Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist es, die Auswirkungen des Eindringens von Salzwasser auf den Reisanbau bei unterschiedlichen Salzgehalten zu analysieren und zu untersuchen, wie Veränderungen in den Reissortenoptionen innerhalb der nördlichen zentralen Küstenregion Vietnams dazu beitragen können, diese Auswirkungen zu reduzieren. Auf Böden mit hohem Salzgehalt, die für den Reisanbau nicht mehr geeignet sind, werden geeignetere Anpassungsstrategien gefordert, indem die Präferenz der Landwirte für verschiedene Anbaufolgen und die Faktoren, die ihre Präferenzen im Zusammenspiel mit verschiedenen Salzgehaltsstufen beeinflussen, untersucht werden. Die Studie untersuchte die Auswirkungen des Salzgehalts auf den Mittelwert und die Variabilität der Reiserträge in vier Gemeinden der Provinz und untersuchte mögliche Änderungen im Portfolio der Reissorten, die Erträge zu steigern und gleichzeitig die Ertragsvariabilität zu verringern. Außerdem wurden die Auswirkungen des Salzwassereinbruchs auf die Produktivität und die technische Effizienz der Reisfarmen im Untersuchungsgebiet bewertet. Im Gegensatz zu bestehenden Studien wurden in dieser Untersuchung die Auswirkungen der Bodenversalzung analysiert. Salztolerante Reissorten können die Erträge sichern, solange der Salzgehalt moderat ist, sind aber ungeeignet, sobald der Salzgehalt hoch ist. Dies führte zur Durchführung eines dritten methodischen Ansatzes, der mit Hilfe eines Choice-Experiments Informationen über die Präferenzen und Motivationen der Reisbauern für die Wahl zwischen dem Portfolio der lokal möglichen adaptiven und transformativen Optionen generierte. Die Adoptionsergebnisse der Befragten bei verschiedenen Versalzungsgraden wurden ebenfalls simuliert. Die Ergebnisse zeigen, dass sich der Salzgehalt negativ auf die Reiserträge auswirkt, zu einer Erhöhung der Variabilität der Erträge beiträgt und die technische Effizienz von Reis in Abhängigkeit von den Reissorten verringert. / The overall objective of this study is to analyze the impact of saltwater intrusion on rice cultivation at different salinity levels and it also explores how changes in the rice cultivar options within the north central coastal region of Vietnam can help to reduce these impacts. In soils with high salinity levels which are no longer suitable for rice cultivation, more suitable adaptation strategies are called upon through examining farmers’ preference for different crop sequences and the factors affecting their preferences in the interaction with various levels of salinity. The study investigated impacts of salinity on mean and variability of rice yields in four communes of Thua Thien Hue Province and looked at possible changes in the portfolio of rice cultivars, which would offer farmers the potential to increase yields and decrease yield variability simultaneously. I also evaluated the impact of saltwater intrusion on the productivity and technical efficiency of rice farms in the study area. Contrasting to existing studies, this research analyzed season-differentiated impact of soil salinity. Salt tolerant rice varieties can secure yields as long as salinity levels are moderate but are inappropriate once salinity becomes severe. This led to the conduct of third methodological approach that generated information about rice farmers’ preferences and motivations for choosing among the portfolio of locally feasible adaptive and transformative options using a choice experiment. The respondents’ adoption outcomes at different salinity levels were also simulated. The results showed that salinity has negative impact on rice yields, contributes to an increase in variability of yields and reduces rice technical efficiency depending on rice varieties.

