Numerical simulations of microphysical processes in pyro-convective clouds

Hochreichende Konvektion über Waldbränden ist eine der intensivsten Formen von atmosphärischer Konvektion. Die extreme Wolkendynamik mit hohen vertikalen Windgeschwindigkeiten (bis 20 m/s) bereits an der Wolkenbasis, hohen Wasserdampfübersättigungen (bis 1%) und die durch das Feuer hohen Anzahlkonzentration von Aerosolpartikeln (bis 100000 cm^-3) bilden einen besonderen Rahmen für Aerosol-Wolken Wechselwirkungen.Ein entscheidender Schritt in der mikrophysikalischen Entwicklung einer konvektiven Wolke ist die Aktivierung von Aerosolpartikeln zu Wolkentropfen. Dieser Aktivierungsprozess bestimmt die anfängliche Anzahl und Größe der Wolkentropfen und kann daher die Entwicklung einer konvektiven Wolke und deren Niederschlagsbildung beeinflussen. Die wichtigsten Faktoren, welche die anfängliche Anzahl und Größe der Wolkentropfen bestimmen, sind die Größe und Hygroskopizität der an der Wolkenbasis verfügbaren Aerosolpartikel sowie die vertikale Windgeschwindigkeit. Um den Einfluss dieser Faktoren unter pyro-konvektiven Bedingungen zu untersuchen, wurden numerische Simulationen mit Hilfe eines Wolkenpaketmodells mit detaillierter spektraler Beschreibung der Wolkenmikrophysik durchgeführt. Diese Ergebnisse können in drei unterschiedliche Bereiche abhängig vom Verhältnis zwischen vertikaler Windgeschwindigkeit und Aerosolanzahlkonzentration (w/NCN) eingeteilt werden: (1) ein durch die Aerosolkonzentration limitierter Bereich (hohes w/NCN), (2) ein durch die vertikale Windgeschwindigkeit limitierter Bereich (niedriges w/NCN) und (3) ein Übergangsbereich (mittleres w/NCN). Die Ergebnisse zeigen, dass die Variabilität der anfänglichen Anzahlkonzentration der Wolkentropfen in (pyro-) konvektiven Wolken hauptsächlich durch die Variabilität der vertikalen Windgeschwindigkeit und der Aerosolkonzentration bestimmt wird. rnUm die mikrophysikalischen Prozesse innerhalb der rauchigen Aufwindregion einer pyrokonvektiven Wolke mit einer detaillierten spektralen Mikrophysik zu untersuchen, wurde das Paketmodel entlang einer Trajektorie innerhalb der Aufwindregion initialisiert. Diese Trajektore wurde durch dreidimensionale Simulationen eines pyro-konvektiven Ereignisses durch das Model ATHAM berechnet. Es zeigt sich, dass die Anzahlkonzentration der Wolkentropfen mit steigender Aerosolkonzentration ansteigt. Auf der anderen Seite verringert sich die Größe der Wolkentropfen mit steigender Aerosolkonzentration. Die Reduzierung der Verbreiterung des Tropfenspektrums stimmt mit den Ergebnissen aus Messungen überein und unterstützt das Konzept der Unterdrückung von Niederschlag in stark verschmutzen Wolken.Mit Hilfe des Models ATHAM wurden die dynamischen und mikrophysikalischen Prozesse von pyro-konvektiven Wolken, aufbauend auf einer realistischen Parametrisierung der Aktivierung von Aerosolpartikeln durch die Ergebnisse der Aktivierungsstudie, mit zwei- und dreidimensionalen Simulationen untersucht. Ein modernes zweimomenten mikrophysikalisches Schema wurde in ATHAM implementiert, um den Einfluss der Anzahlkonzentration von Aerosolpartikeln auf die Entwicklung von idealisierten pyro-konvektiven Wolken in US Standardamtosphären für die mittleren Breiten und den Tropen zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Anzahlkonzentration der Aerosolpartikel die Bildung von Regen beeinflusst. Für geringe Aerosolkonzentrationen findet die rasche Regenbildung hauptsächlich durch warme mikrophysikalische Prozesse statt. Für höhere Aerosolkonzentrationen ist die Eisphase wichtiger für die Bildung von Regen. Dies führt zu einem verspäteten Einsetzen von Niederschlag für verunreinigtere Atmosphären. Außerdem wird gezeigt, dass die Zusammensetzung der Eisnukleationspartikel (IN) einen starken Einfluss auf die dynamische und mikrophysikalische Struktur solcher Wolken hat. Bei sehr effizienten IN bildet sich Regen früher. Die Untersuchung zum Einfluss des atmosphärischen Hintergrundprofils zeigt eine geringe Auswirkung der Meteorologie auf die Sensitivität der pyro-konvektiven Wolken auf diernAerosolkonzentration. Zum Abschluss wird gezeigt, dass die durch das Feuer emittierte Hitze einen deutlichen Einfluss auf die Entwicklung und die Wolkenobergrenze von pyro-konvektive Wolken hat. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass in dieser Dissertation die Mikrophysik von pyrokonvektiven Wolken mit Hilfe von idealisierten Simulation eines Wolkenpaketmodell mit detaillierte spektraler Mikrophysik und eines 3D Modells mit einem zweimomenten Schema im Detail untersucht wurde. Es wird gezeigt, dass die extremen Bedingungen im Bezug auf die vertikale Windgeschwindigkeiten und Aerosolkonzentrationen einen deutlichen Einfluss auf die Entwicklung von pyro-konvektiven Wolken haben.

