming, elevated atmospheric carbon dioxide concentration, and growing drought prevalence. Plants can modulate their water sourcing and these dynamic shifts in extraction are important for understanding water resource partitioning throughout the soil profile under a changing climate. We assessed the impacts of these three climatic factors on the water uptake of plants in a managed C3 mountain grassland in Austria; a landscape that holds high economic value and ecological importance within the central European region. We hypothesised that warming, elevated carbon dioxide concentrations, and drought would drive plants to alter their root water uptake (measured as an extraction from soil water in cm3 cm-3) and shift uptake to different soil depths. Specifically, we expected that in comparison to the ambient baseline, drought would lead plants to reduce absolute root water uptake and shift uptake to shallower soil; elevated carbon dioxide concentrations would lead plants to reduce absolute root water uptake and shift uptake to deeper soil; and warming would increase absolute root water uptake and shift uptake to deeper soil. Lastly, we tested whether plants mediate these changes in water uptake through plastic root trait adjustments. We used the diurnal dynamics of soil water content, obtained using Time-Domain Reflectometry, to estimate plant water uptake, and ingrowth soil cores to assess root traits. Plants under warming and drought reduced their absolute root water uptake, whereas plants under elevated carbon dioxide concentrations retained similar uptake to plants under ambient conditions. However, no significant differences in water sources in different soil layers were found between the treatments. Finally, many root traits correlated well to absolute root water uptake for plants under ambient conditions and plants under drought. We found significant positive relationships between soil water extraction and root length, Maud Tissink, Arbeit an der Bibliothek noch nicht eingelangt - Daten nicht geprüft, Masterarbeit Universität Innsbruck 2020

Peer Reviewed

Weather and climate models are useful tools for projecting the influence of global climate change on the regional scale. These models are critically dependent on an accurate representation of soil-plant-atmosphere interactions, which are simulated by Land Surface Models (LSMs). The present PhD thesis was designed to improve the representation of land surface exchange processes of croplands in the Noah-MP land surface model. This thesis aims: a) to elucidate the nature of the energy imbalance over a winter wheat stand and to identify the appropriate post-closure method for the study region Kraichgau, southwest Germany; b) to improve the representation of the green vegetation fraction (GVF) dynamics of croplands in the Noah-MP for a more accurate computation of surface energy and water fluxes; and c) to determine the effect of aggregating different crop types with various shares into a single generic cropland class on the simulation of water and energy exchange between land surface and atmosphere., Wetter- und Klimamodelle sind nützliche Werkzeuge, um den Einfluss des globalen Klimawandels auf die regionale Ebene zu projizieren. Diese Modelle sind entscheidend von einer genauen Darstellung der Wechselwirkungen zwischen Boden, Pflanzen und Atmosphäre abhängig, welche durch „Land Surface Models“ (LSMs) simuliert werden. Die Dissertation wurde erstellt, um die Darstellung von Landoberflächenaustauschprozessen von Ackerland im Noah-MP-Landoberflächenmodell zu verbessern. In Doktorarbeit geht es um: a) die Art des Energieungleichgewichts über einem Winterweizenbestand aufzuklären und die geeignete Post- Closure-Methode für die Region Kraichgau (Südwestdeutschland) zu identifizieren; b) die Darstellung der Dynamik der Grünen Vegetationsfraktion (GVF) von Anbauflächen im Noah-MP für eine genauere Berechnung der Oberflächenenergie und der Wasserflüsse zu verbessern; und c) um die Auswirkungen der Aggregation verschiedener Kulturarten mit unterschiedlichen Anteilen zu einer einzigen generischen Ackerflächenklasse auf die Simulation des Wasser- und Energieaustauschs zwischen Landoberfläche und Atmosphäre zu bestimmen.

