Die Studie mit Fokus auf die Übernahme von Fischproduktion und konservierender Bodenbearbeitung (KB) in Sub-Sahara Afrika (SSA) verdeutlicht 1) die Komplexität von Übernahme- und Diffusionsprozessen landwirtschaftlicher Innovationen in SSA, vertieft 2) den Wissensstand zur Diffusion dieser zwei Innovationen und, leistet 3) einen Beitrag zur Entwicklung eines neuen methodischen Ansatzes für den Forschungsgegenstand. Neben der Darstellung der wesentlichen Konzepte und Literatur basieren die empirischen Daten auf semi-strukturierten Interviews, Fokusgruppendiskussionen, Teilnehmerbeobachtung und QAToCA, einem in der Studie entwickelten, partizipativen und expertenbasierten Bewertungsansatz. Die Ergebnisse zeigen, dass Fischzucht – speziell im Fall von Kamerun – eine attraktive Beschäftigung für mittelständische Landwirte ist. Zur weiteren Verbreitung dieser Innovation besteht jedoch Bedarf für 1) zielgerichtete Förderung mittelständischer Landwirte, 2) Verbesserung der Organisationsstruktur der Landwirte, 3) Stärkung des Beratungssystems, und 4) Verbesserung der Forschung für Jungfischaufzucht. Mit Anwendung von QAToCA für die Übernahme von KB zeigen die Ergebnisse i) hohes Übernahmepotential in Malawi, Sambia, Tansania, Kenia – aufgrund positiver institutioneller Faktoren, ii) geringes Übernahmepotential für Simbabwe – bezüglich der instabilen Marktlage, iii) geringes Übernahmepotential in Süd-Burkina Faso – aufgrund der Konkurrenz um Ernterückstände zwischen KB und Tierproduktion, und iv) hohes Übernahmepotential für Nord-Burkina Faso – was sich darauf zurückführen lässt, dass Alternativen zu KB nicht bestehen. Für eine anhaltende Übernahme landwirtschaftlicher Innovationen in SSA zeigt die Arbeit Handlungsbedarf auf für 1) Berücksichtigung des Bedarfs für neue Absatzmärkte, 2) Anpassung von Innovationen an bestehende Managementstrukturen von Betrieben und, 3) Entwicklung von fördernden politischen und institutionellen Rahmenbedingungen auf Dorf- und Regionalebene. / Focusing on adoption of Fish farming and Conservation Agriculture (CA) in sub-Saharan Africa (SSA), this study: 1) partly demonstrate that, the reality of adoption and diffusion of agricultural innovations in SSA is a more complex issue, 2) improve on the knowledge and understanding of diffusion for these two innovations in SSA and, 3) develop and contribute to a new methodological approach in this field of study. Apart from reviewing concepts and relevant literature, empirical data for this work was obtained by using semi structured interviews, focus group discussions and participant observation alongside a participatory expert-based assessment approach (QAToCA) - developed within this work. Results revealed that, Fish Farming especially for the case of Cameroon remains an attractive activity for medium-scale farmers. However for a sustained adoption of this innovation, there is need for 1) targeted support to medium-scale farmers, 2) improving organisational structures of farmers, 3) strengthening the fragile extension system, and, 4) improving research on fingerlings production. Following application of QAToCA in assessing CA adoption, results reveal i) high adoption potential for Malawi, Zambia, Tanzania, Kenya - explained by presence of positive institutional factors, ii) low adoption potential for Zimbabwe - attributed to unstable and less secured market conditions, iii) low adoption potential for Southern Burkina Faso - explained by strong competition of CA with livestock over residue, and iv) high adoption potential for northern Burkina Faso - explained by the fact that farmers have no alternative than to adopt CA. For long lasting adoption of agricultural innovations in SSA, this work calls for 1) addressing emerging needs for new input and output market outlets, 2) adapting innovations to existing management structures of adopting farms and, 3) developing a supportive political and institutional frame condition at village and regional levels.