Soil organic carbon dynamics under perennial energy crops

The European renewable energy directive 2009/28/EC (E.C. 2009) provides a legislative framework for reducing GHG emissions by 20%, while achieving a 20% share of energy from renewable sources by 2020. Perennial energy crops could significantly contribute to limit GHG emissions through replacing equivalent fossil fuels and by sequestering a considerable amount of carbon into the soil through the large amounts of belowground biomass produced. The objective of this study is to evaluate the effects of land use change that perennial energy crops have on croplands (switchgrass) and marginal grasslands (miscanthus). For that purpose above and belowground biomass, SOC variation and Net Ecosystem Exchange were evaluated after five years of growth. At aboveground level both crops produced high biomass under cropland conditions as well as under marginal soils. At belowground level they also produced large amounts of biomass, but no significant influences on SOC in the upper layer (0-30 cm) were found. This is probably because of the "priming effect" that caused fast carbon substitution. In switchgrass only it was found a significant SOC increase in deeper layers (30-60 cm), while in the whole soil profile (0-60 cm) SOC increased from 42 to 51 ha-1. However, the short experimental periods (for both switchgrass and miscanthus), in which land use change was evaluated, do not permit to determine the real capacity of perennial energy crops to accumulate SOC. In conclusion the large amounts of belowground biomass enhanced the SOC dynamic through the priming effect resulting in increased SOC in cropland but not in marginal grassland.