Bei enterohämorrhagischen Escherichia coli (EHEC) handelt es sich um humanpathogene Bakterien, welche beim Menschen schwerwiegende gastrointestinale Erkrankungen auslösen können. Der Gastrointestinaltrakt von Rindern wird als Hauptreservoir von EHEC angesehen und die primäre Infektionsquelle des Menschen stellt kontaminiertes, rohes Fleisch dar. Jedoch kam es in den letzten Jahrzehnten vermehrt zu EHEC-Infektionen, welche mit dem Verzehr von rohem Gemüse und Salatpflanzen assoziiert wurden. Heute ist es anerkannt, dass diese Infektionen dadurch begünstigt werden, dass EHEC-Bakterien in der Lage sind, Pflanzen als Sekundärwirte zu nutzen und damit eine Übertragung auf den Menschen erleichtern. Um diese Interaktion zwischen Pathogen und Pflanze besser zu verstehen, sind grundlegende Kenntnisse in der molekularen Anpassung an pflanzliche Bestandteile nötig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Anpassung verschiedener EHEC Stämme an pflanzliche Bestandteile untersucht, dazu wurden O157:H7 Stamm Sakai, O104:H4 Stamm C227-11phicu und O157:H- Stamm 3072/96 als Prototypen ausgewählt. Zunächst konnte in Wachstumsexperimenten in einem artifiziellen Salatmedium gezeigt werden, dass Inhaltsstoffe des Salatmediums für ein erfolgreiches Wachstum aller drei Stämme ausreichend waren. In der RNA-Sequenzierung wurde die differentielle Genexpression der drei Stämme nach Wachstum in Salatmedium gegenüber dem Wachstum in M9-Minimalmedium bestimmt. Um Gene zwischen den Stämmen anhand einer einheitlichen Genbezeichnung miteinander zu vergleichen, wurde die differentielle Genexpression mit der Grundlage eines geteilten Genoms der drei pathogenen Stämme inklusive Referenzstamm Escherichia coli Stamm K-12 Substamm MG1655 durchgeführt. Analog zum erfolgreichen Wachstum in Anwesenheit pflanzlicher Bestandteile zeichnete sich eine erhöhte Transkription von zahlreichen Genen des Kohlenhydrat- und Peptidmetabolismus in allen drei Stämmen ab. Besonders die Gene des Lactose- (lacZ), Ribose- (rbsAC) un, Enterohemorrhagic Escherichia coli (EHEC) are human pathogens which are able to cause severe gastrointestinal diseases in humans. The gastrointestinal tract of cattle is considered as the main reservoir for EHEC and contaminated raw meat represents the primary source of infection. Yet there have been increasing reports over the last few decades of EHEC infections that were linked to the consumption of raw vegetables. Today it is generally accepted that EHEC bacteria are able to use plants as their secondary hosts, thus favouring the transmission to humans. To improve the understanding of this pathogen-plant interaction fundamental knowledge about the pathogens’ molecular adaptions towards plant material is urgently required. In the cope of this study the adaption of different EHEC strains towards components of the plant was examined. Therefore O157:H7 strain Sakai, O104:H4 strain C227-11phicu and O157:H strain 3072/96 were chosen as surrogates. In growth experiments performed with an artificial lettuce medium it could be shown that components of the lettuce were sufficient for the proliferation of the three strains. RNA-sequencing was performed to study the differential gene expression of the three strains after the growth in lettuce medium compared to the growth in M9 minimal medium. In order to compare genes according to standardized gene denotations, the differential gene expression analysis was performed on the basis of a shared genome including the genomes of the three pathogenic strains as well as the genome of Escherichia coli strain K-12 substrain MG1655. Analogous to the successful growth in presence of components of the plant an upregulation of genes involved in carbohydrate and peptide metabolism throughout all three strains was observed. Especially genes involved in the catabolism of lactose (lacZ), ribose (rbsAC) and xylose (xylF) were found to be uniformly upregulated. The greatest differences among the strains accounted for the regulation of motility

Germanium wird in der Regel als Nebenkomponente in der Zink- oder Kupfer-Metallurgie gewonnen. Ein Beitrag, auch einheimische Ressourcen (z.B. Haldenmaterialien) nutzen zu können, besteht in der Mobilisierung des bodengebundenen Germaniums über Pflanzen (Phytomining). In der Arbeit wurden drei Verfahrenskonzepte für die Germaniumgewinnung über die Akkumulation in Pflanzen entwickelt. Der fermentative Aufschluss des Pflanzenmaterials in einem Biogasprozess ist dabei ein Schlüsselschritt für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Weiterhin erwies sich als maßgeblich, daß es gelang, die Germaniumfraktion nahezu vollständig im festen Gärrest zu binden. Die anschließende energetische Verwertung des germaniumhaltigen festen Rückstandes liefert eine germaniumhaltige Asche, die nasschemisch gelaugt und extraktiv auf GeO2 aufbereitet wird. Eine Machbarkeitsstudie zeigt Möglichkeiten und Grenzen hinsichtlich Kosten und Rentabilität der Germaniumgewinnung über Phytomining.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ................................................................................................... 1 Symbol- und Abkürzungsverzeichnis ...................................................................... 3 1 Einleitung ..................................................................................................... 5 2 Allgemeiner Teil ........................................................................................... 9 2.1 Biomasse als alternative Germaniumquelle ................................................... 9 2.2 Analytik von Germanium ............................................................................. 19 2.2.1 Anpassung der Flüssigkeitsanalytik für die GF-AAS .................................... 23 2.2.2 Anpassung der Feststoffanalytik für die GF-AAS ......................................... 31 2.2.3 Germaniumgehalte von weiteren Naturstoffen ............................................. 40 2.3 Biomasseaufschluss ........................

Germanium wird in der Regel als Nebenkomponente in der Zink- oder Kupfer-Metallurgie gewonnen. Ein Beitrag, auch einheimische Ressourcen (z.B. Haldenmaterialien) nutzen zu können, besteht in der Mobilisierung des bodengebundenen Germaniums über Pflanzen (Phytomining). In der Arbeit wurden drei Verfahrenskonzepte für die Germaniumgewinnung über die Akkumulation in Pflanzen entwickelt. Der fermentative Aufschluss des Pflanzenmaterials in einem Biogasprozess ist dabei ein Schlüsselschritt für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Weiterhin erwies sich als maßgeblich, daß es gelang, die Germaniumfraktion nahezu vollständig im festen Gärrest zu binden. Die anschließende energetische Verwertung des germaniumhaltigen festen Rückstandes liefert eine germaniumhaltige Asche, die nasschemisch gelaugt und extraktiv auf GeO2 aufbereitet wird. Eine Machbarkeitsstudie zeigt Möglichkeiten und Grenzen hinsichtlich Kosten und Rentabilität der Germaniumgewinnung über Phytomining.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ................................................................................................... 1 Symbol- und Abkürzungsverzeichnis ...................................................................... 3 1 Einleitung ..................................................................................................... 5 2 Allgemeiner Teil ........................................................................................... 9 2.1 Biomasse als alternative Germaniumquelle ................................................... 9 2.2 Analytik von Germanium ............................................................................. 19 2.2.1 Anpassung der Flüssigkeitsanalytik für die GF-AAS .................................... 23 2.2.2 Anpassung der Feststoffanalytik für die GF-AAS ......................................... 31 2.2.3 Germaniumgehalte von weiteren Naturstoffen ............................................. 40 2.3 Biomasseaufschluss ........................

