Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Fehlersuche im Modell - Modellbasiertes Testen und Debuggen

Kern der vorliegenden Arbeit ist die Erforschung von Methoden, Techniken und Werkzeugen zur Fehlersuche in modellbasierten Softwareentwicklungsprozessen. Hierzu wird zuerst ein von mir mitentwickelter, neuartiger und modellbasierter Softwareentwicklungsprozess, der sogenannte Fujaba Process, vorgestellt. Dieser Prozess wird von Usecase Szenarien getrieben, die durch spezielle Kollaborationsdiagramme formalisiert werden. Auch die weiteren Artefakte des Prozess bishin zur fertigen Applikation werden durch UML Diagrammarten modelliert. Es ist keine Programmierung im Quelltext nötig. Werkzeugunterstützung für den vorgestellte Prozess wird von dem Fujaba CASE Tool bereitgestellt. Große Teile der Werkzeugunterstützung für den Fujaba Process, darunter die Toolunterstützung für das Testen und Debuggen, wurden im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Im ersten Teil der Arbeit wird der Fujaba Process im Detail erklärt und unsere Erfahrungen mit dem Einsatz des Prozesses in Industrieprojekten sowie in der Lehre dargestellt. Der zweite Teil beschreibt die im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Testgenerierung, die zu einem wichtigen Teil des Fujaba Process geworden ist. Hierbei werden aus den formalisierten Usecase Szenarien ausführbare Testfälle generiert. Es wird das zugrunde liegende Konzept, die konkrete technische Umsetzung und die Erfahrungen aus der Praxis mit der entwickelten Testgenerierung dargestellt. Der letzte Teil beschäftigt sich mit dem Debuggen im Fujaba Process. Es werden verschiedene im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Konzepte und Techniken vorgestellt, die die Fehlersuche während der Applikationsentwicklung vereinfachen. Hierbei wurde darauf geachtet, dass das Debuggen, wie alle anderen Schritte im Fujaba Process, ausschließlich auf Modellebene passiert. Unter anderem werden Techniken zur schrittweisen Ausführung von Modellen, ein Objekt Browser und ein Debugger, der die rückwärtige Ausführung von Programmen erlaubt (back-in-time debugging), vorgestellt. Alle beschriebenen Konzepte wurden in dieser Arbeit als Plugins für die Eclipse Version von Fujaba, Fujaba4Eclipse, implementiert und erprobt. Bei der Implementierung der Plugins wurde auf eine enge Integration mit Fujaba zum einen und mit Eclipse auf der anderen Seite geachtet. Zusammenfassend wird also ein Entwicklungsprozess vorgestellt, die Möglichkeit in diesem mit automatischen Tests Fehler zu identifizieren und diese Fehler dann mittels spezieller Debuggingtechniken im Programm zu lokalisieren und schließlich zu beheben. Dabei läuft der komplette Prozess auf Modellebene ab. Für die Test- und Debuggingtechniken wurden in dieser Arbeit Plugins für Fujaba4Eclipse entwickelt, die den Entwickler bestmöglich bei der zugehörigen Tätigkeit unterstützen.

Electrical Design: A Problem for Artificial Intelligence Research

This report outlines the problem of intelligent failure recovery in a problem-solver for electrical design. We want our problem solver to learn as much as it can from its mistakes. Thus we cast the engineering design process on terms of Problem Solving by Debugging Almost-Right Plans, a paradigm for automatic problem solving based on the belief that creation and removal of "bugs" is an unavoidable part of the process of solving a complex problem. The process of localization and removal of bugs called for by the PSBDARP theory requires an approach to engineering analysis in which every result has a justification which describes the exact set of assumptions it depends upon. We have developed a program based on Analysis by Propagation of Constraints which can explain the basis of its deductions. In addition to being useful to a PSBDARP designer, these justifications are used in Dependency-Directed Backtracking to limit the combinatorial search in the analysis routines. Although the research we will describe is explicitly about electrical circuits, we believe that similar principles and methods are employed by other kinds of engineers, including computer programmers.