Muster und Prozesse in einer Microcebus-Hybridzone in Südostmadagaskar

Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde in zwei Schwerpunktanalysen mit eine Teil- und Gesamtdatensatz die Untersuchung der Hybridisierung zwischen den beiden Microcebus-Arten M. murinus und M. griseorufus im Ökoton Südostmadagaskars umfangreich und vertieft untersucht. Für die genetischen Analysen wurden die maternal vererbte mitochondriale Hypervariable Region I (HVR 1) und neun nukleäre biparental vererbte Mikrosatellitenmarker eingesetzt. Als weiterer Datensatz wurden morphometrische Daten verwendet. Für die erste Schwerpunktanalyse wurde ein bereits vorhandener Teildatensatz (Hapke 2005 & Gligor 2006) mit Daten von insgesamt 162 Individuen aus neun Populationen der Dornbuschzone, der Übergangswaldzone und des Küstenwaldgebietes eingesetzt. In der zweiten Schwerpunktanalyse wurde eine umfangreiche Untersuchung der Microcebus griseoruus-M. murinus- Hybridzone vorgenommen. Für diese detaillierte Charakterisierung der Hybridzone wurde eine ausgedehnte und fein auflösende Probennahme in einem als Kernzone definierten Bereich, der die gesamte Übergangswaldzone und die dazu benachbarten Dornbuschgebiete umfasste, durchgeführt. Die morphometrischen und genetischen Daten der neu beprobten Individuen dieser Kernzone wurden mit den Daten des Teildatensatzes und weiteren Daten aus Küstenwaldpopulationen (Hapke 2005) zu einem Gesamtdatensatz zusammengefasst. Die Integration des Teildatensatzes in den Gesamtdatensatz erforderte umfassende und zeitintensive Labor- und Analysearbeiten, die im Rahmen dieser Doktorarbeit durchgeführt wurden. Der Gesamtdatensatz umfasste insgesamt 569 Individuen der Gattung Microcebus aus 29 Untersuchungsstandorten. Die mit beiden Datensätzen durchgeführte Analyse morphometrischer Daten zeigte deutlich, dass die Mehrzahl der Individuen aus der Übergangswaldzone einen intermediären Morphotyp aufweist. Durch die mit den Daten des Teildatensatzes durchgeführten Bayes’schen Clusteranalysen und Assignment-Tests, das vornehmlich in den Populationen der Übergangszone beobachtete signifikante Kopplungsungleichgewicht und Heterozygotendefizit, die festgestellte Verteilung der mitochondrialen Haplotypen und das kontrastierende Muster zwischen nukleären Mikrosatellitengenotypen und mitochondrialen Haplotypen in den Übergangswaldpopulationen konnte erstmals das Vorkommen einer Hybridzone zwischen Microcebus-Arten wissenschaftlich fundiert festgestellt werden. Die Ergebnisse dieser Schwerpunktanalyse wurden in der Fachzeitschrift Molecular Ecology publiziert (Gligor et al. 2009). Die in der ersten Schwerpunktanalyse festgestellte Hybridzone konnte durch die zweite Schwerpunktanalyse mit den genetischen und morphometrischen Daten des Gesamtdatensatzes nicht nur bestätigt werden, sondern auch auf die gesamte Übergangswaldzone erweitert werden. Ferner wurden starke Hinweise auf eine Hybridisierung beider Microcebus-Arten an einigen Dornbuschstandorten der Kernzone gefunden. Durch die große Datenmenge des Gesamtdatensatzes, vor allem aus der Kernzone des Untersuchungsgebietes, war es möglich eine fundierte Charakterisierung der Microcebus griseoruus-M. murinus- Hybridzone durchzuführen. Die Übereinstimmung der Hybridzone mit dem beobachteten Vegetationsmosaik zusammen mit den Ergebnissen der PCA, der PCoA und der Bayes’schen Clusteranalyse sprechen für das Modell der „Mosaik Hybridzone“, während die Einzelbetrachtung der mosaikartig verteilten intermediären Übergangswälder eine hohe Abundanz der Hybride aufzeigte und somit eher das „Bounded Hybrid Superiority model“ unterstützt. Der gewählte geographische Beprobungsmaßstab könnte somit einen Einfluss auf die beobachtete Struktur einer Hybridzone haben. Eines der markantesten Muster in der Hybridzone ist das stark kontrastierende cyto-nukleäre Muster. Der seit ca. 3000 Jahren fortschreitende Klimawandel in Südmadagaskar und die damit verbundene Expansion des Verbreitungsgebietes der Art Microcebus griseorufus nach Osten, das in dieser Arbeit festgestellte „male-biased dispersal“ bei M. griseorufus und der Einfluss exogener Selektion sprechen stark für eine massive asymmetrische nukleäre Genintrogression von M. griseorufus-Allelen in M. murinus-Populationen, verbunden mit einer potentiellen Verdrängung der Art M. murinus aus der Übergangswaldzone. In den jeweiligen Kerngebieten Dornbusch und Küstenwald bleibt jedoch die Diskretheit beider Arten gewahrt.

