Im Rahmen des globalen Klimawandels werden für Mitteleuropa vermehrt klimatische Extremereignisse prognostiziert, wozu auch Hitzewellen gehören. In Ballungsräumen kommt zusätzlich zur globalen Komponente durch das Entstehen der städtischen Wärmeinsel noch eine lokale hinzu. Besonders die Gesundheit älterer Personen ist dabei gefährdet. Vor dem Hintergrund des demographischen Wandels und der fortschreitenden Urbanisierung auf der Erde wird die Zahl der unter Risiko stehenden Personen zukünftig ansteigen. Um die Entwicklungen für den Raum Berlin-Brandenburg abschätzen zu können, wird über einen Zeitraum von 17 Jahren (1990 bis 2006) zunächst einmal die Vulnerabilität in der Vergangenheit untersucht. Anhand von Messreihen an sechs über den Raum verteilten Stationen wird das Auftreten von thermischer Belastung durch Hitze festgestellt. Dabei finden drei in der Literatur verbreitet zum Einsatz kommende Analysemethoden Anwendung: das 95er Perzentil, die Regression sowie die Gefühlte Temperatur. Für die Erklärung der Hitzebelastung über das 95er Perzentil wird ein gleitendes Verfahren eingeführt. Unter der Berücksichtigung aller drei Analysemethoden erfolgt die Bewertung dreiwöchiger Perioden hinsichtlich ihrer thermischen Belastung. Die Einführung des Systems der Perioden-Belastungspunkte (PBP) ermöglicht die Identifikation der am stärksten belasteten Periode eines jeden Jahres. Die Perioden der Jahre 1993, 1994 und 1997 sowie 2003 und 2006 werden im Anschluss zunächst nach Witterung und klimatischen Elementen untersucht, anschließend hinsichtlich der aufgetretenen Mortalität; hierbei spielen zum einen die Bevölkerungseigenschaften ''Alter'' und ''Geschlecht'' eine Rolle, zum anderen das räumliche Auftreten auf kommunaler Ebene. Abschließend wird das in den jeweiligen Perioden entstehende Muster der Mortalität mit dem Grad der Versiegelung bzw. dem Anteil der über-65-Jährigen abgeglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass während thermisch stark belasteten Perioden bei den unter-50-Jährigen die Männer stärker als Frauen gefährdet sind; dieses Verhältnis kehrt sich in der Altersklasse über 50 um. In der räumlichen Analyse wird deutlich, dass sich mit zunehmender Belastung ein hoher Versiegelungsgrad als Risikofaktor darstellt. Bei weniger belastenden Situationen stehen Senioren dagegen gerade in Räumen mit geringer Versiegelung stärker unter Risiko. Künftige Studien sollten auf die Todesursachen eingehen und zusätzliche Risikofaktoren berücksichtigen. Auf dieser Basis können dann einerseits Interventionsmaßnahmen ausgearbeitet als auch Szenarien zukünftiger Entwicklungen valide aufgebaut werden. / In central Europe, global climate change will increase the number of meteorological extreme events, including thermal stress caused by heat. In metropolitan areas the effect of urban heat island is added. As the elderly population is vulnerable to high temperatures they are especially at risk. Considering urbanization and demographic changes the number of people under risk will further increase. To estimate future developments in vulnerability it is necessary to know the present ones. Therefore, 17 years between 1990 and 2006 are investigated. At first, data of six weather stations within the area of Berlin-Brandenburg are examined. In these climatic time series the occurrence of thermal stress is determined with three different methods – 95 percentile, regression, and the index of perceived temperature. The 95 percentile is adjusted to a moving mode. Using all three methods, periods of three weeks are evaluated concerning heat stress. To identify the most loaded period of each year the system of ''points of period heat load'' (PBP) is introduced. The periods of the years 1993, 1994, and 1997 as well as 2003 and 2006 were chosen to be examined in more detail. Atmospheric conditions and climatic elements are described first. Then the observed mortality is evaluated concerning age and sex as well as the spatial distribution on municipal level. The resulting pattern is compared with that of the level of sealing and with that of the proportion of people aged 65 and more. Results show that up to an age of 50 years periods with heat stress affect more men than women. Above this age the ratio of sex is reciprocal. The spatial analysis reveals that a high level of sealing is a risk factor especially during very strong heat load, while during periods with less strong heat load elderly people are more endangered living in a lower level of sealing. Future studies should examine the causes of death as well as further risk factors. This will build the basis for detailed intervention plans and scenarios of upcoming developments.