Automatische Melksysteme (AMS) gelten als jüngste Innovation auf dem Gebiet der Melktechnik und weisen im Vergleich mit konventionellen Melkständen eine Reihe von Besonderheiten auf. Um die Kühe zum freiwilligen und regelmäßigen Besuch des Melksystems anzuhalten, sind optimale mikroklimatische Bedingungen in der Melkbox notwendig. Die Analyse der mikroklimatischen Bedingungen in AMS erfolgte in einem Betrieb mit zwei parallel arbeitenden AMS und 110 melkenden Kühen. Dabei wurden die Parameter Luftqualität in der Melkbox und im Stall, Geräuschbelastung innerhalb der Melkbox während des Melkens sowie Verschmutzungsgrad und Keimgehalt an relevanten Punkten des AMS untersucht. Um die jahreszeitlichen Einflüsse auf das Stallklima zu kennzeichnen erfolgten die Untersuchungen im März 2002, Juni 2002 sowie Januar 2003. Eine besondere mikroklimatische Situation in der Melkbox konnte in den Analysen für die Stallluftparameter Kohlendioxid und Methan festgestellt werden. Dabei wurden erhöhte Konzentrationen immer dann beobachtet, wenn sich eine Kuh in der Melkbox befand. Die Bauweise des AMS im Kopfbereich der Melkbox konnte als entscheidender Grund für die hohen Konzentrationen der Gase ermittelt werden, da dadurch der Luftaustausch mit der Umgebung behindert wird. Die Geräuschkulisse für die Kühe innerhalb der Melkbox erwies sich während der Eutervorbereitung als besonders belastend, da der Schallpegel hier am höchsten war und gleichzeitig eine Frequenzverschiebung in den höherfrequenten Bereich festzustellen war. Ein erster Ansatz der Beschreibung der hygienischen Zustände in einem AMS erfolgte mit Hilfe von digitalen Bildern, welche an den Schnittstellen zwischen Tier, Endprodukt und Technik gemacht wurden. Der visuell wahrnehmbare Verschmutzungsgrad ließ sich in Beziehung zu gleichzeitig erfassten Tupferproben und darin isolierten Keimen setzen. Eine Verbesserung bzw. Anpassung der mikroklimatischen Situation innerhalb von AMS erscheint als notwendig, um eine ausreichende Motivation der Kühe zum Besuch der Melkbox zu erreichen. / Automatic milking systems (AMS) are considered as the most recent innovation in the area of milking technology. In comparison with conventional milking parlour they show a set of specific characteristics. Optimal microclimatic conditions in the milking box are necessary to motivate the cows to visit the milking system voluntarily and regularly. The analysis of the microclimatic conditions in AMS took place on a farm with two AMS working parallel and 110 lactating cows. The parameters examined were: the air quality in the milking box and in the barn, the noise load within the milking box during milking as well as the degree of pollution and the germ load at relevant points of the AMS. To mark the seasonal influences on the climate within the barn, the investigations took place in March 2002, June 2002 as well as January 2003. A special microclimatic situation in the milking box was noticed in the analyses for the barn air parameters carbon dioxide and methane. Whenever a cow was in the milking box, increased concentrations were observed. The construction method of the AMS in the head area of the milking box was determined as main reason for the high concentrations of gases, since this impedes the interchange of air with the environment. The sound load for the cows within the milking box was particularly heavy during the preparation of the udder. The sound level was highest during the cleaning of the udder and the frequencies shifted into the higher range. The description of the hygienic conditions in an AMS was first approached by means of digital pictures, which were made at the interfaces between animal, final product and technology. The visually perceptible degree of pollution could be set in relation to Dab RPR, which were taken at the same time like the digital pictures, and isolated germs therein. An improvement and/or an adjustment of the microclimatic situation within AMS appears necessary in order to achieve a sufficient motivation of the cows to go into the milking box.

Das litorale Makrozoobenthos ist eine bedeutende biotische Komponente in Seen und trägt substantiell zur Biodiversität und Funktion von Seeökosystemen bei. Allerdings unterliegt das Litoral zunehmenden anthropogenen Nutzungen, deren ökologische Auswirkungen jedoch kaum quantifiziert wurden. In dieser Doktorarbeit wurde untersucht, welche Bedeutung maßgebliche Umweltfaktoren auf die Zusammensetzung des litoralen Makrozoobenthos haben, und wie sich anthropogene Nutzungen auf die Zusammensetzung und Funktion des Makrozoobenthos auswirken. Die Zusammensetzung des Makrozoobenthos wurde durch die Uferstruktur, Trophie und das hydrodynamische Regime bestimmt. Die faunistische Ähnlichkeit zwischen Habitaten war jedoch signifikant geringer als zwischen Trophiestufen, so dass die Uferstruktur, und nicht die Trophie, einen größeren Einfluss auf das Makrozoobenthos hat. Strukturelle Degradation führte zu einer Reduktion der Habitatheterogenität, was eine signifikante Verringerung der Diversität und eine signifikant veränderte Artenzusammensetzung verursachte. Infolgedessen war die Komplexität der Makrozoobenthos-Nahrungsnetze an degradierten Ufern signifikant geringer als an natürlichen Ufern. Erhöhte Wasserstandsschwankungen führten zum Ausfall von Wurzelhabitaten und der damit assoziierten Makrozoobenthos-Gemeinschaft. Schiffsinduzierter Wellenschlag führte zur Verdriftung des Makrozoobenthos von ihren Habitaten bereits bei geringen Sohlschubspannungen. Die Effekte von Wasserstandsschwankungen und schiffsinduziertem Wellenschlag wurden jedoch durch Habitate mit hoher struktureller Komplexität verringert. Mit dieser Doktorarbeit konnte ich ein mechanistisches Verständnis darüber erarbeiten, wie anthropogene Nutzungen die Wirkungsbeziehungen zwischen Umweltfaktoren und Artengemeinschaften verändern und welche ökologischen Auswirkungen dies hat. Diese Kenntnisse können als wissenschaftliche Basis zur Bewertung von anthropogenen Beeinträchtigungen des Litorals dienen. / Littoral macroinvertebrates are an important biotic component of lakes by contributing substantially to the biodiversity and functioning of lake ecosystems. Humans alter the littoral and riparian areas for various purposes, but the resulting ecological impacts on littoral macroinvertebrates have not been quantified. In this thesis, I investigated the significance of key environmental factors for littoral macroinvertebrate communities and how human alterations of these environmental factors impact the structure and function of macroinvertebrate communities. Macroinvertebrate community composition was significantly related to littoral structure, trophic state and the hydrodynamic regime. The significantly higher compositional dissimilarities among habitats than among trophic state suggested that littoral structure was the more important driver of community composition. Structural degradation caused a significant reduction of habitat heterogeneity and resulted in a significant reduction of species diversity and a significant altered community composition. This caused a significant reduction of macroinvertebrate food web complexity and substantial alterations of the trophic base of the food webs. Climate-change induced water level fluctuations resulted in the loss of root habitats and the specific community associated with this habitat. Ship-induced waves had substantial direct effects, since macroinvertebrates were detached from their habitats by waves even at moderate shear stress levels. However, the impacts of water level fluctuations and ship-induced waves were mitigated by the presence of habitats with high structural complexities. This thesis provided a mechanistic understanding of how human activities alter relationships between environmental factors and biotic communities. This knowledge can be used to develop scientifically sound approaches to assess the persistent human impacts on lake ecosystems.