Grassland ecosystems provide a wide range of services to human societies (Allan et al., 2015) and plants and soil microorganisms have been identified as key drivers of ecosystem functioning (Soliveres et al., 2016). Therefore, understanding soil microbial distributions and processes in agricultural grassland soils is crucial for characterizing these ecosystems and for predicting how they may shift in a changing environment. Yet we are only beginning to understand these complex ecosystems, which account for about 26% of the world’s terrestrial surface (FAOSTATS, 2018), making it especially urgent to gain better insights into the effects of land-use intensity on soil microbial properties and plant-microbe interactions. This thesis was conducted to evaluate the impact land-use intensity has on soil microbial biogeography of grasslands with respect to both spatial patterns and temporal changes in soil microbial abundance, function (in terms of enzyme activities), and community composition. It also investigated the relationships between plants and the spatial and temporal distributions of soil microorganisms. Thereby both, land-use intensity effects and plant-microbe interactions, were assessed in light of ecological niche and neutral theory. This thesis is based on three observational studies conducted on from one to 150 continuously farmed, un-manipulated grassland sites in three regions of Germany within the Biodiversity Exploratories project (DFG priority program 1374). The first study assessed the effects of land-use intensity and physico-chemical soil properties on the spatial biogeography of soil microbial abundance and function in 18 grasslands sites from two of the three regions, sampled at one time point. The second study analyzed spatial and temporal distributions of alpha- and beta-diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in a low land-use intensity grassland with six sampling time points across one season. The third study investigated both legacy and short, Die vorliegende Dissertation diente dem Zweck, die Einflüsse der Landnutzungsintensität von Grünländern auf die Biogeographie von Bodenmikroorganismen in Bezug auf die räumliche Verteilung und zeitliche Veränderung von mikrobieller Biomasse, Funktion und Gemeinschaftsstrukturen aufzudecken und die Beziehungen zwischen Pflanzen und den räumlichen und zeitlichen Verteilungsmustern von Bodenmikroorganismen zu untersuchen. Dabei wurde auch betrachtet, inwieweit die Verteilung der Mikroorganismen den Konzepten der ökologischen Nischen- und Neutraltheorie entspricht. Die Dissertation basiert auf drei beobachtenden Studien, die auf einer bis 150 dauerhaft bewirtschafteten und nicht manipulierten Grünlandflächen durchgeführt wurden. Die Flächen sind verteilt auf drei Regionen in Deutschland und Teil des Schwerpunktforschungsprogramms Biodiversitäts-Exploratorien der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG 1374). Die erste Studie untersuchte die Effekte von Landnutzungsintensität und physikalisch-chemischen Bodeneigenschaften auf die räumliche Biogeographie von mikrobieller Biomasse und Funktion zu einem einzelnen Zeitpunkt in 18 Grünlandflächen, die auf zwei Regionen verteilt sind. Die zweite Studie analysierte die räumliche und zeitliche Verteilung der Alpha- und Betadiversität arbuskulärer Mykorrhizapilze (AMF) in einem extensiv genutzten Grünland mittels sechs Probennahmezeitpunkten verteilt über die Vegetationsperiode eines Jahres. Die dritte Studie untersuchte sogenannte „Legacy“ und kurzfristige Effekte von veränderter Landnutzungsintensität, physikalisch-chemischen Bodeneigenschaften, funktionellen Pflanzeneigenschaften und Charakteristika der pflanzlichen Biomasse auf zeitliche Veränderungen von mikrobieller Biomasse, Funktion und Gemeinschaftsstruktur in 150 Grünlandböden verteilt auf drei Regionen, sowie direkte und indirekte Effekte der Landnutzungsintensität. Obwohl alle drei Studien unterschiedliche Ansätze verfolgten und verschiedene bodenmikrobielle Eigenschaft

Rubber plantation has been rapidly expanded in Montane Mainland South East Asia in past decades. Limited by long-term monitoring data availability, the impacts of environmental change on rubber trees carbon stock development still not fully understood. Against global warming background, in order to better facilitate regional forest management, we applied synergetic approach combining field survey and modelling tools to improve predictions of dynamic carbon stock changes. The trade-off analysis regarding to rubber carbon stock and latex production optimization was further discussed in view of sustainable rubber cultivation. The first study explored the impact of regional land-use changes on landscape carbon balances. The Naban River Watershed National Nature Reserve (NRWNNR), Xishuangbanna, China, was selected as a case study location. Carbon stocks were evaluated using the Rapid Carbon Stock Appraisal (RaCSA) method based on tree, plot, land use and landscape level assessments of carbon stocks, integrating field sampling with remote sensing and GIS technology. The results showed that rubber plantations had larger time-averaged carbon stocks than non-forest land use types (agricultural crops, bush and grassland) but much lower than natural forest. During 23 years (1989-2012), the whole landscape of the nature reserve (26574 ha) gained 0.644 Tg C. Despite rubber expansion, the reforestation activities conducted in NRWNNR were able to enhance the carbon stocks. Regional evaluation of the carbon sequestration potential of rubber trees depends largely on the selection of suitable allometric equations and the biomass-to-carbon conversion factor. The second study developed generic allometric equations for rubber trees, covering rotation lengths of 4-35 years, within elevation gradient of 621-1,127 m, and locally used rubber tree clones (GT1, PRIM600, Yunyan77-4) in mountainous South Western China. Allometric equations for aboveground biomass (AGB) estimations considering d, In den vergangenen Jahrzehnten wurde der Kautschukanbau in den Bergregionen des südostasiatischen Festlandes rasch ausgebaut. Die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf die Entwicklung des Kohlenstoffbestandes von Kautschukbäumen sind durch die eingeschränkte Verfügbarkeit von Langzeit-Monitoring-Daten noch nicht vollständig geklärt. Vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung und um die regionale Waldbewirtschaftung zu unterstützen, haben wir einen synergetischen Ansatz angewandt, der Feldmessungen und Modellierungswerkzeuge kombiniert, um die Vorhersage dynamischer Veränderungen der Kohlenstoffbestände zu verbessern. Die Kosten-Nutzen Abwägung für einen nachhaltigen Kautschukanbau bezüglich der Kautschuk-Kohlenstoffvorräte und der Optimierung der Latexproduktion wird im Weiteren diskutiert. Die erste Studie untersuchte die Auswirkungen regionaler Landnutzungsänderungen auf die Kohlenstoffbilanz der Landschaft. Das Naban River Watershed National Nature Reserve (NRWNNNR), Xishuangbanna, China, wurde als Fallstudienstandort ausgewählt. Die Bewertung der Kohlenstoffvorräte erfolgte mit der Rapid Carbon Stock Appraisal (RaCSA)-Methode. Diese basiert auf der Bewertung von Kohlenstoffvorräten auf dem Niveau von Bäumen, Grundstücken, Landnutzung und Landschaft, mit Einbindung von Feldprobennahme verbunden mit Fernerkundung und GIS-Technologie. Die Ergebnisse zeigten, dass Kautschukplantagen einen größeren zeitgemittelten Kohlenstoffvorrat hatten als nicht-forstliche Landnutzungsarten (Ackerland, Busch- und Grünland), aber viel weniger als natürliche Wälder. Während 23 Jahren (1989-2012) gewann das gesamte Gebiet des Naturschutzgebietes (26574 ha) 0,644 Tg C hinzu. Trotz Ausdehnung der Kautschukanbauflächen konnten die Aufforstungsaktivitäten in NRWNNR die Kohlenstoffvorräte erhöhen. Die regionale Bewertung des Kohlenstoffsequestrierungspotenzials von Kautschukbäumen hängt wesentlich von der Auswahl geeigneter allometrischer Gleichungen und des Biomasse-Kohlenstoff-Umwand

