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Die Oblast Tyumen in Südwest-Sibirien ist von globaler Bedeutung für den Klimaschutz und die Biodiversität. Moore, Wälder, Steppen und Dauerbrachen fungieren als Kohlenstoffsenke im globalen Kohlenstoffkreislauf. Faktoren wie Klima und natürliche Bodeneigenschaften wirken sich positiv auf die Kohlenstoffvorräte in Böden der Oblast Tyumen aus. Durch die aktuelle Praxis im Ackerbau werden die Humusgehalte jedoch reduziert und das Bodengefüge wird negativ beeinflusst. Somit gehen drei wichtige Funktionen des Bodens verloren: die Kohlenstoffsenken-Funktion, die Produktivität für den Ackerbau und die Erhaltung der Biodiversität. Durch das sich ändernde Klima und die schnelle sozio-ökonomische Entwicklung wird eine Ausweitung der landwirtschaftlichen Produktion in der Oblast Tyumen erwartet. Das interdisziplinäre Projekt „SASCHA – Nachhaltiges Landmanagement und Anpassungsstrategien an den Klimawandel für den Westsibirischen Getreidegürtel“ verfolgt das Ziel, negative Auswirkungen auf Ökosystemdienstleistungen wie Kohlenstoffsequestrierung, Wasserverfügbarkeit und Wasserqualität sowie Biodiversität durch landwirtschaftliche Nutzung zu verhindern. Ein Teilprojekt der Universität Osnabrück untersucht die Bodenqualität, das Düngungspotential sowie die Umweltwirkung von Wirtschaftsdünger in der Oblast Tyumen. Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden Daten erhoben, um die Bodenqualität, das Handling und das Düngepotential des Wirtschaftsdüngers sowie den Einfluss des Wirtschaftsdüngerhandlings auf das Klima und die Umwelt zu bestimmen. Folgende Methoden kamen dabei zum Einsatz: Bodenuntersuchungen, Sichtung russisch-, englisch- und deutschsprachiger Literatur, Betriebsbesichtigungen, Auswertungen der russischen Agrarstatistik und Anwendung verschiedener Bewertungs- und Berechnungsmethoden. In den Ergebnissen spiegelt sich der Einfluss der Betriebsgröße wider. Die Landwirtschaft in der Oblast Tyumen ist gekennzeichnet durch sehr unterschiedliche Produktionsformen. Die wichtigsten Betriebsformen in der Versorgung der Bevölkerung mit landwirtschaftlichen Erzeugnissen sind Großbetriebe und in ländlichen Räumen sogenannte Haushalte. Als umweltverträglich gelten neben den sehr kleinen Haushalten die kleinen Betriebe. Der anfallende Wirtschaftsdünger wird in diesen kleinen Betriebsformen und bei den Haushalten in geschlossenen Nährstoffkreisläufen wiederverwertet. Der Umgang mit dem Wirtschaftsdünger in den Großbetrieben ist in der Oblast Tyumen dagegen in vielerlei Hinsicht problematisch. Dort wird er zum Beispiel in überhöhten Mengen auf Schwarzbrachen ausgebracht. Das Düngepotential des Wirtschaftsdüngers bleibt bei solcher Vorgehensweise zum großen Teil ungenutzt. Zeitgleich degradieren die Böden der von Großbetrieben bewirtschafteten Äcker, die ca. 80 % der Ackerfläche in der Oblast Tyumen ausmachen. Aufgrund zu geringer mineralischer und organischer Düngung sowie wendender Bodenbearbeitung nimmt die Produktivität der Ackerböden ab. Durch die Verteilung von anfallendem Wirtschaftsdünger auf Ackerflächen kann der Bodendegradierung entgegengewirkt werden, und die nachteiligen Umwelteffekte durch das aktuelle Wirtschaftsdünger-Handling in Großbetrieben würden ebenfalls vermieden werden. Im Rahmen des Projektes SASCHA wurde der Wirtschaftsdünger-Rechner entwickelt, der die Transportkosten in Relation zum Geldwert der darin enthaltenen Nährstoffe setzt. Bei einer vollständigen Verteilung dieser organischen Reststoffe würden 23 % der Äcker mit Nährstoffen versorgt werden. Für den übrigen Anteil der Ackerflächen müssen andere Maßnahmen ergriffen werden, um die Bodenfunktionen zu erhalten und zu verbessern. Dazu zählen reduzierte Bodenbearbeitung, nachhaltige Fruchtfolgen sowie ein ausgewogenes Düngekonzept mit organischer und mineralischer Düngung. Durch Separation, Biogasnutzung und die Umstellung von Gülle auf Festmistverfahren könnten zukünftig im Rahmen des Einsatzes von Wirtschaftsdünger Treibhausgasemissionen eingespart werden. Die ungenutzten landwirtschaftlichen Flächen in der Oblast Tyumen erfüllen die Funktion als Kohlenstoffsenke und fördern die Erhaltung der Biodiversität. Eine Konversion zu Ackerland sollte deshalb vermieden. Durch eine nachhaltige Intensivierung von bereits genutzten Flächen und durch eine gesetzliche Einschränkung der Nutzung von Brachen kann dieses Ziel erreicht werden. Dies setzt jedoch ein verbessertes Bewusstsein für den Klimawandel bei allen Akteuren in der lokalen und nationalen Agrarpolitik voraus. In der Oblast Tyumen sowie auch im gesamten Westsibirienbesteht ein hoher Forschungsbedarf für alternative Bodenmanagementmaßnahmen und für Treibhausgas senkende Produktionsverfahren.

