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The evaluation of beekeeping management practices (BMPs) is important for beekeepers worldwide because their choice affects health and survival of managed honeybee (A. mellifera L.) colonies and touches ethical and economic questions. This study focusses on queen excluders, a common hive addition in contemporary beekeeping. Its impacts are controversially discussed but have not been studied scientifically yet. Within a 4-year participatory on-farm experiment, we assessed the effects on colony dynamics in 64 hives in 8 apiaries during one season in Germany using the Liebefeld estimation method. We found no significant deviation for parameters of colony dynamics between hives managed with and without queen excluders. A qualitative decision-making tool (Pugh decision matrix) facilitated concept selection only for specific beekeepers.
The water balance of the Rivers Spree, Schwarze Elster and Lusatian Neisse is profoundly disturbed due to large-scale open-cast lignite mining activities and water management. Together with continental climate conditions this affects
water resources and water users in the region. Driven by scenarios of the regional climate model STAR which assume increasing temperature and decreasing precipitation, two hydrological models, the Soil and Water Integrated Model
SWIM and the catchment model EGMO simulate declining natural discharges in the region. Thus, decreasing managed discharges are simulated with the long term water management model WBalMo. The refinement of the simulation time step of WBalMo from months to weeks improves the consideration of climate variability and is also associated with higher simulated managed discharges in
early summer. Management scenarios in terms of a reduced outlet capacity of a mining lake reservoir result in higher releases from other reservoirs and slightly
reduced summer discharges in downstream river sections.
Auswirkungen von Unsicherheiten in Klimaszenarien auf die regionale Wassermengenbewirtschaftung
(2014)
In den Lausitzer Flusseinzugsgebieten von Schwarzer Elster, Dahme, Spree und Lausitzer Neiße zeigen sich durch Braunkohlebergbau und vielfältige Bewirtschaftungseinflüsse deutliche Unterschiede zwischen natürlichem Abflussgeschehen und bewirtschafteten Abflüssen. Die möglichen Auswirkungen klimatischer Änderungen werden durch eine Klimawandelimpaktstudie mit dem statistischen Regionalen Klimamodell STAR (3 Klimaszenarien), den hydrologischen Modellen SWIM und EGMO
sowie dem Langfristbewirtschaftungsmodell WBalMo untersucht. Durch niedrigere natürliche Abflüsse und den angenommenen Rückgang der Sümpfungswassermengen aus dem Braunkohlebergbau werden mit WBalMo abnehmende bewirtschaftete Abflüsse simuliert. Unsicherheiten bestehen dabei auf Grund der genutzten Klimaszenarien und hydrologischen Modelle, sowie hinsichtlich der Annahmen
zur zukünftigen wirtschaftlichen Entwicklung (u.a. Braunkohleförderung und –verstromung).
A slow-fast trait continuum at the whole community level in relation to land-use intensification
(2024)
AbstractOrganismal functional strategies form a continuum from slow- to fast-growing organisms, in response to common drivers such as resource availability and disturbance. However, whether there is synchronisation of these strategies at the entire community level is unclear. Here, we combine trait data for 2800 above- and belowground taxa from 14 trophic guilds spanning a disturbance and resource availability gradient in German grasslands. The results indicate that most guilds consistently respond to these drivers through both direct and trophically mediated effects, resulting in a ‘slow-fast’ axis at the level of the entire community. Using 15 indicators of carbon and nutrient fluxes, biomass production and decomposition, we also show that fast trait communities are associated with faster rates of ecosystem functioning. These findings demonstrate that ‘slow’ and ‘fast’ strategies can be manifested at the level of whole communities, opening new avenues of ecosystem-level functional classification.
Klimaänderungen und sozioökonomische Entwicklungen können Konsequenzen für die Wassermengenbewirtschaftung und die Wasserbeschaffenheit nach sich ziehen. Zur Abschätzung der Auswirkungen regionaler Entwicklungen wurde in dieser Studie eine Modellkaskade aus (i) den hydrologischen Modellen SWIM und EGMO, (ii) dem Langfristbewirtschaftungsmodell WBalMo und (iii) dem Wassergütemodell GGM entwickelt, implementiert und angewandt. Die Modellkaskade bietet zudem die Möglichkeit,Anpassungsoptionen der Wassermengen– und –gütebewirtschaftung einzubeziehen.