Stable isotope fractionation of selenium by biomethylation in soil

Selen ist in geringen Mengen ein essentielles Nährelement, das aber in höheren Gehalten toxisch wird. Der Se-Kreislauf in der Umwelt ist eng mit Redoxreaktionen wie der Reduktion von Se-Oxyanionen zu Methylselenid verknüpft. Flüchtige Methylselenide sind weit verbreitet und stellen einen wichtigen Se-Fluss in der Umwelt dar. Das übergeordnete Ziel meiner Dissertation war, die Stabilisotopenfraktionierung von Se durch Biomethylierung verschiedener oxidierter Se-Spezies (Se[IV] und Se[VI]) im Boden aufzuklären. Zunächst wurde eine Methode entwickelt, die es erlaubte flüchte Methylselenide quantitativ zurückzuhalten. Es zeigte sich, dass alkalische Peroxid-Lösung dafür geeignet war. Mit alkalischer Peroxid-Lösung wurde eine Wiederfindung von 95,6 ± Standardabweichung 5,4% in Verflüchtigungsexperimenten mit Methylselenid-Standards erreicht. Bei Einsatz von alkalischer Peroxid-Lösung in geschlossenen Mikrokosmos-Experimenten kam es zu keinen Se-Verlusten und ausgeglichenen Se-Isotopenbilanzen. Die massengewichteten δ82/76Se-Werte lagen für Se(IV) und Se(VI) am Ende der Mikrokosmos-Inkubationen bei -0,31 ± 0,05‰ (n = 3) und -0,76 ± 0,07‰ (n = 3) verglichen mit -0,20 ± 0,05‰ und -0,69 ± 0,07‰ im jeweils zugegebenen Se. Im zweiten Teil meiner Dissertation wurde die Pilzart Alternaria alternata mit Se(VI) und Se(IV) in geschlossenen Mikrokosmen für 11-15 und Se(IV) zusätzlich für 3-5 Tage bei 30°C inkubiert. In 11-15 Tagen wurden 2,9-11% des Se(VI) und 21-29% des Se(IV) und in 3-5 Tagen, 3-5% des Se(IV) methyliert. Die anfänglichen δ82/76Se-Werte von Se(VI) und Se(IV) lagen bei -0,69 ± 0,07‰, und -0,20 ± 0,05‰. Die δ82/76Se-Werte der Methylselenide unterschieden sich nach 11-15 Tagen Inkubation signifikant zwischen Se(VI) (-3,97 bis -3,25 ‰) und Se(IV) (-1,44 bis -0,16‰) als Quellen. Die δ82/76Se-Werte der Methylselenide zeigen also die Quellen der Biomethylierung von Se an. Die kürzere Inkubation von Se(IV) für 3-5 Tage führte zu einer ausgeprägten Se-Isotopenfraktonierung von mindestens -6‰, bevor ein Fließgleichgewicht erreicht wurde. Im dritten Teil bestimmte ich die Bindungsformen von Se mit drei operativ definierten sequentiellen Extraktionen und die δ82/76S-Werte des gesamten Selens in zehn urbanen Oberböden mit 0,09-0,52 mg/kg Se, die fünf verschiedene Landnutzungstypen repräsentierten (Überschwemmungsgrünland, Garten, Park, Straßenrand und Wald). Nur ein kleiner Teil des Seleniums lag in austauschbarer und damit direkt bioverfügbarer und in residualer, wenig reaktiver Form vor. Das meiste Se war an die organische Substanz und Fe-(Hydr-)Oxide gebunden (42-77% des gesamten Selens). Der mittlere δ82/76Se-Wert des gesamten Selens in den Oberböden lag mit -0,03 ± 0,38‰ nahe beim Mittelwert der gesamten Erde. Geringfügig niedrigere Se-Isotopensignale von -0,59 bis -0,35‰ v.a. in Waldböden und geringfügig höhere von 0,26 to 0,45‰ in Überschwemmungsgrünland wurden vermutlich durch Boden-Pflanze-Recycling und Se-Kontaminationen durch das Flusswasser verursacht. Der vierte Teil umfasste ein “Natural Attenuation”-Experiment und Mikrokosmos-Inkubationen von Bodenproben mit A. alternata. Die Equilibrierung von zum Boden gegebenem Se(IV) und Se(VI) für drei Tage führte zu abnehmenden wasserlöslichen Se-Gehalten um 32-44% bzw. 8-14, die mit kleinen Isotopenfraktionierung (ε = -0,045 bis -0,12 ‰ and -0,05 to -0,07‰ verbunden waren. In zwei der inkubierten Böden mit mäßig sauren pH-Werten wurden zwischen 9,1 und 30% des zugefügten Se(IV) und 1,7% des zugefügten Se(VI) methyliert während in einem stark sauren Boden keine Methylierung auftrat. Das aus Se(IV) entstandene Methylselenid war deutlich gegenüber dem zugegebenen Se-Standard (0,20‰) an 82Se verarmt (δ82/76Se = -3,3 bis -4,5‰). Meine Ergebnisse zeigen, dass die stabilen Isotopenverhältnisse von Se neue Einblicke in Se-Transformationsprozesse erlauben.rn

Vergleich der Carabidenpopulation im Gefolge von Flut und Trockenheit in ufernahen Lebensräumen des Rheins (Auwald, Polder)

Diese Arbeit war ein Teilprojekt des Kompetenzzentrums „Flut und Hitze“ der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz. Das gesamte Projekt beinhaltete bereits Untersuchungen über mögliche Folgen des lokalen Klimawandels (Überflutung/Trockenheit) auf andere Tiergruppen (z.B. Collembolen, Arachniden, etc.). Mit Hilfe der Laufkäfer als Bioindikatoren sollten mögliche Tendenzen des Klimawandels, aufgrund von Überflutungen, bzw. dem Ausbleiben von Überflutungen, aufgezeigt werden. In diesem Zusammenhang erfolgte die phänologische Erfassung der Laufkäfer in drei Untersuchungsgebieten entlang des Rheins: ein geschütztes Auwaldfragment und ein Polder in Ingelheim sowie ein Polder in Worms. Über einen Zeitraum von 2-3 Jahren wurde, mittels klassischer Fangmethoden (Bodenfallen), die Laufkäferfauna kontinuierlich erfasst. Insgesamt konnten im Auwald Ingelheim 2861 Individuen aus 59 Arten gefangen werden, im Polder Ingelheim 16029 Individuen aus 96 Arten und im Polder Worms 6946 Individuen aus 72 Arten. Seit 2003 wurde das Auwaldfragment nicht mehr vollüberflutet, was die geringe Anzahl an gefundenen auetypischen Arten erklärte. Die Laufkäferfauna des Auwaldes zeigte zwar noch einen deutlich feuchtegeprägten Charakter, jedoch war der Druck der einwandernden eurytopen Offenlandarten aus der Umgebung enorm. Der Polder Ingelheim wurde 2006 fertiggestellt und direkt im Anschluss beprobt. Der Polderinnenraum wurde durch den Bau eines ökologischen Flutungskanals an die Dynamik des Rheins angeschlossen. Der tiefergelegte Innenraum zeigte eine deutlich feuchteliebende Laufkäferfauna. Die trockenen höher gelegenen Randbereiche wiesen im Gegensatz dazu eine deutliche Ruderalfauna auf. Der Polder in Worms wurde bereits direkt nach seiner Fertigstellung 2001 von der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Seitz (Universität Mainz) beprobt. Die erneute Datenerhebung 2008 sollte mögliche Veränderungen in der Laufkäferfauna sowie eine mögliche Sukzession aufzeigen. Es zeigten sich deutliche Veränderungen der Laufkäfergemeinschaften an den Standorten sowie die Ausbildung verschiedener Mikrohabitate.