Incremental Verification of Timing Constraints for Real-Time Systems

Testing constraints for real-time systems are usually verified through the satisfiability of propositional formulae. In this paper, we propose an alternative where the verification of timing constraints can be done by counting the number of truth assignments instead of boolean satisfiability. This number can also tell us how “far away” is a given specification from satisfying its safety assertion. Furthermore, specifications and safety assertions are often modified in an incremental fashion, where problematic bugs are fixed one at a time. To support this development, we propose an incremental algorithm for counting satisfiability. Our proposed incremental algorithm is optimal as no unnecessary nodes are created during each counting. This works for the class of path RTL. To illustrate this application, we show how incremental satisfiability counting can be applied to a well-known rail-road crossing example, particularly when its specification is still being refined.

Perfil microbiológico, prevalencia de resistencia antibiótica y patrones de susceptibilidad en infección urinaria en una población pediátrica

Introducción: El incremento de la resistencia antibiótica se considera un problema de salud pública con consecuencias clínicas y económicas, por lo tanto se determinará la prevalencia de resistencia antibiótica en Infección del Tracto Urinario (ITU, el perfil microbiológico y los patrones de susceptibilidad en una población pediátrica atendida en la Fundación Cardioinfantil. Materiales y métodos: Estudio observacional de corte transversal, retrospectivo, entre 1 mes a 18 años de edad, con diagnóstico de ITU comunitaria atendidos entre Enero de 2011 y Diciembre de 2013. Se excluyeron pacientes con dispositivos en la vía urinaria, instrumentación quirúrgica previa, trayectos fistulosos entre la vía urinaria y sistema digestivo, ITU luego de 48 horas de hospitalización y recaída clínica en tratamiento. Se estableció la prevalencia de ITU resistente y se realizó un análisis descriptivo de la información. Resultados: Se evaluaron 385 registros clínicos, con una mediana de 1.08 años (RIQ 0.8 – 4.08), el 73.5% eran niñas. La fiebre predominó (76.5%), seguido de emesis (32.0%), disuria (23.7%) y dolor abdominal (23.1%). El uropatógeno más frecuente fue E.coli (75%), seguido de Proteus mirabilis (8.5%) y Klebsiella spp. (8.3%). La Ampicilina, el Trimetropim sulfametoxazol, la Ampicilina sulbactam y el ácido nalidixico tuvieron mayor tasa de resistencia. La prevalencia de BLEE fue 5.2% y AmpC 3.9%. La prevalencia de resistencia antimicrobiana fue de 11.9%. Conclusiones: La E.coli es el uropatogeno más frecuentemente aislado en ITU, con resistencia a la ampicilina en 60.2%, cefalosporinas de primera generación en 15.5%, trimetropin sulfametoxazol en 43.9%, cefepime 4.8%. La prevalencia de resistencia antimicrobiana fue de 11.9%.

Perfil de resistencia microbiológico en ciudados intensivos adultos en la fundación Santa Fe de Bogotá año 2014

Se realizó un estudio descriptivo, retrospectivo; se usó la base de datos de los aislamientos microbiológicos documentados en las UCI de la Fundación Santa fe de Bogotá para el año 2014. La prevalencia de bacterias resistentes en los aislamientos de la FSFB no es baja, por lo que se requiere una terapia empírica acertada acorde con la flora local. Se requieren estudios analíticos para evaluar factores asociados al desarrollo de gérmenes multi resistentes y mortalidad por sepsis

Las dificultades cognitivas (Buggy) en operaciones en las que intervienen algoritmos aritméticos y su tratamiento educativo con programaciones hipermedia.

