Composition and stability of organic matter fractions in soils under different land use regimes

Soil organic matter (SOM) vitally impacts all soil functions and plays a key role in the global carbon (C) cycle. More than 70% of the terrestric C stocks that participate in the active C cycle are stored in the soil. Therefore, quantitative knowledge of the rates of C incorporation into SOM fractions of different residence time is crucial to understand and predict the sequestration and stabilization of soil organic carbon (SOC). Consequently, there is a need of fractionation procedures that are capable of isolating functionally SOM fractions, i.e. fractions that are defined by their stability. The literature generally refers to three main mechanisms of SOM stabilization: protection of SOM from decomposition by (i) its structural composition, i.e. recalcitrance, (ii) spatial inaccessibility and/or (iii) interaction with soil minerals and metal ions. One of the difficulties in developing fractionation procedures for the isolation of functional SOM fractions is the marked heterogeneity of the soil environment with its various stabilization mechanisms – often several mechanisms operating simultaneously – in soils and soil horizons of different texture and mineralogy. The overall objective of the present thesis was to evaluate present fractionation techniques and to get a better understanding of the factors of SOM sequestration and stabilization. The first part of this study is attended to the structural composition of SOM. Using 13C cross-polarization magic-angle spinning (CPMAS) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, (i) the effect of land use on SOM composition was investigated and (ii) examined whether SOM composition contributes to the different stability of SOM in density and aggregate fractions. The second part of the present work deals with the mineral-associated SOM fraction. The aim was (iii) to evaluate the suitability of chemical fractionation procedures used in the literature for the isolation of stable SOM pools (stepwise hydrolysis, treatments using oxidizing agents like Na2S2O8, H2O2, and NaOCl as well as demineralization of the residue obtained by the NaOCl treatment using HF (NaOCl+HF)) by pool sizes, 13C and 14C data. Further, (iv) the isolated SOM fractions were compared to the inert organic matter (IOM) pool obtained for the investigated soils using the Rothamsted Carbon Model and isotope data in order to see whether the tested chemical fractionation methods produce SOM fractions capable to represent this pool. Besides chemical fractionation, (v) the suitability of thermal oxidation at different temperatures for obtaining stable SOC pools was evaluated. Finally, (vi) the short-term aggregate dynamics and the factors that impact macroaggregate formation and C stabilization were investigated by means of an incubation study using treatments with and without application of 15N labeled maize straw of different degradability (leaves and coarse roots). All treatments were conducted with and without the addition of fungicide. Two study sites with different soil properties and land managements were chosen for these investigations. The first one, located at Rotthalmünster, is a Stagnic Luvisol (silty loam) under different land use regimes. The Ah horizons of a spruce forest and continuous grassland and the Ap and E horizons of two plots with arable crops (continuous maize and wheat cropping) were examined. The soil of the second study site, located at Halle, is a Haplic Phaeozem (loamy sand) where the Ap horizons of two plots with arable crops (continuous maize and rye cropping) were investigated. Both study sites had a C3-/C4-vegetational change on the maize plot for the purpose of tracing the incorporation of the younger, maize-derived C into different SOM fractions and the calculation of apparent C turnover times of these. The Halle site is located near a train station and industrial areas, which caused a contamination with high amounts of fossil C. The investigation of aggregate and density fractions by 13C CPMAS NMR spectroscopy revealed that density fractionation isolated SOM fractions of different composition. The consumption of a considerable part (10–20%) of the easily available O-alkyl-C and the selective preservation of the more recalcitrant alkyl-C when passing from litter to the different particulate organic matter (POM) fractions suggest that density fractionation was able to isolate SOM fractions with different degrees of decomposition. The spectra of the aggregate fractions resembled those of the mineral-associated SOM fraction obtained by density fractionation and no considerable differences were observed between aggregate size classes. Comparison of plant litter, density and aggregate size fractions from soil under different land use showed that the type of land use markedly influenced the composition of SOM. While SOM of the acid forest soil was characterized by a large content (> 50%) of POM, which contained high amounts of spruce-litter derived alkyl-C, the organic matter in the biologically more active grassland and arable soils was dominated by mineral-associated SOM (> 95%). This SOM fraction comprised greater proportions of aryl- and carbonyl-C and is considered to contain a higher amount of microbially-derived organic substances. Land use can alter both, structure and stability of SOM fractions. All applied chemical treatments induced considerable SOC losses (> 70–95% of mineral-associated SOM) in the investigated soils. The proportion of residual C after chemical fractionation was largest in the arable Ap and E horizons and increased with decreasing C content in the initial SOC after stepwise hydrolysis as well as after the oxidative treatments with H2O2 and Na2S2O8. This can be expected for a functional stable pool of SOM, because it is assumed that the more easily available part of SOC is consumed first if C inputs decrease. All chemical treatments led to a preferential loss of the younger, maize-derived SOC, but this was most pronounced after the treatments with Na2S2O8 and H2O2. After all chemical fractionations, the mean 14C ages of SOC were higher than in the mineral-associated SOM fraction for both study sites and increased in the order: NaOCl < NaOCl+HF ≤ stepwise hydrolysis << H2O2 ≈ Na2S2O8. The results suggest that all treatments were capable of isolating a more stable SOM fraction, but the treatments with H2O2 and Na2S2O8 were the most efficient ones. However, none of the chemical fractionation methods was able to fit the IOM pool calculated using the Rothamsted Carbon Model and isotope data. In the evaluation of thermal oxidation for obtaining stable C fractions, SOC losses increased with temperature from 24–48% (200°C) to 100% (500°C). In the Halle maize Ap horizon, losses of the young, maize-derived C were considerably higher than losses of the older C3-derived C, leading to an increase in the apparent C turnover time from 220 years in mineral-associated SOC to 1158 years after thermal oxidation at 300°C. Most likely, the preferential loss of maize-derived C in the Halle soil was caused by the presence of the high amounts of fossil C mentioned above, which make up a relatively large thermally stable C3-C pool in this soil. This agrees with lower overall SOC losses for the Halle Ap horizon compared to the Rotthalmünster Ap horizon. In the Rotthalmünster soil only slightly more maize-derived than C3-derived SOC was removed by thermal oxidation. Apparent C turnover times increased slightly from 58 years in mineral-associated SOC to 77 years after thermal oxidation at 300°C in the Rotthalmünster Ap and from 151 to 247 years in the Rotthalmünster E horizon. This led to the conclusion that thermal oxidation of SOM was not capable of isolating SOM fractions of considerably higher stability. The incubation experiment showed that macroaggregates develop rapidly after the addition of easily available plant residues. Within the first four weeks of incubation, the maximum aggregation was reached in all treatments without addition of fungicide. The formation of water-stable macroaggregates was related to the size of the microbial biomass pool and its activity. Furthermore, fungi were found to be crucial for the development of soil macroaggregates as the formation of water-stable macroaggregates was significantly delayed in the fungicide treated soils. The C concentration in the obtained aggregate fractions decreased with decreasing aggregate size class, which is in line with the aggregate hierarchy postulated by several authors for soils with SOM as the major binding agent. Macroaggregation involved incorporation of large amounts maize-derived organic matter, but macroaggregates did not play the most important role in the stabilization of maize-derived SOM, because of their relatively low amount (less than 10% of the soil mass). Furthermore, the maize-derived organic matter was quickly incorporated into all aggregate size classes. The microaggregate fraction stored the largest quantities of maize-derived C and N – up to 70% of the residual maize-C and -N were stored in this fraction.