Due to the low amount or unfavorable annual distribution of precipitation the exploration, allocation, sustainable exploitation, and protection of replenishable as well as fossile water resources are challanging tasks in semiarid and arid regions. Beside a few natural or artifcial surface water reservoirs the porous underground at the same time is the largest storage and transport medium for water and provides protection against evaporation and to a certain degree against surcficial introduction of contaminants. This situation is characteristic for the Near East and thus for the selected investigation areas, that are located in Israel and the West Bank, and that are subject of the conducted partail studies that are presented. The work focuses on three main subjects. On the one hand, it deals with the characterization of the young groundwater components of the discharge of four major springs of Wadi Qilt and Jericho, as well as of sampled deep wells of three important well fields. All of these objects discharge or abstract water from the Upper and Lower Judea Group Aquifer. With a thickness of about 750 m it is one of the most important groundwater reservoirs of the region and comprises mainly to varying degrees karstified and fractured limestones and dolomites. These formations underwent uplift during Senonian to Eocenian times forming a pair of double-plunging anticlinal structures (Hebron and Ramallah or Judea and Samaria Mountains, respectively) that are again subdivided into minor anticlines and synclines. The groundwater replenishment is restricted to the winter season between October and April, and to the crestal area of the mountains, where the otherwise covered aquifer rocks crop out. A strategy was developed to interpret the applied tracers for all locations in a similar way using a lumped parameter approach, which enables a direct comparison. On the other hand, the work investigates salinization processes in the Shallow Aquifer of Jericho and their discrimination. Potential sources for salinization are remnant brines that are activated to flow into the range of well extraction due to groundwater overexploitation, dissolution of salts, or formation waters from the Lisan formation. These layers represent the sediments of Lake Lisan, the Pleistocene precursor of the Dead Sea. A discrimination of the salinization mechanisms is important to develope reasonable measures to limit or lower the salt concentration in the affected wells. Consequently, the relevant measured but also potential main hydrochemical indicators and isotope tracers are identified. The large uncertainties with respect to the establishment of a well-founded water balance and to the insuffcient knowledge about the geology of the small-scale area of Jericho are discussed. Because the interpretation of the measured helium samples from the fractured and karstified aquifer of the Cretaceous Judea Group is limited, the dependencies of the He-4 accumulation in groundwater in an idealized dual-continuum aquifer are investigated with respect to the relation of the He-4 mass fluxes and the system response time to the varied parameters (groundwater head gradient, hydraulic conductivities, dispersivities, porosities) by means of a sensitivity analysis. Although the system response time is not a system variable as such it clearly turned out that knowledge about it may be an important information for the interpretation of He concentrations in groundwaters of non-stationary systems. To enhance the visual post-processing of the parameter sensitivity analysis an easily interpretable way of data presentation is introduced. / Semiaride und aride Gebiete stellen aufgrund des niedrigen oder ungünstig verteilten Niederschlagsdargebots eine besondere Herausforderung bezüglich Erkundung, Bereitstellung, nachhaltiger Nutzung und Schutz sich neu bildender, aber auch fossiler Wasserresourcen dar. Abgesehen von wenigen natürlichen oder künstlich angelegten Oberflächenreservoiren ist der poröse Untergrund dabei gleichzeitig Hauptspeicher und Transportmedium für Wasser und bietet einen Schutz gegen Verdunstung und bis zu einem gewissen Grade gegen oberflächig einwirkende Verunreinigungen. Diese Situation ist charakteristisch für den Nahen Osten und damit für die im Rahmen der vorliegenden