Germanium wird in der Regel als Nebenkomponente in der Zink- oder Kupfer-Metallurgie gewonnen. Ein Beitrag, auch einheimische Ressourcen (z.B. Haldenmaterialien) nutzen zu können, besteht in der Mobilisierung des bodengebundenen Germaniums über Pflanzen (Phytomining). In der Arbeit wurden drei Verfahrenskonzepte für die Germaniumgewinnung über die Akkumulation in Pflanzen entwickelt. Der fermentative Aufschluss des Pflanzenmaterials in einem Biogasprozess ist dabei ein Schlüsselschritt für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Weiterhin erwies sich als maßgeblich, daß es gelang, die Germaniumfraktion nahezu vollständig im festen Gärrest zu binden. Die anschließende energetische Verwertung des germaniumhaltigen festen Rückstandes liefert eine germaniumhaltige Asche, die nasschemisch gelaugt und extraktiv auf GeO2 aufbereitet wird. Eine Machbarkeitsstudie zeigt Möglichkeiten und Grenzen hinsichtlich Kosten und Rentabilität der Germaniumgewinnung über Phytomining.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ................................................................................................... 1 Symbol- und Abkürzungsverzeichnis ...................................................................... 3 1 Einleitung ..................................................................................................... 5 2 Allgemeiner Teil ........................................................................................... 9 2.1 Biomasse als alternative Germaniumquelle ................................................... 9 2.2 Analytik von Germanium ............................................................................. 19 2.2.1 Anpassung der Flüssigkeitsanalytik für die GF-AAS .................................... 23 2.2.2 Anpassung der Feststoffanalytik für die GF-AAS ......................................... 31 2.2.3 Germaniumgehalte von weiteren Naturstoffen ............................................. 40 2.3 Biomasseaufschluss ........................

Sowohl im Hinblick auf die Sanierung radioaktiv kontaminierter Flächen als auch für die Sicherheitsbeurteilung von potentiellen Endlagern für radioaktive Abfälle wird detailliertes Wissen über das Transferverhalten von Radionukliden (RN) in der Umwelt benötigt, da diese in die Nahrungskette gelangen können und damit ein Gesundheitsrisiko für Menschen darstellen. Die Bioassoziation von RN mit Pflanzen und ihre Wechselwirkung mit in den Boden freigesetzten Pflanzenmetaboliten kann deren Verbleib in der Umwelt beeinflussen. Es ist bekannt, dass die Aufnahme und Vertei-lung der RN in Pflanzen und damit ihre Bioverfügbarkeit signifikant von der vorliegenden Metallspeziation bestimmt wird [1]. Es wurden die Zeit- und Konzentrationsabhängigkeit des Bioassoziationsverhaltens von U(VI) und Eu(III) als Analogon für dreiwertige Actinide mit Brassica napus (Raps)-Zellen untersucht. Ziel dieser Arbeiten war es, den Effekt beider Schwermetalle auf die Zellvitalität sowie den Einfluss des Zellmetabolismus auf die Speziation beider Metalle zu bestimmen. Es konnte ein zeit- und konzentrationsabhängiges Bioassoziationsverhalten bei Exposition der Zellen mit U(VI) und Eu(III) beobachtet werden. In Gegenwart von 200 µM U(VI) tritt ein mehrstufiger Bioassoziationsprozess auf, bei dem es zur Freisetzung des zuvor bioassoziierten U(VI) in das umgebende Nährmedium kommt. Damit einhergehend konnte mittels zeitaufgelöster laser-induzierter Fluoreszenzspektroskopie eine Speziationsveränderung nachvollzogen werden. Dabei wurden drei unterschiedliche U(VI)-Spezies (s. Abb. 1) im Nährmedium nachgewiesen, die Hinweise auf die Freisetzung von Pflanzenzellmetaboliten liefern. Diese können als Liganden für die U(VI)-Komplexierung fungieren und damit einen Einfluss auf das Transferverhalten von U(VI) in der Umwelt haben. Die U(VI)-Speziation im Ausgangsnährmedium wurde in Anlehnung an die Literatur thermodynamisch modelliert [2]. Um mögliche Metabolite zu identifizieren, wurden Experimente zur Anreic