Fernsehkultur

Wie hat Fernsehen unsere Kultur geprägt? Am Übergang vom Fernsehen zu Multimedia untersucht das Buch unsere Fernsehkultur als Überlagerung von Fernsehen und Alltagsleben (z.B. das Ereignis- und Medienarrangement "Streetball"), stellt die Frage nach dafür typischen Erlebnisweisen - die persönliche Welt als Maßstab - und ordnet Veränderungen z.B. von Männerbildern in kulturhistorische Entwicklungslinien ein. Was ist typisch für Fernsehkultur? In individuellen Prozessen der Bedeutungskonstitution entstehen soziale Räume, Bilderwelten spiegeln mimetisch individuelle Themen, Medienkommunikation als Alltagsbewältigung geht in alltagsästhetische Inszenierungen von Szenen und Fan-Gruppen über, und das Automobil findet in Verdichtung und textuellem Schein seine kulturelle Fortsetzung.

Der gewählte Caudillo

Jedes Land besitzt eigentümliche Charakteristika, die aus der Geschichte, internen Faktoren, politischen Umwälzungsprozessen sowie externen Interventionen hervorgehen. Somit weisen Entwicklungs- und Demokratieprozesse jeweils länder- oder regionalspezifische Ausprägungen auf, die eine Übersetzung der allgemeinen Erfahrungen auf den Einzelfall erfordert. Um eine Einzelfallanalyse vornehmen zu können wurde für das Promotionsvorhaben Nicaragua herausgegriffen, welches in seiner jüngeren Geschichte gravierende soziale und politische Umwälzungsprozesse erfahren hat und durch externe Intervention in seinem Demokratisierungsprozess beeinflusst wurde. Die genaue Betrachtung des nicaraguanischen Entwicklungs- und Demokratieprozesses zeigt jedoch, dass – trotz vorhandener demokratischer Strukturen, formaler Umsetzung institutioneller Rahmenbedingungen und hinreichender Gesetzesgrundlagen - eine breite politische Teilhabe und ein sozioökonomisch innergesellschaftlicher Ausgleich kaum nennenswert stattfinden. Trotz der Macht der Akteure tragen sie wenig aus im Sinne der Umverteilung von Macht und Ressourcen, trotz der Etablierung demokratischer Institutionen funktioniert innerhalb dieser keine Umsetzung horizontaler Gewaltenkontrolle oder erkennbare Gewaltenteilung. Auf Grundlage dieser Beobachtung liegt der Fokus der Arbeit auf der Darstellung von herrschaftsanalytischen und endogenen Faktoren und damit auf der Untersuchung der endogenen Kontextbedingung von Demokratieentwicklung. Der spezielle Fokus des Promotionsvorhabens wird auf die Kontextualisierung von Klientelismus, Korruption und das Handeln der Eliten gelegt - wie beeinflussen diese informellen Macht- und Regelsysteme die demokratisch-formalen Mechanismen und welche Auswirkungen haben sie auf die Generierung von sozialer und gesellschaftlicher Gleichheit bzw. Ungleichheit im Demokratisierungsprozess (1979 – 2009) Nicaraguas. Und, wie systemimmanent ist die politische und gesellschaftliche Tradierung von Korruption und Klientelismus in Nicaragua? Eine qualitative empirische Erhebung, die die Between-Method-Triangulation nutzte, in der Leitfaden-Interviews, eine teilnehmende Beobachtung und die Analyse themenrelevanter Materialien und quantitativer Studien kombiniert wurden, und die theoretische und begriffliche Auseinandersetzung mit Demokratietheorie und Herrschaftsanalyse (Korruption, Klientelismus, Elite) bilden die methodischen und theoretischen Grundlagen zur Bearbeitung der Fragestellung. Als Ergebnis gilt festzuhalten, dass informelle Herrschaftsmuster (Korruption und Klientelismus) unabhängig von politischen & ökonomischen Konfigurationen feste Konstanten der gesellschaftlichen Entwicklung Nicaraguas waren, sie wiesen eine Tiefenstruktur auf, die eine bemerkenswerte Beharrungs- und Reproduktionskraft besaß und zeigten eine auffällige Kontinuität im politischen Wandel. Die sozialökonomische Machtbasis der Elite war trotz Umverteilungsprozesse ungebrochen. Der Übergang von den Sandinisten zu den neuen Regierungen führte nicht zu einem Machtverlust der Eliten, sondern zu einer Machtverschiebung. Es waren dominante exklusive Herrschaftsmuster privater Einflussnahme nachzuweisen. Autokratische Cliquen, paktierte Machtübergriffe und korrupte Machenschaften unterliefen den Demokratisierungsprozess und unterminierten eine gerechte soziale und gesellschaftliche Entwicklung. Es konnte eine prägende Beziehung zwischen informellen Herrschaftsmustern und politischer Teilhabe aufgezeigt werden. Das demokratische Entwicklungsmodell lief unter diesen Umständen Gefahr, in einer institutionellen und informellen Autokratie zu münden. Die Demokratietheorien bilden die Demokratiekonfiguration Nicaraguas und die gesellschaftliche Exklusion durch die sozioökonomische Dimension nicht ab. Für die Forschungsperspektive erschließt sich daraus die Forderung, das liberale Demokratiemodell zu überdenken und dem universellen Leitbild der linearen und normativen Entwicklung eine reale Gegenständlichkeit der Länder entgegenzustellen. Krisen sollten als Ausdruck von politischer Herrschaft und asymmetrische Herrschaftsmuster als inhärente Herrschaftsmechanismen analysiert werden. Der Demokratietheorie sollte eine Herrschaftsanalyse an die Seite gestellt, politische Gleichheit mit sozialer Teilhabe gekoppelt werden.

