Die vorliegende Untersuchung hat in der Nordosten Hoch-ebene Stadt Nova Hartz, spielend in der erzbischöflichen Region Porto Alegre – Hauptstadte des Bundesland Rio Grande do Sul- stattgefunden . Das Ziel wurde die aktuelle Situation der umweltliche Verwitterung des Bach Arroio Grande durch Beschreibung und Übersicht des naturelles Zeiger zu erkennen. Das untersuchte Gelände fasst Teil des Arroio Grande Unterbecken um, das zum Bewässerungsbecken des Rio dos Sinos gehört. Zur physichen Daten nahm man eine Forschung bei ehmaliger Einwohner zu, um die soziale und umweltliche Landschaft von mitte des XX Jahrhundert bis heutzutage zu bilden. Die Wiederaufbau des pflanzliche Decke in dem Hang den Bergen wegen der Verzicht auf landwirtschaftliche Arbeit, als positiv gesehen und die Verwitterung des Wasserstoffreserven, als negative Ansicht, wurden in dieser Forschung festgestellt, beschreibt und analysiert. Wurde nachgeprüft, dass, trotz der menschliche Intervention, die die Änderung in dynamischen Gleichgewicht des ökologisches System verursacht, das Gelände naturelle Faktoren zeigt, die zu seiner Schwäche beitragen, und dass, das Verwitterungen zeugt. Diese Verwitterungen sind durch die menschliche unangemessene Akten über diese schwacheUmwelt schneller und verstärkt. Die Zeigen von naturellen Verwitterungen, so wie Erosion, Auswaschung des Flussufer und Versandung den Wasserlaufen, kommen im ländlichen Gegend am meistens vor. Andere Zeigen Verwitterungen, wie Fehlen von wimperichem Wald und Entleerung häuslichen und industriellen Abfall, kommen stärker im städischen Gegend vor. Einige Vorschläge stehen in dieser Arbeit, in der Absicht neue Handlungen, die der Aufschlag den Zeigen minimizieren, zu ermöglichen, und so, zukunftliche Problemen, die in anderen Städten mit ähnlichen Kennzeichen als Nova Hartz vorkommen, zu verhindern. / O presente estudo foi realizado no município de Nova Hartz, localizado a nordeste da encosta do planalto médio, na região metropolitana de Porto Alegre, capital do Rio Grande do Sul. Objetivou-se diagnosticar a situação atual da degradação ambiental do arroio Grande, através da descrição e mapeamento de indicadores naturais e antrópicos. A área pesquisada abrange parte da sub-bacia do arroio Grande, pertencente à bacia hidrográfica do rio dos Sinos. Acrescentou-se aos levantamentos físicos, uma pesquisa junto aos moradores antigos com o objetivo de reconstruir o cenário sócio-ambiental desde meados do século XX até os dias atuais. A recuperação da cobertura vegetal nas encostas de morros devido ao abandono das atividades agrícolas, como aspecto positivo e a degradação dos recursos hídricos como aspecto negativo, foram constatados, descritos e analisados na presente pesquisa. Constatou-se que, apesar da intervenção humana estar causando alterações no equilíbrio dinâmico dos ecossistemas, a área apresenta fatores naturais que contribuem para sua fragilidade, gerando degradações cujos processos são acelerados e acentuados pelas atividades humanas inadequadas sobre esses ambientes frágeis. Os indicadores de degradação de origem natural, como erosões, solapamento das margens e assoreamento dos cursos de água, estão mais presentes nas áreas rurais. Indicadores de degradação de origem antrópica, como ausência de mata ciliar e despejo de efluentes domésticos e industriais, se fizeram presentes de forma mais acentuada nas áreas urbanizadas. Os resultados das análises de alguns parâmetros indicadores da qualidade das águas do arroio Grande mostraram uma significativa diminuição da qualidade das águas na área urbana e a jusante dela. Algumas sugestões foram somadas ao presente trabalho, no intuito de possibilitar ações que possam minimizar os impactos dos indicadores mapeados e evitar futuros problemas já ocorridos em outras cidades com características semelhantes à Nova Hartz. / The present study was carried out in the county (municipality) of Nova Hartz, localized to the northeast of the slope of the medium highlands, in the metropolitan region of Porto Alegre, capital of Rio Grande do Sul. Our goal was to diagnose the real situation of the environmental degradation of the rivulet Arroio Grande, through the description and the mapping of of natural and antropic indicators. The area under survey includes part of the sub-basin of Arroio Grande, belonging to the hydrographic basin of the river Rio dos Sinos. To the physical data we added a survey with the older dwellers aiming at reconstructing the socioenvironmental scenario since the middle of the 20th century till our days. The recovery of the vegetal cover on the moutain slopes due to the abandonment of agricultural activities, as a positive aspect and the degradation of the hydric resources as a negative aspect, were verified, described and analyzed through the perception of old dwellers of the place. It was verified that, in spite of the human intervention bringing about alterations on the dynamic balance of the ecosystems, the area presents natural factors contributing to its fragility, bringing about degradations whose processes are accelerated and accentuated by inadequate human activities on these fragile environments. These degradation indicators of natural origin, like erosion, underwash of brook banks and the silting up of water courses , are more present in rural areas. Degradation indicators like the absence of ciliary woods and the inflow of domestic and industrial wastewaters are much more accentuated in urbanized areas. Some suggestion were added to the present paper with the intent of allowing actions which might minimize the impact of the mapped indicators and help avoid future problems as have already happened in other towns with characteristics similar to Nova Hartz´s.