Sowohl im Hinblick auf die Sanierung radioaktiv kontaminierter Flächen als auch für die Sicherheitsbeurteilung von potentiellen Endlagern für radioaktive Abfälle wird detailliertes Wissen über das Transferverhalten von Radionukliden (RN) in der Umwelt benötigt, da diese in die Nahrungskette gelangen können und damit ein Gesundheitsrisiko für Menschen darstellen. Die Bioassoziation von RN mit Pflanzen und ihre Wechselwirkung mit in den Boden freigesetzten Pflanzenmetaboliten kann deren Verbleib in der Umwelt beeinflussen. Es ist bekannt, dass die Aufnahme und Vertei-lung der RN in Pflanzen und damit ihre Bioverfügbarkeit signifikant von der vorliegenden Metallspeziation bestimmt wird [1]. Es wurden die Zeit- und Konzentrationsabhängigkeit des Bioassoziationsverhaltens von U(VI) und Eu(III) als Analogon für dreiwertige Actinide mit Brassica napus (Raps)-Zellen untersucht. Ziel dieser Arbeiten war es, den Effekt beider Schwermetalle auf die Zellvitalität sowie den Einfluss des Zellmetabolismus auf die Speziation beider Metalle zu bestimmen. Es konnte ein zeit- und konzentrationsabhängiges Bioassoziationsverhalten bei Exposition der Zellen mit U(VI) und Eu(III) beobachtet werden. In Gegenwart von 200 µM U(VI) tritt ein mehrstufiger Bioassoziationsprozess auf, bei dem es zur Freisetzung des zuvor bioassoziierten U(VI) in das umgebende Nährmedium kommt. Damit einhergehend konnte mittels zeitaufgelöster laser-induzierter Fluoreszenzspektroskopie eine Speziationsveränderung nachvollzogen werden. Dabei wurden drei unterschiedliche U(VI)-Spezies (s. Abb. 1) im Nährmedium nachgewiesen, die Hinweise auf die Freisetzung von Pflanzenzellmetaboliten liefern. Diese können als Liganden für die U(VI)-Komplexierung fungieren und damit einen Einfluss auf das Transferverhalten von U(VI) in der Umwelt haben. Die U(VI)-Speziation im Ausgangsnährmedium wurde in Anlehnung an die Literatur thermodynamisch modelliert [2]. Um mögliche Metabolite zu identifizieren, wurden Experimente zur Anreic

Germanium wird in der Regel als Nebenkomponente in der Zink- oder Kupfer-Metallurgie gewonnen. Ein Beitrag, auch einheimische Ressourcen (z.B. Haldenmaterialien) nutzen zu können, besteht in der Mobilisierung des bodengebundenen Germaniums über Pflanzen (Phytomining). In der Arbeit wurden drei Verfahrenskonzepte für die Germaniumgewinnung über die Akkumulation in Pflanzen entwickelt. Der fermentative Aufschluss des Pflanzenmaterials in einem Biogasprozess ist dabei ein Schlüsselschritt für die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Weiterhin erwies sich als maßgeblich, daß es gelang, die Germaniumfraktion nahezu vollständig im festen Gärrest zu binden. Die anschließende energetische Verwertung des germaniumhaltigen festen Rückstandes liefert eine germaniumhaltige Asche, die nasschemisch gelaugt und extraktiv auf GeO2 aufbereitet wird. Eine Machbarkeitsstudie zeigt Möglichkeiten und Grenzen hinsichtlich Kosten und Rentabilität der Germaniumgewinnung über Phytomining.:Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis ................................................................................................... 1 Symbol- und Abkürzungsverzeichnis ...................................................................... 3 1 Einleitung ..................................................................................................... 5 2 Allgemeiner Teil ........................................................................................... 9 2.1 Biomasse als alternative Germaniumquelle ................................................... 9 2.2 Analytik von Germanium ............................................................................. 19 2.2.1 Anpassung der Flüssigkeitsanalytik für die GF-AAS .................................... 23 2.2.2 Anpassung der Feststoffanalytik für die GF-AAS ......................................... 31 2.2.3 Germaniumgehalte von weiteren Naturstoffen ............................................. 40 2.3 Biomasseaufschluss ........................