Die globalen Mitteltemperaturen könnten bis 2100 um 2◦C bis 4.5◦C über vorindustriellem Wert steigen sollten CO2 Emissionen nicht oder nur unzureichend gesenkt werden. Klima-Engineering befasst sich deshalb mit der gezielten Abkühlung des Klimas, z.B. durch terrestrischen Kohlendioxidentzugs (tCDR). Insbesondere wird der Anbau von großflächigen Biomasseplantagen (BP) in Kombination mit der Erstellung von langlebigen Kohlenstoffprodukten wie Bioenergie oder Biokohle in Betracht gezogen. Die vorliegende Doktorarbeit untersucht die tCDR Potentiale und möglichen Konsequenzen von BP auf Nahrungsmittelproduktion, Ökosysteme und das Klima selbst mit Hilfe der Analyse von Landnutzungszenarien simuliert mit einem Biosphärenmodell. Insgesamt wird das tCDR Potential von BP als gering befunden, unabhängig vom Emissionsszenario und ab wann oder wie flächendeckend BP angebaut werden. Demgegenüber stehen meist die zuvor genannten, ungewünschten Konsequenzen. In einem Szenario mit hohen CO2 Konzentrationen kann selbst unbeschränkte Landverfügbarkeit für tCDR die bisherigen Emissionen nicht ausgleichen. Anders jedoch, wenn gleichzeitig Emissionen eingespart. In beiden Fällen führen diese Landumwandlungen jedoch zu sehr hohen “Kosten” für Ökosysteme und die Nahrungsmittelproduktion. Um deren Schutz zu gewährleisten kann die Landverfügbarkeit für tCDR beschränkt werden, was jedoch die tCDR Potentiale trotz baldiger Etablierung sehr einschränkt. Auch die Potentiale des RCP2.6 bleiben deutlich unter den Anforderungen. Das Potential könnte jedoch durch Erhöhung der Umwandlungseffizienzen von Biomasse, neuen Managementoptionen oder der Aufwertung degradierter Flächen durch BP erhöht werden. Diese Doktorarbeit kann abschließend nicht die Annahme unterstützen, dass tCDR eine effektive und umweltfreundliche Methode der Kohlenstoffsequestrierung, und damit eine Ersetzung von strengen Mitigationspfaden, sein könnte. / Global mean temperatures could change by 2◦C to 4.5◦C above pre-industrial levels until 2100 if mitigation enforcement of CO2 emissions fails. To counteract this projected global warming, climate engineering techniques aim at intendedly cooling Earth’s climate for example through terrestrial carbon dioxide removal (tCDR). Here, tCDR refers to the establishment of large-scale biomass plantations (BPs) in combination with the production of long-lasting carbon products such as bioenergy with carbon capture and storage or biochar. This thesis examines the potentials and possible consequences of tCDR by analysing land-use scenarios with different spatial and temporal scales of BPs using an advanced biosphere model forced by varying climate projections. Synthesised, the potential of tCDR to permanently extract CO2 out of the atmosphere is found to be small, regardless of the emission scenario, the point of onset or the spatial extent. On the contrary, the aforementioned trade-offs and impacts are shown to be unfavourable in most cases. In a high emission scenario even unlimited area availability for tCDR could not reverse past emissions sufficiently. However, simultaneous emission reductions could result in strong carbon extractions reversing past emissions. In both cases, land transformation for tCDR leads to high “costs” for ecosystems and food production. Restricting the available land for BPs by these trade-off constraints leaves very small tCDR despite a near-future onset. Similarly, simulated tCDR potentials on dedicated BP areas defined in the RCP2.6 scenario stay below the aimed values using current management practices. Some potential may lie the reduction of carbon losses from field to end-products, new management options and the restoration of degraded soils with BPs. This thesis contradicts the assumption that tCDR could be an effective and environmentally friendly way of complementing or substituting strong and rapid mitigation efforts.