Die vorliegende Untersuchung hat in der Nordosten Hoch-ebene Stadt Nova Hartz, spielend in der erzbischöflichen Region Porto Alegre – Hauptstadte des Bundesland Rio Grande do Sul- stattgefunden . Das Ziel wurde die aktuelle Situation der umweltliche Verwitterung des Bach Arroio Grande durch Beschreibung und Übersicht des naturelles Zeiger zu erkennen. Das untersuchte Gelände fasst Teil des Arroio Grande Unterbecken um, das zum Bewässerungsbecken des Rio dos Sinos gehört. Zur physichen Daten nahm man eine Forschung bei ehmaliger Einwohner zu, um die soziale und umweltliche Landschaft von mitte des XX Jahrhundert bis heutzutage zu bilden. Die Wiederaufbau des pflanzliche Decke in dem Hang den Bergen wegen der Verzicht auf landwirtschaftliche Arbeit, als positiv gesehen und die Verwitterung des Wasserstoffreserven, als negative Ansicht, wurden in dieser Forschung festgestellt, beschreibt und analysiert. Wurde nachgeprüft, dass, trotz der menschliche Intervention, die die Änderung in dynamischen Gleichgewicht des ökologisches System verursacht, das Gelände naturelle Faktoren zeigt, die zu seiner Schwäche beitragen, und dass, das Verwitterungen zeugt. Diese Verwitterungen sind durch die menschliche unangemessene Akten über diese schwacheUmwelt schneller und verstärkt. Die Zeigen von naturellen Verwitterungen, so wie Erosion, Auswaschung des Flussufer und Versandung den Wasserlaufen, kommen im ländlichen Gegend am meistens vor. Andere Zeigen Verwitterungen, wie Fehlen von wimperichem Wald und Entleerung häuslichen und industriellen Abfall, kommen stärker im städischen Gegend vor. Einige Vorschläge stehen in dieser Arbeit, in der Absicht neue Handlungen, die der Aufschlag den Zeigen minimizieren, zu ermöglichen, und so, zukunftliche Problemen, die in anderen Städten mit ähnlichen Kennzeichen als Nova Hartz vorkommen, zu verhindern. / O presente estudo foi realizado no município de Nova Hartz, localizado a nordeste da encosta do planalto médio, na região metropolitana de Porto Alegre, capital do Rio Grande do Sul. Objetivou-se diagnosticar a situação atual da degradação ambiental do arroio Grande, através da descrição e mapeamento de indicadores naturais e antrópicos. A área pesquisada abrange parte da sub-bacia do arroio Grande, pertencente à bacia hidrográfica do rio dos Sinos. Acrescentou-se aos levantamentos físicos, uma pesquisa junto aos moradores antigos com o objetivo de reconstruir o cenário sócio-ambiental desde meados do século XX até os dias atuais. A recuperação da cobertura vegetal nas encostas de morros devido ao abandono das atividades agrícolas, como aspecto positivo e a degradação dos recursos hídricos como aspecto negativo, foram constatados, descritos e analisados na presente pesquisa. Constatou-se que, apesar da intervenção humana estar causando alterações no equilíbrio dinâmico dos ecossistemas, a área apresenta fatores naturais que contribuem para sua fragilidade, gerando degradações cujos processos são acelerados e acentuados pelas atividades humanas inadequadas sobre esses ambientes frágeis. Os indicadores de degradação de origem natural, como erosões, solapamento das margens e assoreamento dos cursos de água, estão mais presentes nas áreas rurais. Indicadores de degradação de origem antrópica, como ausência de mata ciliar e despejo de efluentes domésticos e industriais, se fizeram presentes de forma mais acentuada nas áreas urbanizadas. Os resultados das análises de alguns parâmetros indicadores da qualidade das águas do arroio Grande mostraram uma significativa diminuição da qualidade das águas na área urbana e a jusante dela. Algumas sugestões foram somadas ao presente trabalho, no intuito de possibilitar ações que possam minimizar os impactos dos indicadores mapeados e evitar futuros problemas já ocorridos em outras cidades com características semelhantes à Nova Hartz. / The present study was carried out in the county (municipality) of Nova Hartz, localized to the northeast of the slope of the medium highlands, in the metropolitan region of Porto Alegre, capital of Rio Grande do Sul. Our goal was to diagnose the real situation of the environmental degradation of the rivulet Arroio Grande, through the description and the mapping of of natural and antropic indicators. The area under survey includes part of the sub-basin of Arroio Grande, belonging to the hydrographic basin of the river Rio dos Sinos. To the physical data we added a survey with the older dwellers aiming