Eine geringe Wertschätzung von Zwischenhändlern wie in vielen Entwicklungsländern ist auch in Ghana vorzufinden, was einerseits aus geschichtlichen Gründen aber auch aus Unwissenheit entsteht. Der Bereich der Zwischenhändler ist vorwiegend durch Frauen aus ruralen Gebieten betrieben, die Analphabeten und Autodidakten sind. Der Handel ist auf jeder Ebene organisiert, von den Kommunen über die Distriktstädte, die regionalen Hauptstädte und auch über die Grenzen des Landes hinaus. Die Händlerinnen organisieren damit den Warenfluss von den entlegenen Plätzen der Produktion oder aus dem Ausland, um es zu den Märkten mit der Nachfrage in den Ballungszentren und den großen städtischen Märkten zukommen zu lassen. Nichtsdestotrotz werden bei diversen Programmen der Entwicklungsorganisationen die Händler und vor allem Händlerinnen außen vor gelassen, die Konzentration und Aktivitäten wird auf die Produktion und teilweise auf die Handhabung nach der Ernte fokussiert. Der Wertschöpfungsketten-Ansatz verfolgt jedoch per definitionem alle Akteure in der Kette der Wertschöpfung, allein hierbei fehlen die Händler in der Umsetzung. Die Arbeit soll daher aufzeigen, welche Funktionen die Händlerinnen in den drei ausgewählten Fällen übernehmen und wie somit die Entwicklung von Wertschöpfungsketten optimiert werden und letztendlich die beteiligten Händlerinnen zu einer Verbesserung der Wertschöpfungskette beitragen können. / Trade is a widespread occupation for women in West Africa; such as petty traders that are involved with informal trade mainly. The case in Ghana is different as most of these traders are facing hostile treatment and harassment from many sides. Nevertheless, in development cooperation projects, rural economic development and development of its population is often targeted; whereas solely rural development projects have become projects to support value chains and its stakeholders. These value chains start at agricultural production, further on to processing and altering the raw product until its final condition for sale to the end consumer. The entire value chain deals with many diverse actors in rural and urban areas and also diverse areas of economies, such as micro and small enterprises, and other in private sector or public sector. Therefore, development cooperation dealing with value chain enhancement would address all actors. In Ghana, mainly production side and post-harvest management are dealt with and trade or intermediary trade is circumvented. Some projects openly state that they leave out traders from their interventions in value chains. Most prejudices of this type have derived from historical events and official institutions, also a lack of knowledge. Traders are by contrast those who are coordinating streams of goods from beyond borders to supply to domestic markets and vice versa, manage large quantities for export. The reason that women continue to work in trade is that they barely have alternatives.

Afrikanisches einheimisches Gemüse (AIVs) hat in letzter Zeit in ganz Afrika südlich der Sahara (SSA) aufgrund des zunehmenden Bewusstseins für deren Ernährung und gesundheitlichen Nutzen größere Anerkennung gefunden. Dieses wachsende Verbraucherbewusstsein hat zu einer erhöhten Nachfrage nach AIV-Verbrauch geführt, was wiederum zu einer verstärkten Produktion von AIV geführt hat. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, das Ausmaß und die zugrunde liegenden Faktoren zu bewerten, die Einfluss auf die Einführung nachhaltiger Intensivierungsmethoden (SIPs) haben (Einsatz von verbesserten Bewässerungssystemen, integrierte Bodendüngung, organischer Dünger und AIV - Diversifizierung) (2) Die Übernahme von SIP in Bezug auf den Lebensunterhalt der Landwirte und (3) eine Bewertung der wirtschaftlichen Leistung und der ökologischen Ergebnisse von Bodendüngungsstrategien, um Bodenbewirtschaftungsstrategien zu empfehlen, die die Produktion, den Lebensunterhalt und den Klimaschutz optimieren. Die Ergebnisse zeigten, dass der Einsatz von organischem Dünger und die Diversifizierung der AIV in ländlichen und stadtnahen Produktionsgebieten weit verbreitet waren, wohingegen verbesserte Bewässerungssysteme und ein integriertes Bodenfruchtbarkeitsmanagement eher gering waren und in ländlichen Gebieten sogar erheblich niedriger waren als in Stadtrandgebieten. Darüber