Obwohl es sehr detaillierte Studien zur Nährstoffretention in einzelnen Auen und Feuchtgebieten gibt, ist die Bedeutung von Auen für die Nährstoffbilanz auf Landschaftsebene wenig untersucht. Dies liegt an dem geringen Wissensstand über die wichtigsten Parameter der Nährstoffretention, nämlich die überflutete Auenfläche sowie die in die Aue strömende Nährstofffracht. Zusätzlich gibt es bislang keinen Ansatz, demzufolge beide Parameter abhängig vom Abfluss, und damit variabel für verschiedene zeitliche Einheiten, berechnet werden können. Aus diesem Grund analysiert diese Arbeit die Überflutungshäufigkeiten der Auen von drei Flüssen, Elbe, Main und Rhein. Darauf aufbauend wird eine Abhängigkeit zwischen der überfluteten Fläche und dem Abfluss empirisch abgeleitet, die auf detaillierten Berechnungen der etablierten Software Flys basieren. Ausgehend auf diesen im Folgenden generalisierten Ergebnissen werden eine letztendlich Ereignis basierte mittlere überflutete Auenfläche sowie einströmende Nährstofffracht abhängig vom jeweiligen Abfluss berechnet. Diese und weitere Geoinformationsdaten wie auch Pegel und Gütedaten finden Eingang in jährliche und monatliche empirische Retentionsmodelle. Die berechnete Nährstoffretention in den Auen ist abhängig von der hydrologischen Konnektivität der Auen und dem tatsächlichen Abfluss. Deshalb wird letztendlich das weiterentwickelte Konzept der Ereignis bezogenen Nährstoffretention angewendet und als am realistischsten in Kombination mit hydro-exponentiellen Retentionsmodellen erachtet. Für die naturnahe Elbe werden in Monaten mit Hochwässern bis zu 9% bzw. 10% Retention der transportierten TP bzw. der NO3-N Fracht berechnet. Die Übertragbarkeit dieser Ergebnisse auf eine deutschlandweite Kulisse ist durch die generalisierten Methoden geschaffen. Die vorliegende Arbeit leistet damit einen Beitrag, die Bedeutung der Auen für die Nährstoffbilanz auf Landschaftsebene abhängig von hydrologischen Gegebenheiten zu quantifizieren. / Although there are detailed studies on nutrient retention in single wetlands and floodplains, the role of riparian floodplains for nutrient retention is not investigated very well on a landscape scale, since knowledge on the most important parameters for nutrient retention, inundated floodplains and incoming load, is insufficient. Additionally, a method for describing these parameters as discharge dependent variables is missing. Therefore, the present work analyzes the flooding frequencies on floodplains of three study rivers, Elbe, Main and Rhine. The relation of inundated floodplain extent and current discharge conditions based on detailed results of the established Software Flys is deduced empirically. Based on these subsequently generalized results, finally event related average inundated floodplain extent respectively, incoming nutrient loads are calculated by considering the effects of the hydrologic conditions of each river system. Therefore, available geodata as well as data on water quality and discharge is processed and serves as input data for yearly and monthly empirical retention models. The calculated nutrient retention in floodplains varies with hydrological connectivity of the floodplain to the surface waters as well as with the current hydrologic condition of the river system. For this reason the finally developed concept of event related nutrient retention is suggested as the most realistic in combination with hydro-exponential retention models. The Elbe floodplains are the most natural, and in years with high floods nutrient retention in the floodplains contributes up to 9% respectively 10% of the monthly transported load of TP and NO3-N, which is significant. The transfer of the results to a German-wide application is possible due the generalization of the methods carried out. With the presented results the hydrology dependent role of floodplains for nutrient balances in river systems can be quantified on a landscape scale.

Die Abwägung von Wirtschaftswachstum, Nahrungsmittelsicherheit und Bewahrung natürlicher Ökosystemdienstleistungen ist eine der wesentlichen Herausforderungen für die heutige Gesellschaft. Diese Dissertation zielt darauf ab, mit Hilfe von zeitreihenbasierten Fernerkundungsmethoden den Status und die Veränderungen von Landnutzung, und Landbedeckung im brasilianischen Regenwald und der Savanne zu erfassen. Dabei wurde untersucht, inwieweit der Einsatz zeitlicher Information die Trennung von Ackerland, Weideland und natürlicher Vegetation in einer heterogenen Savannenlandschaft erleichtert. Im Anschluss wurden langfristige Zeitreihen von Satellitenbildern genutzt, um die historische Entwaldung und das Nachwachsen der Sekundärvegetation nachzuvollziehen. Der verfolgte Ansatz stellte deutlich den Mehrwert zeitlicher Information zur Trennung von Ackerland, Weideland und natürlicher Vegetation in den komplexen Landnutzungssystemen der Savannenlandschaften heraus. Die langzeitlichen Analysen zur Entwaldungsdynamik zeigten erstmals die Bedeutung der historischen Abholzung im Untersuchungsgebiet. Hier wurde die Hälfte aller Abholzung zwischen 1984-2012 vor dem Jahr 2000 registriert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass auf bis zu 50% der Abholzungsflächen in Pará und maximal 25% der Abholzungsflächen in Mato Grosso Sekundärvegetation aufgewachsen ist. Die höheren Aufwuchsraten in Pará deuten auf eine geringere Bewirtschaftungsintensität der dominierenden Weidesysteme im Vergleich zu Mato Grosso hin. Zudem werfen die unterschiedlichen Dynamiken von Abholzungs- und Aufwuchsprozessen ein neues Licht auf die politischen und ökonomischen Rahmenbedingungen der 90er Jahre, nach dem Zusammenbruch des Militärregimes. Darüber hinaus helfen die räumlich expliziten Informationen zur langfristigen Entwaldung und Wiederaufwuchs dabei, die Schätzungen der regionalen Kohlenstoffbilanz zu