Arbeit beschriebenen Teiluntersuchungsgebiete, die sich in Israel und der West Bank befinden. Die Arbeit behandelt drei Hauptthemen. Einerseits geht sie auf die Charakterisierung der Jungwasseranteile im Abfluß vier bedeutender Quellen des Wadi Qilts und Jerichos sowie in beprobten tiefen Brunnen dreier wichtiger Brunnenfelder ein. Alle diese Objekte entwässern bzw. entnehmen Wasser aus dem Oberen oder Unteren Judea Group Aquifer. Mit ca. 750 m Mächtigkeit stellt dieser eines der bedeutensten Grundwasserreservoire der Region dar und besteht hauptsächlich aus unterschiedlich stark verkarsteten und gestörten Kalkstein- und Dolomitformationen, welche zwischen dem Senon und Eozän in Form einer in sich weiter gegliederten, beid-seitig abtauchenden Doppelantiklinalstruktur herausgehoben wurde (Hebron und Ramallah bzw. Judea und Samaria Mountains). Die Grundwasserneubildung ist beschränkt auf die Zeit zwischen Oktober und April sowie auf die Kammlagen des Gebirges, wo die sonst bedeckten Schichten des Aquifers ausstreichen. Es wurde eine Strategie entwickelt, die eingesetzten Tracer auf ähnliche Weise mit Hilfe von Lumped Parameter-Modellen für alle Lokationen zu interpretieren und somit eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Andererseits untersucht die Arbeit Versalzungsprozesse im Shallow Aquifer von Jericho und deren Abgrenzung untereinander. Mögliche Hauptquellen der Versalzung sind durch überhöhte Grundwasserentnahme verstärke Zuflüsse von Solen, die Lösung von Salzen aus der Lisan-Formation oder Formationswässer der Lisan-Formation, welche die Ablagerungen des Lisan-Sees, des Pleistozänen Vorgängers des heutigen Toten Meeres, repräsentieren. Eine Unterscheidung der Mechanismen hat dabei durchaus Bedeutung für die Festlegung geeigneter Gegenmaßnahmen. Demzufolge werden die ermittelten, aber auch weitere, potentielle hydrochemische Hauptindikatoren und Tracer benannt. Unsicherheiten sowohl hinsichtlich der Aufstellung einer Wasserbilanz, als auch einer unzureichend bekannten Geologie für das sehr kleinräumige Gebiet von Jericho werden diskutiert.

Due to the low amount or unfavorable annual distribution of precipitation the exploration, allocation, sustainable exploitation, and protection of replenishable as well as fossile water resources are challanging tasks in semiarid and arid regions. Beside a few natural or artifcial surface water reservoirs the porous underground at the same time is the largest storage and transport medium for water and provides protection against evaporation and to a certain degree against surcficial introduction of contaminants. This situation is characteristic for the Near East and thus for the selected investigation areas, that are located in Israel and the West Bank, and that are subject of the conducted partail studies that are presented. The work focuses on three main subjects. On the one hand, it deals with the characterization of the young groundwater components of the discharge of four major springs of Wadi Qilt and Jericho, as well as of sampled deep wells of three important well fields. All of these objects discharge or abstract water from the Upper and Lower Judea Group Aquifer. With a thickness of about 750 m it is one of the most important groundwater reservoirs of the region and comprises mainly to varying degrees karstified and fractured limestones and dolomites. These formations underwent uplift during Senonian to Eocenian times forming a pair of double-plunging anticlinal structures (Hebron and Ramallah or Judea and Samaria Mountains, respectively) that are again subdivided into minor anticlines and synclines. The groundwater replenishment is restricted to the winter season between October and April, and to the crestal area of the mountains, where the otherwise covered aquifer rocks crop out. A strategy was developed to interpret the applied tracers for all locations in a similar way using a lumped parameter approach, which enables a direct comparison. On the other hand, the work investigates salinization processes in the Shallow Aquifer of Jericho and their discrimination. Potential sources for salinization are remnant brines that are activated to flow into the range of well extraction due to groundwater overexploitation, dissolution of salts, or formation waters from