hinaus wurden Komplementaritäten und Substituierbarkeiten zwischen SIPs identifiziert, was darauf hindeutet, dass eine Änderung der Richtlinien, die sich auf ein einzelnes SIP auswirkt, Auswirkungen auf andere verwandte SIPs haben kann. Die Ergebnisse der Determinanten von SIP zeigen, dass die Marktintegration, das Haushaltseinkommen und die städtischen Gemüseproduktionsumgebungen die Haupttreiber der Akzeptanz waren. Darüber hinaus erhöht die Einführung von SIPs sowohl das Gesamteinkommen der Haushalte als auch die Ernte. Darüber hinaus optimiert die integrierte Strategie zur Bodenfruchtbarkeit die Wirtschafts- und Umweltleistung. Daher ist ein integriertes Bodenfruchtbarkeitsmanagement ein möglicher Weg, um die AIV-Produktion nachhaltig zu intensivieren. / African indigenous vegetables (AIVs) have recently gained greater recognition across sub-Sahara Africa (SSA) because of increased awareness on their nutrition and health benefits. This rising consumer consciousness has caused an increase in demand for consumption of AIVs, which in turn has led to increased intensification of AIV production. The aim of this thesis was therefore, to evaluate the level and underlying factors influencing the adoption of sustainable intensification practices (SIPs) (use of improved irrigation systems, integrated soil fertilisation, organic manure and AIV diversification), (2) examined the impacts of SIP adoption on farmers’ livelihoods, and (3) assessed economic performance and ecological outcomes of soil fertilisation strategies in order to recommend soil fertility management strategies which optimises production, livelihood and climate trade-offs. The results revealed that use of organic manure and AIV diversification were widely adopted across rural and peri-urban production areas while improved irrigation systems and integrated soil fertility management was rather low, and even significantly lower in rural areas than in peri-urban areas. Moreover, complementarities and substitutabilities between SIPs were also identified indicating that a change in policy affecting a single SIP might have a spill over effect on other related SIPs. The results of determinants of SIPs shows that market integration, household income and peri-urban vegetable production environments were the major drivers of adoption. In addition, adoption of SIPs significantly increases both total household and crop incomes. Furthermore, integrated soil fertility manage strategy optimises economic and environmental performance. Therefore, integrated soil fertility management is a potential pathway to sustainably intensify AIV production.

Ziel der Arbeit war es zum Einen die Eignung der Messung statischer Drücke in unterschiedlichen Größenordnungen mit Hilfe von roter Farbdichtevariation zur direkten Messung des Druckes zwischen Zitze und Zitzengummi beim Melken zu testen. Zum Anderen wurden verschiedene Einflussfaktoren auf diesen Druck analysiert. Dafür wurden Untersuchungen im Versuchsmelkstand unter der Verwendung verschiedener Zitzenmodelle durchgeführt. Der Einfluss verschiedener Anlagenvakua, Pulsationsraten, Pulsphasenverhältnisse und Zitzengummis auf die Zitzenbelastung wurde umfangreich analysiert. Es wurde festgestellt, dass sich die getestete Methode zur direkten Messung des Druckes zwischen Zitze und Zitzengummi eignet. Des Weiteren konnte ein signifikanter Einfluss aller getesteten Faktoren nachgewiesen werden. Die Zitzenbelastung beim Melken nimmt mit ansteigendem Anlagenvakuum, ansteigender Pulsationsrate und ansteigendem Phasenverhältnis zu. Die technischen Eigenschaften eines Zitzengummis, vor allem aber die Form des Zitzengummischaftes, unterscheiden sich signifikant hinsichtlich des von ihnen applizierten Druckes auf die Zitze. In allen Untersuchungen wurde der größte Druck auf das Zitzenende ausgeübt. / The aim of the present thesis was to test whether the measurement of static pressure distribution and magnitude with the aid of red color density variation is appropriate to directly measure the teat load caused by a collapsing liner and to identify different factors influencing this load. Therefore, investigations were carried out in a laboratory milking parlor using different artificial teats. The influence of the machine vacuum, the pulsation rate, the pulsation ratio, and the liner type were analyzed. The present investigations showed that the tested method is appropriate to directly measure the teat load due to liner collapse. A significant effect of all tested factors could be found as well. The higher the machine vacuum, pulsation rate, and pulsation ratio, the higher the teat load caused by a collapsing liner. The technical characteristics of a liner, especially the shape of the barrel, differ significantly with regard to the teat load. In all investigations more pressure was applied to the teat end.