El estudio persigue comprender los procesos algorítmicos implicados en el aprendizaje de resta, tanto a nivel conceptual como a nivel procedimental, así como la incidencia de la metodología utilizada por el maestro en la producción de los mismos. Para el desarrollo de la investigación, se establecen tres momentos, un primer momento en el que se aborda el marco curricular del área de matemáticas, un segundo momento de estudio del marco teórico general en el que se sustenta el núcleo temático de la investigación, constituido por el análisis de los errores que comenten los niños en el algoritmo de la resta, y un último momento, en el que se desarrolla la investigación. La investigación se desarrolla a través de un marco científico-empírico. Empírico, porque pretende obtener conocimiento por vía de la experiencia y, científico, porque se pretende utilizar métodos rigurosos, en función de la naturaleza del problema, las características de las variables y los objetivos de la investigación. Todo ello desde un paradigma cognitivo. A su vez, la investigación se divide en cuatro estudios, un primer estudio de corte descriptivo-correlacional, y desde el punto de vista de la estrategia de recogida de información, de corte transversal, posteriormente se desarrolla un estudio piloto de corte naturalista, donde la obtención de datos se lleva a cabo a través de grabaciones de los niños y por lo tanto, el análisis de los datos tiene un carácter cualitativo. Un tercer estudio relacionado con los errores dominantes en tercer curso de educación primaria, por último un cuarto estudio, sobre la intervención de los desarrollos hipermedia en el aprendizaje de la resta. El estudio se compone de variables dependientes e independientes, dentro de las dependientes se encuentran: tiempo en solucionar la prueba, nivel de adquisición de conceptos previos para la ejecución correcta del algoritmo de la resta, nivel de aciertos en total de restas, categoría de error en cada resta, total de errores en el total de restas, por otro lado, entre las independientes, se destacan: colegios, cursos, ciclos y sexo. En relación con la muestra utilizada para el estudio, está compuesta por 354 alumnos de segundo a sexto de educación primaria, de cuatro centros de la provincia de Salamanca. Los instrumentos utilizados para la investigación quedan definidos en la siguiente manera: recogida de información a través de cuestionarios a alumnos y profesores, recogida de verbalizaciones de los niños en el momento de la aplicación de la prueba (mediante grabación en video), análisis de datos a través del SPSS, conversión de archivo audio a ordenador mediante Sound Scriber, transcripción de las verbalizaciones con el programa Nudis. Durante el aprendizaje del algoritmo de la resta en nuestras aulas se producen errores (bugs), en el estudio se evidencian en torno al 55,5 por ciento de errores de manera estable. Estos errores disminuyen con el proceso de enseñanza, pero algunos son sistemáticos y se pueden observar en niños más experimentados. Para mejorar esta situación, es necesario que las distintas fases de adquisición del algoritmo de la resta, se aborden a nivel pedagógico, a través de procesos didácticos ordenados y sistematizados, teniendo en cuenta el momento evolutivo propio para su correcta adquisición.

Integración de SEXTANTE en GearSCape

SEXTANTE es un marco para el desarrollo de algoritmos dedicados al procesamiento de información geográficamente referenciada, que actualmente cuenta con más de doscientos algoritmos que son capaces de operar sobre datos vectoriales, alfanuméricos y raster. Por otra parte, GearScape es un sistema de información geográfico orientado al geoprocesamiento, que dispone de un lenguaje declarativo que permite el desarrollo de geoprocesos sin necesidad de herramientas de desarrollo complejas. Dicho lenguaje está basado en el estándar SQL y extendido mediante la norma OGC para el acceso a fenómenos simples. Al ser un lenguaje mucho más simple que los lenguajes de programación imperativos (java, .net, python, etc.) la creación de geoprocesos es también más simple, más fácil de documentar, menos propensa a bugs y además la ejecución es optimizada de manera automática mediante el uso de índices y otras técnicas. La posibilidad de describir cadenas de operaciones complejas tiene también valor a modo de documentación: es posible escribir todos los pasos para la resolución de un determinado problema y poder recuperarlo tiempo después, reutilizarlo fácilmente, comunicárselo a otra persona, etc. En definitiva, el lenguaje de geoprocesamiento de GearScape permite "hablar" de geoprocesos. La integración de SEXTANTE en GearScape tiene un doble objetivo. Por una parte se pretende proporcionar la posibilidad de usar cualquiera de los algoritmos con la interfaz habitual de SEXTANTE. Por la otra, se pretende añadir al lenguaje de geoprocesamiento de GearScape la posibilidad de utilizar algoritmos de SEXTANTE. De esta manera, cualquier problema que se resuelva mediante la utilización de varios de estos algoritmes puede ser descrito con el lenguaje de geoprocesamiento de GearScape. A las ventajas del lenguaje de GearScape para la definición de geoprocesos, se añade el abanico de geoprocesos disponible en SEXTANTE, por lo que el lenguaje de geoprocesamiento de GearScape nos permite "hablar" utilizando vocabulario de SEXTANTE

