Family agriculture for bottom-up rural development: a case study of the indigenous Mayan population in the Mexican Peninsula

Since pre-colonial times the indigenous communities of Mayan origin in the state of Quintana Roo, Mexico, widely practice home gardens on a sustainable basis as the principal form of family agriculture. This study analyzes the structural complexity, functional diversity and management strategy of these indigenous home gardens in order to attempt to propose recommendations for improved family farming. The Mayan home gardens are structured into three or more vertical layers of multiple plant species of herbs, shrubs and trees, and horizontally into well-defined zones for production of both domestic and wild animals. The home gardens provide multiple services apart from food and nutrition security. For sustainable bottom-up rural development, we recommend the continuation of multifunctional home gardens.

Ecosystem services and adaptation for agriculture and food security: analysis of two decades (1991–2011) of financing by the Global Environment Facility

Investing in global environmental and adaptation benefits in the context of agriculture and food security initiatives can play an important role in promoting sustainable intensification. This is a priority for the Global Environment Facility (GEF), created in 1992 with a mandate to serve as financial mechanism of several multilateral environmental agreements. To demonstrate the nature and extent of GEF financing, we conducted an assessment of the entire portfolio over a period of two decades (1991–2011) to identify projects with direct links to agriculture and food security. A cohort of 192 projects and programs were identified and used as a basis for analyzing trends in GEF financing. The projects and programs together accounted for a total GEF financing of US$1,086.8 million, and attracted an additional US$6,343.5 million from other sources. The value-added of GEF financing for ecosystem services and resilience in production systems was demonstrated through a diversity of interventions in the projects and programs that utilized US$810.6 million of the total financing. The interventions fall into the following four main categories in accordance with priorities of the GEF: sustainable land management (US$179.3 million), management of agrobiodiversity (US$113.4 million), sustainable fisheries and water resource management (US$379.8 million), and climate change adaptation (US$138.1 million). By aligning GEF priorities with global aspirations for sustainable intensification of production systems, the study shows that it is possible to help developing countries tackle food insecurity while generating global environmental benefits for a healthy and resilient planet.

The role of organic farming for food security: local nexus with a global view

A convergence of factors has made food security one of the most important global issues. It has been the core concept of the Milan Expo 2015, whose title, Feeding the Planet, Energy for Life, embodied the challenge to provide the world’s growing population with a sustainable, secure supply of safe, nutritious, and affordable high-quality food using less land with lower inputs. Meeting the food security agenda using current agricultural production techniques cannot be achieved without serious degradation to the environment, including soil degradation, loss of biodiversity and climate change. Organic farming is seen as a solution to the challenge of sustainable food production, as it provides more nutritious food, with less or no pesticide residues and lower use of inputs. A limit of organic farming is its restricted capability of producing food compared to conventional agriculture, thus being an inefficient approach to food production and to food security. The authors maintain, on the basis of a scientific literature review, that organic soils tend to retain the physical, chemical and biological properties over the long term, while maintaining stable levels of productivity and thereby ensuring long-term food production and safety. Furthermore, the productivity gap of organic crops may be worked out by further investment in research and in particular into diversification techniques. Moreover, strong scientific evidence indicates that organic agricultural systems deliver greater ecosystem services and social benefits.

Perception of quality in certified organic pineapples by farmers in Kayunga district, Central Uganda: Implications for food security

In East Africa, Uganda is one of the major producers of organic pineapples for export. These pineapples are mainly produced in central Uganda and have to meet stringent quality standards before they can be allowed on international markets. These quality standards may put considerable strain on farmers and may not be wholly representative of their quality interpretation. The aim of this paper is therefore, to determine the Ugandan organic pineapple farmers’ quality perception, the activities they carry out in order to attain that quality and challenges (production, postharvest & marketing) faced on the same. Qualitative semi-structured interviews were carried out among 28 organic pineapple farmers in Kayunga district, central Uganda. Findings suggest that quality of organic pineapples is mainly perceived in terms of product attributes particularly appearance followed by food security provision. Certification plays a minor role in what farmers describe as organic quality. High production input costs (labour and coffee husks) coupled with a stagnant premium are some of the major challenges faced by farmers in attaining organic quality. The paper argues that currently there are concealed negative food security effects embroiled in these pineapple schemes. It is recommended that the National Organic Agricultural Movement of Uganda (NOGAMU) works with all relevant stakeholders to have the farmer premium price raised and an official organic policy enacted.