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, natürliche Rohstoffe als potentielle Bodenverbesserungsmittel zu identifizieren und zu charakterisieren. Es sollte deren Eignung überprüft werden, ein sandiges Substrat in seinen chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften messbar zu beeinflussen. Anhand von Versuchsreihen im Gewächshaus und im Freiland ist die differenzierte Wirkung der Rohstoffe auf Mais und Weizen getestet worden. Aufgrund einer Literaturrecherche wurden Rohwolle, Schafwollpellets und Biertreber betrachtet. Es zeigte sich für Biertreber, dass dieser große Mengen an Stickstoff (Nt=3,95%; C/N=12,74) bereitstellen kann. Zudem enthält er vergleichsweise viel Phosphor und Magnesium (8,68 g kg-1 und 4,05 g kg-1) aber nur geringe Mengen an Kalium (1,40 g kg-1). Weiterhin lässt sich bei Aufwandmengen von 0,5 M.-% eine kurzfristige Verbesserung der Wasserspeicherfähigkeit sandiger Substrate feststellen. Rohwolle weist im Vergleich zu Biertreber mit Nt=13,56% höhere Mengen an Stickstoff auf. Weiterhin lassen sich mit 35,41 g kg-1 höhere Mengen an Kalium aber mit nur 0,23 g kg-1 bzw. 0,34 g kg-1 geringere Mengen an Magnesium und Phosphor feststellen. Die Mineralisierung der Rohwolle erfolgt im Vergleich zu Biertreber langsam, sodass die enthaltenen Nährstoffe nur langsam pflanzenverfügbar werden. Rohwolle weist zunächst einen stark hydrophoben Charakter auf. Mit zunehmendem Abbau des Lanolins führen Aufwandmengen von 0,1 M.-% zu einer messbaren Erhöhung der Wasserspeicherfähigkeit des sandigen Substrates. Pflanzenverfügbare Nährstoffe stehen bei den industriell aufbereiteten Schafwollpellets im Vergleich zu reiner Rohwolle schneller zur Verfügung. Ähnlich wie bei der Rohwolle werden auch durch Schafwollpellets langfristig Nährstoffe freigesetzt und die Beeinflussung der bodenphysikalischen Parameter ist über längere Zeiträume nachweisbar. Allerdings müssen Aufwandmengen von 0,5 M.-% erbracht werden. / The aim of the study was to identify and characterize natural raw materials as a potential soil improver. The capacity for measurable influence on the chemical, physical and biological properties of sandy substratum was investigated. The differentiated affect of the raw materials has been tested for maize and wheat using test series in a greenhouse as well as in open fields. Raw wool, sheep wool pellets and spent grains were considered based on comprehensive literature research. It was observed that spent grains can provide large amounts of nitrogen (N=3.95\%; C/N=12.74). Moreover, it contains relatively high levels of phosphorus and magnesium (8.68 g kg-1 and 4.05 g/kg, respectively), but only small amounts of potassium (1.40 g/kg). Furthermore, a short-term improvement of the water storage capacity of sandy substratum using a application rate of 0.5 M.-\% was observed. Raw wool has higher amounts of nitrogen with Nt=13.56\% compared to spent grains. Moreover, higher levels of potassium with a value of 35.41 g/kg were observed, but spent grains have lower levels of magnesia and phosphor with values of 0.23 g/kg and 0.34 g/kg, respectively. The mineralization of the raw wool occurs slowly compared to (malt) spent grains, such that nutrients are slowly available to plants. Initially, raw wool has a highly hydrophobic character with increasing depletion of Lanolin a measurable improvement of the water storage capacity of sandy substratum using an application rate of 0.1 M.-\% was observed. Nutrients available to plants are provided quicker by industrially remanufactured sheep wool pellets in comparison to raw wool. Nutrients are released on a long-term basis by sheep wool pellets similar to the raw wool and the influence on the soil-physical properties are verifiable for longer periods of time. However, an application rate of 0.5 M.-\% is necessary.