Grassland ecosystems provide a wide range of services to human societies (Allan et al., 2015) and plants and soil microorganisms have been identified as key drivers of ecosystem functioning (Soliveres et al., 2016). Therefore, understanding soil microbial distributions and processes in agricultural grassland soils is crucial for characterizing these ecosystems and for predicting how they may shift in a changing environment. Yet we are only beginning to understand these complex ecosystems, which account for about 26% of the world’s terrestrial surface (FAOSTATS, 2018), making it especially urgent to gain better insights into the effects of land-use intensity on soil microbial properties and plant-microbe interactions. This thesis was conducted to evaluate the impact land-use intensity has on soil microbial biogeography of grasslands with respect to both spatial patterns and temporal changes in soil microbial abundance, function (in terms of enzyme activities), and community composition. It also investigated the relationships between plants and the spatial and temporal distributions of soil microorganisms. Thereby both, land-use intensity effects and plant-microbe interactions, were assessed in light of ecological niche and neutral theory. This thesis is based on three observational studies conducted on from one to 150 continuously farmed, un-manipulated grassland sites in three regions of Germany within the Biodiversity Exploratories project (DFG priority program 1374). The first study assessed the effects of land-use intensity and physico-chemical soil properties on the spatial biogeography of soil microbial abundance and function in 18 grasslands sites from two of the three regions, sampled at one time point. The second study analyzed spatial and temporal distributions of alpha- and beta-diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in a low land-use intensity grassland with six sampling time points across one season. The third study investigated both legacy and short, Die vorliegende Dissertation diente dem Zweck, die Einflüsse der Landnutzungsintensität von Grünländern auf die Biogeographie von Bodenmikroorganismen in Bezug auf die räumliche Verteilung und zeitliche Veränderung von mikrobieller Biomasse, Funktion und Gemeinschaftsstrukturen aufzudecken und die Beziehungen zwischen Pflanzen und den räumlichen und zeitlichen Verteilungsmustern von Bodenmikroorganismen zu untersuchen. Dabei wurde auch betrachtet, inwieweit die Verteilung der Mikroorganismen den Konzepten der ökologischen Nischen- und Neutraltheorie entspricht. Die Dissertation basiert auf drei beobachtenden Studien, die auf einer bis 150 dauerhaft bewirtschafteten und nicht manipulierten Grünlandflächen durchgeführt wurden. Die Flächen sind verteilt auf drei Regionen in Deutschland und Teil des Schwerpunktforschungsprogramms Biodiversitäts-Exploratorien der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG 1374). Die erste Studie untersuchte die Effekte von Landnutzungsintensität und physikalisch-chemischen Bodeneigenschaften auf die räumliche Biogeographie von mikrobieller Biomasse und Funktion zu einem einzelnen Zeitpunkt in 18 Grünlandflächen, die auf zwei Regionen verteilt sind. Die zweite Studie analysierte die räumliche und zeitliche Verteilung der Alpha- und Betadiversität arbuskulärer Mykorrhizapilze (AMF) in einem extensiv genutzten Grünland mittels sechs Probennahmezeitpunkten verteilt über die Vegetationsperiode eines Jahres. Die dritte Studie untersuchte sogenannte „Legacy“ und kurzfristige Effekte von veränderter Landnutzungsintensität, physikalisch-chemischen Bodeneigenschaften, funktionellen Pflanzeneigenschaften und Charakteristika der pflanzlichen Biomasse auf zeitliche Veränderungen von mikrobieller Biomasse, Funktion und Gemeinschaftsstruktur in 150 Grünlandböden verteilt auf drei Regionen, sowie direkte und indirekte Effekte der Landnutzungsintensität. Obwohl alle drei Studien unterschiedliche Ansätze verfolgten und verschiedene bodenmikrobielle Eigenschaft

Rubber plantation has been rapidly expanded in Montane Mainland South East Asia in past decades. Limited by long-term monitoring data availability, the impacts of environmental change on rubber trees carbon stock development still not fully understood. Against global warming background, in order to better facilitate regional forest management, we applied synergetic approach combining field survey and modelling tools to improve predictions of dynamic carbon stock changes. The trade-off analysis regarding to rubber carbon stock and latex production optimization was further discussed in view of sustainable rubber cultivation. The first study explored the impact of regional land-use changes on landscape carbon balances. The Naban River Watershed National Nature Reserve (NRWNNR), Xishuangbanna, China, was selected as a case study location. Carbon stocks were evaluated using the Rapid Carbon Stock Appraisal (RaCSA) method based on tree, plot, land use and landscape level assessments of carbon stocks, integrating field sampling with remote sensing and GIS technology. The results showed that rubber plantations had larger time-averaged carbon stocks than non-forest land use types (agricultural crops, bush and grassland) but much lower than natural forest. During 23 years (1989-2012), the whole landscape of the nature reserve (26574 ha) gained 0.644 Tg C. Despite rubber expansion, the reforestation activities conducted in NRWNNR were able to enhance the carbon stocks. Regional evaluation of the carbon sequestration potential of rubber trees depends largely on the selection of suitable allometric equations and the biomass-to-carbon conversion factor. The second study developed generic allometric equations for rubber trees, covering rotation lengths of 4-35 years, within elevation gradient of 621-1,127 m, and locally used rubber tree clones (GT1, PRIM600, Yunyan77-4) in mountainous South Western China. Allometric equations for aboveground biomass (AGB) estimations considering d, In den vergangenen Jahrzehnten wurde der Kautschukanbau in den Bergregionen des südostasiatischen Festlandes rasch ausgebaut. Die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf die Entwicklung des Kohlenstoffbestandes von Kautschukbäumen sind durch die eingeschränkte Verfügbarkeit von Langzeit-Monitoring-Daten noch nicht vollständig geklärt. Vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung und um die regionale Waldbewirtschaftung zu unterstützen, haben wir einen synergetischen Ansatz angewandt, der Feldmessungen und Modellierungswerkzeuge kombiniert, um die Vorhersage dynamischer Veränderungen der Kohlenstoffbestände zu verbessern. Die Kosten-Nutzen Abwägung für einen nachhaltigen Kautschukanbau bezüglich der Kautschuk-Kohlenstoffvorräte und der Optimierung der Latexproduktion wird im Weiteren diskutiert. Die erste Studie untersuchte die Auswirkungen regionaler Landnutzungsänderungen auf die Kohlenstoffbilanz der Landschaft. Das Naban River Watershed National Nature Reserve (NRWNNNR), Xishuangbanna, China, wurde als Fallstudienstandort ausgewählt. Die Bewertung der Kohlenstoffvorräte erfolgte mit der Rapid Carbon Stock Appraisal (RaCSA)-Methode. Diese basiert auf der Bewertung von Kohlenstoffvorräten auf dem Niveau von Bäumen, Grundstücken, Landnutzung und Landschaft, mit Einbindung von Feldprobennahme verbunden mit Fernerkundung und GIS-Technologie. Die Ergebnisse zeigten, dass Kautschukplantagen einen größeren zeitgemittelten Kohlenstoffvorrat hatten als nicht-forstliche Landnutzungsarten (Ackerland, Busch- und Grünland), aber viel weniger als natürliche Wälder. Während 23 Jahren (1989-2012) gewann das gesamte Gebiet des Naturschutzgebietes (26574 ha) 0,644 Tg C hinzu. Trotz Ausdehnung der Kautschukanbauflächen konnten die Aufforstungsaktivitäten in NRWNNR die Kohlenstoffvorräte erhöhen. Die regionale Bewertung des Kohlenstoffsequestrierungspotenzials von Kautschukbäumen hängt wesentlich von der Auswahl geeigneter allometrischer Gleichungen und des Biomasse-Kohlenstoff-Umwand