Kräfte und Kinematik an landtechnischen Pflügen

Durch steigende Scharzahlen und Arbeitsbreiten bei Anbaupflügen tritt eine Asymmetrie der Krafteinleitung in den Schlepper auf. Zusammen mit der hohen Zugkraft, die benötigt wird, ist diese Art der Krafteinleitung einmalig in der Landtechnik. Durch die eingeleiteten Kräfte entstehen Seitenkräfte, welche auf die Achsen des Schleppers und auf die Anlagen der Schare wirken. Ziel der Arbeit ist es, einen mechanischen Ansatz zu erstellen, der es ermöglicht auf Basis von Unterlenkerstellung und gemessenen Unterlenkerkräften die Kräfteverhältnisse an der Zugmaschine zu berechnen. Außerdem werden die Einflüsse auf die Kräfte durch Variation von Frontballastierung, Unterlenkerstellung und Arbeitsbreite ermittelt. Bisherige Literaturangaben geben unterschiedliche Empfehlungen zur korrekten Einstellung der Unterlenkerstellung an. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Unterlenkerverstellung ermittelt, um die grundsätzlichen Einflüsse der Veränderung der Unterlenkerstellung verfügbar zu machen. Es können durch die Unterlenkerverstellung die auftretenden Kräfte umverteilt werden. Ein starker Einfluss der Unterlenkerstellung auf die benötigte Zugkraft des Pfluges kann bei den Versuchen nicht gemessen werden. Es wird ermittelt, welchen Einfluss eine Arbeitsbreitenverstellung auf die Unterlenkerkräfte hat. Bei Vergrößerung der Arbeitsbreite steigen die Zugkräfte des landseitigen Unterlenkers an. Gleichzeitig sinkt die Zugkraft des furchenseitigen Unterlenkers, jedoch in geringerem Maße als der Anstieg des landseitigen Unterlenkers. Die ermittelten Einflüsse auf die Unterlenkerkräfte werden in die Einflüsse auf die Querkräfte der Schlepperachsen umgerechnet. Mit diesen Werten wird es ermöglicht, Änderungen der Querkräfte und des Querkraftverhältnisses zu ermitteln. Die vorliegenden Ergebnisse erlauben es, für neue Pflugentwicklungen optimierte Kinematiken abzuleiten.

Biomass, quality traits and methane production of extensive grassland: biodiversity effects and sensor approaches

Energy policies around the world are mandating for a progressive increase in renewable energy production. Extensive grassland areas with low productivity and land use limitations have become target areas for sustainable energy production to avoid competition with food production on the limited available arable land resources and minimize further conversion of grassland into intensively managed energy cropping systems or abandonment. However, the high spatio-temporal variability in botanical composition and biochemical parameters is detrimental to reliable assessment of biomass yield and quality regarding anaerobic digestion. In an approach to assess the performance for predicting biomass using a multi-sensor combination including NIRS, ultra-sonic distance measurements and LAI-2000, biweekly sensor measurements were taken on a pure stand of reed canary grass (Phalaris aruninacea), a legume grass mixture and a diversity mixture with thirty-six species in an experimental extensive two cut management system. Different combinations of the sensor response values were used in multiple regression analysis to improve biomass predictions compared to exclusive sensors. Wavelength bands for sensor specific NDVI-type vegetation indices were selected from the hyperspectral data and evaluated for the biomass prediction as exclusive indices and in combination with LAI and ultra-sonic distance measurements. Ultrasonic sward height was the best to predict biomass in single sensor approaches (R² 0.73 – 0.76). The addition of LAI-2000 improved the prediction performance by up to 30% while NIRS barely improved the prediction performance. In an approach to evaluate broad based prediction of biochemical parameters relevant for anaerobic digestion using hyperspectral NIRS, spectroscopic measurements were taken on biomass from the Jena-Experiment plots in 2008 and 2009. Measurements were conducted on different conditions of the biomass including standing sward, hay and silage and different spectroscopic devices to simulate different preparation and measurement conditions along the process chain for biogas production. Best prediction results were acquired for all constituents at laboratory measurement conditions with dried and ground samples on a bench-top NIRS system (RPD > 3) with a coefficient of determination R2 < 0.9. The same biomass was further used in batch fermentation to analyse the impact of species richness and functional group composition on methane yields using whole crop digestion and pressfluid derived by the Integrated generation of solid Fuel and Biogas from Biomass (IFBB) procedure. Although species richness and functional group composition were largely insignificant, the presence of grasses and legumes in the mixtures were most determining factors influencing methane yields in whole crop digestion. High lignocellulose content and a high C/N ratio in grasses may have reduced the digestibility in the first cut material, excess nitrogen may have inhibited methane production in second cut legumes, while batch experiments proved superior specific methane yields of IFBB press fluids and showed that detrimental effects of the parent material were reduced by the technical treatment