Egyptian wheat

Wheat as the major cereal crop in Egypt is the core of the government's food security policy. But there are rapid losses of the genetic resources of the country as a result of ongoing modernization and development. Thus we compiled the largest possible number of Egyptian accessions preserved in the world gene banks. In the present study we collected nearly 1000 Egyptian wheat accessions. A part from the Triticum species of the Egyptian flora four species have been found, which were recorded for the first time T. turanicum, T. compactum, T. polonicum and T. aethiopicum. To classify the Egyptian wheat species using morphological studies, 108 accessions were selected. Thereafter, these accessions were cultivated and evaluated morphologically to confirm the validity of the classified species. During the morphological evaluation study, a new case was noticed for the number of glumes in one of the Egyptian wheat accessions. Three glumes per spikelet were observed in a branched spike. This led us to assess the phenomenon in all varieties with branching spikes within the genus Triticum. All varieties which have branching spikes at least in some spikletes have three glumes. We considered the case of the third glume as indicator for the domestication syndrome. Also, a new case of other forms of branching in the genus Triticum was investigated, which was a compromise between true and false-branching. We called it true-false branching. Comparative anatomical studies were carried out between Egyptian Triticum species to investigate the possibility of using anatomical features to classify the Egyptian wheat species. It was concluded that it is difficult to use anatomical features alone to differentiate between two Triticum species, especially when they belong to the same ploidy level. A key for the identification of Egyptian Triticum taxa was established.

Veränderungen im Öko-Lebensmittelkonsum in Familien mit Kindern und deren Hintergründe

Im Rahmen der Arbeit wird den Fragen nachgegangen, inwiefern der Konsum von Öko-Lebensmitteln in Familien mit Kindern im zeitlichen Verlauf Veränderungen unterliegt und worin Veränderungen im Öko-Lebensmittelkonsum in Familien mit Kindern begründet sind. Aus den hierzu gewonnenen Erkenntnissen werden Schlussfolgerungen für die Konsumentenforschung und das Marketing von Öko-Produkten gezogen. Theoretische Grundlage stellen der Familienzyklus sowie Forschungsergebnisse zum Konsumentenverhalten in Familien und zum Konsum von Öko-Lebensmitteln in Familien dar. Für die empirische Bearbeitung der Forschungsfragen wurde ein qualitatives Forschungsdesign gewählt. Der Forschungsprozess gliederte sich in drei Wellen der Datenerhebung und -auswertung. Im Rahmen dessen wurden Eltern mithilfe problemzentrierter Interviews zur Entwicklung des Öko-Konsums in ihren Familien befragt. Die Interviews wurden computergestützt und in Anlehnung an die Kodierprozeduren offenes und axiales Kodieren der Grounded Theory ausgewertet. Ergebnis der Datenanalyse sind drei Zusammenhangsmodelle, die zu einer Erklärung von Veränderungen im Öko-Lebensmittelkonsum von Familien beitragen. Veränderungen können demnach erstens in einer Erhöhung der Konsumintensität während einer Schwangerschaft bestehen. Als Bedingungen hierfür konnten ein verstärktes Bewusstsein für Öko-Produkte, die körperliche Konstitution der Mutter sowie die Unterstützung durch die soziale Umwelt identifiziert werden. Weitere Bedingungen stellen Lebensmittelskandale sowie eine gute Verfügbarkeit von Öko-Produkten dar. Handlungsstrategien der Eltern beziehen sich auf das Wohlergehen des noch ungeborenen Kindes (Förderung der Gesundheit, Erhalten der zukünftigen Lebenswelt, Orientierung für die spätere Ernährung des Kindes) sowie auf das Wohlergehen der werdenden Mutter (Förderung der Gesundheit, Förderung des Wohlbefindens, Umgang mit schwangerschaftsbedingten Beschwerden). Zweitens können Veränderungen des Öko-Lebensmittelkonsums in einer Erhöhung der Konsumintensität ab dem Zeitpunkt der Umstellung der Ernährung eines Kindes auf eine Beikosternährung bestehen. Bedingungen hierfür sind eine verstärkte Beachtung von Öko-Produkten, die körperliche Konstitution des Kindes, die Abstimmung von Familien- und Baby-Kost, der Austausch mit und die Unterstützung durch die soziale Umwelt sowie der Wunsch von Eltern, einen Beitrag zum Öko-Landbau zu liefern. Bedingungen können außerdem eine gute Verfügbarkeit von Öko-Produkten sowie der Einfluss von Medien darstellen. Handlungsstrategien der Eltern beziehen sich auf die Ernährung des Kindes (Förderung der Gesundheit, Förderung der Geschmackssozialisation) und auf die Ernährung der restlichen Familie (effiziente Beschaffung und Verwendung von Lebensmitteln, Förderung des Wohlbefindens der Eltern). Drittens können Veränderungen im Öko-Lebensmittelkonsum in Familien in einem Rückgang der Konsumintensität während des Übergangs von Kindern ins Jugendalter bestehen. Bedingungen hierfür bestehen in der Konsequenz, mit der Eltern konventionellen Lebensmittelwünschen ihrer Kinder nachgeben, in der Beurteilung von Lebensmitteln durch die Eltern sowie in der Intensität, mit der Kinder ihre Wünsche einfordern. Handlungsstrategien der Eltern sind darauf ausgerichtet Kindern einen Wunsch zu erfüllen, sich gegenüber diesen liberal zu verhalten, Konflikte mit Kindern zu vermeiden oder diese ihre eigenen Erfahrungen sammeln zu lassen. Die Ergebnisse tragen zu einer theoretischen Fundierung des Zusammenhangs zwischen Familienzyklus und dem Öko-Lebensmittelkonsum in Familien bei und zeigen, dass dieser ein sinnvolles theoretisches Bezugssystem für Veränderungen der Konsumintensität von Öko-Produkten darstellt. Für die Konsumentenforschung tragen die Ergebnisse zu einem differenzierten Verständnis von Ober- und Untergrenzen von Familienzyklusstadien bei. Es zeigt sich weiterhin, dass Veränderungen des Öko-Konsums unter anderem unter dem Einfluss der sozialen Umwelt stehen. Im Hinblick auf das Marketing kann insbesondere geschlussfolgert werden, dass bei bestimmten Produktkategorien die Bedürfnisse jugendlicher Zielgruppen verstärkt berücksichtigt werden sollten. Zur Bindung junger Familien ist darauf hinzuwirken, einen Mehraufwand bei der Beschaffung von Öko-Produkten auszuschließen. Für die Ansprache der Zielgruppe Schwangere erscheinen Kommunikationsbotschaften geeignet, die sich auf das Wohlbefinden von Kind und Mutter und auf Nachhaltigkeitsaspekte beziehen. Eltern mit Kindern im Übergang zu einer Beikosternährung könnten gezielt durch Kommunikationsbotschaften angesprochen werden, die in Zusammenhang mit der Förderung der Gesundheit und der Geschmacksozialisation von Kindern stehen.