verfeinern und Kernbereiche für die Wiederherstellung der Landschaft zu identifizieren. / Reconciling trade-offs between economic growth, food security and ecosystem services is one of the major challenges for today’s society. This dissertation aims to monitor status and changes of land use and land cover (LULC) in the Brazilian rainforest and savanna employing time series-based analysis of Landsat imagery. First, it was investigated how temporal information facilitates the separation of cropland, pasture and natural vegetation in a heterogeneous savanna landscape of the Brazilian Cerrado. Second, a long-term record of satellite imagery was used to uncover historic deforestation and regrowth processes. Outcomes of the LULC assessment demonstrated a high additional value of temporal information for separating cropland, pasture and natural vegetation in complex land use systems of savanna landscapes. In regard to the long-term deforestation analysis (1984-2012), spatio-temporal clearing patterns emphasized the relevance of historical deforestation with half of the overall deforestation being detected before 2000. Investigating post-deforestation regrowth dynamics, results revealed secondary vegetation on up to 50% of the deforested area in Pará and a maximum of 25% in Mato Grosso. Higher regrowth rates in Pará indicated a lower management intensity on the dominating pasture systems compared to Mato Grosso. Differences in historic deforestation and regrowth dynamics shed a new light on possible impacts of political incentives in the 90s after the collapse of the military regime in 1984. In this context, the results set a valuable basis to investigate the influence of proximate and underlying drivers on land change in the region. Spatially explicit information on long- term deforestation and regrowth dynamics further allows to refine estimates on the regional carbon balance and to identify core areas for landscape restoration.

Die Modellierung aller auf der gesamten Einzugsgebietsebene relevanten Abflussbil-dungsprozesse ist unter aktuellen Fragestellungen unumgänglich. Ziel dieser Arbeit ist die quantitative Analyse und Abbildung der Wechselwirkungen zwischen Oberflächen- und Grundwasser mit Hilfe von gekoppelten Modellen, die vor allem bei der Simulation von Wassermangelsituationen eine wesentliche Rolle spielen. Dazu wurden die notwendigerweise zu berücksichtigenden Prozesse und die Anforderungen seitens der Modellierung diskutiert. Es wurde herausgestellt, dass Rückkopplungen und Wechselwirkungen einerseits zwischen Grund- und Oberflächengewässer, andererseits zwischen Grund- und Bodenwasser unter Einbeziehung der saisonal wechselnden Vegetationswirkung im Modell berücksichtigt werden müssen. Aus einer großen Modellvielzahl wurde das Modellierungssystem ArcEGMO-PSCN-ASM als geeignet ausgewählt und für diese Fragestellung weiterentwickelt. Die Interaktionen zwischen Oberflächen- und Grundwasser wurden anhand verschiedener Modellsimulationen analysiert. Der Austausch zwischen Fließgewässer und Grundwasser, sowie die Rückwirkung der Grundwasserstände auf das Oberflächenwasser zeigte den größten Einfluss auf die Modellergebnisse. Die Wasserstandsdynamik in den Fließgewässern und der Kapillaraufstieg zeigten nur lokale Effekte. Die Praxistauglichkeit des gekoppelten Modells wurde in zwei Fallbeispielen getestet, die sich mit verschiedenen Lösungen zur Bekämpfung von Wassermangelsituationen beschäftigen. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen deutlich, dass mit Hilfe des gekoppelten Modells Bewirtschaftungsmaßnahmen im Gewässer selbst sowie im ober- und unterirdischen Einzugsgebiet adäquat abgebildet und quantitative Aussagen mit einer hohen Praxisrelevanz gewonnen werden können. Diese Arbeit leistet damit sowohl einen wissenschaftlichen Beitrag zum Modellverständnis als auch den Nachweis einer praktikablen Modellanwendung in unterschiedlichen Einzugsgebieten. / The modeling of all relevant runoff processes in a catchments area is indispensable considering the actual questions (like Water Framework Directive and climatic change). This investigation aims the quantitative analysis and demonstration of surface- and subsurface water interactions, which are relevant for simulating northeastern German regions with water scarcity, by using coupled models. Therefore processes, which necessarily must be considered, and requirements on the part of the modeling, were discussed. It was exposed / presented that feedbacks and interactions of surface water and subsurface water on one hand and (oder besser: as well as?) groundwater and soil water including seasonal vegetation development on the other hand must be considered in the model. The modeling system ArcEGMO-PSCN-ASM was chosen / selected out of a huge amount of models as appropriate for this task. It was further adopted / developed to this task in co-operation with Dr. Pfützner (BAH-Berlin). The interactions of surface water and groundwater where analyzed by various simula-tions. The exchange between stream water and groundwater as well as the feedback of groundwater levels to surface water had the most influence to the model results. Dynamic stream water levels and capillary rise had only local effects and low impact on the catchments average. The suitability for practical use of this coupled model where tested at two sample areas, with various solutions to deal with water scarcity. The model results illustrate clearly that using coupled models water management treatments as well in the river itself as in surface and subsurface catchment areas can be shown adequately and quantitative statements with a high practice relevance can be achieved. The results of the present study contribute both a scientific contribution to the model understanding and the proof of a practicable application of models in different catchment areas.