Analyzing Gene Centres with the Help of the Checklist Method – the Case of Syria

The present survey of species diversity of cultivated plants is the first for Syria. Some cultivated species will be added in the future, because due to the civil war in Syria, it was not possible to visit the country in the frame of the present work, as initially planned. Checklists proved to be a useful tool for overviewing the cultivated plants of selected areas and allow a characterization of the state of plant genetic resources of Syria. Syria has experienced several civilizations. Man settled in this productive land since ancient times and used its resources. However, such use has led to changes in vegetation and decline of wildlife through the country, in seashore areas, interior, mountains, and grassland. Plant domestication and growing started more than 10,000 years ago in West Asia. Since then, plentiful of economic plant species were present and used by man and his domesticated animals. Forming a part of the Fertile Crescent, where many of the world’s agricultural plants have evolved, Syria is extremely rich in agrobiodiversity. Wild progenitors of wheat and barley and wild relatives of many fruit trees such as almonds and pistachio as well as forage species are still found in marginal lands and less disturbed areas. These are threatened by a wide range of human activities, notably modern, extensive agriculture, overgrazing, overcutting and urban expansion. Syria is also considered as part of one of the main centres of origin, according to Vavilov, who had collected in Syria in 1926. The first expeditions to crop fields showed the exclusive nature of cultivated plants in Syria with a high number of endemic forms. Furthermore, Syria is a part of a biodiversity hotspot. Several studies have been performed to study agrobiodiversity in different parts of Syria, but usually on wild species. Many collections have been carried out; however, they focussed preferably on cereals and pulses, and particularly on wheat, like Vavilov’s expedition. Only 30 crops make up the major part of the conserved Syrian crop plant material in the genebank, indicating that most of the remaining 7,000 species of cultivated plants and many other valuable genetic resources species have only been included on a limited scale in the genebank collections. Although a small country (185,180 km2), Syria accommodates numerous ecosystems that allow for a large diversity of plant genetic resources for agriculture ranging from cold-requiring to subtropical crops to live and thrive. Only few references are available in this respect. The aim of the present study was to complete a checklist of Syria’s cultivated plants of agriculture and horticulture excluding plants only grown as ornamental or for forestry. Furthermore, plants taken for reforestation have not been included, if they do not have also agricultural or horticultural uses. Therefore, the inclusion of plants into the checklist follows the same principles as “Mansfeld’s Encyclopedia”. Main sources of information were published literature, floras of Syria, Lebanon and the Mediterranean, as well as Syrian printed sources in Arabic and/or English, reports from FAO on agricultural statistics in Syria, and data from ICARDA and Bioversity International. In addition, personal observations gathered during professional work in the General Commission for Scientific Agricultural Research (GCSAR) in Syria (since 1989) and participation in projects were taken into account. These were: (1) A project on “Conservation and Sustainable Use of Dry Land Agrobiodiversity in the Near East” with participation of Jordan, Lebanon, Syria, and the Palestinian Authority, focussing on landraces and wild relatives of barley, wheat, lentil, alliums, feed legumes, and fruit trees (1999–2005). (2) A project for vegetable landraces (1993–1995) in collaboration with the former International Plant Genetic Resources Institute and the UN Development Programme, in which 380 local vegetable accessions were evaluated. For medicinal plants and fruit trees I was in personal contact with departments of GCSAR and the Ministry of Agriculture and Agrarian Reform, as well as with private organizations. The resulting checklist was compared with the catalogues of crop plants of Italy and a checklist of cultivated plants of Iraq. The cultivated plant species are presented in alphabetical order according to their accepted scientific names. Each entry consists of a nomenclatural part, folk names, details of plant uses, the distribution in Syria (by provinces), a textual description, and references to literature. In total, 262 species belonging to 146 genera and 57 families were identified. Within-species (intraspecific) diversity is a significant measure of the biodiversity. Intraspecific diversity for wild plants has been and remains to be well studied, but for crop plants there are only few results. Mansfeld’s method is an actual logical contribution to such studies. Among the families, the following have the highest number of crop species: Leguminosae (34 spp.), Rosaceae (24), Gramineae (18), Labiatae (18), Compositae (14), Cruciferae (14), Cucurbitaceae (11), Rutaceae (10), Malvaceae (9), Alliaceae (7), and Anacardiaceae (7). The establishment of an effective programme for the maintenance of plant genetic resources in Syria started in the mid-1970s. This programme considered ex situ and in situ collection of the genetic resources of various field crops, fruit trees and vegetables. From a plant genetic resources viewpoint, it is clear that the homegarden is an important location for the cultivation of so-called neglected and underutilized species (neglected from a research side and underutilized from a larger economic side). Such species have so far not received much care from ecologists, botanists and agronomists, and they are considerably under-represented in genebanks.

Exploring the potential of cassava in promoting agricultural growth in Nigeria

Cassava is one of the major food crops in Nigeria, with multiple uses from human consumption to industrial applications. This study explores the potential of cassava in Nigerian agriculture based on a review of cassava development policies; performs a trend analysis of the cultivation area, production, productivity, and real price of cassava and other competing crops for the period 1961–2013; identifies the sources of growth in production; and examines the production constraints at the local level based on a survey of 315 farmers/processors and 105 marketers from Delta State. The results revealed that several policies and programmes were implemented to develop the cassava sector with mixed outcomes. Although cassava productivity grew at 1.5% per annum (p.a.) during the post-structural adjustment programme period (1993–2013), its real price declined at a rate of 3.5% p.a. The effect of yield is the main source of growth in production, contributing 76.4% of the total growth followed by the area effect (28.2%). The cassava sector is constrained by inadequate market infrastructure, processing facilities, and lack of information and unstable prices at the local level. The widespread diffusion of improved tropical manioc selection technologies and investments in market and marketing infrastructure, processing technologies, irrigation/water provision and information dissemination are recommended to enhance the potential of the cassava sector to support agricultural growth in Nigeria.