Climate change in Libya and desertification of Jifara Plain

The study was arranged to manifest its objectives through preceding it with an intro-duction. Particular attention was paid in the second part to detect the physical settings of the study area, together with an attempt to show the climatic characteristics in Libya. In the third part, observed temporal and spatial climate change in Libya was investigated through the trends of temperature, precipitation, relative humidity and cloud amount over the peri-ods (1946-2000), (1946-1975), and (1976-2000), comparing the results with the global scales. The forth part detected the natural and human causes of climate change concentrat-ing on the greenhouse effect. The potential impacts of climate change on Libya were ex-amined in the fifth chapter. As a case study, desertification of Jifara Plain was studied in the sixth part. In the seventh chapter, projections and mitigations of climate change and desertification were discussed. Ultimately, the main results and recommendations of the study were summarized. In order to carry through the objectives outlined above, the following methods and approaches were used: a simple linear regression analysis was computed to detect the trends of climatic parameters over time; a trend test based on a trend-to-noise-ratio was applied for detecting linear or non-linear trends; the non-parametric Mann-Kendall test for trend was used to reveal the behavior of the trends and their significance; PCA was applied to construct the all-Libya climatic parameters trends; aridity index after Walter-Lieth was shown for computing humid respectively arid months in Libya; correlation coefficient, (after Pearson) for detecting the teleconnection between sun spot numbers, NAOI, SOI, GHGs, and global warming, climate changes in Libya; aridity index, after De Martonne, to elaborate the trends of aridity in Jifara Plain; Geographical Information System and Re-mote Sensing techniques were applied to clarify the illustrations and to monitor desertifi-cation of Jifara Plain using the available satellite images MSS, TM, ETM+ and Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). The results are explained by 88 tables, 96 figures and 10 photos. Temporal and spatial temperature changes in Libya indicated remarkably different an-nual and seasonal trends over the long observation period 1946-2000 and the short obser-vation periods 1946-1975 and 1976-2000. Trends of mean annual temperature were posi-tive at all study stations except at one from 1946-2000, negative trends prevailed at most stations from 1946-1975, while strongly positive trends were computed at all study stations from 1976-2000 corresponding with the global warming trend. Positive trends of mean minimum temperatures were observed at all reference stations from 1946-2000 and 1976-2000, while negative trends prevailed at most stations over the period 1946-1975. For mean maximum temperature, positive trends were shown from 1946-2000 and from 1976-2000 at most stations, while most trends were negative from 1946-1975. Minimum tem-peratures increased at nearly more than twice the rate of maximum temperatures at most stations. In respect of seasonal temperature, warming mostly occurred in summer and au-tumn in contrast to the global observations identifying warming mostly in winter and spring in both study periods. Precipitation across Libya is characterized by scanty and sporadically totals, as well as high intensities and very high spatial and temporal variabilities. From 1946-2000, large inter-annual and intra-annual variabilities were observed. Positive trends of annual precipi-tation totals have been observed from 1946-2000, negative trends from 1976-2000 at most stations. Variabilities of seasonal precipitation over Libya are more strikingly experienced from 1976-2000 than from 1951-1975 indicating a growing magnitude of climate change in more recent times. Negative trends of mean annual relative humidity were computed at eight stations, while positive trends prevailed at seven stations from 1946-2000. For the short observation period 1976-2000, positive trends were computed at most stations. Annual cloud amount totals decreased at most study stations in Libya over both long and short periods. Re-markably large spatial variations of climate changes were observed from north to south over Libya. Causes of climate change were discussed showing high correlation between tempera-ture increasing over Libya and CO2 emissions; weakly positive correlation between pre-cipitation and North Atlantic Oscillation index; negative correlation between temperature and sunspot numbers; negative correlation between precipitation over Libya and Southern Oscillation Index. The years 1992 and 1993 were shown as the coldest in the 1990s result-ing from the eruption of Mount Pinatubo, 1991. Libya is affected by climate change in many ways, in particular, crop production and food security, water resources, human health, population settlement and biodiversity. But the effects of climate change depend on its magnitude and the rate with which it occurs. Jifara Plain, located in northwestern Libya, has been seriously exposed to desertifica-tion as a result of climate change, landforms, overgrazing, over-cultivation and population growth. Soils have been degraded, vegetation cover disappeared and the groundwater wells were getting dry in many parts. The effect of desertification on Jifara Plain appears through reducing soil fertility and crop productivity, leading to long-term declines in agri-cultural yields, livestock yields, plant standing biomass, and plant biodiversity. Desertifi-cation has also significant implications on livestock industry and the national economy. Desertification accelerates migration from rural and nomadic areas to urban areas as the land cannot support the original inhabitants. In the absence of major shifts in policy, economic growth, energy prices, and con-sumer trends, climate change in Libya and desertification of Jifara Plain are expected to continue in the future. Libya cooperated with United Nations and other international organizations. It has signed and ratified a number of international and regional agreements which effectively established a policy framework for actions to mitigate climate change and combat deserti-fication. Libya has implemented several laws and legislative acts, with a number of ancil-lary and supplementary rules to regulate. Despite the current efforts and ongoing projects being undertaken in Libya in the field of climate change and desertification, urgent actions and projects are needed to mitigate climate change and combat desertification in the near future.