Zahlreiche Studien belegen schädigende Assoziationen zwischen Atemwegserkrankungen und gasförmigen und partikulären Luftschadstoffen. Feinstaub erwies sich als besonders schädigend. Es ist jedoch noch nicht geklärt, welche Partikelfraktionen des Feinstaubes für die Zusammenhänge verantwortlich sind. In dieser Arbeit werden die Kurzzeit-Effekte von grobem Feinstaub (TSP) sowie den gasförmigen Schadstoffen Schwefeldioxid (SO2) und Stickstoffdioxid (NO2) auf Krankenhauseinweisungen aufgrund von Atemwegserkrankungen in Drobeta, Rumänien untersucht. Zudem wird der Zusammenhang von PM10 (Partikel mit einem Durchmesser < 10 µm), NO2, SO2 und größenabhängigen Partikelanzahlkonzentrationen (PNC) mit respiratorischen Notfallaufnahmen und Sterbefällen in Peking, China, analysiert. Für Peking wird zudem ein statistisches Modell entwickelt, um fehlende PNC zu modellieren. Ziel der Arbeit ist es, die relevanten Faktoren in den Beziehungen zwischen Atemwegserkrankungen und Luftverschmutzung, vor allem Feinstaub, zu untersuchen. In beiden Städten wurde ein schädigender Einfluss von Luftschadstoffen auf Atemwegserkrankungen festgestellt. In Drobeta waren TSP und SO2 mit Atemwegserkrankungen assoziiert, wobei der schädigende Einfluss von TSP durch trockene Luft verstärkt wurde. In Peking zeigten vor allem Akkumulationspartikel (Durchmesser 0.1 – 1 µm) eine schädigende Wirkung, welche für ultrafeine Partikel (UFP, < 100 nm) nicht festgestellt werden konnte. Dabei war der Einfluss von PNC unabhängig von PM10. Der Effekt von PNC war für stagnierende Luftmassen größer, was darauf hinweist, dass neben der Partikelanzahl und -oberfläche die Partikelchemie einen negativen Einfluss hat. Darüber hinaus wurde eine Assoziation von NO2 mit Notfallaufnahmen und von SO2 mit der Mortalität festgestellt. Die Ergebnisse bestätigen den schädigenden Einfluss von gasförmigen sowie partikulären Luftschadstoffen auf Atemwegserkrankungen und weisen auf größenabhängige Effekte von Feinstaub hin. / Numerous epidemiological studies have described adverse effects of particulate and gaseous air pollution on respiratory health. Especially particulate matter (PM) seems to be relevant for the observed associations. However, it is not yet clear which particle fractions are responsible for the observed health effects of PM. In the presented studies, we analyse the short-term associations of total suspended particles (TSP) as well as of sulphur dioxide (SO2) and nitrogen dioxide (NO2) with respiratory hospital admissions in Drobeta, Romania. Moreover, effects of PM10 (PM with a diameter < 10 µm), NO2, SO2, and size-segregated particle number concentrations (PNC) on respiratory mortality and emergency room visits (ERV) are investigated for Beijing, China. For Beijing, we also develop a statistical model to impute missing PNC. The aim of the studies is to investigate the factors influencing the short term associations between respiratory health and air pollution, especially PM. Air pollution was adversely associated with respiratory health in Drobeta and Beijing. In Drobeta, TSP and SO2 were adversely associated with hospital admissions for chronic bronchitis; thereby, dry air aggravated the adverse associations of TSP. In Beijing, mostly accumulation mode particles (0.1 – 1 µm) showed adverse associations with respiratory health, whereas, there was a lack thereof for ultrafine particles (UFP). The effects of PNC were found to be independent of PM10. Adverse health effects of PNC were stronger for stagnant air masses indicating that, besides particle number and surface area, also particle chemistry influences the observed associations, as stagnant air masses result in chemically diverse particles. Also, NO2 was adversely associated with respiratory ERV and SO2 with respiratory mortality. These findings underline the strong influence of gaseous and particulate air pollution on respiratory health and indicate size dependent effects of particulate matter.