Effects of time-controlled and continuous grazing on total herbage mass and ground cover

Grazing practices in rangelands are increasingly recognized as a management tool for environmental protection in addition to livestock production. Long term continuous grazing has been largely documented to reduce pasture productivity and decline the protective layer of soil surface affecting environmental protection. Time-controlled rotational grazing (TC grazing) as an alternative to continuous grazing is considered to reduce such negative effects and provides pasture with a higher amount of vegetation securing food for animals and conserving environment. To research on how the grazing system affects herbage and above ground organic materials compared with continuous grazing, the study was conducted in a sub-tropical region of Australia from 2001 to 2006. The overall results showed that herbage mass under TC grazing increased to 140% in 2006 compared with the first records taken in 2001. The outcomes were even higher (150%) when the soil is deeper and the slope is gentle. In line with the results of herbage mass, ground cover under TC grazing achieved significant higher percentages than continuous grazing in all the years of the study. Ground cover under TC grazing increased from 54% in 2003 to 73%, 82%, and 89% in 2004, 2005, and 2006, respectively, despite the fact that after the high yielding year of 2004 herbage mass declined to around 2.5 ton ha^(−1) in 2005 and 2006. Under continuous grazing however there was no significant increase over time comparable to TC grazing neither in herbage mass nor in ground cover. The successful outcome is largely attributed to the flexible nature of the management in which grazing frequency, durations and the rest periods were efficiently controlled. Such flexibility of animal presence on pastures could result in higher water retention and soil moisture condition promoting above ground organic material.

Climate change adaptation strategies of maize producers of the Central Rift Valley of Ethiopia

The impacts of climate change are considered to be strong in countries located in tropical Africa that depend on agriculture for their food, income and livelihood. Therefore, a better understanding of the local dimensions of adaptation strategies is essential to develop appropriate measures that will mitigate adverse consequences. Hence, this study was conducted to identify the most commonly used adaptation strategies that farm households practice among a set of options to withstand the effects of climate change and to identify factors that affect the choice of climate change adaptation strategies in the Central Rift Valley of Ethiopia. To address this objective, Multivariate Probit model was used. The results of the model indicated that the likelihood of households to adapt improved varieties of crops, adjust planting date, crop diversification and soil conservation practices were 58.73%, 57.72%, 35.61% and 41.15%, respectively. The Simulated Maximum Likelihood estimation of the Multivariate Probit model results suggested that there was positive and significant interdependence between household decisions to adapt crop diversification and using improved varieties of crops; and between adjusting planting date and using improved varieties of crops. The results also showed that there was a negative and significant relationship between household decisions to adapt crop diversification and soil conservation practices. The paper also recommended household, socioeconomic, institutional and plot characteristics that facilitate and impede the probability of choosing those adaptation strategies.

Water loss management strategies for developing countries

Diese Arbeit beschäftigt sich mit nicht in Rechnung stellbaren Wasserverlusten in städtischen Versorgungsnetzen in Entwicklungsländern. Es soll das Wissen über diese Verluste erweitert und aufgezeigt werden, ob diese auf ein ökonomisch vertretbares Maß reduziert werden können. Die vorliegende Doktorarbeit untersucht solche unberechneten Wasserverluste und versucht, neben der Quantifizierung von Leckagen auch Entscheidungswerkzeuge für ein verbessertes Management der Versorgungsnetze in Entwicklungsländern zu erarbeiten. Als Fallstudie dient Harare, die Hauptstadt von Simbabwe. Wasserverluste in Verteilungsnetzen sind unvermeidbar, sollten aber auf ein ökonomisch tragbares Niveau reduziert werden, wenn ein nachhaltiger Betrieb erreicht werden soll. Wasserverluste können sowohl durch illegale und ungenehmigte Anschlüsse oder durch Undichtigkeiten im Verteilnetz, als auch durch mangelhafte Mess- und Berechnungssysteme entstehen. Es sind bereits viele Ansätze zur Verringerung von Verlusten in Wasserverteilsystemen bekannt geworden, entsprechend existieren dazu auch zahlreiche Methoden und Werkzeuge. Diese reichen von computergestützten Verfahren über gesetzliche und politische Vorgaben sowie ökonomische Berechnungen bis hin zu Maßnahmen der Modernisierung der Infrastruktur. Der Erfolg dieser Anstrengungen ist abhängig von der Umsetzbarkeit und dem Umfeld, in dem diese Maßnahmen durchgeführt werden. Die Bewertung der Arbeitsgüte einer jeden Wasserversorgungseinheit basiert auf der Effektivität des jeweiligen Verteilungssystems. Leistungs- und Bewertungszahlen sind die meist genutzten Ansätze, um Wasserverteilsysteme und ihre Effizienz einzustufen. Weltweit haben sich zur Bewertung als Indikatoren die finanzielle und die technische Leistungsfähigkeit durchgesetzt. Die eigene Untersuchung zeigt, dass diese Indikatoren in vielen Wasserversorgungssystemen der Entwicklungsländer nicht zur Einführung von Verlust reduzierenden Managementstrategien geführt haben. Viele durchgeführte Studien über die Einführung von Maßnahmen zur Verlustreduzierung beachten nur das gesamte nicht in Rechnung stellbare Wasser, ohne aber den Anteil der Leckagen an der Gesamthöhe zu bestimmen. Damit ist keine Aussage über die tatsächliche Zuordnung der Verluste möglich. Aus diesem Grund ist ein Bewertungsinstrument notwendig, mit dem die Verluste den verschiedenen Ursachen zugeordnet werden können. Ein solches Rechenwerkzeug ist das South African Night Flow Analysis Model (SANFLOW) der südafrikanischen Wasser-Forschungskommission, das Untersuchungen von Wasserdurchfluss und Anlagendruck in einzelnen Verteilbezirken ermöglicht. In der vorliegenden Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass das SANFLOW-Modell gut zur Bestimmung des Leckageanteiles verwendet werden kann. Daraus kann gefolgert werden, dass dieses Modell ein geeignetes und gut anpassbares Analysewerkzeug für Entwicklungsländer ist. Solche computergestützte Berechnungsansätze können zur Bestimmung von Leckagen in Wasserverteilungsnetzen eingesetzt werden. Eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz von Künstlichen Neuronalen Netzen (Artificial Neural Network – ANN), die trainiert und dann zur Vorhersage der dynamischen Verhältnisse in Wasserversorgungssystemen genutzt werden können. Diese Werte können mit der Wassernachfrage eines definierten Bezirks verglichen werden. Zur Untersuchung wurde ein Mehrschichtiges Künstliches Neuronales Netz mit Fehlerrückführung zur Modellierung des Wasserflusses in einem überwachten Abschnitt eingesetzt. Zur Bestimmung des Wasserbedarfes wurde ein MATLAB Algorithmus entwickelt. Aus der Differenz der aktuellen und des simulierten Wassernachfrage konnte die Leckagerate des Wasserversorgungssystems ermittelt werden. Es konnte gezeigt werden, dass mit dem angelernten Neuronalen Netzwerk eine Vorhersage des Wasserflusses mit einer Genauigkeit von 99% möglich ist. Daraus lässt sich die Eignung von ANNs als flexibler und wirkungsvoller Ansatz zur Leckagedetektion in der Wasserversorgung ableiten. Die Untersuchung zeigte weiterhin, dass im Versorgungsnetz von Harare 36 % des eingespeisten Wassers verloren geht. Davon wiederum sind 33 % auf Leckagen zurückzuführen. Umgerechnet bedeutet dies einen finanziellen Verlust von monatlich 1 Millionen Dollar, was 20 % der Gesamteinnahmen der Stadt entspricht. Der Stadtverwaltung von Harare wird daher empfohlen, aktiv an der Beseitigung der Leckagen zu arbeiten, da diese hohen Verluste den Versorgungsbetrieb negativ beeinflussen. Abschließend wird in der Arbeit ein integriertes Leckage-Managementsystem vorgeschlagen, das den Wasserversorgern eine Entscheidungshilfe bei zu ergreifenden Maßnahmen zur Instandhaltung des Verteilnetzes geben soll.