Fusarium-Infektionen sind ein ernstes Problem im Weizenanbau, da die ausgeschiedenen Mykotoxine gesundheitsschädlich sind. Die Krankheitssymptome sind durch bildanalytische Methoden im Vorfeld der Ernte detektierbar, so dass befallene Partien getrennt geerntet werden könnten. Künstlich mit Fusarium culmorum infizierte Weizenpflanzen wurden mittels Chlorophyllfluoreszenz- und hyperspektraler Bildanalyse in Zeitreihenversuchen analysiert. Bei den Chlorophyllfluoreszenz-Bildanalysen wurde die photosynthetische Effizienz (Fv/Fm) und deren räumliche Ungleichverteilung genutzt, um den Effekt des Krankheitsgrades auf die photosynthetische Aktivität zu ermitteln. Mit dieser Methode ist eine sehr frühzeitige Erkennung möglich, da eine Verringerung der photosynthetischen Effizienz bei den kranken Ähren zwischen dem 6. und 11. Tag nach Inokulation festgestellt wurde. Der Befallsgrad korreliert mit der photosynthetischen Effizienz. Die Berechnung des kumulativen Fv/Fm bei 0,3 führte zu einer sehr effektiven und genauen Erkennung der Partiellen Taubährigkeit ab einem Befallsgrad von mindestens 5% und einer Differenzierungsgenauigkeit von 10%. Die Chlorophyllfluoreszenz-Bildanalyse war unter Freilandbedingungen bei Einhaltung der Rahmenbedingungen zur Fusarium-Erkennung ebenfalls möglich, wenn auch mit schlechteren Erkennungsraten. Die Aufnahmen im Labor mit einem hyperspektralen Bildanalysesystem im Spektralbereich von 400-1000 nm zeigten Unterschiede in distinkten Wellenlängenbereichen und lassen die Erkennung kranker Ähren in einem Zeitfenster von BBCH 71 bis BBCH 85 zu. Die bildanalytische Klassifizierung mittels des „Spectral Angle Mapper“ liefert gute Ergebnisse, ist aber sehr zeitaufwändig. Alternativ dazu nutzt der neu erstellte head blight-Index (HBI) die spektralen Unterschiede im Bereich 665-675 nm und 550-560 nm und kann eine feldtaugliche Klassifizierungsmöglichkeit zur Erkennung von Partieller Taubährigkeit sein. / Fusarium infections are serious problems in wheat production. Mycotoxins, synthesised by the fungi, are toxic and harmful in both human and animal nutrition. The symptoms of this so-called head blight disease caused by Fusarium spp. are recognizable by various image analysis methods prior to harvest. Using this information, farmer could differently utilize affected cereals, if necessary. Healthy and artificially Fusarium culmorum-infected wheat plants were analyzed with a chlorophyll fluorescence and hyper-spectral imaging system in time series. With chlorophyll fluorescence imaging (CFA), the potential maximum photochemical efficiency (Fv/Fm) and its spatially variable distribution was analyzed to determine the interactions between the degree of disease and the photosynthetic activity. By means of this method, early recognition was reliably achieved by a decreased photochemical efficiency in diseased ears between 6th and 11th day after inoculation. The degree of disease correlated with photochemical efficiency. At a degree of Fusarium infection of 5% and higher, calculation of the cumulative Fv/Fm at 0.3 enabled a very effective and precise determination of Fusarium head blight with a differentiation accuracy of at least 10%. Though less effective, CFA successfully detected head blight under outdoor conditions, if some boundary conditions (e.g. no direct solar irradiation) were observed. In the laboratory, a hyperspectral imaging system (wave length range 400 to 1000 nm) indicated specific spectral differences between affected and unaffected wheat ears. These differences allowed head blight recognition during BBCH 71 to BBCH 85. Imaging classification with the “Spectral Angle Mapper” method achieved good results; it is, however, very time-consuming. Alternatively, the newly derived head blight index (HBI), using spectral differences in the wave length ranges of 665 to 675 nm and 550 to 560 nm, can be a suitable outdoor classification method to evaluate head blight.