Experimental verification of suction sampler capture efficiency in grasslands of differing vegetation height and structure

1. Suction sampling is a popular method for the collection of quantitative data on grassland invertebrate populations, although there have been no detailed studies into the effectiveness of the method. 2. We investigate the effect of effort (duration and number of suction samples) and sward height on the efficiency of suction sampling of grassland beetle, true bug, planthopper and spider Populations. We also compare Suction sampling with an absolute sampling method based on the destructive removal of turfs. 3. Sampling for durations of 16 seconds was sufficient to collect 90% of all individuals and species of grassland beetles, with less time required for the true bugs, spiders and planthoppers. The number of samples required to collect 90% of the species was more variable, although in general 55 sub-samples was sufficient for all groups, except the true bugs. Increasing sward height had a negative effect on the capture efficiency of suction sampling. 4. The assemblage structure of beetles, planthoppers and spiders was independent of the sampling method (suction or absolute) used. 5. Synthesis and applications. In contrast to other sampling methods used in grassland habitats (e.g. sweep netting or pitfall trapping), suction sampling is an effective quantitative tool for the measurement of invertebrate diversity and assemblage structure providing sward height is included as a covariate. The effective sampling of beetles, true bugs, planthoppers and spiders altogether requires a minimum sampling effort of 110 sub-samples of duration of 16 seconds. Such sampling intensities can be adjusted depending on the taxa sampled, and we provide information to minimize sampling problems associated with this versatile technique. Suction sampling should remain an important component in the toolbox of experimental techniques used during both experimental and management sampling regimes within agroecosystems, grasslands or other low-lying vegetation types.

Responses of invertebrate trophic level, feeding guild and body size to the management of improved grassland field margins

P>1. Management of lowland mesotrophic grasslands in north-west Europe often makes use of inorganic fertilizers, high stocking densities and silage-based forage systems to maximize productivity. The impact of these practices has resulted in a simplification of the plant community combined with wide-scale declines in the species richness of grassland invertebrates. We aim to identify how field margin management can be used to promote invertebrate diversity across a suite of functionally diverse taxa (beetles, planthoppers, true bugs, butterflies, bumblebees and spiders). 2. Using an information theoretic approach we identify the impacts of management (cattle grazing, cutting and inorganic fertilizer) and plant community composition (forb species richness, grass species richness and sward architecture) on invertebrate species richness and body size. As many of these management practices are common to grassland systems throughout the world, understanding invertebrate responses to them is important for the maintenance of biodiversity. 3. Sward architecture was identified as the primary factor promoting increased species richness of both predatory and phytophagous trophic levels, as well as being positively correlated with mean body size. In all cases phytophagous invertebrate species richness was positively correlated with measures of plant species richness. 4. The direct effects of management practices appear to be comparatively weak, suggesting that their impacts are indirect and mediated though the continuous measures of plant community structure, such as sward architecture or plant species richness. 5. Synthesis and applications. By partitioning field margins from the remainder of the field, economically viable intensive grassland management can be combined with extensive management aimed at promoting native biodiversity. The absence of inorganic fertilizer, combined with a reduction in the intensity of both cutting and grazing regimes, promotes floral species richness and sward architectural complexity. By increasing sward architecture the total biomass of invertebrates also increased (by c. 60% across the range of sward architectural measures seen in this study), increasing food available for higher trophic levels, such as birds and mammals.