Thema der vorliegenden Arbeit ist die Bedeutung eines nahräumlichen Angebots an umweltfreundlichen Lebensmitteln für die Umweltauswirkungen des Lebensmitteleinkaufs. Die betrachteten Umweltauswirkungen gehen über die Produktwahl hinaus und schließen sowohl die Einkaufsmobilität als auch die Wahl der Einkaufsstätte mit ein. Für die Umweltauswirkungen ist von besonderem Interesse, ob bei einem fehlenden nahräumlichen Angebot auf weiter entfernt gelegene Einkaufsmöglichkeiten zurückgegriffen wird. Diese Fragen wurden am Beispiel des Lebensmitteleinkaufs in sechs Berliner Wohngebieten empirisch untersucht, wobei qualitative Methoden (Interviews) und quantitative Methoden (Befragung und Kartierung) kombiniert wurden. Die empirischen Befunde zeigen, dass die Angebotssituation in den untersuchten innerstädtischen Gründerzeitquartieren grundsätzlich besser als in den Großwohnsiedlungen und Einfamilienhausgebieten am Stadtrand ist. Insbesondere die Bioeinkaufsstätten sind für diese Unterschiede verantwortlich, da das Angebot an umweltfreundlichen Lebensmitteln im konventionellen Lebensmitteleinzelhandel von geringem Umfang und wenig bekannt ist. Ebenso wie beim Angebot bestehen bei der Nachfrage nach umweltfreundlichen Lebensmitteln Differenzen zwischen den untersuchten Wohngebieten. So kaufen die BewohnerInnen der Gründerzeitquartiere umweltfreundliche Produkte, insbesondere Bioprodukte, am häufigsten ein. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen, dass das nahräumliche Angebot eine entscheidende Rolle für den Kauf umweltfreundlicher Produkte spielt. Die im Rahmen dieser Arbeit gebildeten "Umwelteinkaufstypen" zeigen die divergierende Verhaltensweisen der KonsumentInnen beim Einkaufen in Abhängigkeit der Einkaufsorientierungen auf. Dabei verhalten sich diejenigen Personen, die in besonderem Maße umweltfreundliche Produkte kaufen, auch im Bereich Einkaufsmobilität besonders umweltfreundlich. / The influence of nearby shopping opportunities for environmentally friendly food on the environmental impact of food shopping is the topic of the present thesis. The environmental impacts considered exceed the choice of products and include shopping mobility behaviour and the choice of shop. Regarding environmental impacts, in how far shops further away will be visited if nearby opportunities are missing is of special interest. The present survey inquires these questions using food shopping in six residential areas of Berlin as an example. A combination of qualitative methods (interviews) and quantitative methods (mapping, inquiry) has been conducted. The results of the empirical study demonstrate considerable distinctions between the shopping opportunities for eco-friendly food in the different survey areas. The supply situation in the inner-city areas with tenement houses from Wilhelminian time generally surpasses the supply in the areas with high blocks of flats and detached family houses in the outskirts. In peculiar, natural food stores - concentrating in the inner-city areas - are of importance for these differences, as the supply of environmentally friendly food in the conventional food retail stores is rather limited and little known. Differences between the survey areas were also revealed for the purchase of eco-friendly food, especially organic food. The inhabitants of the areas with tenement houses from Wilhelminian time shop most environmentally friendly. Nearby supply has been shown to have an important impact on the purchase of eco-friendly food. Several types of ''environmental shoppers'' where generated, demonstrating the relevance of different shopping orientations for their shopping behaviour. Normally, shopping opportunities further away are not visited to buy environmentally friendly food. On the contrary, those persons who buy eco-friendly food often behave particularly environmentally friendly in the field of shopping mobility as well.