Zwei Populus-Pfropfchimären (MA und AI), die aus P. x canadensis ‘Marilandica’ (M), P. maximowizcii x P. trichocarpa ‘Androscoggin’ (A) and P. nigra L. ’Italica’ (I) aufgebaut sind, wurden für Untersuchungen zur Laub- und Blütenblattentwicklung genutzt. In MA bildet M die äußere Lage (L1) und ihr Derivat, die Epidermis, während die inneren Lagen (L2, L3 etc.) von A gebildet werden. Bei AI stammt die L1 von A und L2, L3 etc. werden von I gebildet. Die genotypisch andersartige Epidermis bedingt bei Periklinal-Chimären morphologische Effekte wie zum Beispiel einen Fruchtknoten in einigen MA-Blüten. Morphologische Besonderheiten verschiedener Gewebe sowohl von M und A als auch von MA wurden verglichen, um festzustellen, wie sie durch die Gewebetransplantation verändert oder beeinflusst wurden und, um mögliche Genotyp- Interaktionen oder -Wechselwirkungen in einem Gewebe ausfindig zu machen. Für die Genotypidentifizierung in verschiedenen Organen wurde die RAPD-PCR getestet. Einer von 20 getesteten 10mer Zufallsprimern (GGAGTGGACA) ermöglichte bei der Verwendung von DNA aus Blattmaterial die Erzeugung verschiedener Bandenmuster für M und A. Bei der Verwendung von MA-Blattmaterial zeigte sich eine Kombination der Muster von M und A, sodass ein Chimärennachweis für das MA-Blattmaterial erbracht wurde. Für ein übertragbares System wurde die spezifische PCR getestet. Unter Verwendung spezifischer Primer für die 16s-rDNA zeigten die PCR-Produkte einheitliche Banden und nach anschließender Sequenzierung eine weitgehende Übereinstimmung der phylogenetischen Verwandtschaft von I, M und A. Weiterhin wurden die kernkodierten rDNA Bereiche ITS 1 und ITS 2 zwischen 18S und 25S getestet. Für I, M und A konnten jeweils zwei Banden von unterschiedlicher Größe und Sequenz ermittelt werden, die vermutlich auf funktionierende rDNA aber auch auf Pseudogene (beschnitten) in niedriger Kopienzahl hinweisen. Die ITS-Regionen von I, M und A wurden charakterisiert, um einen Einblick in die Struktur und Phylogenie der Salicacaee-Familie zu erhalten. Aus den Sequenzunterschieden konnten für I und A spezifische Primerpaare abgeleitet werden, die für die Identifizierung von I und A in AI und MA verwendet werden können. Mittels A-Marker konnte nachgewiesen werden, dass Fruchtknoten aus MA-Blüten neben M-Gewebe auch den A-Genotyp enthalten. / Two Populus graft chimeras (MA and AI) produced of P. x canadensis ‘Marilandica’ (M), P. maximowizcii x P. trichocarpa ‘Androscoggin’ (A) and P. nigra L. ’Italica’ (I) were used for investigations of leaf and flower development. In MA the exogenous layer (L1) forms the epidermis and is derived from M while inner layers (L2, L3 etc.) descend from A whereas in AI L1 is formed by A while L2, L3 etc. descend from I. The exogenous epidermis of the periclinal chimeras imposes morphological effects such as an extra female sex in some of the MA flowers. The morphological characteristics of different plant tissues of parents and chimera were compared to determine how they were modified or altered by the tissue transplantation and possibly identify co-existing or interacting genotypes in one tissue. RAPD-PCR was tested for its usefulness to amplify polymorphic fingerprints including donor specific DNA fragments. One random 10mer primer (GGAGTGGACA) out of 20 tested revealed the amplification of patterns including donor specific DNA bands using extracts from leaf tissues of the M and A parents that were combined using extract from leaf tissue of the MA chimera. This indicates that the leaves of the MA chimera are formed by tissues of M and A. However, the inherent disadvantage of RAPD-PCR is the reproducibility of PCR product generation. Therefore the discriminative potential of the ITS region located between the rRNA genes was investigated. The application of specific 16S ribosomal DNA (rDNA) primers for amplification and sequencing of PCR products revealed a closely phylogenetic relationship between I, M and A. Consequently the ITS1 and ITS2 of nuclear rDNA between 18S and 25S were used. The amplified fragments were purified, cloned in E. coli and sequenced. Analyses of multiple clones demonstrated extensive paralogy within and between I, M and A ITS operons. For each parent were at least two rDNA operons as well as multiple paralogous sequences within operons identified. The use of PCR and sequence analyses showed that one of the operons encodes a putative expressed (functional) rDNA whereas the second encodes a pseudogen (truncated) in low copy number. We also characterized the ITS regions of I, M and A to gain insights into structure and phylogeny of the Salicacaee family. Based on sequence divergence primers were designed for A and I and used for the identification of A in MA carpels.

In Freiland- und Gefäßversuchen sollten Aufnahme der Schwermetalle (SM) und Wuchsverhalten an Kulturpflanzen im Hinblick auf die Wirkung von arbuskulären Mykorrhizapilzen (AM) Glomus intraradices, des Bakterienstammes Pseudomonas fluorescens (RA56) und als Dualinokulation auf Schwermetall belasteten Böden untersucht werden. Als Versuchspflanzen wurden Mais (Zea maize L.) und Weidelgras (Lolium multiflorum L.) und zusätzlich die Sonnenblume (Helianthus annuus L.) in Gefäßversuchen eingesetzt. Die Schwermetallkonzentrationen in den Böden lagen zwischen 0,5 und 56 mg Cd/kg TS, 17 und 650 mg Cu/kg TS und 110 und 1870 mg Zn/kg TS. Der Sonnenblumenertrag konnte im Gefäßversuch auf dem hoch belasteten Boden mit 36 mg Cd/kg TS, 556 mg Cu/kg TS und 1270 mg Zn/kg TS durch den AM-Pilz um 220 % und in der Dualinokulation um 348 % signifikant zur Kontrolle gesteigert werden. Gleichzeitig erhöhte die AM die Cd-Aufnahme um 29 % und die Dualinokulation um 66 %. Trotz der hohen Cd-Konzentrationen wiesen die Pflanzen mit Pilzbehandlungen keine Schäden auf. Der Maisertrag wurde durch AM und Bakterien im Feldversuch und als Dualinokulation in den ersten beiden Versuchsjahren bis zu 47 % gefördert. Im dritten Versuchsjahr kam es zu einer Ausbreitung der Mykorrhiza auf der gesamten Fläche, so dass eine Wuchsförderung auch auf den Kontrollparzellen statt fand. Durch die Variabilität der Cd -Gesamtgehalte auf der Versuchsfläche war der Vergleich der Aufnahmeraten zwischen den Varianten nur über den Cd-Transferfaktor möglich. In den oberirdischen Pflanzenteilen des Maises zeichneten deutlich eine Abnahme und in die Wurzeln eine Zunahme des Cd-Transfers ab. Gleichzeitig wurden die Mykorrhizainfektionen an den Maiswurzeln erhöht. Durch die Anwendung der Mykorrhiza in Kombination mit den Pseudomonaden können im Mais über mehrere Anbaujahre das Cd in das Erntegut reduziert werden mit gleichzeitiger Ertragserhöhung. / Influence of Mycorrhiza fungi and associate bacteria on the availability of nutrients and heavy metal in culture plants on heavy metal soils The heavy metal uptake and the influence on plant growing in culture plants is analysed in this study. Field- and pot experiments were done. An emphasis of this study was focused on the effect of the arbuscular Mycorrhiza (AM) fungi Glomus intraradices, the bacteria Pseudomonas fluorescens (RA56) and as dual inoculation. Maize (Zea maize L.) and Italien rye (Lolium multiflorum L.) were used and in addition sunflowers (Helianthus annuus L.) in the pot experiments. The concentrations of heavy metals in the soil were measured between 0.5 and 56 mg Cd/kg dry weight (d.w.), 17 and 650 mg Cu/kg d.w. and 110 and 1870 mg Zn/kg d.w. The yield of sunflowers was increased significantly up to 220% with AM fungi in the pot experiments. Cd-absortion increased by 29% in the soil with 36 mg Cd/kg d.w., 556 mg Cu/kg d.w. and 1270 mg Zn/kg d.w. in those pot experiments. With AM and Pseudomonades the yield was increased significantly up to 348% compared to the control group, the Cd-absortion increased by 66%. In spite of high Cd-concentrations, the plants showed no damages. The yield of maize was increased up to 47% due to AM fungi and Pseudomonades in singular and dual inoculation in the field experiments during the first and second year. In the third year, the AM fungi were spread over the whole area and no differences of yield were found. Because of the heterogeneous concentrations of Cd in the field area the comparison of Cd assimilation was allowed only by analysis of the transfer factor in the variants. Within the experimental years, the AM infection rate and the Cd-transfer was increased in the maize roots. On the other hand, the Cd translocation rate was decreased in the shoots. The reduction of Cd rate in monocotyledonous plants and an increase of yield are estimated for long term application of the AM fungi with Pseudomonades.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit bestand darin, in Modellversuchen in Wasserkultur und im Festsubstrat sowohl elementspezifische (Mg-, Fe-, Mn- oder Zn-Mangel) als auch komplexe N hrstoffmangelsituationen (gleichzeitiger Mangel an Fe, Mn und Zn) zu simulieren und die Wirkung pr ventiver resp. kurativer Blattapplikationen auf Wachstum und Ertrag von Buschbohnenpflanzen zu untersuchen. Zusammengefaát wurden folgende Ergebnisse erzielt. Bei unzureichendem Mg- und Fe-Angebot sowie bei gleichzeitigem Mangel an Fe, Mn und Zn wurden das Wachstum und die Ertragsbildung hochsignifikant vermindert. Die Auswirkungen des Mg-Mangels auf Wachstum und Ertrag wurden durch die pr ventive Blattapplikation erfolgreich ausgeglichen. Die verwendeten Mikron hrstoff-Formulierungen waren bei Fe-Mangel bzw. bei multipler Mikron hrstoff-Unterversorgung, im Gegensatz zu Mn- bzw. Zn-Mangel, weniger wirksam. Aufgrund des N hrstoffmangels w hrend der generativen Phase wurden die gebildeten Bl ten und H lsen abgeworfen. Den Mangelpflanzen erm glichte die Blattapplikation erst die H lsenbildung. Ausschlaggebend f r die H he des H lsenertrages war die Anzahl der gebildeten H lsen, da das H lsengewicht nicht wesentlich beeinfluát wurde. Aufgrund des verminderten N hrstoffangebotes im N hrmedium nahm die Konzentration der betroffenen N hrstoffe im Blatt bis in den kritischen Grenzwertbereich ab. Mit Ausnahme der Fe-Mangelvarianten wirkte die Blattd ngung dieser Abnahme der N hrstoffkonzentration erfolgreich entgegen. Hinsichtlich Wachstum Ertragsbildung und N hrstoffaufnahme wurden, sowohl bei den Mg- als auch bei den Mikron hrstoff-Blattd ngern keine von der Zusammensetzung abh ngigen Wirksamkeitsunterschiede festgestellt. Bez glich der untersuchten Parameter des Wachstums und der Ertragsbildung erwies sich die pr ventive Mg-Blattapplikation der kurativen gegen ber als hochsignifikant berlegen. Derart deutliche Wirksamkeitsunterschiede in Abh ngigkeit vom Applikationszeitpunkt blieben bei den Mikron hrstoff-Blattd ngern aus. Ein Mg- und Mikron hrstoffangebot von 10% im Jugendstadium konnte ein ungest rtes vegetatives Wachstum der Pflanzen gew hrleisten. Eine Mg- bzw. Mikron hrstoff-Unterversorgung der Pflanzen w hrend der generativen Phase bewirkte einen R ckgang des Samenertrages von ber 60% bis 80%. Mit Hilfe der Blattapplikationen w hrend der generativen Phase wurde der Abwurf der reproduktiven Organe hochsignifikant vermindert. Dadurch konnten ber 90% des Samenertrages der Kontrolle erreicht werden. Ungeachtet einer erfolgreichen Impfung mit Rhizobium blieben die Pflanzen ohne N-Startd ngung im Vergleich zu einer Startd ngung mit einer quivalentmenge von 40 kg N/ha bei Wachstum und Ertragsbildung hochsignifikant zur ck. Gemessen am Samenertrag konnten die Auswirkungen des N-Mangels im Jugendstadium durch eine Nachd ngung zu Bl hbeginn nicht mehr ausgeglichen werden. Durch die Kombination Nachd ngung zu Bl hbeginn und Blattapplikation w hrend der Kornf llungsphase wurde die Abscission von reproduktiven Organen signifikant vermindert und die h chste Ertragswirksamkeit erzielt. Unabh ngig von den Behandlungen lag der Rohproteingehalt der Samen bei 20%. Auch die anderen N hrstoffe der Samen