Als Untersuchungsgebiet dient das Einzugsgebiet der Spree, in dem in Folge des jahrzehntelangen Braunkohlebergbaus und dessen Rückgangs seit den 1990er Jahren vielfältige Herausforderungen hinsichtlich Wassermenge und –beschaffenheit bestehen (z. B. niedrige pH-Werte in den Tagebauseen, hohe Sulfatkonzentrationen in den Tagebauseen und Vorflutern).
Die grundlegende Fragestellung ist, ob sich die bestehenden Wassermengen– und beschaffenheitsprobleme unter zukünftig potenziell trockeneren Bedingungen verschärfen bzw. wie sie durch Anpassungsmaßnahmen gelindert werden können. Als klimatischer Antrieb der Modellkaskade werden stochastisch generierte Zeitreihen (Realisierungen) des Regionalen Klimamodells STAR genutzt. Die Realisierungen des Szenarios STAR 0K werden im Sinne einer Referenzvariante der rezenten klimatischen Bedingungen verwendet, um die Konsequenzen des Rückgangs von Bergbauaktivitäten separat zu betrachten. Zur Ermittlung der Sensitivität der Wasserressourcen gegenüber einer potenziell trockeneren Zukunft dient das Szenario STAR 2K, bei dem eine weitere Erhöhung der Jahresmitteltemperatur um 2 K sowie im Mittel eine Abnahme des Jahresniederschlages projiziert wird. Die Betrachtung der sozioökonomischen Entwicklung der Region wird anhand eines Bewirtschaftungsszenarios betrachtet, welches von einem weiteren Rückgang der Bergbauaktivitäten in der Region ausgeht.
Im Verlauf des Zeitraums 2018 2052 zeigen sich im Szenario STAR 0K nur geringe Auswirkungen auf das natürliche Wasserdargebot, die bewirtschafteten Abflüsse gehen durch sinkende Sümpfungswassereinleitungen leicht zurück. Im Szenario STAR 2K geht das natürliche Wasserdargebot zurück und die wasserwirtschaftlichen Speicher werden stärker in Anspruch genommen. Die bewirtschafteten Abflüsse in der Region sinken, was negative Konsequenzen für die Erfüllung von Nutzeransprüchen nach sich zieht. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Tagebauseen wiederversauern und die Sulfatkonzentrationen ansteigen, nimmt im Szenario STAR 2K im Vergleich zu STAR 0K zu.
Wasserwirtschaftliche Anpassungsoptionen wurden hinsichtlich ihrer Konsequenzen für Wassermenge und beschaffenheit analysiert. Durch die Überleitung von Wasser aus der Elbe können die Wassermengen und beschaffenheitsprobleme gelindert werden. Die In Lake Neutralisation von Tagebauseen kann lokale Probleme der Wasserbeschaffenheit mindern.
In den Flusseinzugsgebieten von Schwarzer Elster, Dahme, Spree und Lausitzer Neiße wurden die Auswirkungen von klimatischen Änderungen auf natürliche und bewirtschaftete Abflüsse mittels eines Modellensembles aus regionalen Klimamodellen, hydrologischen Modellen und einem Langfristbewirtschaftungsmodell untersucht. Für Teileinzugsgebiete wurden unter Nutzung von Klimavariablen der Regionalen Klimamodelle STAR und WettReg mit den hydrologischen Modellen SWIM, EGMO, WaSiM-ETH und HBV-light abnehmende natürliche Abflüsse simuliert. Die mit dem Klimaszenario verbundenen Unsicherheiten sind dabei größer als jene aufgrund der Wahl des hydrologischen Modells. Die Auswirkungen möglicher Entwicklungen der Braunkohleförderung und -verstromung wurden im Sinne eines Szenarios der Entwicklung der Grundwasserabsenkungstrichter mit SWIM simuliert. Diese Auswirkungen sind denen der klimatischen Änderungen untergeordnet. Die hydrologischen Modelle SWIM und EGMO wurden für die Gesamteinzugsgebiete aufgebaut und parametrisiert. Die mit diesen Modellen unter STAR-Szenarien simulierten natürlichen Abflüsse dienten als Eingangsdaten für die Wasserbewirtschaftungsmodellierung mit WBalMo.
Aufgrund von abnehmenden natürlichen Abflüssen und unter der Annahme eines Szenarios zur Entwicklung der Braunkohleförderung und -verstromung, bei dem die Fläche der Grundwasserabsenkungstrichter, aber auch die Sümpfungswassermengen zurückgehen, wurden abnehmende bewirtschaftete Abflüsse simuliert. Auch bei diesen überwiegen im Gesamtjahr die mit den Klimaszenarien verbundenen Unsicherheiten, wobei insbesondere im Jahresverlauf die Ergebnisse mit den hydrologischen Modellen deutlich unterschiedlich sind. Die Studie liefert im Ergebnis eine Bandbreite denkbarer Entwicklungsszenarien, welche als Grundlage für Klimawandelanpassungsmaßnahmen der regionalen Wasserbewirtschaftung dienen können.