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The cumulative dissertation at hand addresses the question of how promising the successful implementation of the WFD is. Since research on implementation deficits has so far mainly considered national and sub-national levels, regional and local scales are taken centre stage within the dissertation. The Hase river catchment, which is located in one of Germany s most intensive livestock areas, serves as an example. The thesis shows that the procedural character of the WFD and regulative uncertainties give way to interpretation and action leeway, which will be pivotal to judgement on implementation success at lower levels. Moreover, the consistent operationalisation of nitrate limits in particular has led to major difficulties during implementation in Germany from which restraints can be expected for the preparation of river basin management plans and the program of measures. As to the regional level, implementation restraints also upraise due to socio-economic dependencies from agriculture and a high identification of the regional population with this economic sector have placed agriculture in a powerful position. In conclusion, one can state that various implementation restraints occur and the cause of these can be found at all scales European, sub-national and regional. The results of this dissertation concerning the multi-level system reveal that the relationship and interaction of the various scales will be given increased attention during the implementation process of European environmental policy. Besides the national and sub-national scale, the regional and local levels will be of equal importance. The question of suitable scales for implementation decisions and measures also offers pivotal approaches to undertake future research. Further research needs occur with new regional studies at national and international scales, with regard to the future of water protection in the course of the reform of German federalism and the current debate on climate change.

Untersucht werden die sozioökonomischen und kulturellen Voraussetzungen für die Biogastechnik in der Landwirtschaft. Besondere Aufmerksamkeit gilt den Auswirkungen auf den Ressourcen- und Klimaschutz. Biogasanlagen sind als integrative Technik konzipiert. Sie lassen sich in die regionalen und lokalen Kreisläufe einfügen mit positiven Effekten für die Natur und Umwelt. Doch inzwischen gehen diese ökologischen Eigenschaften der Biogastechnik durch ihre Ausrichtung auf maximalen Output verloren. Ausgangspunkt der Betrachtung ist die Theorie einer ökologischen Modernisierung der Gesellschaft, die spezifisch auf die Landwirtschaft übertragen wird. Die Verbindung von Modernität und Ökologie wird als eine zentrale Frage der Zukunft der Agrarwirtschaft und der ländlichen Räume gestellt. Die Erweiterung des Rationalisierungsbegriffs auf ethische und normative Fragen des Umwelt- und Naturschutzes stellt eine Herausforderung für die modernen Landwirte dar. Die widersprüchlichen Anforderungen, die den Landwirten gestellt worden waren - ökonomische Effizienz einerseits, ökologische Erfordernisse andererseits - hatten zur Krise des Bewusstseinzustands des Agrarmenschen beigetragen. Eine Typologie des ökologisch-modernen Landwirts dient der späteren Analyse von Gruppen der Energiewirte, die in der Empirie identifiziert wurden. Im Sinne einer ökologischen Reform der Landwirtschaft hebt sich die Gruppe der Umsteiger besonders hervor. Dazu gehören solche Biogasanlagenbetreiber, die die ökologischen Innovationen wegen langfristiger ökonomischer Vorteile einführen und sich damit auch in ihrer neuen gesellschaftlichen Rolle als Ressourcenmanager gestärkt wissen. Es stellt sich die Frage, wie diese Landwirte in ihrem Beitrag zur Entwicklung dezentraler Energieerzeugung gefördert werden sollten.

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In this thesis, a conceptual framework and related methodological approaches for complex system design are developed and tested. The approaches are based on insights from the fields of Systems Engineering (SE) and System-of-Systems Engineering (SoSE), as well as Natural Resources Management (NRM). The focus of this thesis is on: 1) the development of the System-of-Systems Design Framework “FRESCO”, 2) the development of a methodological framework for participatory systems design, 3) the application of the framework in two case studies, and 4) the development of an evaluation scheme to qualitatively measure the effectiveness of the methodological framework. The overall objectives of this doctoral dissertation are to highlight synergies between SE and NRM and to develop a methodological framework for designing decision making processes in a human-nature-technology context. The complexity of coupled and complex adaptive systems (CAS) such as the Water-Energy-Food Nexus (WEF-Nexus) and sustainability strategies, influences the design of decision-making processes and strategy building. Integrated process design which is promoted by the developed frameworks can assist in such tasks on an urban, regional, and national level.