lagen im normalen Konzentrationsbereich f r Buschbohne. / The aim of this study was to simulate as well specific (Mg-, Fe-, Mn- and Zn-deficiency) as complex nutrient deficiency situations in model systems using either nutrient solution or solid substrates and to investigate the effect of preventive or curative applications of foliar fertilizers on growth and yield of bean plants. Results may be summarized as follows: Insufficient supply of magnesium and iron or simultaneous deficiency in Fe, Mn and Zn resulted in highly significant reduction of growth and yield of bean plants. Effect of magnesium deficiency on growth and yield could be successfully compensated by preventive foliar fertilization. The applied micronutrient compounds were less successful in the case of iron deficiency or multiple micronutrient deficiency situations as compared to manganese or zinc deficiency. Nutrient deficiency during the generative phase resulted in dropping of flowers and pods. In deficient plants foliar fertilizer application was a precondition for pod formation. Since pod weight was not substantially affected by plant nutrition pod number was the decisive factor for pod yield. As a result of reduced nutrient supply in the substrates leaf concentration of investigated nutrients declined below critical deficiency levels. With exception of the Fe-deficiency variants application of foliar fertilizers successfully compensated for the decrease in leaf nutrient concentrations. The composition of Mg and micronutrient foliar fertilizers did not affect significantly plant growth, yield and nutrient uptake. For the investigated parameters of growth and yield formation preventive foliar application of magnesium fertilizers was significantly more effective as compared to curative application. Such distinctive differences in fertilizer effects with time of application could not be found in micronutrient fertilizers. Mg and micronutrient supply of as low as 10% of optimal supply during juvenile growth phase could guarantee undisturbed vegetative growth. Drastic decrease of magnesium or micronutrient supply during the reproductive phase resulted in a reduction of pod yield up to 60 - 80%. Foliar fertilizer application during the reproductive development significantly reduced dropping of reproductive organs and thus seed yields of more than 90% of control were achieved. Nevertheless after a successful inoculation with Rhizobium plants without a nitrogen start dressing had significantly lower growth and yields than those with a starter fertilization of 40 kg N/ha. With regard to seed yield the effects of nitrogen deficiency during the juvenile phase could not be compensated by late fertilization at the flowering stage. The combination of a late fertilization at the flowering stage and leaf application during pod filling resulted in decreased pod abscission and therefore in highest yields. Independently of treatments the raw protein content of the bean seeds approximated to 20%. Also other nutrients in the seeds were in the adequate range for Phaseolus bean.

Das Ziel der experimentellen Arbeit war die Untersuchung der Einflussfaktoren auf den Ertrag, die Saatgutqualität unter verschiedenen Lagerungsbedingungen sowie die Effizienz der Expression vonRamtillkraut (Guizotia abbysinica Cass.). In Feldversuchen wurden folgende Varianten untersucht, Sorten ‚Fogera‘ und ‚Kuyu‘, Saatgutaufwand von 5, 10, 15 kg ha-1, ein Stickstoffaufwand von 13, 23 und 33 kg ha-1, sowie eine differenzierte Wasserversorgung an zwei Standorten (Adet und Koga). In Adet wurde der höchste Saatgut Ertrag mit 1.384,60 kg ha-1 ermittelt, Erträgen in Koga (ohne Bewässerung) mit 1.064,72 kg ha-1 und 967,00 kg ha-1 (mit Bewässerung). Der höchste Ölgehalt wurde im Saatgut aus Koga (ohne Bewässerung) mit 41,54% ermittelt, gefolgt von Koga (mit Bewässerung) 39,59% und Adet mit 38,67%. Signifikante Unterschiede wurden zwischen den N-Aufwandmengen in Koga mit Bewässerung und Saatgutmengen in Adet ermittelt. Die Unterschiede bei den Fettsäuregehalten in Adet waren nicht signifikant. Der Alpha-Tocopherol Gehalt betrug 80 mg pro 100 g bei hoher Saatdichte und hoher N-Düngung. Hinsichtlich des Verfahrens des Ölpressens, wurde ein signifikanter Unterschied zwischen Effizienz und Temperatur ermittelt. Die Dauer der Konditionierung und die Vorschubgeschwindigkeit sind negative korreliert gleichfalls mit der Effizienz der Expression. Die Temperaturen von 70°C und 80°C zeigten keinen signifikanten Einfluss auf die Ölausbeute, dagegen war der der Einfluss von 90°C statistisch signifikant. / The aim of this study was to investigate factors influencing seed yield, postharvest handling, and the oil expression efficiency for nigerseed (Guizotia abbysinica Cass.). Based on field study on two varieties, two locations, three seed rates and three fertilizer rates the highest mean nigerseed yield was 1384.6 kg ha-1 at Adet location (rain fed) followed by location Koga (rain) with 1064.7 kg ha-1 and Koga (irrigation) with 967.0 kg ha-1 showing significant difference. The oil content by location was 41.54% for Koga (rain) followed by 39.59 and 38.67% for Koga (irrigation) and Adet (rain) respectively showing significant difference whereas the Ash content showed a reverse trend of oil content. Fatty acid composition did not show significant difference in any treatment. Significant mean alpha-tocopherol of 80 mg/100 g (70 to 89 mg/100 g) was attained for increasing seed and nitrogen rates. Based on two temperatures and seven relative humidities model evaluation and monolayer moisture content estimation, Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) models was found to best suit both varieties as compared to Brunauer-Emmet-Teller (BET), and modified Chung &Pfost. For oil expression efficiency, 90ºC seed conditioning showed significant effect compared to 80 and 70ºC however conditioning times and feed rates did not differ significantly.