Wasserknappheit und Dürre sind große Herausforderungen für die Pflanzenproduktion auch in Teilen Mitteleuropas. Weizen aus dem mediterranen Klima sind wegen ihrer Anpassung an dortige Bedingungen eine potenzielle Quelle für eine verbesserte Dürreresistenz. In 2-faktoriellen Gefäßversuchen und 1-faktoriellen Feldversuchen wurden daher Wassernutzung, Biomasseproduktion, Kornertrag, Ertragsstruktur und Stickstoff-Nutzung von zwei mediterranen (Golia, Gönen) und 8 mitteleuropäischen Sommerweizensorten (Triticum aestivum L.) auf der Versuchsstation der Humboldt-Universität in Berlin-Dahlem untersucht. In den Gefäßversuchen (3 Jahre), unter Freilandbedingungen mit Regenschutz, sollte der Effekt von zwei Bewässerungsvarianten (optimale Bewässerung, restriktive Bewässerung nach Ährenschieben) erfasst und mögliche Sortenunterschiede identifiziert werden. Kornertrag und Biomasseproduktion zeigten starken genotypischen Einfluss und eine Reduktion durch das Wasserdefizit (2 Jahre). Die höchsten Kornerträge erreichten die mitteleuropäischen Sorten, gefolgt von Golia aus Italien mit höheren Erträgen als Gönen aus der Türkei. Bezüglich der Wassernutzungseffizienz (WNE) zeigten die Sorten des gemäßigten Klimas höhere Werte aufgrund von gleichzeitig höherer Evapotranspirationseffizienz (ETE) und Ernte-Index (EI). Auch in den Feldversuchen (2 Jahre) konnte für Biomasseproduktion und Kornertrag ein starker Sorteneinfluss gefunden werden, wobei wiederum die mitteleuropäischen Sorten höhere Erträge erzielten als Gönen. Dasselbe gilt für die WNE, wobei die Ursache in höherer ETE und EI bei den mitteleuropäischen Sorten liegt. Golia erreichte hinsichtlich Biomasse, Kornertrag, WNE und ETE das Niveau der mitteleuropäischen Sorten. Die frühe Trockenheit (2011) reduzierte den Kornertrag nur bei den Sorten aus dem mediterranen Raum verglichen mit der späten Trockenheit in 2010. Der Kornertrag der mitteleuropäischen Sorten war stabil zwischen den Jahren. / Water scarcity and drought are big challenges in agricultural production even in parts of Mid-Europe. Wheats from Mediterranean climate with their adaption to the local conditions may be considered a potential source of enhanced drought resistance. Therefore, in two-factorial pot experiments and one-factorial field experiments water use, biomass accumulation, grain yield, yield structure and nitrogen utilization of 2 Mediterranean (Golia, Gönen) and 8 mid-European spring wheat cultivars (Triticum aestivum L.) were studied on the experimental station of the Humboldt-University at Berlin. Pot experiments (3 years) were carried out under field site conditions with rain shelter to quantify effects of two watering regimes (well watered, water deficit after heading) and to identify possible differences between cultivars. Grain yield and biomass accumulation showed strong genotypic influence and were significantly reduces by water deficit in two years. Mid-European cultivars out yielded Mediterranean ones with Italian cultivar Golia showing higher grain yield than Turkish cultivar Gönen. Crude protein values were higher in Mediterranean cultivars with higher nitrogen amount in those from temperate climate. Clear differences between cultivars were found in water use efficiency (WUE) with higher values in mid-European cultivars due to simultaneously higher Evapotranspiration Efficiency (ETE) and Harvest Index (HI). In field experiments (2 years) biomass and grain yield were strongly influenced by cultivar with higher values in Mid-European cultivars than in Gönen. Similar results were found for WUE which was higher in cultivars from temperate climate because of higher ETE and HI. Italian cultivar Golia reached level of mid-European cultivars either in biomass and grain yield but also WUE and ETE. Early drought in 2011 lowered yield only in Mediterranean cultivars compared to terminal drought in 2010. Yield in cultivars from temperate climate was stable between years.