the Lisan formation. These layers represent the sediments of Lake Lisan, the Pleistocene precursor of the Dead Sea. A discrimination of the salinization mechanisms is important to develope reasonable measures to limit or lower the salt concentration in the affected wells. Consequently, the relevant measured but also potential main hydrochemical indicators and isotope tracers are identified. The large uncertainties with respect to the establishment of a well-founded water balance and to the insuffcient knowledge about the geology of the small-scale area of Jericho are discussed. Because the interpretation of the measured helium samples from the fractured and karstified aquifer of the Cretaceous Judea Group is limited, the dependencies of the He-4 accumulation in groundwater in an idealized dual-continuum aquifer are investigated with respect to the relation of the He-4 mass fluxes and the system response time to the varied parameters (groundwater head gradient, hydraulic conductivities, dispersivities, porosities) by means of a sensitivity analysis. Although the system response time is not a system variable as such it clearly turned out that knowledge about it may be an important information for the interpretation of He concentrations in groundwaters of non-stationary systems. To enhance the visual post-processing of the parameter sensitivity analysis an easily interpretable way of data presentation is introduced.:Impressum Kurzfassung Abstract List of Figures List of Tables Introduction Geology and hydrogeological background Theory and application of environmental tracers to characterize groundwater flow Methodology Results Summary Conclusions / Semiaride und aride Gebiete stellen aufgrund des niedrigen oder ungünstig verteilten Niederschlagsdargebots eine besondere Herausforderung bezüglich Erkundung, Bereitstellung, nachhaltiger Nutzung und Schutz sich neu bildender, aber auch fossiler Wasserresourcen dar. Abgesehen von wenigen natürlichen oder künstlich angelegten Oberflächenreservoiren ist der poröse Untergrund dabei gleichzeitig Hauptspeicher und Transportmedium für Wasser und bietet einen Schutz gegen Verdunstung und bis zu einem gewissen Grade gegen oberflächig einwirkende Verunreinigungen. Diese Situation ist charakteristisch für den Nahen Osten und damit für die im Rahmen der vorliegenden Arbeit beschriebenen Teiluntersuchungsgebiete, die sich in Israel und der West Bank befinden. Die Arbeit behandelt drei Hauptthemen. Einerseits geht sie auf die Charakterisierung der Jungwasseranteile im Abfluß vier bedeutender Quellen des Wadi Qilts und Jerichos sowie in beprobten tiefen Brunnen dreier wichtiger Brunnenfelder ein. Alle diese Objekte entwässern bzw. entnehmen Wasser aus dem Oberen oder Unteren Judea Group Aquifer. Mit ca. 750 m Mächtigkeit stellt dieser eines der bedeutensten Grundwasserreservoire der Region dar und besteht hauptsächlich aus unterschiedlich stark verkarsteten und gestörten Kalkstein- und Dolomitformationen, welche zwischen dem Senon und Eozän in Form einer in sich weiter gegliederten, beid-seitig abtauchenden Doppelantiklinalstruktur herausgehoben wurde (Hebron und Ramallah bzw. Judea und Samaria Mountains). Die Grundwasserneubildung ist beschränkt auf die Zeit zwischen Oktober und April sowie auf die Kammlagen des Gebirges, wo die sonst bedeckten Schichten des Aquifers ausstreichen. Es wurde eine Strategie entwickelt, die eingesetzten Tracer auf ähnliche Weise mit Hilfe von Lumped Parameter-Modellen für alle Lokationen zu interpretieren und somit eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Andererseits untersucht die Arbeit Versalzungsprozesse im Shallow Aquifer von Jericho und deren Abgrenzung untereinander. Mögliche Hauptquellen der Versalzung sind durch überhöhte Grundwasserentnahme verstärke Zuflüsse von Solen, die Lösung von Salzen aus der Lisan-Formation oder Formationswässer der Lisan-Formation, welche die Ablagerungen des Lisan-Sees, des Pleistozänen Vorgängers des heutigen Toten Meeres, repräsentieren. Eine Unterscheidung der Mechanismen hat dabei durchaus Bedeutung für die Festlegung geeigneter Gegenmaßnahmen. Demzufolge werden die ermittelten, aber auch weitere, potentielle hydrochemische Hauptindikatoren und Tracer benannt. Unsicherheiten sowohl hinsichtlich der Aufstellung einer Wasserbilanz, als auch einer unzureichend bekannten Geologie für das sehr kleinräumige Gebiet von Jericho werden diskutiert.:Impressum Kurzfassung Abstract List of Figures List of Tables Introduction Geology and hydrogeological background Theory and application of environmental tracers to characterize groundwater flow Methodology Results Summary Conclusions