Der Pendelsensor “Crop-Meter” misst indirekt die oberirdische Biomasse von Getreide, um Stickstoffdünger (N) teilflächenspezifisch auf heterogenen Ackerflächen auszubringen. In On-Farm-Versuchen wurde eine variable N-Düngung mit „Crop-Meter“ gegenüber der praxisüblichen, einheitlichen N-Düngung in Wintergetreide getestet. Im Gegensatz zur klassischen Anlage von Parzellenversuchen war eine Bestandsheterogenität zum Sensoreinsatz im Getreide ausdrücklich gefordert. Prüfmerkmal war der Kornertrag. Auf Grund der georeferenzierten Ertragskartierung lagen die somit pseudo-wiederholten Daten vermutlich räumlich autokorreliert vor. Daher wurden zwei Ansätze zur statistischen Analyse gewählt. Im ersten Ansatz wurden die Ertragsdaten auf Basis der Biomasse post-stratifiziert, um die Biomassevariabilität einzugrenzen. In jedem Stratum wurden Autokorrelationsmodelle für die Residuen (räumliche Modelle) mit der Annahme nicht korrelierter Residuen (Nullmodell) verglichen. Stets wurden räumliche Modelle als beste statistische Modelle ausgewählt. Im Gegensatz zu den Nullmodellen waren die Ertragsdifferenzen räumlicher Modelle sehr häufig nicht signifikant. Dieses Ergebnis wurde auch durch verschiedene Stratifikationen und N-Einsparungen nicht verändert. Im zweiten Ansatz wurde jeweils der gesamte Ertragsdatensatz eines Versuchs zusätzlich zu den räumlichen Modellen mit Kovariablen (Trendmodelle) modelliert. Für jeden Versuch wurden individuell verschiedene Kombinationen aus Trend- und räumlichen Modellen selektiert. Die meisten Mittelwertdifferenzen waren trotz N-Reduktion in den variablen Varianten nicht signifikant (7…24 kg N ha-1). Diese Ansätze bilden eine Grundlage zur Ableitung fundierter Auswertungsmethoden von On-Farm-Versuchen mit georeferenzierten Daten. / A pendulum sensor (Crop-Meter) measures cereal aboveground biomass in order to apply nitrogen (N) fertilizers site-specifically on heterogeneous agricultural fields. In on-farm trials, common N application practice (constant) was compared to site-specific (variable) N application with the sensor to assess grain yields as response. Unlike the classic design of small-plot trials, cereal crop heterogeneity was explicitly desired to use the Crop-Meter. Simultaneously, spatial yield data provided pseudo-replications and possible autocorrelation. Therefore, two approaches were selected for statistical analysis. In the first approach, yield data were post-stratified on the basis of biomass measures to confine total biomass variability. For each stratum, spatial co-variance structures were assumed for residuals (spatial models) opposed to the assumption of non-correlated residuals (null model). Spatial models were selected as best statistical models. Very often, yield differences were not significant when selecting spatial models in contrast to null models. However, this was not due to different stratifications and stratum-dependent N savings. In the second approach, trend models were fitted for total yield datasets with covariates in addition to spatial models. For each on-farm trial, distinct combinations of trend and spatial models were selected. Most mean differences were not significant despite site-specific N reduction (7…24 kg N ha-1). These approaches provide basics to derive profound methods for analysis of on-farm trials with spatial data.