Rubber plantation has been rapidly expanded in Montane Mainland South East Asia in past decades. Limited by long-term monitoring data availability, the impacts of environmental change on rubber trees carbon stock development still not fully understood. Against global warming background, in order to better facilitate regional forest management, we applied synergetic approach combining field survey and modelling tools to improve predictions of dynamic carbon stock changes. The trade-off analysis regarding to rubber carbon stock and latex production optimization was further discussed in view of sustainable rubber cultivation. The first study explored the impact of regional land-use changes on landscape carbon balances. The Naban River Watershed National Nature Reserve (NRWNNR), Xishuangbanna, China, was selected as a case study location. Carbon stocks were evaluated using the Rapid Carbon Stock Appraisal (RaCSA) method based on tree, plot, land use and landscape level assessments of carbon stocks, integrating field sampling with remote sensing and GIS technology. The results showed that rubber plantations had larger time-averaged carbon stocks than non-forest land use types (agricultural crops, bush and grassland) but much lower than natural forest. During 23 years (1989-2012), the whole landscape of the nature reserve (26574 ha) gained 0.644 Tg C. Despite rubber expansion, the reforestation activities conducted in NRWNNR were able to enhance the carbon stocks. Regional evaluation of the carbon sequestration potential of rubber trees depends largely on the selection of suitable allometric equations and the biomass-to-carbon conversion factor. The second study developed generic allometric equations for rubber trees, covering rotation lengths of 4-35 years, within elevation gradient of 621-1,127 m, and locally used rubber tree clones (GT1, PRIM600, Yunyan77-4) in mountainous South Western China. Allometric equations for aboveground biomass (AGB) estimations considering d, In den vergangenen Jahrzehnten wurde der Kautschukanbau in den Bergregionen des südostasiatischen Festlandes rasch ausgebaut. Die Auswirkungen von Umweltveränderungen auf die Entwicklung des Kohlenstoffbestandes von Kautschukbäumen sind durch die eingeschränkte Verfügbarkeit von Langzeit-Monitoring-Daten noch nicht vollständig geklärt. Vor dem Hintergrund der globalen Erwärmung und um die regionale Waldbewirtschaftung zu unterstützen, haben wir einen synergetischen Ansatz angewandt, der Feldmessungen und Modellierungswerkzeuge kombiniert, um die Vorhersage dynamischer Veränderungen der Kohlenstoffbestände zu verbessern. Die Kosten-Nutzen Abwägung für einen nachhaltigen Kautschukanbau bezüglich der Kautschuk-Kohlenstoffvorräte und der Optimierung der Latexproduktion wird im Weiteren diskutiert. Die erste Studie untersuchte die Auswirkungen regionaler Landnutzungsänderungen auf die Kohlenstoffbilanz der Landschaft. Das Naban River Watershed National Nature Reserve (NRWNNNR), Xishuangbanna, China, wurde als Fallstudienstandort ausgewählt. Die Bewertung der Kohlenstoffvorräte erfolgte mit der Rapid Carbon Stock Appraisal (RaCSA)-Methode. Diese basiert auf der Bewertung von Kohlenstoffvorräten auf dem Niveau von Bäumen, Grundstücken, Landnutzung und Landschaft, mit Einbindung von Feldprobennahme verbunden mit Fernerkundung und GIS-Technologie. Die Ergebnisse zeigten, dass Kautschukplantagen einen größeren zeitgemittelten Kohlenstoffvorrat hatten als nicht-forstliche Landnutzungsarten (Ackerland, Busch- und Grünland), aber viel weniger als natürliche Wälder. Während 23 Jahren (1989-2012) gewann das gesamte Gebiet des Naturschutzgebietes (26574 ha) 0,644 Tg C hinzu. Trotz Ausdehnung der Kautschukanbauflächen konnten die Aufforstungsaktivitäten in NRWNNR die Kohlenstoffvorräte erhöhen. Die regionale Bewertung des Kohlenstoffsequestrierungspotenzials von Kautschukbäumen hängt wesentlich von der Auswahl geeigneter allometrischer Gleichungen und des Biomasse-Kohlenstoff-Umwand