Regionale Strukturen als herkunftsspezifische Determinanten von Bildungsentscheidungen

Auch wenn die Dimension Raum in den Sozialwissenschaften zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist es überraschend, dass es nur wenige aktuelle Studien gibt, die sich mit regionaler Bildungsungleichheit beschäftigen. Wie ein Blick auf den Forschungsstand zeigt, gibt es keinen Grund anzunehmen, dass die in den 1960er Jahren festgestellte Bildungsbenachteiligung der Kinder auf dem Land im Vergleich zu den Stadtkindern heute ganz verschwunden ist. Vor dem Hintergrund der sinkenden Schülerzahlen um 18 % bis 2020 (KMK 2007) und den daraus folgenden Schulschließungen (Weißhaupt 2006), ist es dringend regionale Bildungsungleichheit wieder zu thematisieren. Die vorliegende Arbeit greift dieses Thema auf. Sie geht der Frage nach, inwieweit regionale Strukturen bei Bildungsentscheidungen eine Rolle spielen und ob es sich dabei um einen Effekt handelt, der mit der sozialen Herkunft eines Kindes im Zusammenhang steht. Für einen Erklärungsansatz werden drei Konzepte in der theoretischen Argumentation verknüpft: der relationale Raum von Löw (2001), das Model zur Erklärung schichtspezifischer Bildungsentscheidungen von Erikson und Jonsson (1996) sowie die Idee der Aneignung von Raumprofiten von Bourdieu (1991). Zunächst wird argumentiert, dass regionale Strukturen als Restriktionen und Optionen generell einen Handlungsrahmen für Entscheidungen bilden. Im Falle von Bildungsentscheidungen wird der Handlungsrahmen durch regionale Opportunitätsstrukturen determiniert, die sich als Kosten und Erträge von Bildungsalternativen beschreiben lassen. Geht man des Weiteren davon aus, dass Handlungsrahmen mit entsprechenden Kapitalien erweitert werden können, ist es nahliegend anzunehmen, dass regionale Strukturen in ihrer Bedeutsamkeit an die Kapitalausstattung gekoppelt sind. Folglich kommt es zu schichtspezifischen Reaktionen auf regionale Strukturen. Es ergibt sich die These, dass regionale Strukturen für Familien in privilegierten sozialen Schichten bei weitem weniger bedeutsam für Bildungsentscheidungen sind, als für Familien in weniger privilegierten sozialen Schichten. Für diese Familien ist zu erwarten, dass regionale Strukturen, welche die Kosten einer weiterführenden Bildungsalternative senken und regionale Strukturen, die den Ertrag einer Bildungsalternative steigern, zu Determinanten der Bildungsentscheidung werden. Die Daten des Sozio-Oekonomischen Panels (SOEP) werden verwendet, um den entwickelten Hypothesen empirisch nachzugehen. Zu diesen Individualdaten werden regionale Indikatoren aus der Regionaldatenbank des DJI, dem Betriebs-Historik-Panel (BHPS; FDZ/BA) und Indikatoren aus INKAR (BBR) zugespielt. Im Fokus der Fragestellung steht die Wahl des Gymnasiums. Ihr Zusammenhang mit dem regionalen Angebot an Gymnasien sowie regionalen Arbeitsmarktstrukturen, wie der Arbeitslosenquote sowie dem Anteil der hoch qualifiziert Beschäftigten in einer Region, wird untersucht. Mit Hilfe von mehrebenenanalytischen logistischen Regressionen lässt sich zeigen, dass das regionale Schulangebot auch heute noch mit Bildungschancen in Zusammenhang steht: Je höher der Anteil der Gymnasien in der Region, desto wahrscheinlicher ist es die Hochschulreife zu erlangen. Es zeigt sich aber auch, dass regionale Arbeitsmarktstrukturen keine signifikante Bedeutung für Bildungsentscheidungen an diesem Übergang haben. Besonders interessant ist weiter der Befund, dass regionale und soziale Herkunft in Interaktion stehen und insbesondere jene Kinder von einem vorteilhaften Bildungsangebot zu profitieren scheinen, die sich durch ihre Bildungsherkunft in einer bereits vorteilhaften Position hinsichtlich ihrer Bildungschancen befinden.