The importance of sward architectural complexity in structuring predatory and phytophagous invertebrate assemblages

1. Although the importance of plant community assemblages in structuring invertebrate assemblages is well known, the role that architectural complexity plays is less well understood. In particular, direct empirical data for a range of invertebrate taxa showing how functional groups respond to plant architecture is largely absent from the literature. 2. The significance of sward architectural complexity in determining the species richness of predatory and phytophagous functional groups of spiders, beetles, and true bugs, sampled from 135 field margin plots over 2 years was tested. The present study compares the relative importance of sward architectural complexity to that of plant community assemblage. 3. Sward architectural complexity was found to be a determinant of species richness for all phytophagous and predatory functional groups. When individual species responses were investigated, 62.5% of the spider and beetle species, and 50.0% of the true bugs responded to sward architectural complexity. 4. Interactions between sward architectural complexity and plant community assemblage indicate that the number of invertebrate species supported by the plant community alone could be increased by modification of sward architecture. Management practices could therefore play a key role in diversifying the architectural structure of existing floral assemblages for the benefit of invertebrate assemblages. 5. The contrasting effects of sward architecture on invertebrate functional groups characterised by either direct (phytophagous species) or indirect (predatory species) dependence on plant communities is discussed. It is suggested that for phytophagous taxa, plant community assemblage alone is likely to be insufficient to ensure successful species colonisation or persistence without appropriate development of sward architecture.

Characterization of the complex locus of bean encoding polygalacturonase-inhibiting proteins reveals subfunctionalization for defense against fungi and insects.

Polygalacturonase-inhibiting proteins (PGIPs) are extracellular plant inhibitors of fungal endopolygalacturonases (PGs) that belong to the superfamily of Leu-rich repeat proteins. We have characterized the full complement of pgip genes in the bean (Phaseolus vulgaris) genotype BAT93. This comprises four clustered members that span a 50-kb region and, based on their similarity, form two pairs (Pvpgip1/Pvpgip2 and Pvpgip3/Pvpgip4). Characterization of the encoded products revealed both partial redundancy and subfunctionalization against fungal-derived PGs. Notably, the pair PvPGIP3/PvPGIP4 also inhibited PGs of two mirid bugs (Lygus rugulipennis and Adelphocoris lineolatus). Characterization of Pvpgip genes of Pinto bean showed variations limited to single synonymous substitutions or small deletions. A three-amino acid deletion encompassing a residue previously identified as crucial for recognition of PG of Fusarium moniliforme was responsible for the inability of BAT93 PvPGIP2 to inhibit this enzyme. Consistent with the large variations observed in the promoter sequences, reverse transcription-PCR expression analysis revealed that the different family members differentially respond to elicitors, wounding, and salicylic acid. We conclude that both biochemical and regulatory redundancy and subfunctionalization of pgip genes are important for the adaptation of plants to pathogenic fungi and phytophagous insects.