German consumers' attitudes and preferences with regard to organic food and food from different origins

In dieser Studie geht es darum, ein umfassendes Bild bezüglich der Konsumenteneinstellungen, Präferenzen und Zahlungsbereitschaften für ökologisch produzierte Lebensmittel und Lebensmittel verschiedener Herkünfte in Deutschland zu erhalten. Obwohl die regionale Herkunft von Lebensmitteln nicht offiziell und einheitlich geregelt ist und keiner Zertifizierung unterliegt wie die ökologische Produktion von Lebensmitteln, zeigen nationale und internationale Studien gleichermaßen, dass Konsumenten bereit sind, mehr für regionale als für ökologisch produzierte Lebensmittel zu bezahlen. Zur Erreichung des Forschungsziels wurde ein Kaufexperiment in Kombination mit einer Konsumentenbefragung, bestehend aus Fragen zum generellen Einkaufsverhalten, zu Einstellungen gegenüber regionalen und ökologisch produzierten Lebensmitteln und zu soziodemographischen Informationen durchgeführt. Im Kaufexperiment wurden die Attribute Produktherkunft, Produktionsweise und Preis anhand vier verschiedener Produkte (Äpfel, Butter, Mehl und Steaks) untersucht. Die Befragung, einschließlich des Experimentes, war durch Interviewer eines Marktforschungsinstituts initiiert, computergestützt und von den Konsumenten selbständig zu erledigen. Das Ziel war es 80 Konsumenten in jedem der acht Befragungsorte in verschiedenen Regionen Deutschlands zu befragen. Zur Auswertung des Experiments wurden RPL-Modell geschätzt, die die Konsumentenpräferenzen für die zu untersuchenden Produktattribute aufzeigen und die Berechnung von Zahlungsbereitschaften ermöglichen. Für die Gesamtheit der Konsumenten war die regionale Herkunft von Lebensmitteln wichtiger als die ökologische Produktion. Außerdem wurden Produktalternativen, die aus der Region stammen, immer stärker präferiert als Produkte aus Deutschland, aus einem Nachbarland und einem außereuropäischen Land. Weiterhin zeigte die Studie, dass Konsumentenpräferenzen produkt- und regionsspezifisch sind. Folglich wird empfohlen, in zukünftigen Studien unterschiedlich Produkte bzw. Produktgruppen und Konsumenten verschiedener Regionen einzubeziehen. Die zunehmenden Präferenzen und Zahlungsbereitschaften der Konsumenten für regionale Lebensmittel deuteten sowohl in dieser Dissertation als auch in vielen anderen nationalen und internationalen Studien darauf hin, dass es ein großes Potential für einen regionalen Lebensmittelmarkt gibt. Aus diesem Grund wird Produzenten und Vermarktern von ökologischen sowie konventionellen Produkten empfohlen, verstärkt in die Entwicklung von regionalen Versorgungsketten zu investieren.