Auswirkungen von Unsicherheiten in Klimaszenarien auf die regionale Wassermengenbewirtschaftung
(2014)
In den Lausitzer Flusseinzugsgebieten von Schwarzer Elster, Dahme, Spree und Lausitzer Neiße zeigen sich durch Braunkohlebergbau und vielfältige Bewirtschaftungseinflüsse deutliche Unterschiede zwischen natürlichem Abflussgeschehen und bewirtschafteten Abflüssen. Die möglichen Auswirkungen klimatischer Änderungen werden durch eine Klimawandelimpaktstudie mit dem statistischen Regionalen Klimamodell STAR (3 Klimaszenarien), den hydrologischen Modellen SWIM und EGMO sowie dem Lang-fristbewirtschaftungsmodell WBalMo untersucht. Durch niedrigere natürliche Abflüsse und den angenommenen Rückgang der Sümpfungswassermengen aus dem Braunkohlebergbau werden mit WBalMo abnehmende bewirtschaftete Abflüsse simuliert. Unsicherheiten bestehen dabei aufgrund der genutzten Klimaszenarien und hydrologischen Modelle, sowie hinsichtlich der Annahmen zur zukünftigen wirtschaftlichen Entwicklung (u. a. Braunkohleförderung und -verstromung).
Theoretical Demands for Long-Term Ecological Research and the Management of Long-Term Data Sets
(2010)
BACKGROUND:
Coronavirus disease 2019 (COVID-19) can cause acute respiratory distress syndrome (ARDS).
OBJECTIVE:
This single centre cross-section study aimed to grade the severity of pneumonia by bed-side lung ultrasound (LUS).
METHODS:
A scoring system discriminates 5 levels of lung opacities: A-lines (0 points),≥3 B-line (1 point), coalescent B-lines (2 points), marked pleural disruptions (3 points), consolidations (4 points). LUS (convex 1–5 MHz probe) was performed at 6 defined regions for each hemithorax either in supine or prone position. A lung aeration score (LAS, maximum 4 points) was allocated for each patient by calculating the arithmetic mean of the examined lung areas. Score levels were correlated with ventilation parameters and laboratory markers.
RESULTS:
LAS of 20 patients with ARDS reached from 2.58 to 3.83 and was highest in the lateral right lobe (Mean 3.67). Ferritin levels (Mean 1885μg/l; r = 0.467; p = 0.051) showed moderate correlation in spearman roh calculation. PaCO2 level (Mean 46.75 mmHg; r = 0.632; p = 0.005) correlated significantly with LAS, while duration of ventilation, Horovitz index, CRP, LDH and IL-6 did not.
CONCUSIONS:
The proposed LAS describes severity of lung opacities in COVID-19 patients and correlates with CO2 retention in patients with ARDS.
The dispersal of propagules, such as fungal spores or seeds by actively moving animals, connects and shapes communities. The dispersal of plant pathogens by arthropods might be a crucial mechanism in the spread of several crop diseases. Ground-dwelling arthropods are potential linkers between fungal communities in semi-natural and agricultural habitats by transporting propagules of Fusarium fungi. We compared the Fusarium communities on the body surface of ground-dwelling arthropods with litter in semi-natural and soil in agricultural habitats with a focus on the Fusarium community. We found three relatively distinct Fusarium communities with moderate overlap. We detected a higher richness of Fusarium species on the body surface of arthropods compared to litter and soil communities. The results suggest that the Fusarium community on the body surface of arthropods relates to the composition observed in litter and soil with limited filtering mechanisms between communities. Ground-dwelling arthropods are relevant agents for the distribution of Fusarium and therefore link fungal communities in adjacent habitats.
Rainfall variability within a storm is of major importance for fast hydrological processes, e.g. surface runoff,
erosion and solute dissipation from surface soils. To investigate and simulate the impacts of within-storm variabilities on these processes, long time series of rainfall with high resolution are required. Yet, observed precipitation records of hourly or higher resolution are in most cases available only for a small number of stations and only for a few years. To obtain long time series of alternating rainfall events and interstorm periods while conserving the statistics of observed rainfall events, the Poisson model can be used. Multiplicative microcanonical random cascades have been widely applied to disaggregate rainfall time series from coarse to fine temporal resolution.