Push-out bond strength of CAD/CAM-ceramic luted to dentin with self-adhesive resin cements

OBJECTIVES: This study evaluated the initial and the artificially aged push-out bond strength between ceramic and dentin produced by one of five resin cements. METHODS: Two-hundred direct ceramic restorations (IPS Empress CAD) were luted to standardized Class I cavities in extracted human molars using one of four self-adhesive cements (SpeedCEM, RelyX Unicem Aplicap, SmartCem2 and iCEM) or a reference etch-and-rinse resin cement (Syntac/Variolink II) (n=40/cement). Push-out bond strength (PBS) was measured (1) after 24h water storage (non-aged group; n=20/cement) or (2) after artificial ageing with 5000 thermal cycles followed by 6 months humid storage (aged group; n=20/cement). Nonparametrical ANOVA and pairwise Wilcoxon rank-sum tests with Bonferroni-Holm adjustment were applied for statistical analysis. The significance level was set at alpha=0.05. In addition, failure mode and fracture pattern were analyzed by stereomicroscope and scanning electron microscopy. RESULTS: Whereas no statistically significant effect of storage condition was found (p=0.441), there was a significant effect of resin cement (p<0.0001): RelyX Unicem showed significantly higher PBS than the other cements. Syntac/Variolink II showed significantly higher PBS than SmartCEM2 (p<0.001). No significant differences were found between SpeedCEM, SmartCem2, and iCEM. The predominant failure mode was adhesive failure of cements at the dentin interface except for RelyX Unicem which in most cases showed cohesive failure in ceramic. SIGNIFICANCE: The resin cements showed marked differences in push-out bond strength when used for luting ceramic restorations to dentin. Variolink II with the etch-and-rinse adhesive Syntac did not perform better than three of the four self-adhesive resin cements tested.

Patches of Bare Ground as a Staple Commodity for Declining Ground-Foraging Insectivorous Farmland Birds

Conceived to combat widescale biodiversity erosion in farmland, agri-environment schemes have largely failed to deliver their promises despite massive financial support. While several common species have shown to react positively to existing measures, rare species have continued to decline in most European countries. Of particular concern is the status of insectivorous farmland birds that forage on the ground. We modelled the foraging habitat preferences of four declining insectivorous bird species (hoopoe, wryneck, woodlark, common redstart) inhabiting fruit tree plantations, orchards and vineyards. All species preferred foraging in habitat mosaics consisting of patches of grass and bare ground, with an optimal, species-specific bare ground coverage of 30–70% at the foraging patch scale. In the study areas, birds thrived in intensively cultivated farmland where such ground vegetation mosaics existed. Not promoted by conventional agri-environment schemes until now, patches of bare ground should be implemented throughout grassland in order to prevent further decline of insectivorous farmland birds.