Assessing trends in land use change in the Borana rangeland Ethiopia as one cause of greenhouse gas emissions and carbon sequestration variations

Landnutzungsänderungen sind eine wesentliche Ursache von Treibhausgasemissionen. Die Umwandlung von Ökosystemen mit permanenter natürlicher Vegetation hin zu Ackerbau mit zeitweise vegetationslosem Boden (z.B. nach der Bodenbearbeitung vor der Aussaat) führt häufig zu gesteigerten Treibhausgasemissionen und verminderter Kohlenstoffbindung. Weltweit dehnt sich Ackerbau sowohl in kleinbäuerlichen als auch in agro-industriellen Systemen aus, häufig in benachbarte semiaride bis subhumide Rangeland Ökosysteme. Die vorliegende Arbeit untersucht Trends der Landnutzungsänderung im Borana Rangeland Südäthiopiens. Bevölkerungswachstum, Landprivatisierung und damit einhergehende Einzäunung, veränderte Landnutzungspolitik und zunehmende Klimavariabilität führen zu raschen Veränderungen der traditionell auf Tierhaltung basierten, pastoralen Systeme. Mittels einer Literaturanalyse von Fallstudien in ostafrikanischen Rangelands wurde im Rahmen dieser Studie ein schematisches Modell der Zusammenhänge von Landnutzung, Treibhausgasemissionen und Kohlenstofffixierung entwickelt. Anhand von Satellitendaten und Daten aus Haushaltsbefragungen wurden Art und Umfang von Landnutzungsänderungen und Vegetationsveränderungen an fünf Untersuchungsstandorten (Darito/Yabelo Distrikt, Soda, Samaro, Haralo, Did Mega/alle Dire Distrikt) zwischen 1985 und 2011 analysiert. In Darito dehnte sich die Ackerbaufläche um 12% aus, überwiegend auf Kosten von Buschland. An den übrigen Standorten blieb die Ackerbaufläche relativ konstant, jedoch nahm Graslandvegetation um zwischen 16 und 28% zu, während Buschland um zwischen 23 und 31% abnahm. Lediglich am Standort Haralo nahm auch „bare land“, vegetationslose Flächen, um 13% zu. Faktoren, die zur Ausdehnung des Ackerbaus führen, wurden am Standort Darito detaillierter untersucht. GPS Daten und anbaugeschichtlichen Daten von 108 Feldern auf 54 Betrieben wurden in einem Geographischen Informationssystem (GIS) mit thematischen Boden-, Niederschlags-, und Hangneigungskarten sowie einem Digitales Höhenmodell überlagert. Multiple lineare Regression ermittelte Hangneigung und geographische Höhe als signifikante Erklärungsvariablen für die Ausdehnung von Ackerbau in niedrigere Lagen. Bodenart, Entfernung zum saisonalen Flusslauf und Niederschlag waren hingegen nicht signifikant. Das niedrige Bestimmtheitsmaß (R²=0,154) weist darauf hin, dass es weitere, hier nicht erfasste Erklärungsvariablen für die Richtung der räumlichen Ausweitung von Ackerland gibt. Streudiagramme zu Ackergröße und Anbaujahren in Relation zu geographischer Höhe zeigen seit dem Jahr 2000 eine Ausdehnung des Ackerbaus in Lagen unter 1620 müNN und eine Zunahme der Schlaggröße (>3ha). Die Analyse der phänologischen Entwicklung von Feldfrüchten im Jahresverlauf in Kombination mit Niederschlagsdaten und normalized difference vegetation index (NDVI) Zeitreihendaten dienten dazu, Zeitpunkte besonders hoher (Begrünung vor der Ernte) oder niedriger (nach der Bodenbearbeitung) Pflanzenbiomasse auf Ackerland zu identifizieren, um Ackerland und seine Ausdehnung von anderen Vegetationsformen fernerkundlich unterscheiden zu können. Anhand der NDVI Spektralprofile konnte Ackerland gut Wald, jedoch weniger gut von Gras- und Buschland unterschieden werden. Die geringe Auflösung (250m) der Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) NDVI Daten führte zu einem Mixed Pixel Effect, d.h. die Fläche eines Pixels beinhaltete häufig verschiedene Vegetationsformen in unterschiedlichen Anteilen, was deren Unterscheidung beeinträchtigte. Für die Entwicklung eines Echtzeit Monitoring Systems für die Ausdehnung des Ackerbaus wären höher auflösende NDVI Daten (z.B. Multispektralband, Hyperion EO-1 Sensor) notwendig, um kleinräumig eine bessere Differenzierung von Ackerland und natürlicher Rangeland-Vegetation zu erhalten. Die Entwicklung und der Einsatz solcher Methoden als Entscheidungshilfen für Land- und Ressourcennutzungsplanung könnte dazu beitragen, Produktions- und Entwicklungsziele der Borana Landnutzer mit nationalen Anstrengungen zur Eindämmung des Klimawandels durch Steigerung der Kohlenstofffixierung in Rangelands in Einklang zu bringen.