Species 2000 & ITIS Catalogue of Life, 2013 Annual Checklist

This release of the Catalogue of Life contains contributions from 132 databases with information on 1,352,112 species, 114,069 infraspecific taxa and also includes 928,147 synonyms and 408,689 common names covering the following groups: Viruses • Viruses and Subviral agents from ICTV_MSL UPDATED! Bacteria and Archaea from BIOS Chromista • Chromistan fungi from Species Fungorum Protozoa • Major groups from ITIS Regional, • Ciliates from CilCat, • Polycystines from WoRMS Polycystina UPDATED!, • Protozoan fungi from Species Fungorum and Trichomycetes database • Slime moulds from Nomen.eumycetozoa.com Fungi • Various taxa in whole or in part from CABI Bioservices databases (Species Fungorum, Phyllachorales, Rhytismatales, Saccharomycetes and Zygomycetes databases) and from three other databases covering Xylariaceae, Glomeromycota, Trichomycetes, Dothideomycetes • Lichens from LIAS UPDATED! Plantae (Plants) • Mosses from MOST • Liverworts and hornworts from ELPT • Conifers from Conifer Database • Cycads and 6 flowering plant families from IOPI-GPC, and 99 families from WCSP • Plus individual flowering plants families from AnnonBase, Brassicaceae, ChenoBase, Droseraceae Database, EbenaBase, GCC UPDATED!, ILDIS UPDATED!, LecyPages, LHD, MELnet UPDATED!, RJB Geranium, Solanaceae Source, Umbellifers. Animalia (Animals) • Marine groups from URMO, ITIS Global, Hexacorals, ETI WBD (Euphausiacea), WoRMS: WoRMS Asteroidea UPDATED!, WoRMS Bochusacea UPDATED!, WoRMS Brachiopoda UPDATED!, WoRMS Brachypoda UPDATED!, WoRMS Brachyura UPDATED!, WoRMS Bryozoa UPDATED!, WoRMS Cestoda NEW!, WoRMS Chaetognatha UPDATED!, WoRMS Cumacea UPDATED!, WoRMS Echinoidea UPDATED!, WoRMS Gastrotricha NEW!, WoRMS Gnathostomulida NEW!, WoRMS Holothuroidea UPDATED!, WoRMS Hydrozoa UPDATED!, WoRMS Isopoda UPDATED!, WoRMS Leptostraca UPDATED!, WoRMS Monogenea NEW!, WoRMS Mystacocarida UPDATED!, WoRMS Myxozoa NEW!, WoRMS Nemertea UPDATED!, WoRMS Oligochaeta UPDATED!, WoRMS Ophiuroidea UPDATED!, WoRMS Phoronida UPDATED!, WoRMS Placozoa NEW!, WoRMS Polychaeta UPDATED!, WoRMS Polycystina UPDATED!, WoRMS Porifera UPDATED!, WoRMS Priapulida NEW!, WoRMS Proseriata and Kalyptorhynchia UPDATED!, WoRMS Remipedia UPDATED!, WoRMS Scaphopoda UPDATED!, WoRMS Tanaidacea UPDATED!, WoRMS Tantulocarida UPDATED!, WoRMS Thermosbaenacea UPDATED!, WoRMS Trematoda NEW!, WoRMS Xenoturbellida UPDATED! • Rotifers, mayflies, freshwater hairworms, planarians from FADA databases: FADA Rotifera UPDATED!, FADA Ephemeroptera NEW!, FADA Nematomorpha NEW! & FADA Turbellaria NEW! • Entoprocts, water bears from ITIS Global • Spiders, scorpions, ticks & mites from SpidCat via ITIS UPDATED!, SalticidDB , ITIS Global, TicksBase, SpmWeb BdelloideaBase UPDATED! & Mites GSDs: OlogamasidBase, PhytoseiidBase, RhodacaridBase & TenuipalpidBase • Diplopods, centipedes, pauropods and symphylans from SysMyr UPDATED! & ChiloBase • Dragonflies and damselflies from Odonata database • Stoneflies from PlecopteraSF UPDATED! • Cockroaches from BlattodeaSF UPDATED! • Praying mantids from MantodeaSF UPDATED! • Stick and leaf insects from PhasmidaSF UPDATED! • Grasshoppers, locusts, katydids and crickets from OrthopteraSF UPDATED! • Webspinners from EmbiopteraSF UPDATED! • Bark & parasitic lices from PsocodeaSF NEW! • Some groups of true bugs from ScaleNet, FLOW, COOL, Psyllist, AphidSF UPDATED! , MBB, 3i Cicadellinae, 3i Typhlocybinae, MOWD & CoreoideaSF NEW!• Twisted-wing parasites from Strepsiptera Database UPDATED! • Lacewings, antlions, owlflies, fishflies, dobsonflies & snakeflies from LDL Neuropterida • Some beetle groups from the Scarabs UPDATED!, TITAN, WTaxa & ITIS Global • Fleas from Parhost • Flies, mosquitoes, bots, midges and gnats from Systema Dipterorum, CCW & CIPA • Butterflies and moths from LepIndex UPDATED!, GloBIS (GART) UPDATED!, Tineidae NHM, World Gracillariidae • Bees & wasps from ITIS Bees, Taxapad Ichneumonoidea, UCD, ZOBODAT Vespoidea & HymIS Rhopalosomatidae NEW!• Molluscs from WoRMS Mollusca NEW!, FADA Bivalvia NEW!, MolluscaFW NEW! & AFD (Pulmonata) • Fishes from FishBase UPDATED! • Reptiles from TIGR Reptiles • Amphibians, birds and mammals from ITIS Global PLUS additional species of many groups from ITIS Regional, NZIB and CoL China NEW!