Holocene land-cover reconstructions for studies on land cover-climate feedbacks

The major objectives of this paper are: (1) to review the pros and cons of the scenarios of past anthropogenic land cover change (ALCC) developed during the last ten years, (2) to discuss issues related to pollen-based reconstruction of the past land-cover and introduce a new method, REVEALS (Regional Estimates of VEgetation Abundance from Large Sites), to infer long-term records of past land-cover from pollen data, (3) to present a new project (LANDCLIM: LAND cover – CLIMate interactions in NW Europe during the Holocene) currently underway, and show preliminary results of REVEALS reconstructions of the regional land-cover in the Czech Republic for five selected time windows of the Holocene, and (4) to discuss the implications and future directions in climate and vegetation/land-cover modeling, and in the assessment of the effects of human-induced changes in land-cover on the regional climate through altered feedbacks. The existing ALCC scenarios show large discrepancies between them, and few cover time periods older than AD 800. When these scenarios are used to assess the impact of human land-use on climate, contrasting results are obtained. It emphasizes the need for methods such as the REVEALS model-based land-cover reconstructions. They might help to fine-tune descriptions of past land-cover and lead to a better understanding of how long-term changes in ALCC might have influenced climate. The REVEALS model is demonstrated to provide better estimates of the regional vegetation/land-cover changes than the traditional use of pollen percentages. This will achieve a robust assessment of land cover at regional- to continental-spatial scale throughout the Holocene. We present maps of REVEALS estimates for the percentage cover of 10 plant functional types (PFTs) at 200 BP and 6000 BP, and of the two open-land PFTs "grassland" and "agricultural land" at five time-windows from 6000 BP to recent time. The LANDCLIM results are expected to provide crucial data to reassess ALCC estimates for a better understanding of the land suface-atmosphere interactions.

Diversity Promotes Temporal Stability across Levels of Ecosystem Organization in Experimental Grasslands

The diversity–stability hypothesis states that current losses of biodiversity can impair the ability of an ecosystem to dampen the effect of environmental perturbations on its functioning. Using data from a long-term and comprehensive biodiversity experiment, we quantified the temporal stability of 42 variables characterizing twelve ecological functions in managed grassland plots varying in plant species richness. We demonstrate that diversity increases stability i) across trophic levels (producer, consumer), ii) at both the system (community, ecosystem) and the component levels (population, functional group, phylogenetic clade), and iii) primarily for aboveground rather than belowground processes. Temporal synchronization across studied variables was mostly unaffected with increasing species richness. This study provides the strongest empirical support so far that diversity promotes stability across different ecological functions and levels of ecosystem organization in grasslands

Managing water resources in dynamic settings: A multi-level, multi-stakeholder perspective

The aim of the present article is to contribute to the debate on the role of research in sustainable management of water and related resources, based on experiences in the Upper Ewaso Ng’iro and Pangani river basins in East Africa. Both basins are characterised by humid, resource-rich highlands and extensive semi-arid lowlands, by growing demand for water and related resources, and by numerous conflicting stakeholder interests. Issues of scale and level, on the one hand, and the normative dimension of sustainability, on the other hand, are identified as key challenges for research that seeks to produce relevant and applicable results for informed decision-making. A multi-level and multi-stakeholder perspective, defined on the basis of three minimal principles, is proposed here as an approach to research for informed decision-making. Key lessons learnt from applying these principles in the two river basins are presented and discussed in the light of current debate.

A multi-proxy approach for revealing recent climatic changes in the Russian Altai

For the first time we present a multi-proxy data set for the Russian Altai, consisting of Siberian larch tree-ring width (TRW), latewood density (MXD), δ13C and δ18O in cellulose chronologies obtained for the period 1779–2007 and cell wall thickness (CWT) for 1900–2008. All of these parameters agree well between each other in the high-frequency variability, while the low-frequency climate information shows systematic differences. The correlation analysis with temperature and precipitation data from the closest weather station and gridded data revealed that annual TRW, MXD, CWT, and δ13C data contain a strong summer temperature signal, while δ18O in cellulose represents a mixed summer and winter temperature and precipitation signal. The temperature and precipitation reconstructions from the Belukha ice core and Teletskoe lake sediments were used to investigate the correspondence of different independent proxies. Low frequency patterns in TRW and δ13C chronologies are consistent with temperature reconstructions from nearby Belukha ice core and Teletskoe lake sediments showing a pronounced warming trend in the last century. Their combination could be used for the regional temperature reconstruction. The long-term δ18O trend agrees with the precipitation reconstruction from the Teletskoe lake sediment indicating more humid conditions during the twentieth century. Therefore, these two proxies could be combined for the precipitation reconstruction.