Mit den vorgestellten Untersuchungen sollten das Potential der in Europa vorkommenden Echten Goldrute für den Anbau evaluiert und der Einfluß von Erntetermin, Schnitthöhe und Düngungsmaßnahmen sowie der abiotischen Umweltfaktoren Licht und Wasser auf den Ertrag und den Inhaltsstoffgehalt von Solidago virgaurea L. geprüft werden. In vier Feldversuchen wurden Inhaltsstoffgehalte, Ertragsparameter, Entwicklungsstadien sowie morphologische Merkmale untersucht. Die Gehalte an Flavonolglycosiden, Phenolglucosiden und Kaffeesäurederivaten wurden mittels HPLC und nachfolgender DAD-Detektion bestimmt. 45 Akzessionen aus dem europäischen Verbreitungsgebiet wurden anhand ihres Blühtermines gegliedert, den Unterarten virgaurea und minuta zugeordnet, und mit Hilfe von 33 morphologischen Merkmalen charakterisiert. Die Analyse von 452 Einzelpflanzen ergab Spannweiten von 0.4 bis 2.4 % Flavonolglycosiden, 0.7 bis 4.6 % Kaffeesäurederivaten und 0 bis 1.6 % Phenolglucosiden. Die phytochemische Zusammensetzung war innerhalb der einzelnen Akzessionen, insbesondere in der Unterart virgaurea hoch variabel. In einer anbaubezogenen Gesamtbewertung der Akzessionen erwiesen sich Herkünfte der Unterart virgaurea aufgrund hoher Drogenerträge von maximal 109 dt/ha und eines ausgewogenen Inhaltsstoffspektrums als die Wertvollsten. Im Lauf der Ontogenese stieg der Drogenertrag der Echten Goldrute an, während die Inhaltsstoffgehalte schwankten (Kaffeesäurederivate, Flavonolglycoside) oder relativ kontinuierlich absanken (Phenolglucoside). Eine gehaltsorientierte Ernte müßte daher zum relativ frühen Zeitpunkt des mittleren Knospenstadiums erfolgen. Hohe Masse- und Inhaltsstofferträge sind in einem Ernteverfahren mit niedrigen Schnitthöhen von 15 bis 30 cm erreichbar. In voll besonnten Pflanzen wurde im Vergleich zu schattierten eine höhere Anreicherung von Flavonolglycosiden und Kaffeesäurederivaten festgestellt, die durch die UV-Schutzfunktion dieser Stoffgruppen erklärbar ist. Daher muß angenommen werden, daß ontogenetisch bedingte Gehaltsveränderungen der Flavonolglycoside und Kaffeesäurederivate durch unterschiedliche Strahlungsverhältnisse überlagert werden können. Stickstoffdüngung verursachte neben der erwarteten ertragssteigernden Wirkung Unterschiede im Inhaltsstoffgehalt. In der ungedüngten Variante wurden jeweils die höchsten Flavonolglycosidgehalte bestimmt, gefolgt von der organischen Düngung sowie der Mehrnährstoff- und Stickstoffdüngung. Während die ermittelten Stickstoff- (maximal 96 kg/ha N) und Phosphorentzüge (maximal 39 kg/ha P2O5) vergleichsweise gering waren, wurden Kaliumentzüge (maximal 172 kg/ha K2O) festgestellt, die auch im Vergleich zu anderen Blatt- und Krautdrogen relativ hoch ausfielen. Im Gesamtüberblick aller Einflüsse wurde deutlich, daß Flavonolglycoside, gefolgt von Kaffeesäurederivaten am empfindlichsten auf Umwelteinflüsse wie Lichteinstrahlung und Nährstoffverfügbarkeit reagierten, während die Gruppe der Phenolglucoside nur geringe Schwankungen zeigte. Die Ergebnisse aller Versuchsfragen spiegeln das Spannungsfeld von landwirtschaftlichem Ertrag und pharmazeutisch geforderter Qualität wider, die häufig negativ korreliert sind. Bei der Produktion der Droge von Echter Goldrute muß daher eine Balance zwischen beiden Zielgrößen gefunden werden. / The aim of the presented studies was to evaluate the potential for cultivation of the European Goldenrod (Solidago virgaurea L.) and to examine the influences of harvesting date, cutting height, fertilization and of the abiotic environmental factors light and water on drug yield and compound content of the plant. In four field trials a fingerprint of 10 constituents, several parameters of drug yield, development stages and morphological traits were examined. The contents of flavonol glycosides, phenolic glucosides and caffeic acid derivatives were determined by HPLC and UV-detection by DAD. 45 european accession were sorted by their dates of anthesis and subdivided into the subspecies virgaurea and minuta and thereafter characterized by 33 morphological traits. The analysis of 452 individual plants showed ranges of 0.4 to 2.4 % flavonol glycosides, 0.7 to 4.6 % caffeic acid derivatives and 0.0 to 1.6 % phenolic glucosides. Within the examined accessions, especially subspecies virgaurea, a high variability of the phytochemical composition was observed. In an evaluation, accessions of subspecies virgaurea turned out to be most suitable for cultivation due to high drug yields up to 106 dt per ha and well-balanced spectra of constituents. During ontogenesis the drug yield of S. virgaurea increased, while compound contents varied (caffeic acid derivatives, flavonol glycosides) or decreased continuously (phenolic glucosides). Therefore a harvest aiming at high compound contents has to be carried out at a early development stage of mid budding. High mass and constituent yields can be obtained by a harvesting method with low cutting heights of 15 to 30 cm above ground. Plants in a sunny environment accumulated significantly higher amounts of flavonol glycosides and caffeic acid derivatives than shaded plants, which can be explained by the UV-protective function of these compound groups. Therefore it can be concluded that phytochemical variations during ontogenesis could be modified by different light conditions. Beside the expected drug yield increase, fertilization with nitrogen caused differences in the compound contents. The highest flavonol glycosides contents were observed in the unfertilized treatment, followed by treatments with organic fertilization, multinutrient fertilizer and calcium ammonium nitrate. While the nitrogen uptake by the plant (maximal 96 kg/ha N) and phosphorus (maximal 39 kg/ha P2O5) were relatively low, contrary potassium uptake (maximal 172 kg/ha K2O) was relatively high compared to other herbal drugs. In an overview of all influences it became obvious that the reaction of flavonol glycosides and caffeic acid derivatives were relatively sensitive to environmental influences such as light conditions and nutrient availability, while the group of phenolic glucosides showed low variations. The results of all field trials reflect the conflict between agricultural yield and pharmaceutical quality which are frequently negatively correlated. Therefore a balance between these two goals has to be found during drug production of S. virgaurea.