Dieselmotor-Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen im Kontext der Integration Erneuerbarer Energien in die Energieversorgung

In dieser Arbeit werden die sich abzeichnenden zukünftigen Möglichkeiten, Stärken und Schwächen der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) untersucht. Dies geschieht vor dem Hintergrund des Klimawandels, der Integration steigender Anteile Erneuerbarer Energien in die Stromerzeugung und unter Berücksichtigung der sich damit ergebenden Herausforderungen, eine sichere und nachhaltige Stromversorgung zu gestalten. Der Fokus liegt auf der Dieselmotor-KWK und der Nutzung nachwachsender Kraftstoffe. Es wird davon ausgegangen, dass der Übergang zu einer reinen Stromerzeugung aus Erneuerbaren Energiequellen in Deutschland unter erheblicher Einbindung des hohen Potentials der kostengünstigen, umweltfreundlichen, aber in der Leistung extrem fluktuierenden Windenergie erfolgen wird. Als dezentrales Integrationswerkzeug wurde die Kraft-Wärme-Kopplung mit Dieselmotoren untersucht. Sie entspricht aufgrund ihrer großen Flexibilität und ihrer hohen Wirkungsgrade mit vergleichsweise kleinen Leistungen sehr gut den Anforderungen der gleichzeitigen dezentralen Wärmenutzung. In der Dissertation werden die Randbedingungen der Dieselmotor-KWK untersucht und beschrieben. Darauf aufbauend werden unterschiedliche Modelle der Windintegration durch KWK erarbeitet und in diversen Variationen wird der Ausgleich der Stromerzeugung aus Windenergie durch KWK simuliert. Darüber hinaus werden dezentrale KWK-Anlagen hinsichtlich eines koordinierten gemeinsamen Betriebs und hinsichtlich der optimalen Auslegung für den Windenergieausgleich betrachtet. Es wird für den beschriebenen Kontext der Erneuerbaren Energien und der Kraft-Wärme-Kopplung das Thema „Umweltwirkungen“ diskutiert. Es wird dargelegt, dass die heute verwendeten Ansätze zur Bewertung der KWK zu einer Verzerrung der Ergebnisse führen. Demgegenüber wurde mit der so genannten Outputmethode eine Methode der Ökobilanzierung vorgestellt, die, im Gegensatz zu den anderen Methoden, keine verzerrenden Annahmen in die Wirkungsabschätzung aufnimmt und somit eine eindeutige und rein wissenschaftliche Auswertung bleibt. Hiermit ist die Grundlage für die Bewertung der unterschiedlichen Technologien und Szenarien sowie für die Einordnung der KWK in den Kontext der Energieerzeugung gegeben. Mit der Outputmethode wird u.a. rechnerisch bewiesen, dass die gekoppelte Strom- und Wärmeerzeugung in KWK-Anlagen tatsächlich die optimale Nutzung der regenerativen Kraftstoffe „Biogas“ und „Pflanzenöl“ im Hinblick auf Ressourceneinsatz, Treibhausgaseinsparung und Exergieerzeugung ist. Es wurde darüber hinaus die Frage untersucht woher die für die Stromerzeugung durch Dieselmotor-KWK-Anlagen notwendige Bioenergie genommen werden kann. Es ist erwiesen, dass die in Deutschland nutzbare landwirtschaftliche Fläche nur zur Deckung eines Teils der Stromerzeugung ausreichen würde. Einheimisches Biogas und nachhaltiges importiertes Pflanzenöl, das in hohem Maße auf degradierten Böden angebaut werden sollte, können die notwendige Brennstoffenergie liefern. Um im Ausland ausreichend Pflanzenöl herstellen zu können, wird eine landwirtschaftliche Fläche von 6 bis 12 Mio. ha benötigt. Das Ergebnis ist, dass ein voller Ausgleich von Windenergie-Restlast durch KWK mit Erneuerbaren Energieträgern sinnvoll und machbar ist! Dieses Wind-KWK-DSM-System sollte durch ein Stromnetz ergänzt sein, das Wasserkraftstrom für den Großteil der Regelenergieaufgaben nutzt, und das den großräumigen Ausgleich Erneuerbarer Energien in Europa und den Nachbarregionen ermöglicht.

Development and applications of density matrix functional theory of generalized Hubbard Models

In dieser Doktorarbeit wird eine akkurate Methode zur Bestimmung von Grundzustandseigenschaften stark korrelierter Elektronen im Rahmen von Gittermodellen entwickelt und angewandt. In der Dichtematrix-Funktional-Theorie (LDFT, vom englischen lattice density functional theory) ist die Ein-Teilchen-Dichtematrix γ die fundamentale Variable. Auf der Basis eines verallgemeinerten Hohenberg-Kohn-Theorems ergibt sich die Grundzustandsenergie Egs[γgs] = min° E[γ] durch die Minimierung des Energiefunktionals E[γ] bezüglich aller physikalischer bzw. repräsentativer γ. Das Energiefunktional kann in zwei Beiträge aufgeteilt werden: Das Funktional der kinetischen Energie T[γ], dessen lineare Abhängigkeit von γ genau bekannt ist, und das Funktional der Korrelationsenergie W[γ], dessen Abhängigkeit von γ nicht explizit bekannt ist. Das Auffinden präziser Näherungen für W[γ] stellt die tatsächliche Herausforderung dieser These dar. Einem Teil dieser Arbeit liegen vorausgegangene Studien zu Grunde, in denen eine Näherung des Funktionals W[γ] für das Hubbardmodell, basierend auf Skalierungshypothesen und exakten analytischen Ergebnissen für das Dimer, hergeleitet wird. Jedoch ist dieser Ansatz begrenzt auf spin-unabhängige und homogene Systeme. Um den Anwendungsbereich von LDFT zu erweitern, entwickeln wir drei verschiedene Ansätze zur Herleitung von W[γ], die das Studium von Systemen mit gebrochener Symmetrie ermöglichen. Zuerst wird das bisherige Skalierungsfunktional erweitert auf Systeme mit Ladungstransfer. Eine systematische Untersuchung der Abhängigkeit des Funktionals W[γ] von der Ladungsverteilung ergibt ähnliche Skalierungseigenschaften wie für den homogenen Fall. Daraufhin wird eine Erweiterung auf das Hubbardmodell auf bipartiten Gittern hergeleitet und an sowohl endlichen als auch unendlichen Systemen mit repulsiver und attraktiver Wechselwirkung angewandt. Die hohe Genauigkeit dieses Funktionals wird aufgezeigt. Es erweist sich jedoch als schwierig, diesen Ansatz auf komplexere Systeme zu übertragen, da bei der Berechnung von W[γ] das System als ganzes betrachtet wird. Um dieses Problem zu bewältigen, leiten wir eine weitere Näherung basierend auf lokalen Skalierungseigenschaften her. Dieses Funktional ist lokal bezüglich der Gitterplätze formuliert und ist daher anwendbar auf jede Art von geordneten oder ungeordneten Hamiltonoperatoren mit lokalen Wechselwirkungen. Als Anwendungen untersuchen wir den Metall-Isolator-Übergang sowohl im ionischen Hubbardmodell in einer und zwei Dimensionen als auch in eindimensionalen Hubbardketten mit nächsten und übernächsten Nachbarn. Schließlich entwickeln wir ein numerisches Verfahren zur Berechnung von W[γ], basierend auf exakten Diagonalisierungen eines effektiven Vielteilchen-Hamilton-Operators, welcher einen von einem effektiven Medium umgebenen Cluster beschreibt. Dieser effektive Hamiltonoperator hängt von der Dichtematrix γ ab und erlaubt die Herleitung von Näherungen an W[γ], dessen Qualität sich systematisch mit steigender Clustergröße verbessert. Die Formulierung ist spinabhängig und ermöglicht eine direkte Verallgemeinerung auf korrelierte Systeme mit mehreren Orbitalen, wie zum Beispiel auf den spd-Hamilton-Operator. Darüber hinaus berücksichtigt sie die Effekte kurzreichweitiger Ladungs- und Spinfluktuationen in dem Funktional. Für das Hubbardmodell wird die Genauigkeit der Methode durch Vergleich mit Bethe-Ansatz-Resultaten (1D) und Quanten-Monte-Carlo-Simulationen (2D) veranschaulicht. Zum Abschluss wird ein Ausblick auf relevante zukünftige Entwicklungen dieser Theorie gegeben.