at reconstructing the socioenvironmental scenario since the middle of the 20th century till our days. The recovery of the vegetal cover on the moutain slopes due to the abandonment of agricultural activities, as a positive aspect and the degradation of the hydric resources as a negative aspect, were verified, described and analyzed through the perception of old dwellers of the place. It was verified that, in spite of the human intervention bringing about alterations on the dynamic balance of the ecosystems, the area presents natural factors contributing to its fragility, bringing about degradations whose processes are accelerated and accentuated by inadequate human activities on these fragile environments. These degradation indicators of natural origin, like erosion, underwash of brook banks and the silting up of water courses , are more present in rural areas. Degradation indicators like the absence of ciliary woods and the inflow of domestic and industrial wastewaters are much more accentuated in urbanized areas. Some suggestion were added to the present paper with the intent of allowing actions which might minimize the impact of the mapped indicators and help avoid future problems as have already happened in other towns with characteristics similar to Nova Hartz´s.

Landwirtschaftliche Produktionssysteme basieren in vielen Weltregionen auf dem Einsatz von Bewässerung. Staudämme stellen einen Großteil der benötigten Wasserressourcen, jedoch wurden Zusammenhänge zwischen Staudämmen und Veränderungen im Landsystem bis heute kaum erforscht. Im Hinblick auf die steigende Nachfrage nach landwirtschaftlichen Erzeugnissen bedarf es eines besseren Verständnisses des Zusammenhangs zwischen Staudämmen, Bewässerung und landwirtschaftlichen Produktionssystemen. Daten und Methoden der Fernerkundung liefern synoptische und räumlich detaillierte Aufnahmen der Erdoberfläche mit großem Potential für die Untersuchung von landwirtschaftlichen Produktionssystemen. Das Hauptziel dieser Arbeit war es, das gegenwärtige Verständnis des Zusammenhangs von Bewässerungsstaudämmen und Landsystemen mit Mitteln der Fernerkundung zu verbessern. In dieser Arbeit wurden großflächige Beschreibungen globaler und regionaler Agrarsysteme generiert, welche nachdrücklich das Potential von Daten und Methoden aus der Fernerkundung hervorheben. Das hohe thematische, räumliche und zeitliche Detail der Ergebnisse erlaubte einzigartige Einblicke in die raumzeitlichen Dynamiken von Bewässerungsfeldwirtschaft. Die im Zuge dieser Arbeit entstandenen Ergebnisse, Methoden, und Datensätze tragen maßgeblich zum heutigen Wissensstand in Bezug auf den Zusammenhang zwischen Bewässerungsstaudämmen und Landnutzungsintensität bei und liefern wichtige Einblicke zur Verbesserung zukünftiger Produktionsstrukturen. / A growing world population, and increasing demands for food, feed, fuel and fiber, substantially add pressure on the global land system. The construction of dams is a common strategy for boosting production outputs through irrigation. Reservoirs represent the most important source of irrigation water globally, but their effects on agricultural land systems are only poorly understood. Remote sensing emerges as a key tool for enabling spatially explicit assessments of dam-induced land system change due to its ability to provide spatially detailed, frequent, and synoptic observations of the land surface. The overall goal of this thesis was to assess the effects of irrigation dams on agricultural land systems on a global and regional scale, by making use of state-of-the art remote sensing data products and methods. A synthesis of the current scientific literature offered primary insights into dam-induced changes in agricultural systems, and raised the hypothesis that irrigation dams caused overall increases in agricultural land use intensity. On a global scale, satellite-based measurements of cropping frequency derived from MODIS-based map products attested to this finding, albeit a strong regional variability was apparent. Landsat-based time series methods were used on a national to regional scale, which further revealed strong spatio-temporal dynamics of irrigated agriculture. The results of this thesis add knowledge and spatially explicit insights on the effects of dams on agricultural land systems. The work further emphasizes the important role of remote sensing technologies in exploring future pathways of agricultural intensification.