Design and development of a diagonal-airflow batch dryer for spatial drying homogeneity

Das Verfahren der Lebensmitteltrocknung wird häufig angewendet, um ein Produkt für längere Zeit haltbar zu machen. Obst und Gemüse sind aufgrund ihres hohen Wassergehalts leicht verderblich durch biochemische Vorgänge innerhalb des Produktes, nicht sachgemäße Lagerung und unzureichende Transportmöglichkeiten. Um solche Verluste zu vermeiden wird die direkte Trocknung eingesetzt, welche die älteste Methode zum langfristigen haltbarmachen ist. Diese Methode ist jedoch veraltet und kann den heutigen Herausforderungen nicht gerecht werden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein neuer Chargentrockner, mit diagonalem Luftstömungskanal entlang der Länge des Trocknungsraumes und ohne Leitbleche entwickelt. Neben dem unbestreitbaren Nutzen der Verwendung von Leitblechen, erhöhen diese jedoch die Konstruktionskosten und führen auch zu einer Erhöhung des Druckverlustes. Dadurch wird im Trocknungsprozess mehr Energie verbraucht. Um eine räumlich gleichmäßige Trocknung ohne Leitbleche zu erreichen, wurden die Lebensmittelbehälter diagonal entlang der Länge des Trockners platziert. Das vorrangige Ziel des diagonalen Kanals war, die einströmende, warme Luft gleichmäßig auf das gesamte Produkt auszurichten. Die Simulation des Luftstroms wurde mit ANSYS-Fluent in der ANSYS Workbench Plattform durchgeführt. Zwei verschiedene Geometrien der Trocknungskammer, diagonal und nicht diagonal, wurden modelliert und die Ergebnisse für eine gleichmäßige Luftverteilung aus dem diagonalen Luftströmungsdesign erhalten. Es wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt, um das Design zu bewerten. Kartoffelscheiben dienten als Trocknungsgut. Die statistischen Ergebnisse zeigen einen guten Korrelationskoeffizienten für die Luftstromverteilung (87,09%) zwischen dem durchschnittlich vorhergesagten und der durchschnittlichen gemessenen Strömungsgeschwindigkeit. Um den Effekt der gleichmäßigen Luftverteilung auf die Veränderung der Qualität zu bewerten, wurde die Farbe des Produktes, entlang der gesamten Länge der Trocknungskammer kontaktfrei im on-line-Verfahren bestimmt. Zu diesem Zweck wurde eine Imaging-Box, bestehend aus Kamera und Beleuchtung entwickelt. Räumliche Unterschiede dieses Qualitätsparameters wurden als Kriterium gewählt, um die gleichmäßige Trocknungsqualität in der Trocknungskammer zu bewerten. Entscheidend beim Lebensmittel-Chargentrockner ist sein Energieverbrauch. Dafür wurden thermodynamische Analysen des Trockners durchgeführt. Die Energieeffizienz des Systems wurde unter den gewählten Trocknungsbedingungen mit 50,16% kalkuliert. Die durchschnittlich genutzten Energie in Form von Elektrizität zur Herstellung von 1kg getrockneter Kartoffeln wurde mit weniger als 16,24 MJ/kg und weniger als 4,78 MJ/kg Wasser zum verdampfen bei einer sehr hohen Temperatur von jeweils 65°C und Scheibendicken von 5mm kalkuliert. Die Energie- und Exergieanalysen für diagonale Chargentrockner wurden zudem mit denen anderer Chargentrockner verglichen. Die Auswahl von Trocknungstemperatur, Massenflussrate der Trocknungsluft, Trocknerkapazität und Heiztyp sind die wichtigen Parameter zur Bewertung der genutzten Energie von Chargentrocknern. Die Entwicklung des diagonalen Chargentrockners ist eine nützliche und effektive Möglichkeit um dei Trocknungshomogenität zu erhöhen. Das Design erlaubt es, das gesamte Produkt in der Trocknungskammer gleichmäßigen Luftverhältnissen auszusetzen, statt die Luft von einer Horde zur nächsten zu leiten.