Biology and reproductive behavior of Murgantia histrionica (Heteroptera: Pentatomidae)

Life history parameters and reproductive behaviors of the harlequin bug, Murgantia histrionica Hahn (Heteroptera: Pentatomidae), were determined. Total developmental time from egg to adult was ≈48 d. After a sexual maturation period of ≈7 d, both sexes mated repeatedly, with females laying multiple egg masses of 12 eggs at intervals of 3 d. Adult females lived an average of 41 d, whereas adult males lived an average of 25 d. Courtship and copulation activities peaked in the middle of the photophase. In mating experiments in which mixed sex pairs of virgin and previously mated bugs were combined in all possible combinations, the durations of courtship and copulation by virgin males were significantly longer with both virgin and previously mated females than the same behaviors for previously mated males. When given a choice between a virgin or previously mated female, previously mated males preferred to mate with virgin females, whereas virgin males showed no preference for virgin over previously mated females. Analyses of mating behaviors with ethograms and behavioral transition matrices suggested that a primary reason for failure to copulate by virgin males was the incorrect rotation of their pygophores to the copulation position, so that successful alignment of the genitalia could not occur.

Identification and lineage genotyping of South American trypanosomes using fluorescent fragment length barcoding

Trypanosoma cruzi and Trypanosoma rangeli are human-infective blood parasites, largely restricted to Central and South America. They also infect a wide range of wild and domestic mammals and are transmitted by a numerous species of triatomine bugs. There are significant overlaps in the host and geographical ranges of both species. The two species consist of a number of distinct phylogenetic lineages. A range of PCR-based techniques have been developed to differentiate between these species and to assign their isolates into lineages. However, the existence of at least six and five lineages within T. cruzi and T. rangeli, respectively, makes identification of the full range of isolates difficult and time consuming. Here we have applied fluorescent fragment length barcoding (FFLB) to the problem of identifying and genotyping T. cruzi, T. rangeli and other South American trypanosomes. This technique discriminates species on the basis of length polymorphism of regions of the rDNA locus. FFLB was able to differentiate many trypanosome species known from South American mammals: T. cruzi cruzi. T. cruzi marinkellei, T. dionisii-like, T. evansi, T. lewisi, T. rangeli, T. theileri and T. vivax. Furthermore, all five T. rangeli lineages and many T. cruzi lineages could be identified, except the hybrid lineages TcV and TcVI that could not be distinguished from lineages III and II respectively. This method also allowed identification of mixed infections of T. cruzi and T. rangeli lineages in naturally infected triatomine bugs. The ability of FFLB to genotype multiple lineages of T. cruzi and T. rangeli together with other trypanosome species, using the same primer sets is an advantage over other currently available techniques. Overall, these results demonstrate that FFLB is a useful method for species diagnosis, genotyping and understanding the epidemiology of American trypanosomes. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.