Aquaponik-Systeme stellen an sich einen sehr nachhaltigen, innovativen Ansatz für die zukünftige Lebensmittelproduktion dar. Allerdings hat sich bis heute noch kein flächendeckender, ökonomischer Erfolg eingestellt und wesentliche systemische Engpässe wurden wissenschaftlich nicht untersucht. Daher waren die Hauptziele dieser Dissertation, (I) sichere Nitratkonzentrationen in geschlossenen Kreislaufanlagen (RAS) zu ermitteln, unter denen optimales Wachstum und Tierwohl produzierter Tilapien gewährleistet ist, (II) die Evaluierung des besten Designkonzeptes für die optimale, kombinierte Produktion von Fisch und Pflanzen und (III) die allgemeine Effizienz bei der Wiederverwertung des Abwassers und der Nährstoffe aus dem Schlamm der mechanischen Filtrationseinheiten in aquaponischen Systemen zu erhöhen. Das Wachstum und die Gesundheit von Niltilapien (Oreochromis niloticus) wird durch hohe Nitratkonzentrationen (> 500 mgL-1 NO3--N) negativ beeinflusst. Nitratkonzentrationen, die für die Produktion von Pflanzen in aquaponischen Systemen (~ 200 mgL-1 NO3--N) optimal sind, haben keinen negativen Einfluss auf das Tierwohl. Entkoppelte Kreislaufsysteme sind bei einer professionellen aquaponischen Produktion von Fisch und Pflanzen zu bevorzugen. Bei der Produktion von Fisch ergab sich keinerlei Unterschied, jedoch wurde eine deutlich gesteigerte Tomatenproduktion von 36 % in entkoppelten Kreislaufsystemen erreicht. Die aerobe Mineralisation zeigte das beste Rückgewinnungpotential von Phosphat und nur geringe Nitratverluste und kann in der Gesamtheit eine deutliche Effizienzsteigerung aquaponischer Systeme zur Folge haben. Die Ergebnisse dieser Dissertation zeigen die Engpässe in der Aquaponik klar auf und liefern gleichzeitig Lösungsansätze, wie diese Hindernisse in Bezug auf das Nährstoff- und Ressourcenmanagement überwunden werden können. Dadurch kann die Nachhaltigkeit dieser Anlagen gesteigert und die Wahrscheinlichkeit des wirtschaftlichen Erfolges erhöht werden. / Aquaponics is the combination of fish production in aquaculture and hydroponic (soilless) production of crop plants. Despite of representing already a sustainable, innovative approach for future food production systems, aquaponics are still missing economic success and up to date major bottlenecks were not scientifically addressed. Therefore the main aims of this thesis were (I) to identify safe nitrate concentrations under which best growth and health status of tilapia can be guaranteed in aquaponics, (II) to evaluate the best design concept for an optimal combined production of fish and plants and (III) to increase the overall system efficiency by recycling waste water and nutrients deposited in the sludge of the mechanical filtration unit. The growth and health status of Nile tilapia (Oreochromis niloticus) is negatively affected by high nitrate concentrations (> 500 mgL-1 NO3--N) commonly reported for RAS. Nevertheless, optimal nitrate concentrations for plant production in aquaponic systems (~ 200 mgL-1 NO3--N) are not affecting fish welfare and allow for an efficient production of Nile tilapia. Decoupled aquaponics proved to be favorable for professional aquaponic production, whereas coupled systems were suboptimal for a combined production of fish and plants. There were no differences in fish production, whereas tomato production within the decoupled system was considerably increased by 36 %. Aerobic mineralization of phosphate revealed best phosphate recovery with only minor losses of nitrate. Recycling of water sludge mixture from clarifiers resulted in a substantial phosphor recovery, an increase in potassium and additional water savings. Conclusively, the results of this holistic thesis clearly revealed the bottlenecks in aquaponic technology and provided guidance in overcoming mayor obstacles in terms of optimized nutrient and resource management to increase the overall sustainability of these systems and improve production efficiency and profitability.