Weiterentwicklung der schulpraktischen Lehrerbildung durch Kooperation der Ersten und Zweiten Phase am Beispiel der Region Nordhessen

Die Kooperation zwischen den beiden Phasen der Lehrerbildung an Universität und Studienseminar und die Qualitätsssteigerung der schulpraktischen Ausbildung werden nicht nur im Hessischen Lehrerbildungsgesetz als eine der Möglichkeiten gesehen, die Ausbildungsqualität angehender Lehrer zu verbessern. Um die Bedingungen für die Intensivierung der Kooperation zwischen den beiden Phasen bestimmen zu können werden in einer Expertenbefragung (Studie 1) die Haltung und Erwartung von Vertretern der universitären Lehrerbildung, des Referendariats und der Bildungsadministration erhoben. Dabei werden die Schulpraktischen Studien als Beispiele für eine phasenübergreifende Kooperation herausgestellt. Die Untersuchung zeigt aber nicht nur geeignete Möglichkeit der Zusammenarbeit auf. Es werden auch Ursachen erforscht, welche Gründe die Kooperation hemmen oder behindern, wie etwa gegenseitige Vorbehalte, fehlende Verbindlichkeit oder institutionalisiertes Ungleichgewicht zwischen den beiden Phasen. Seit der Kritik u. a. von Terhart (2000) an der mangelnden Abstimmung zwischen Erster und Zweiter Phase der Lehrerbildung und der Klage von Oelkers (2000) über den fehlenden Nachweis, wie wirksam die Lehrerbildung ist, sind in den letzten Jahren Studien über die Erste und Zweite Phase der Lehrerbildung entstanden. In die Darstellung des Stand der Forschung zur schulpraktischen Lehrerausbildung werden zwei groß angelegte Untersuchungen (MT21 und COACTIV) einbezogen, deren Ergebnisse die Diskussion um die Wirksamkeit der (Mathematik-) Lehrerbildung und der Bedeutung des (mathematik-)fachdidaktischen Wissens in den letzten Jahren entscheidend geprägt haben. Darüber hinaus werden die Forschungen des Deutschen Instituts für internationale Bildungsforschung (DIPF) zum Referendariat und von Schubarth zur Lehrerausbildung in der Ersten und Zweiten Phase dargestellt. Zu den schulpraktischen Studien werden einschlägige Untersuchungen angeführt (wie die von Hascher oder von Bodensohn u.a.), die ergänzt bzw. kontrastiert werden durch die Ergebnisse kleinerer Evaluationen. Schließlich werden Studien zur Rolle der Mentoren herangezogen, die sich mit den Unterrichtsnachbesprechungen im Rahmen der Schulpraktika oder mit dem Mentorieren auseinandersetzen. In die Ergebnisse der Studie 1 (s.o.) und in den Forschungsstand lassen sich Kooperationsformen zwischen der Ersten und Zweiten Phase der Lehrerbildung einbetten, die in der schulpraktischen Ausbildung verwirklicht werden können. Mit dem Kooperationspraktikum haben Vertreter der Ersten und der Zweiten Phase der Lehrerausbildung gemeinsame eine Form gefunden, wie ohne strukturelle Veränderung und bei möglichst geringem zusätzlichen Aufwand im bestehenden Ausbildungsrahmen eine fünfwöchige Lernpartnerschaft zwischen Referendaren und Studierenden unter Verantwortung eines gemeinsamen Mentors realisiert werden kann. Die Evaluation dieses Kooperationspraktikums (Studie 2) zeigt, dass die Lernpartner diese Art der Zusammenarbeit positiv empfinden. Es werden aber auch Probleme aufgezeigt, die verdeutlichen, mit welchen Schwierigkeiten die Forderung nach phasenübergreifender Kooperation in der konkreten Umsetzung verbunden sein kann. Um die Befunde aus der Evaluation zum Kooperationspraktikum auch wegen der relativ kleinen Stichprobe richtig einordnen zu können, werden sie mit den relevanten Forschungsergebnissen in Verbindung gebracht. Idealisierende Vorstellungen von Kooperation zwischen Erster und Zweiter Phase sind allerdings fehl am Platz. Die Hoffnung auf einen bruchlosen Übergang unterschätzt auch die Anforderungen an den Rollenwechsel vom Studierenden zum Referendaren. Um ein Kooperation durch Lernpartnerschaften im Rahmen eines Kooperationspraktikums zu verwirklichen, sind Gelingens¬bedingungen zu berücksichtigen, zu denen sowohl Rahmenbedingungen als auch die Möglichkeiten zur Institutionalisierung gehören. Beide Ausbildungsphasen haben zwar als gemeinsames Ziel, Lehrer für die Schule zu qualifizieren und sie verbindet zudem der schulpraktische Ausbildungsteil, der in den Schulen stattfindet. Dieser Ausbildungsteil hat aber je nach Phase eine andere Bedeutung und unterscheidet sich zudem nicht nur nach Aufwand und Anspruch, sondern vor allem aufgrund der institutionellen Rolle seiner Akteure. Das Kooperationspraktikum berücksichtigt diese Unterschiedlichkeit und zeigt trotzdem einen Weg auf, gegenseitigen von der Zusammenarbeit zu profitieren. Von daher kann das Kooperationspraktikum einen Beitrag zur Weiterentwicklung der phasenübergreifenden Zusammenarbeit leisten und die Erkenntnisse könnten bei der Konzeption eines Praxissemesters gewinnbringend eingebracht werden.