Untersuchungen zu Qualität und Verträglichkeit ökologischer Milch

In der Literatur findet sich eine kontroverse Debatte um eine Differenzierbarkeit ökologischer und konventioneller Produktqualität von Lebensmitteln. Zugleich greifen zahlreiche subjektiv überzeugte Verbraucher zunehmend zu ökologischen Lebensmitteln. Als eines der Kaufmotive wird in vielen Umfragen die Annahme eines höheren Gesundheitswertes und allgemein einer höheren Qualität ökologischer Produkte genannt. Bisher besteht hinsichtlich der Definitionen, Methoden sowie der Einordnung ökologischer Produktqualität keine Einigkeit. Hinsichtlich von Milch zeigen erste Untersuchungen Unterschiede in der inhaltsstofflichen Zusammensetzung. Differenzierungsmarkern aus der Gruppe der Fettsäuren u.a. n-3, CLA sowie spezifischen TFA werden ernährungsphysiologische Wirksamkeit zugesprochen. Wie aber wirkt sich die Produktion in unterschiedlichen Intensitäten sowohl in der konventionellen als auch in der ökologischen Milchviehhaltung auf die Produktqualität aus? Und lässt sich ökologische bzw. biologisch-dynamische von konventioneller Milch differenzieren? Die Arbeit geht der Qualität ökologischer, speziell biologisch-dynamischer Milch nach und prüft in einem ersten Schritt die Verträglichkeit biologisch-dynamischer Vorzugsmilch bei Kindern mit Nahrungsmittelunverträglichkeiten auf Milch. Dabei gliedert sich die Arbeit in drei aufeinander aufbauende Teilbereiche. Das Kapitel 2 „Ökologische Lebensmittel und Produktqualität“ enthält eine Literaturauswertung zur Verwendung des Begriffes „Struktur“ in der Diskussion um die Beurteilung ökologischer Lebensmittel. Die Beschäftigung mit der Begriffsbildung im Zusammenhang mit der Bestimmung ökologischer Produktqualität und den zugrundeliegenden Konzepten sowie der gegenwärtige Entwicklungsstand werden in den folgenden beiden Kapiteln fortgeführt und vertieft. Zudem wird anhand der Arbeitsergebnisse aus Workshops der internationalen Assoziation wissenschaftlicher Institute „Organic Food Quality and Health“ (FQH) und den in diesem Zusammenhang geführten Arbeits- und Abstimmungsprozessen zur weiteren Vorgehensweise bei der Beurteilung ökologischer Lebensmittel dargestellt. Die entwickelten Kriterien dienten zugleich als eine Art Blaupause für die wissenschaftliche Vorgehensweise in diesem Promotionsprojekt und die konkrete Durchführung dieser Studie. In Kapitel 3 „Systemvergleich und Differenzierbarkeit biologisch-dynamischer und konventioneller Milch auf Betriebsebene“ stehen die Ergebnisse und Auswertungen des Systemvergleiches der Milchqualität von konventionellen und ökologischen bzw. biologisch-dynamischen Betrieben in low- bis high-input Orientierung an zentraler Stelle. Der Wissensstand hinsichtlich der Differenzierbarkeit von Milch wird aus der Literatur referiert. Auf Grundlage von u.a. Fettsäuren- und Antioxidantienanalytik wird die Differenzierbarkeit von ökologischer Milch im Sommer wie auch im Winter einer Einordnung und Bewertung unterzogen. Es werden die Möglichkeiten der Differenzier- und Authentifizierbarkeit anhand verschiedener Inhaltsstoffmarker (Fettsäuren, Antioxidantien und Phytansäure) von Milch aus ökologischen und anderen Produktionssystemen dargestellt. Abschließend werden Implikationen für die landwirtschaftliche Praxis in der ökologischen Milchviehhaltung dargestellt. Das Kapitel 4 „Ökologische Milch und Gesundheit“ stellt erste Ergebnisse zur Auswirkung der Produktqualität von Milch auf die Gesundheit des Menschen vor, die in der Zusammenarbeit mit Dr. med. T. Roos entstanden sind. Er führte die Verträglichkeitstestungen im Rahmen unserer Pilotstudie mit Milch unterschiedlicher Herkunft bei Kindern mit Nahrungsmittelallergien durch und konnte eine erstaunlich hohe Toleranz der biologisch-dynamischen Vorzugsmilch im Vergleich zu konventioneller Standardmilch (pasteurisiert, homogenisiert) feststellen. Mit welchen Faktoren in der Produktion und bei der Weiterverarbeitung der Milch dies zu erklären ist, muss in weiteren Untersuchungen zu den qualitativen Zwischenschritten erfolgen. Die Ergebnisse dieser und anderer Studien weisen darauf hin, dass nur gering intensivierte ökologische Milchviehbetriebe, die regelmäßigen Weidegang und möglichst geringe Kraftfutter- und Mais-Fütterung praktizieren, Milch mit einer deutlich differenzierbaren Produktqualität gegenüber durchschnittlicher konventioneller Milch erzeugen. Vor dem Hintergrund wirtschaftlicher Zwänge zu stärkerer Intensivierung geben die vorgelegten Ergebnisse Anlass, die Kriterien der Ausrichtung ökologischer Milchproduktion so zu bestimmen, dass eine „authentische“ ökologische Produktqualität realisiert werden kann. Auch über die ökologische Milchwirtschaft hinaus sind die Ergebnisse dieser Studie von Interesse. Sie hat am Beispiel von Milch in exemplarischer Weise die für eine Qualifikationsbestimmung auch von gesundheitlicher Relevanz erforderliche Kette von Schritten bis hin zum Menschen vollzogen. Die in dieser Studie insbesondere in Bezug auf die Fettsäuren Zusammensetzung gezeigten Qualitätsmerkmale ökologischer und biologisch-dynamischer Milch weisen auf ein auch ernährungsphysiologisch interessantes Alleinstellungsmerkmal der Produktqualität hin, welches die Annahmen gesundheitsbewusster Verbraucher zu bestätigen vermag und dazu verhelfen mag für ökologische Milch und Milchprodukte höhere Preise zu generieren. Im Blick auf die immer wieder neu geführte Diskussion um die Geltung und Konkretisierung der Grundprinzipien des Ökologischen Landbaus kommt dieser Studie besondere Bedeutung zu.