Aufgrund einer größeren finanziellen Unsicherheit im Zusammenhang mit ökologischen Risiken sind nachhaltigkeitsorientierte Innovationen in einem Marktumfeld weniger wahrscheinlich. Übergeordnetes Ziel dieser Studie ist es, Innovationsprozesse in der Landwirtschaft zu analysieren und ihre Fähigkeit zur Integration marktgetriebener und ökosystemorientierter Aktivitäten zu bewerten. Dadurch soll ein Domainansatz in der Landwirtschaft überwunden werden. Entwickelt wurde dafür ein Rahmen für die Analyse und das Management von nachhaltigkeitsorientierten Innovationsprozessen: das Triple Helix System der Innovation für Nachhaltigkeit (THIS). Es soll die Interaktion zwischen landwirtschaftlicher Praxis, Forschung und Politik bei transformativen Veränderungsprozessen unterstützen. Der Rahmen wurde basierend auf einer Fallstudienanalyse in drei Interaktionsebenen eingeteilt, die für die Aushandlung von Nachhaltigkeitszielen über den Markt und das Ökosystem relevant sind: 1) die technologische, 2) die organisatorische und 3) die Governance-Ebene. Grundlage für die Übersetzung von Nachhaltigkeitszielen auf die lokale Ebene sind die übergreifenden Ziele der Vereinten Nationen für nachhaltige Entwicklung (SDGs). Auf jeder Ebene ergeben sich spezifische Forschungsfragen: in der Vorplanung (Front End), in der Einbindung von Managementfunktionen, und in der Berücksichtigung von Indikatoren für Nachhaltigkeit in politischen Gesetzentwicklungsprozessen. Die Analyse, die sich aus der Anwendung von THIS ergibt, trägt zur Debatte über tragfähige Formen des Innovationsmanagements für zielorientierte Innovationen bei. THIS dient somit als Rahmen, um Innovationsprozesse zu beschleunigen und die zusätzlichen Unsicherheiten bei den im Agrarsektor entwickelten Innovationen frühzeitig zu berücksichtigen. Schließlich zeigt diese Studie, wie sich die Anforderungen eines iterativen Managements in Organisationsstrukturen für institutionelle Unterstützung widerspiegeln können. / Due to greater financial uncertainty in connection with ecological risks, sustainability-oriented innovations are less likely to be successfully adopted in a market environment. The overall objective of this study is to analyse innovation processes in agriculture, and to assess their ability to integrate market-driven as well as ecosystem-oriented activities across different levels of relationship interaction. To overcome a domain approach in agriculture, a framework for the analysis and management of sustainability-oriented innovation processes in agriculture was developed: the Triple Helix System of Innovation for Sustainability (THIS). It is set to enhance the diffusion and utilisation of new knowledge generated by interaction between agricultural practice, research and policy. The framework looks at three levels of relationship interaction relevant to the negotiation of market versus ecosystem, including 1) technological, 2) organisational, and 3) governance aspects. The negotiation of sustainability goals is conducted by translating the overarching global United Nations Sustainable Development Goals (SDGs) to the substantive focus of innovation in each case. Each level of relationship interaction reveals specific research questions, addressing for example the consideration of sustainability impacts at the beginning of an innovation process (the front end), management functions required to organise and steer an innovation process, and the potential for integrating indicators for sustainability in policy regulation and governance. The study contributes to the debate on viable forms of innovation management for goal-oriented innovation processes. The application of THIS achieves to address additional uncertainty posed particularly by environmental aspects characteristic to the agricultural sector. Finally, this study shows how the requirements of iterative management can be reflected in organisational structures for institutional support.