Grassland ecosystems provide a wide range of services to human societies (Allan et al., 2015) and plants and soil microorganisms have been identified as key drivers of ecosystem functioning (Soliveres et al., 2016). Therefore, understanding soil microbial distributions and processes in agricultural grassland soils is crucial for characterizing these ecosystems and for predicting how they may shift in a changing environment. Yet we are only beginning to understand these complex ecosystems, which account for about 26% of the world’s terrestrial surface (FAOSTATS, 2018), making it especially urgent to gain better insights into the effects of land-use intensity on soil microbial properties and plant-microbe interactions. This thesis was conducted to evaluate the impact land-use intensity has on soil microbial biogeography of grasslands with respect to both spatial patterns and temporal changes in soil microbial abundance, function (in terms of enzyme activities), and community composition. It also investigated the relationships between plants and the spatial and temporal distributions of soil microorganisms. Thereby both, land-use intensity effects and plant-microbe interactions, were assessed in light of ecological niche and neutral theory. This thesis is based on three observational studies conducted on from one to 150 continuously farmed, un-manipulated grassland sites in three regions of Germany within the Biodiversity Exploratories project (DFG priority program 1374). The first study assessed the effects of land-use intensity and physico-chemical soil properties on the spatial biogeography of soil microbial abundance and function in 18 grasslands sites from two of the three regions, sampled at one time point. The second study analyzed spatial and temporal distributions of alpha- and beta-diversity of arbuscular mycorrhizal fungi in a low land-use intensity grassland with six sampling time points across one season. The third study investigated both legacy and short, Die vorliegende Dissertation diente dem Zweck, die Einflüsse der Landnutzungsintensität von Grünländern auf die Biogeographie von Bodenmikroorganismen in Bezug auf die räumliche Verteilung und zeitliche Veränderung von mikrobieller Biomasse, Funktion und Gemeinschaftsstrukturen aufzudecken und die Beziehungen zwischen Pflanzen und den räumlichen und zeitlichen Verteilungsmustern von Bodenmikroorganismen zu untersuchen. Dabei wurde auch betrachtet, inwieweit die Verteilung der Mikroorganismen den Konzepten der ökologischen Nischen- und Neutraltheorie entspricht. Die Dissertation basiert auf drei beobachtenden Studien, die auf einer bis 150 dauerhaft bewirtschafteten und nicht manipulierten Grünlandflächen durchgeführt wurden. Die Flächen sind verteilt auf drei Regionen in Deutschland und Teil des Schwerpunktforschungsprogramms Biodiversitäts-Exploratorien der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG 1374). Die erste Studie untersuchte die Effekte von Landnutzungsintensität und physikalisch-chemischen Bodeneigenschaften auf die räumliche Biogeographie von mikrobieller Biomasse und Funktion zu einem einzelnen Zeitpunkt in 18 Grünlandflächen, die auf zwei Regionen verteilt sind. Die zweite Studie analysierte die räumliche und zeitliche Verteilung der Alpha- und Betadiversität arbuskulärer Mykorrhizapilze (AMF) in einem extensiv genutzten Grünland mittels sechs Probennahmezeitpunkten verteilt über die Vegetationsperiode eines Jahres. Die dritte Studie untersuchte sogenannte „Legacy“ und kurzfristige Effekte von veränderter Landnutzungsintensität, physikalisch-chemischen Bodeneigenschaften, funktionellen Pflanzeneigenschaften und Charakteristika der pflanzlichen Biomasse auf zeitliche Veränderungen von mikrobieller Biomasse, Funktion und Gemeinschaftsstruktur in 150 Grünlandböden verteilt auf drei Regionen, sowie direkte und indirekte Effekte der Landnutzungsintensität. Obwohl alle drei Studien unterschiedliche Ansätze verfolgten und verschiedene bodenmikrobielle Eigenschaft

Verfasserin: Anna Strickner, BA, Universität Innsbruck, Diplomarbeit, 2018, (VLID)2514647

Herbert Geringer, Universität Innsbruck, Masterarbeit, 2018, (VLID)2471742

Pflanzen haben einen positiven Einfluss auf Menschen: Sie können Lebenssinn vermitteln und zur Kommunikation anregen, sind Gegenstand der Beschäftigung und tragen zum Wohlfühlen bei. Diesen Effekt macht sich die Gartentherapie in Alters- und Pflegeheimen zunutze. Welche gesundheitsfördernden Effekte Pflanzen im letzten Lebensabschnitt haben können, untersuchte die Zürcher Hochschule in der Schweiz in mehreren Projekten.

Wenn es um das Wohlbefinden und die Gesundheit des Menschen geht, erlangen Gärten in letzter Zeit starken Aufwind. So ist es nicht verwunderlich, dass auch Therapiegärten wie Pilze aus dem Boden schießen. Dennoch ist die Gartentherapie ein noch junges, wenig erforschtes Gebiet. An der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften wurden zusammen mit Partnerhochschulen und Institutionen in Forschungsprojekten erste wissenschaftliche Erkenntnisse in diesem Bereich gewonnen.

Alters- und Pflegezentren beherbergen ältere Menschen in ihrem letzten Lebensabschnitt. Vertraute Lebensräume und Lieblingspflanzen müssen beim Umzug ins Heim häufig aufgegeben werden. Wie die Lebensqualität der Heimbewohner/-innen mithilfe von Indoorpflanzen verbessert werden kann, untersuchte ein Forschungsprojekt der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW.

Mit dem Einzug ins Pflegeheim verlieren ältere Menschen oft die Möglichkeit, sich um den eigenen Garten und Pflanzen zu kümmern. Zwei Pflegeheime entwickeln gemeinsam mit der ZHAW Pflegeinterventionen, die Pflanzen in die Alltagsgestaltung der Bewohnerinnen und Bewohner integrieren.

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Mit dem Einzug ins Pflegeheim verlieren ältere Menschen oft die Möglichkeit, sich um den eigenen Garten und Pflanzen zu kümmern. Zwei Pflegeheime entwickeln gemeinsam mit der ZHAW Pflegeinterventionen, die Pflanzen in die Alltagsgestaltung der Bewohnerinnen und Bewohner integrieren.