[House dust mite allergy]

House dust mites can be found all over the world where human beings live independent from the climate. Proteins from the gastrointestinal tract- almost all known as enzymes - are the allergens which induce chronic allergic diseases. The inhalation of small amounts of allergens on a regular base all night leads to a slow beginning of the disease with chronically stuffed nose and an exercise induced asthma which later on persists. House dust mites grow well in a humid climate - this can be in well isolated dwellings or in the tropical climate - and nourish from human skin dander. Scales are found in mattresses, upholstered furniture and carpets. The clinical picture with slowly aggravating complaints leads quite often to a delayed diagnosis, which is accidently done on the occasion of a wider spectrum of allergy skin testing. The beginning of a medical therapy with topical steroids as nasal spray or inhalation leads to a fast relief of the complaints. Although discussed in extensive controversies in the literature - at least in Switzerland with the cold winter and dry climate - the recommendation of house dust mite avoidance measures is given to patients with good clinical results. The frequent ventilation of the dwelling with cold air in winter time cause a lower indoor humidity. Covering encasings on mattresses, pillow, and duvets reduces the possibility of chronic contact with mite allergens as well as the weekly changing the bed linen. Another option of therapy is the specific immunotherapy with extracts of house dust mites showing good results in children and adults. Using recombinant allergens will show a better quality in diagnostic as well as in therapeutic specific immunotherapy.

Does delaying the first mowing date benefit biodiversity in meadowland?

Background Meadows are regularly mown in order to provide fodder or litter for livestock and to prevent vegetation succession. However, the time of year at which meadows should be first mown in order to maximize biological diversity remains controversial and may vary with respect to context and focal taxa. We carried out a systematic review and meta-analysis on the effects of delaying the first mowing date upon plants and invertebrates in European meadowlands. Methods Following a CEE protocol, ISI Web of Science, Science Direct, JSTOR, Google and Google Scholar were searched. We recorded all studies that compared the species richness of plants, or the species richness or abundance of invertebrates, between grassland plots mown at a postponed date (treatment) vs plots mown earlier (control). In order to be included in the meta-analysis, compared plots had to be similar in all management respects, except the date of the first cut that was (mostly experimentally) manipulated. They were also to be located in the same meadow type. Meta-analyses applying Hedges’d statistic were performed. Results Plant species richness responded differently to the date to which mowing was postponed. Delaying mowing from spring to summer had a positive effect, while delaying either from spring to fall, or from early summer to later in the season had a negative effect. Invertebrates were expected to show a strong response to delayed mowing due to their dependence on sward structure, but only species richness showed a clearly significant positive response. Invertebrate abundance was positively influenced in only a few studies. Conclusions The present meta-analysis shows that in general delaying the first mowing date in European meadowlands has either positive or neutral effects on plant and invertebrate biodiversity (except for plant species richness when delaying from spring to fall or from early summer to later). Overall, there was also strong between-study heterogeneity, pointing to other major confounding factors, the elucidation of which requires further field experiments with both larger sample sizes and a distinction between taxon-specific and meadow-type-specific responses.

Impact of Land-Use Intensity and Productivity on Bryophyte Diversity in Agricultural Grasslands

While bryophytes greatly contribute to plant diversity of semi-natural grasslands, little is known about the relationships between land-use intensity, productivity, and bryophyte diversity in these habitats. We recorded vascular plant and bryophyte vegetation in 85 agricultural used grasslands in two regions in northern and central Germany and gathered information on land-use intensity. To assess grassland productivity, we harvested aboveground vascular plant biomass and analyzed nutrient concentrations of N, P, K, Ca and Mg. Further we calculated mean Ellenberg indicator values of vascular plant vegetation. We tested for effects of land-use intensity and productivity on total bryophyte species richness and on the species richness of acrocarpous (small & erect) and pleurocarpous (creeping, including liverworts) growth forms separately. Bryophyte species were found in almost all studied grasslands, but species richness differed considerably between study regions in northern Germany (2.8 species per 16 m2) and central Germany (6.4 species per 16 m2) due environmental differences as well as land-use history. Increased fertilizer application, coinciding with high mowing frequency, reduced bryophyte species richness significantly. Accordingly, productivity estimates such as plant biomass and nitrogen concentration were strongly negatively related to bryophyte species richness, although productivity decreased only pleurocarpous species. Ellenberg indicator values for nutrients proved to be useful indicators of species richness and productivity. In conclusion, bryophyte composition was strongly dependent on productivity, with smaller bryophytes that were likely negatively affected by greater competition for light. Intensive land-use, however, can also indirectly decrease bryophyte species richness by promoting grassland productivity. Thus, increasing productivity is likely to cause a loss of bryophyte species and a decrease in species diversity.