Durch ihre Umwelt- und Nährwertvorteile erweckten Afrikanische indigene Blattgemüse – „African Indigenous Vegetables“ (AIV) in letzter Zeit Aufmerksamkeit als „Supergemüse“ (Cernansky 2015). Da mehrere Spezies aus unterschiedlichen botanischen Familien innerhalb der AIVs vertreten sind, ist ein besseres Verständnis Spezies spezifischer Eigenschaften, wie z.B. Ernährungswert und agronomischem Management nötig, um diese Vorteile voll ausschöpfen zu können. In dieser Arbeit haben wir Afrikanisch indigene Blattgemüsearten aus fünf Familien, inklusive C3 and C4 Spezies und Leguminosen und nicht-Leguminosen (Brassica carinata/Cruciferae - Ethiopian Kale, Amaranthus cruentus/Amaranthaceae - Amaranth, Vigna unguiculata/Leguminosae - Cowpea, Solanum scabrum/Solanaceae - African Nightshade, Cleome gynandra/Capparaceae - Spiderplant) mit einer importierten und in Kenia häufig angebauten Gemüseart (Brassica oleracea acephala/Cruciferae - Exotic Kale) verglichen. Wir betrachteten die Pflanzenarten hinsichtlich ihrer Konzentrationen an wertgebenden und toxischen Elementen in Blättern als Index für den Nährwert, ihrer Reaktionen auf unterschiedliche zur Verfügung gestellten Mengen und Formen an Phosphor (P) als Index für die Adaptation an suboptimale chemische Bodenbedingungen und ihre erntebedingten Nährstoffausfuhren aus dem Boden als Index für den Düngerbedarf. Die Arbeit war in das interdisziplinäre Forschungsprogramm HORTINLEA (Horticultural Innovation and Learning for Improved Nutrition and Livelihood in East Africa) eingebunden. / African Indigenous Vegetables (AIVs) have recently captured considerable attention as “super vegetables” due to their nutritional and environmental benefits (Cernansky 2015). As AIVs include many species belonging to different botanical families, more species-specific knowledge e.g. on nutritional value and agronomic management is needed to fully exploit those benefits. In this thesis we compared leafy AIV species from five families including C3 and C4 species, and a legume and non-legume species (Brassica carinata/Cruciferae - Ethiopian kale, Amaranthus cruentus/Amaranthaceae - amaranth, Vigna unguiculata/Leguminosae cowpea, Solanum scabrum/Solanaceae - African nightshade, Cleome gynandra/Capparaceae - spider plant) with a non-indigenous species, which is commonly grown in Kenya (Brassica oleracea acephala/Cruciferae - “exotic kale”). We compared the leaf concentrations of beneficial nutrients and heavy metals as an index for the nutritional value, the performance under different rates and forms of phosphorus (P) supply as an index for adaptation to suboptimal chemical soil conditions, and the harvest-related nutrient outflow from soil as an index for fertilizer need. The thesis was embedded in the interdisciplinary research program HORTINLEA (Horticultural Innovation and Learning for Improved Nutrition and Livelihood in East Africa).