HelF und sein Interaktionspartner Xrn1: zwei Regulatoren der RNA-Interferenz in D. discoideum

Hauptziel dieser Arbeit ist die Identifizierung, Verifizierung und Charakterisierung von Interaktionspartnern von HelF, einem Negativregulator der RNA-Interferenz in Dictyostelium discoideum (Popova et al. 2006). Es ist gelungen, die Interaktion von HelF und der 5‘ 3‘ Exonuklease Xrn1 nachzu-weisen, aber alle anderen Versuchen, bisher unbekannte Protein-Interaktionspartner zu identifizieren, schlugen fehl. Xrn1 ist in den Organismen D. melanogaster (Orban und Izaurralde 2005), C. elegans (Newbury und Woollard 2004) und A. thaliana (Gazzani et al. 2004) bereits als Regulator der RNA-Interferenz bekannt. Mit Aufreinigungen nach der TAP-Methode und mit dem Nanotrap wurde ebenfalls versucht, RNA-Interaktionspartner von HelF zu identifizieren. Es konnten in einigen Aufreinigungen putative, für HelF spezifische RNAs identifiziert werden, doch entweder es handelte sich nachweislich nicht um RNA oder die Reproduktion der Daten schlug trotz mehrfacher Versuche fehl. Bezüglich der zellulären Lokalisation von HelF und Xrn1 konnte gezeigt werden, dass HelF zusätzlich zur bekannten Lokalisation in Foci im Nukleus (Popova et al. 2006) vermutlich auch im Cytoplasma und dort angeordnet in mehreren Granula zu finden ist. Xrn1 ist nahezu ausschließlich im Cytoplasma lokalisiert, wo es in mehreren Foci organisiert ist. Es wird vermutet, dass es sich bei diesen Foci um Processing-Bodies (P-Bodies) handelt und dass möglicherweise Xrn1 und HelF in eben diesen P-Bodies co-lokalisieren. In der Entwicklung vom Einzeller zum mehrzelligen Organismus zeigen die Xrn1KO- und die HelFKO-Mutante jeweils einen eindeutigen Phänotyp, der vom Wildtyp abweicht. Die Phänotypen der beiden Mutanten unterscheiden sich deutlich voneinander. Beim Mischen von HelF-Knockout-Zellen mit grün fluoreszierenden Wildtyp-Zellen zeigt sich, dass beide Stämme innerhalb des sich entwickelnden Organismus an definierten Stellen lokalisieren. Entgegen den Erwartungen befinden sich die Zellen der Mutante in den Stadien „Finger“ und „Slug“ nicht hauptsächlich im vorderen Teil des Organismus, sondern sind auch im hinteren Teil, der später die Sporenmasse bildet, vertreten. Dies lässt vermuten, dass HelF-Knockout-Mutanten in gleichem Maße wie Wildtypzellen als Sporen in die nächste Generation übergehen. Weitere Mix-Experimente, in denen HelFKO-Zellen und Xrn1KO-Zellen mit grün fluoreszierenden Wildtypzellen gemischt wurden, belegen eindeutig, dass beide Knockoutmutanten in Konkurrenz zum Wildtyp bei der Generierung von Sporen und somit beim Übergang in die nächste Generation benachteiligt sind. Dies steht im Gegensatz zu den Ergebnissen der vorher beschriebenen Mix-Experimente, in denen der Organismus als Ganzes betrachtet wurde. Weiterhin konnte herausgefunden werden, dass Xrn1 ebenso wie HelF (Popova et al. 2006) eine Rolle als Negativregulator in der RNA-Interferenz innehat. Fraglich ist aber, ob HelF wie bisher angenommen auch Einfluss auf den Weg der Generierung von miRNAs nimmt, da in HelFKO für keinen der beiden miRNA-Kandidaten eine Hoch- bzw. Runterregulierung der reifen miRNAs im Vergleich zum Wildtyp beobachtet werden kann. Im Xrn1KO hingegen ist die reife miRNA ddi-mir-1176 im Vergleich zum Wildtyp hochreguliert. In Bezug auf die Generierung von siRNAs konnte herausgefunden werden, dass Xrn1 und HelF im Fall der Generierung von Skipper siRNAs regulierend eingreifen, dass aber nicht alle siRNAs von der negativen Regulierung durch HelF und Xrn1betroffen sind, was am Beispiel der DIRS-1-siRNAs belegt werden kann. Das von B. Popova entwickelte Modell (Popova 2005) bezüglich der Rolle von HelF in der RNA-Interferenz wurde basierend auf den neu gewonnenen Daten weiterentwickelt und um Xrn1 ergänzt, um die Funktionen von HelF und Xrn1 als Antagonisten der RNA-Interferenz näher zu beleuchten. Literatur: Gazzani, S., T. Lawrenson, et al. (2004). "A link between mRNA turnover and RNA interference in Arabidopsis." Science 306(5698): 1046-8. Newbury, S. and A. Woollard (2004). "The 5'-3' exoribonuclease xrn-1 is essential for ventral epithelial enclosure during C. elegans embryogenesis." Rna 10(1): 59-65. Orban, T. I. and E. Izaurralde (2005). "Decay of mRNAs targeted by RISC requires XRN1, the Ski complex, and the exosome." Rna 11(4): 459-69. Popova, B. (2005). HelF, a suppressor of RNAi mediated gene silencing in Dictyostelium discoideum. Genetik. Kassel, Universität Kassel. PhD: 200. Popova, B., M. Kuhlmann, et al. (2006). "HelF, a putative RNA helicase acts as a nuclear suppressor of RNAi but not antisense mediated gene silencing." Nucleic Acids Res 34(3): 773-84.