We present a new coupling approach of the Poisson rectangular pulse model and the multiplicative microcanonical random cascade model that preserves the characteristics of rainfall events as well as inter-storm periods. In the first step, a Poisson rectangular pulse model is applied to generate discrete rainfall events (duration and mean intensity) and inter-storm periods (duration). The rainfall events are subsequently disaggregated to high-resolution time series (user-specified, e.g. 10 min resolution) by a multiplicative microcanonical random cascade model. One of the challenges of coupling these models is to parameterize the cascade model for the event durations generated by the Poisson model. In fact, the cascade model is best suited to downscale rainfall data with constant time step such as daily precipitation data. Without starting from a fixed time step duration (e.g. daily), the disaggregation of events requires some modifications of the multiplicative microcanonical random cascade model proposed by Olsson (1998): Firstly, the parameterization of the cascade model for events of different durations requires continuous functions for the probabilities of the multiplicative weights, which we implemented through sigmoid functions. Secondly, the branching of the first and last box is constrained to preserve the rainfall event durations generated by the Poisson rectangular pulse model.
The event-based continuous time step rainfall generator has been developed and tested using 10 min and hourly rainfall data of four stations in North-Eastern Germany. The model performs well in comparison to observed rainfall in terms of event durations and mean event intensities as well as wet spell and dry spell durations. It is currently being tested using data from other stations across Germany and in different climate zones. Furthermore, the rainfall event generator is being applied in modelling approaches aimed at understanding the impact of rainfall variability on hydrological processes.
Ein wichtiges Ziel der Bundesregierung ist der Ausbau des Anteils erneuerbarer Energien an der gesamten Stromerzeugung. Die Entwicklung optimierter Wärme- und Kältespeicher stellt einen wichtigen Baustein bei der Erreichung dieser Zielstellung dar. Elektrisch betriebene Wärmepumpen und Kompressionskältemaschinen sowie dezentrale Klein-BHKW bieten in Verbindung mit entsprechend dimensionierten, thermischen Speichern ein großes Potential zum Lastmanagement in Smart Grids und somit zur Netzintegration von Strom aus erneuerbaren Energien. Die im Projekt entwickelte Methodik zur Suche nach neuen Latentspeichermedien kann für ein breites Anwendungsfeld von Heiz- und Kühlanwendungen in Gebäuden bis hin zur Kraftwerkstechnik eingesetzt werden. Innerhalb der Fördermaßnahme „Anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung zur nichtnuklearen Energieforschung“ im 6. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung wurde durch die Projektarbeiten das Schwerpunktthema Energiespeicher (3.8) adressiert, wobei der Aspekt der Entwicklung neuer Materialien mit reduzierten Kosten für einen wirtschaftlichen Betrieb im Vordergrund stand. Speziell wurden dabei die Unterpunkte 3.8.4 Thermische Speicher zur Weiterentwicklung, Optimierung und Erprobung von PCM sowie 3.8.5 Übergeordnete Themen mit Modellen und Simulationswerkzeugen für die Auswahl und Bewertung neuer Speichermaterialien adressiert.
Die Projektergebnisse besitzen aber auch Berührungspunkte mit den Schwerpunkten 3.12 Energieeffizienz in Industrie, Gewerbe, Handel und Dienstleistungen sowie 3.4 Solarthermische Kraftwerke, da mit der entwickelten Screening-Methode für diese Anwendungsfälle neue Wärmespeichermaterialien auf der Basis wasserfreier Salze mit höheren Prozesstemperaturen gefunden werden können.
Durch den Einsatz von Methoden zur Modellierung und Simulation von Prozessen erfolgt gleichermaßen die Umsetzung einer energie- und ressourcenschonenden Forschungstätigkeit. Das im Projekt entwickelte Vorgehen hilft dabei, einen äußerst sparsamen Einsatz von Chemikalien, eine niedrige Belastung der Umwelt durch verringerten Entsorgungsaufwand der verbrauchten Stoffe sowie einen deutlich geringeren Aufwand und Energieeinsatz für die Messtechnik zu ermöglichen. Damit wurde zugleich das Schwerpunktthema 3.8.5 Modelle und Simulationswerkzeuge für die Auswahl und Bewertung neuer Speichermaterialien angesprochen.