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Diese Arbeit ist die erste systematische Analyse des globalen Bewässerungsbedarfs für die Bioenergieproduktion des 21. Jahrhundert. In der aktuellen Literatur finden sich diesbezüglich Prognosen von 128,4–9000 km3 yr−1. Die Zahlen hängen stark von den gewählten Parametern und Annahmen sowie den angewandten Methoden und Modellen ab. In systematischen Simulationen für die wichtigsten Parameter mit dem globalen Vegetationsmodell LPJmL, ergeben sich zwei mögliche Pfade um die Erwärmung auf 1.5°C zu begrenzen. Entweder müssten hocheffiziente Bioenergiesysteme entwickelt werden oder es müsste eine unbegrenzte Plantagenfläche bewässert werden dürfen, ohne dabei den Wasserbedarf der Ökosysteme zu berücksichtigen. Letzteres führt zu einem Interessenkonflikt, bei dem die Biomasseproduktion zur Klimarettung auf der einen Seite und der Schutz von Ökosystemen auf der anderen Seite stehen. Ein weiteres Dilemma wird sichtbar, wenn man den Wasserstress, der sich aus der zusätzlichen Bewässerung ergäbe, mit dem in einer durch ungebremsten Klimawandel um 3°C erwärmten Welt ohne Bioenergie vergleicht: In beiden Szenarien könnte (im Vergleich zu heute) der Wasserstress bis zum Ende des 21. Jahrhunderts stark steigen. Tatsächlich ergäbe sich im Bioenergie-Szenario aber sogar potenziell mehr Wasserstress als im Klimawandel-Szenario. Nachhaltiges Wassermanagement als Kombination aus Wasserentnahmebeschränkungen gemäß den Anforderungen von Flussökosystemen und verbessertem Wassermanagement auf agrarischen Nutzflächen hätte das Potenzial, diesen zusätzlichen Wasserstress zu begrenzen, wäre jedoch auf globaler Ebene schwierig zu etablieren. Diese Arbeit bestätigt, dass Bioenergieplantagen neben den Negativemissionen, die sie liefern sollen, auch zu unerwünschten Nebenwirkungen in anderen Dimensionen des Erdsystems führen könnten. / This thesis provides a first systematic assessment of 21st century global irrigation water demands for bioenergy production, for which the current body of literature projects a range of 128.4–9000 km3 yr−1. The numbers strongly depend on the parameters and assumptions chosen as well as methodologies and models applied. Systematic simulations for the identified key parameters in the dynamic global vegetation model LPJmL yield that even with optimal bioenergy plantation locations, 1.5°C can only be reached in scenarios with highly efficient bioenergy systems or strong irrigation expansion without withdrawal limitations. As a result of the large irrigation requirements, a conflict of interest arises between producing sufficient biomass and protecting environmental flows. A further dilemma is delineated by a comparison of the water stress resulting from the additional irrigation needed to limit climate change and the water stress in a 3°C warmer world without bioenergy. In both scenarios, the global area and the number of people experiencing water stress would increase severely by the end of the 21st century. The bioenergy scenario shows even higher water stress than the case of unmitigated climate change. Sustainable water management, as a combination of water withdrawal restrictions according to environmental flow requirements and improved on-field water management, has the potential to limit this additional water stress. But it would be a challenge to establish such strategies on a global scale. This work confirms that in order to provide large amounts of negative emissions, BECCS might lead to undesired deterioration of our environment and impacts for humanity. It further highlights the dilemma of rising water stress regardless whether climate change or climate change mitigation via irrigated bioenergy become a reality.

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