Die salzhaltigen Abwässer des Kalibergbaues führen in natürlichen Süßwassersystemen zu Ionenimbalanzen und einer sekundären Versalzung der Werra in Deutschland. Die Auswirkungen dieser Ionenungleichgewichte auf die Reproduktion von Süßwasserfischen wurden unter Verwendung der Modellfischart Danio rerio untersucht. Angepasst an die aktuellen Grenzwerte für die Einleitung der Abwässer aus dem Kalibergbau wurden fünf verschiedene Kombinationen erhöhter Ionenkonzentrationen getestet. Während eines partiellen Lebenszyklustests wurden adulte Fische 35 Tage lang in den Salzkombinationen exponiert. Anschließend wurden die Nachkommen dieser Fische bis zum 8. Tag nach der Befruchtung den gleichen Salzkonzentrationen ausgesetzt. Zusätzlich wurden Early-Life-Stage-Tests (ELST) mit den Nachkommen von nicht exponierten Eltern durchgeführt. Im Vergleich zu natürlich vorkommenden Ionenkonzentrationen und -verhältnissen in Süßwassersystemen war die Befruchtungsrate der Eier für alle Ionenkombinationen signifikant niedriger, die Koagulations- und Deformationsrate jedoch signifikant höher. Die ELST ergaben bei den Embryonen und Larven u.a. vorzeitige und verlängerte Schlupfzeiten, verringerte Überlebensraten, erhöhte Deformationsraten und Herzschlagfrequenzen sowie Unregelmäßigkeiten des Ganzkörpergehalts von K, Mg, Na und Ca und des Ganzkörper-Ionenverhältnisses von Ca:Mg bei erhöhten Ionenkonzentrationen und Ionenimbalanzen. Im Vergleich zu den Effekten auf die Fortpflanzung und Entwicklung der Nachkommen waren die Effekte auf die adulten Tiere moderat. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen, dass Teillebenszyklus-Tests besser als Fischeitests oder ELST geeignet sind, die Effekte von durch Abwasser verursachten Ionenimbalanzen, auf die Fortpflanzung und frühe Entwicklung von Süßwasserfischen, zu untersuchen. Weder die momentan gültigen noch die zukünftig herabgesetzten Grenzwerte bis 2027 sind danach als unschädlich, für die Reproduktion von Süßwasserfischen, zu betrachten. / The potash mining industry discharges saline effluents which generate ion imbalances in natural freshwater systems and cause severe secondary salinization in the river Werra in Germany. The effects of these ion imbalances on reproduction of freshwater fish were investigated using the fish model species Danio rerio. Five different combinations of elevated ion concentrations adjusted to the current threshold values for the discharge of potash mining effluents in Germany were tested. During a partial life cycle test, adult fish were exposed to the salt combinations for 35 days. Subsequently, the offspring were exposed to the same concentrations until hatch, and the larvae were further reared at the exposure concentrations from hatch until the 8th day post fertilization. Additionally, a standard early life stage test with offspring from unexposed parents was performed. Compared to naturally occurring ion concentrations and ratios in freshwater systems, the fertilization rate of the eggs was significantly lower for all ion combinations, while coagulation and deformation rates were significantly higher. Early life stage tests on embryos and larvae revealed premature and prolonged hatching times, reduced survival rates, increased deformation and heart rates and irregularities in whole body content of K, Mg, Na and Ca and whole body Ca:Mg ratios at elevated ion concentrations and imbalances of ion ratios. Compared to effects on reproduction and development of the offspring, effects on the parental generation were moderate. The results of this dissertation indicate that partial life cycle tests instead of fish egg tests or ELST are needed to examine most sensitively the effects of ion imbalances caused by potash mining effluents on reproduction and early development of freshwater fish. Neither the recent German threshold values nor the future reduced values until 2027 are safe for the reproduction of freshwater fish.