In der vorliegenden Arbeit werden die Möglichkeiten einer Nutzung thermal-infraroter Wellenlängen zur fernerkundlichen Erfassung/Quantifizierung von Bodenparametern vorgestellt. Die Studie basiert auf Bodenproben des Untersuchungsgebietes Mullewa, welches sich in einer semiariden Agrarregion im West-Australischen Weizengürtel befindet. Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Bewertung des langwelligen Infrarots (LWIR), innerhalb des atmosphärischen Fensters zwischen 8 und 14 Mikrometer, bezüglich seines spektralen Potentials für die quantitative Ableitung des Ton- und Sandgehaltes sowie des Gehaltes an organischem Kohlenstoff (SOC). Zur Abschätzung der Effizienz wurden die Ergebnisse des LWIR einer Quantifizierung aus dem herkömmlich gebrauchten solar-reflektiven Wellenlängenbereichs zwischen 0,4 und 2,5 Mikrometer (VNIR-SWIR) gegenübergestellt. Mit verschiedenen Methoden der Laborspektroskopie wurden Bodenproben aus dem Untersuchungsgebiet im thermalen (Emissions-FTIR-Spektroskopie und direktional-hemisphärische Reflexions- (DHR) Spektroskopie)und im solar-reflektiven (Diffuse Reflexions-Spektroskopie) Wellenlängenbereich eingemessen und anschließend auf ihren Informationsgehalt hin untersucht. Die quantitative Modellierung der pedologischen Parameter aus den gemessenen spektralen Signaturen wurde mithilfe einer multivariaten Regressionsanalyse (Partial Least Squares Regression – PLSR) realisiert. Diese Grundlagenstudie konnte zeigen, dass die spektralen Voraussetzungen im LWIR für ein mögliches Monitoring der Bodenparameter mit thermalen Fernerkundungsdaten gegeben sind. Die Arbeit demonstriert darüber hinaus, dass für die Erfassung/Quantifizierung der Textur-Parameter (Sand- und Tongehalt) der relevante spektrale Informationsgehalt im LWIR deutlich höher ist als im VNIR-SWIR. / This study embraces the feasibility of using the thermal infrared wavelength region for future remote sensing applications to detect/quantify soil parameters. The research is based on soil samples from the semiarid agricultural area of Mullewa, located within the wheat belt of Western Australia. The main focus of this study is to assess the potential of the longwave infrared (LWIR), within the atmospheric window between 8 and 14 micrometer, to predict the content of sand, clay and organic carbon (SOC) in soils. The results are compared with predictions made with the traditionally used solar-reflective wavelength region (visible, VIS: 0.4 - 0.7 micrometer; near infrared, NIR: 0.7 - 1.1 micrometer; shortwave infrared, SWIR: 1.1 - 2.5 micrometer). Using laboratory spectroscopy, the Mullewa soil samples were measured, both in the thermal infrared (emission FTIR spectroscopy and directional hemispherical reflection (DHR) spectroscopy) and in the solar-reflective (diffuse reflection spectroscopy) wavelength region. This data was analyzed to determine the relevant content of information for the soil parameters. Multivariate regression analyses (partial least squares regression - PLSR) were used to quantitatively model the soil parameters from the spectral signatures. This basic research demonstrated that the spectral requirements in the LWIR are met for monitoring these soil parameters with thermal remote sensing instruments. Furthermore the study found that the relevant spectral information for the detection/quantification of the sand- and the clay content (textural parameters) is explicitly higher in the LWIR than in the VNIR-SWIR.

Moorböden sind wirksame Speicher für Kohlenstoff (C) und damit bedeutend für das globale Klima. Naturnahe Moorböden mit hohen Wasserständen können beträchtliche Mengen an C akkumulieren. Durch Entwässerung verlieren sie ihre Netto-Senkenfunktion und setzen verstärkt C frei. Neben äußeren Umweltbedingungen spielt die Qualität der organischen Bodensubstanz (OBS) die entscheidende Rolle bei der C-Freisetzung aus Moorböden. Gegenwärtig fehlen allerdings detaillierte Daten, die Aussagen zur Qualität der OBS und zur potentiellen C-Freisetzung erlauben. Die vorliegende Arbeit untersucht die Qualität der OBS und das C-Freisetzungspotential ausgewählter Moorböden in Abhängigkeit von Bildungsbedingungen und Entwässerungsintensitäten mit unterschiedlichen methodischen Ansätzen. Mittels Infrarotspektroskopie konnten deutliche Unterschiede in den Absorptionsspektren zwischen Nieder- und Hochmoortorfen und zwischen unterschiedlich stark entwässerten Torfen gefunden werden. Um das C-Freisetzungspotential zu untersuchen, wurde die labile Fraktion der OBS bestimmt. Dafür wurde eine Methode zur Heißwasserextraktion organischer Böden entwickelt, die erfolgreich an Torfen unterschiedlicher Moorstandorte angewendet werden konnte. In einem weiteren Schritt wurde das Verhältnis von Gesamt-C zu OBS von Moorbodenhorizonten bestimmt. Die dabei gefundenen Abhängigkeiten von der jeweiligen Torfart und der Entwässerungsintensität belegen die Notwendigkeit für angepasste Umrechnungsfaktoren, um Fehler bei C-Bilanzierungen zu vermeiden. Außerdem wurde ein Entscheidungssystem zur Moortypenklassifikation sowie zur Berechnung der C-Speichermengen und C-Freisetzungspotentiale für Moorflächen unbekannten Typs entwickelt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit können zu einem besseren Verständnis von stofflichen Transformationen in Moorökosystemen beitragen. / Peatland soils store huge amounts of organic Carbon (C) and play a substantial role in the global climate system. Undisturbed peatlands with high water-tables accumulate significant C amounts. Through drainage, they change from C-sinks to C-sources. Beside various environmental factors, the quality of soil organic matter (SOM) strongly affects C-release out of peatland soils. Detailed data on SOM quality and potential C-release is currently missing. The present study investigates the quality of SOM and the C-release potential of selected peatland soils depending on building conditions and drainage intensities using various methodical approaches. With infrared spectroscopy, differences in absorption bands between fen and bog peats, as well as between peats under different influence of drainage could be found. The C release potential was investigated by determination of the labile fraction of SOM. For this purpose, a method for the hot-water-extraction of organic soils was developed and could successfully be applied for peats out of different sites. Additionally, organic C in relation to SOM was studied which showed clear relationships with peat types and level of drainage and demonstrates the need for an individual adaption of conversion factors when assessing C stocks. Furthermore, a decision support system for the determination of hydrogenetic mire types and the calculation of C-storages and C-release potentials of unknown peatland areas was developed. The results of the present study may contribute to a better understanding of organic matter transformation in peatlands.