Auswirkungen des Überganges von der Grundschule in die Sekundarstufe I auf das Wohlbefinden und Selbstkonzept von Schülerinnen und Schülern

Ausgehend von der Annahme, dass der Übergang von der Grundschule in die Sekundarstufe 1 umfassende Auswirkungen auf Wohlbefinden und Selbstkonzept von Kindern haben kann und der geringen Anzahl qualitativer Studien zum Thema, ging die Arbeit der Frage nach, wie der Schulübergang von Kindern selbst diesbezüglich bewertet wird. Ziel waren individuelle Einzelfallanalysen und eine Typisierung unterschiedlicher Bewältigungstypen des Schulübergangs, um Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Einschätzung dieses Transitionsprozesses aus Sicht der Betroffenen darzustellen. Mittels qualitativer Leitfadeninterviews mit acht Kindern vor und nach dem Schulübergang wurden die Ausgangsdaten erhoben und mithilfe eines Diktiergeräts aufgenommen. Diese Aufnahmen wiederum wurden nach dem „TiQ“-Verfahren transkribiert und anschließend in Anlehnung an Mayring und Schmidt kategorisiert und ausgewertet. Die Ergebnisse wurden in einzelnen Fallinterpretationen und in drei unterschiedlichen Bewältigungstypen (positiv, neutral, negativ) dargestellt. Die Untersuchung führte zutage, dass der Schulübergang von den Kindern kritisch reflektiert wird und sowohl Hoffnungen als auch Befürchtungen mit ihm verbunden werden. Wie die drei Bewältigungstypen zeigen, überwiegen teilweise Sorgen, Ängste und Unsicherheit, teils halten sich die verschiedenen Aspekte die Waage und in anderen Fällen wird der Transitionsprozess mehrheitlich positiv bewertet. Das besondere Merkmal der Untersuchung stellt dabei der Vergleich zwischen den Aussagen vor und denen nach dem Schulübergang dar, mittels dessen Bestätigungen bzw. Widerlegungen von Anfangsaussagen deutlich werden.

Sensor psychrometric approaches to mitigating aflatoxins in maize dried on farms in Kenya

Kenia liegt in den Äquatorialtropen von Ostafrika und ist als ein weltweiter Hot-Spot für Aflatoxinbelastung insbesondere bei Mais bekannt. Diese toxischen und karzinogenen Verbindungen sind Stoffwechselprodukte von Pilzen und so insbesondere von der Wasseraktivität abhängig. Diese beeinflusst sowohl die Trocknung als auch die Lagerfähigkeit von Nahrungsmitteln und ist somit ein wichtiger Faktor bei der Entwicklung von energieeffizienten und qualitätsorientierten Verarbeitungsprozessen. Die vorliegende Arbeit hat sich zum Ziel gesetzt, die Veränderung der Wasseraktivität während der konvektiven Trocknung von Mais zu untersuchen. Mittels einer Optimierungssoftware (MS Excel Solver) wurde basierend auf sensorerfassten thermo-hygrometrischen Daten der gravimetrische Feuchteverlust von Maiskolben bei 37°C, 43°C und 53°C vorausberechnet. Dieser Bereich stellt den Übergang zwischen Niedrig- und Hochtemperaturtrocknung dar. Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede im Verhalten der Körner und der Spindel. Die Trocknung im Bereich von 35°C bis 45°C kombiniert mit hohen Strömungsgeschwindigkeiten (> 1,5 m / s) begünstigte die Trocknung der Körner gegenüber der Spindel und kann daher für eine energieeffiziente Trocknung von Kolben mit hohem Anfangsfeuchtegehalt empfohlen werden. Weitere Untersuchungen wurden zum Verhalten unterschiedlicher Schüttungen bei der bei Mais üblichen Satztrocknung durchgeführt. Entlieschter und gedroschener Mais führte zu einem vergrößerten Luftwiderstand in der Schüttung und sowohl zu einem höheren Energiebedarf als auch zu ungleichmäßigerer Trocknung, was nur durch einen erhöhten technischen Aufwand etwa durch Mischeinrichtungen oder Luftumkehr behoben werden könnte. Aufgrund des geringeren Aufwandes für die Belüftung und die Kontrolle kann für kleine landwirtschaftliche Praxisbetriebe in Kenia daher insbesondere die Trocknung ganzer Kolben in ungestörten Schüttungen empfohlen werden. Weiterhin wurde in der Arbeit die Entfeuchtung mittels eines Trockenmittels (Silikagel) kombiniert mit einer Heizquelle und abgegrenztem Luftvolumen untersucht und der konventionellen Trocknung gegenüber gestellt. Die Ergebnisse zeigten vergleichbare Entfeuchtungsraten während der ersten 5 Stunden der Trocknung. Der jeweilige Luftzustand bei Verwendung von Silikagel wurde insbesondere durch das eingeschlossene Luftvolumen und die Temperatur beeinflusst. Granulierte Trockenmittel sind bei der Maistrocknung unter hygienischen Gesichtspunkten vorteilhaft und können beispielsweise mit einfachen Öfen regeneriert werden, so dass Qualitätsbeeinträchtigungen wie bei Hochtemperatur- oder auch Freilufttrocknung vermieden werden können. Eine hochwertige Maistrocknungstechnik ist sehr kapitalintensiv. Aus der vorliegenden Arbeit kann aber abgeleitet werden, dass einfache Verbesserungen wie eine sensorgestützte Belüftung von Satztrocknern, der Einsatz von Trockenmitteln und eine angepasste Schüttungshöhe praktikable Lösungen für Kleinbauern in Kenia sein können. Hierzu besteht, ggf. auch zum Aspekt der Verwendung regenerativer Energien, weiterer Forschungsbedarf.