The hydrogenation CO2+ 4H2 ->CH4 + 2H2O discovered by Paul Sabatier nowadays is discussed as "Power-to-approach" to utilize excess energy from renewable electricity generation. In a laboratory scale, we investigate the Sabatier process in a simulated flue gas atmosphere of conventional base load power plants. The reaction is investigated with regard to conversion rates, yield, selectivity and long-term stability. Using a catalyst based on nickel,we extract selectivities near 100% with a conversion around 85%. Beside the influence of oxygen, we investigate further typical contaminations like NO2 and SO2.
Already discovered by Paul Sabatier in 1902 the Hydrogenation according to CO2 + 4H2 ->CH4 + 2H2O nowadays is discussed in the course of the ’Power-to-Gas’ approach to utilize excess energy from renewable electricity generation in times of oversupply of electricity. We
investigate the behavior of this process in a simulated flue gas atmosphere of conventional base load power plants, which could be used as constant sources of the reactant CO2. Therefore the influence of different flue gas compositions such as varying contents of nitrogen and
residual oxygen are tested in a laboratory scale. The heterogeneous catalysis process is investigated with regard to conversion rates, yield and selectivity and long-term stability of the Ni-catalyst. Earlier results of stable operating conditions in a 1:1 mixture of nitrogen and reactants, which is a typical ratio for flue gas in conventional power plants, could be confirmed in a first step.
To simulate the impacts of within-storm rainfall variabilities on fast hydrological processes, long precipi-tation time series with high temporal resolution are required. Due to limited availability of observed data such time series are typically obtained from stochastic models. However, most existing rainfall models are limited in their ability to conserve rainfall event statistics which are relevant for hydrological pro-cesses. Poisson rectangular pulse models are widely applied to generate long time series of alternating precipitation events durations and mean intensities as well as interstorm period durations. Multiplicative microcanonical random cascade (MRC) models are used to disaggregate precipitation time series from coarse to fine temporal resolution.
To overcome the inconsistencies between the temporal structure of the Poisson rectangular pulse model and the MRC model, we developed a new coupling approach by introducing two modifications to the MRC model. These modifications comprise (a) a modified cascade model (“constrained cascade”) which preserves the event durations generated by the Poisson rectangular model by constraining the first and last interval of a precipitation event to contain precipitation and (b) continuous sigmoid func-tions of the multiplicative weights to consider the scale-dependency in the disaggregation of precipita-tion events of different durations. The constrained cascade model was evaluated in its ability to dis-aggregate observed precipitation events in comparison to existing MRC models. For that, we used a 20-year record of hourly precipitation at six stations across Germany. The constrained cascade model showed a pronounced better agreement with the observed data in terms of both the temporal pattern of the precipitation time series (e.g. the dry and wet spell durations and autocorrelations) and event char-acteristics (e.g. intra-event intermittency and intensity fluctuation within events). The constrained cas-cade model also slightly outperformed the other MRC models with respect to the intensity-frequency relationship.
To assess the performance of the coupled Poisson rectangular pulse and constrained cascade model, precipitation events were stochastically generated by the Poisson rectangular pulse model and then disaggregated by the constrained cascade model. We found that the coupled model performs satisfac-torily in terms of the temporal pattern of the precipitation time series, event characteristics and the in-tensity-frequency relationship.
Slope deposits, which veil entire slopes or large parts of them in a rather uniform manner (cover beds), are ubiquitous in the subdued mountains of Central Europe. Here we provide an overview of the current state of knowledge on these deposits. The Central European cover beds are divided into (1) the upper layer that is ubiquitously distributed and displays a relatively constant thickness; (2) the intermediate layer the distribution of which is mainly restricted to flat relief, to slope depressions, and to lee-ward facing slopes; and (3) the basal layer, which is rather widespread again. Both the upper and intermediate layer contain intermixed loess, whereas the basal layer is free of loess and typically has a high bulk density. Aside from the loess content, the composition of the layers differs, reflecting varying portions of crushed and chemically weathered rock allocated from up-slope. This causes notable diversity depending on bedrock and, thus, induces remarkable regional differences.
Cover beds were mainly formed by periglacial gelifluction. The upper layer formed in the Late Glacial possibly during several short episodes of activity. In contrast, the underlying layers may be diachronous; nevertheless, they display recurring vertical sequences. This is probably due to the fact that loess-free layers usually could not deposit as long as there was loess in the environs, which may have been inherited from older deposits. Thus, the last phase of surface wash, during which older loess was removed, determines the age of the lower layers.
Lehren-Lernen-Prüfen
(2013)