Ziel dieser Dissertation ist, Wissensdefizite im Bereich der Bioirrigation von Süßwassersedimenten abzubauen. Als Untersuchungsorganismus wurde Chironomus plumosus ausgewählt weil diese weit verbreitete Larve ihre U-förmigen Röhren mit Überstandswasser durchspült und so Nahrung aus dem Wasser filtriert. Um Bioirrigation in Wohnröhren mit einem Durchmesser von ca. 1,7 mm zu untersuchen, wurden geeignete Messmethoden entwickelt, mit denen für das 4. Larvenstadium die Parameter Fließgeschwindigkeit (14,9 mm/s), Pumpzeit (33 min/h) und Pumprate (61 ml/h) gemessen wurden. Bei einer Populationsdichte von 745 Larven/m2 kann somit ein Wasservolumen äquivalent zum Volumen des Müggelsee in Berlin, innerhalb von 5 Tagen durch das Sediment gepumpt werden. Die Positronen-Emissions-Tomographie wurde für die Sedimentanalytik adaptiert und der Transport im Porenwasser analysiert. Mit den Untersuchungen wure gezeigt, dass auch in schlammigen Seesedimenten ein advektiver Transport durch Bioirrigation verursacht wird, der nicht zu vernachlässigen ist. Steigende Temperaturen resultieren aufgrund steigender Fließgeschwindigkeit in einen signifikanten Anstieg der Pumprate sowie der Eintragsrate von Überstandswasser ins Sediment. Ein abfallender Sauerstoffgehalt verlängert die Pumpzeit und führt zu einer sinkenden Fließgeschwindigkeit. Außerdem wird aus den Untersuchungen eine jahreszeitliche Variabilität der Bioirrigation sichtbar, welche unabhängig von konstanten Laborbedingungen auftritt. Mit dem Wasserstrom werden Porenwasserspezies wie SRP in den Wasserkörper abtransportiert, wohingegen SO42- und O2 aus dem Überstandswasser in das Sediment eingetragen werden. Ferner kommt es zur Oxidation von Fe2+ infolgedessen Phosphat im Sediment festgelegt wird, wie mittels P-Fraktionierung gezeigt werden konnte. Mikrobiologische Untersuchungen zeigten, dass Bioirrigation die mikrobielle Abundanz steigert, die Bakteriengemeinschaft verändert und das Potential zur enzymatischen Hydrolyse erhöht. / The aim of this thesis is to fill gaps of knowledge regarding bioirrigation in freshwater sediments. Chironomus plumosus was chosen for the investigations since the filter-feeding larva dwelling in U-shaped burrows is quite common and flushes its burrow with water from the overlying water body. To investigate bioirrigation activity in burrows of approximately 1.7 mm in diameter appropriate measurement techniques were developed. With the methods several parameters were measured for 4th stage of larvae: flow velocity (14.9 mm s-1), pumping time (33 min h-1), and pumping rate (61 ml h-1). Consequently, a water volume equivalent to the volume of Lake Müggelsee in Berlin is pumped through the sediment every 5 days by a population density of 745 larvae m-2. The nuclear medicine imaging technique Positron Emissions Tomography was adapted and used to analyze the transport in the sediment pore water. By means of the experiments, it could be shown that even in muddy lake sediments advection is a relevant transport process and should not be neglected. Rising temperatures result in increased pumping rates and increased influx rates of surface water into the sediment due to increased flow velocities in the burrows. Dropping oxygen concentrations prolong the pumping duration while the flow velocity decreases. Furthermore, experiments show a seasonal variability of bioirrigation which is independent of constant laboratory conditions. Pore water species such as SRP are transported with the water flow into the overlying water body, whereas SO42- and O2 are transported from the overlying water into the sediment. Due to the oxidation of Fe2+, phosphorus is fixed into the sediment, a result confirmed by P-fractionation. Microbiological investigations of the burrow walls demonstrated that the bioirrigation activity enhances the microbial abundance, changes the community structure, and increases the potential of enzymatic hydrolysis.