Im Rahmen dieser Arbeit sollten Einsatzmöglichkeiten und -grenzen von kompostierten und durch Agglomeration oder Pelletierung weiter aufbereiteten Bioabfall-Gärresten untersucht werden. Außerdem sollte geprüft werden, ob durch verschiedene Zuschlagstoffe die Eigenschaften der Produkte so verbessert werden können, dass ein marktfähiges Düngeprodukt entsteht. Dazu wurden ein Feldversuch, Gefäß-, Rhizoboxen- und Bodenatmungsversuche, phytotoxikologische Tests und Regenwurm-Vermeidungstests durchgeführt. Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden: Die Stickstoffverfügbarkeit von kompostierten Gärprodukten aus Bioabfällen ist gering, der Gehalt an Phosphor und Kalium aber hoch. Langfristig sind so der Aufbau eines Nährstoffdepots im Boden und die Einsparung anderer Dünger möglich. Die Produkte enthalten zudem basisch wirksame Bestandteile, welche die Kalkung teilweise ersetzen können. Komposte und Gärprodukte aus Bioabfällen können zur Steigerung der Humusgehalte im Boden beitragen. Ca. 80 % des enthaltenen Kohlenstoffs liegt in stabilisierter Form vor und kann im Boden sequestriert werden. Problematisch sind hohe Schwermetall- und Störstoffgehalte. Die gesetzlich vorgegebenen Grenzwerte wurden in 50 % der getesteten Chargen überschritten. Phytotoxische Effekte wurden nur in Einzelfällen festgestellt und waren nicht dosisabhängig, sondern traten punktuell auf. Die Aktivität der Mikroorganismen im Boden wurde durch Anwendung der Gärprodukte gefördert. Der Einfluss der Gärprodukte auf Regenwürmer konnte nicht eindeutig bestimmt werden. Eine Einschränkung der Habitatfunktion nach Gärproduktanwendung wurde nicht festgestellt. Die Aufbereitung durch Agglomeration oder Pelletierung ist möglich, ohne dass die wesentlichen positiven Eigenschaften davon beeinträchtigt werden. Durch Beimengung von Zuschlagstoffen können die Düngewirkung und die physikalischen Eigenschaften der Produkte verändert werden. Dies reduziert jedoch auch den Gehalt an stabiler organischer Substanz. / The scope of the present work was to determine the possibilities and limits for the application of composted digestates from biowaste on agricultural land. Furthermore it was tested whether it is possible to enhance the properties of the products by adding different amendments and to thereby create a marketable fertilizer product. A field trial, pot and rhizobox experiments, phytotoxicity tests and avoidance tests with earthworms were carried out. The results can be summarized as follows: The nitrogen availability of composted biowaste digestates is limited but they have high contents of phosphorus and potassium. Repeated application of biowaste digestate can help to establish a stable nutrient pool in the soil save up on other fertilizers. In addition, the products are characterized by basic constituents who can partly replace liming. Composts and fermentation products made from organic waste can contribute significantly to the increase of humus content in the soil. Approx. 80 % of the contained carbon is in stabilized form and can be sequestered in the soil. High concentrations of heavy metals and other contaminants are problematic. The legal limits were exceeded in 50 % of the tested batches. Phytotoxic effects were observed only in isolated cases and were not dose-dependent. The activity of the microorganisms in the soil was significantly promoted by the application of the digestates. The influence of the digestate products on earthworms could not be determined unequivocally. A restriction of the habitat function after digestate application was not detected. Processing by agglomeration or pelletizing to increase transportability and storage stability is possible without impairing the essential positive properties of the digestates. The addition of amendments can be used to adjust the fertilizing and physical properties of the products. This, however, reduces the content of stable organic matter.

Tannine gehören zu den phenolhaltigen Verbindungen und galten in der Tierernährung bisher als sekundäre unerwünschte Pflanzeninhaltsstoffe. Sie werden in der Regel in zwei Hauptgruppen eingeteilt: kondensierte und hydrolisierbare Tannine. Im Mittelpunkt der vorliegenden Untersuchungen stand die Quantifizierung der Reduzierung der Proteolyse während der Silierung in Folge der Zulage von tanninhaltigen Pflanzenextrakten unterschiedlicher Herkunft zum Siliergut. Zu diesem Zweck wurden zunächst in Silierversuchen zwei tanninhaltige Pflanzenextrakte unterschiedlicher botanischer Herkunft (Mimosa und Quebracho) alleine sowie in Kombination mit Silierzusätzen dem Ausgangsmaterial am Beispiel Weidelgras (Lolium perenne L.) zugesetzt. Folgend wurden die Effekte unterschiedlicher Konzentrationen der beiden tanninhaltigen Pflanzenextrakte sowie die Effekte bei unterschiedlichen TM-Gehalten des Siliergutes auf den Umfang der Proteolyse am Beispiel der Luzerne (Medicago sativa L.) geprüft. In den Versuchen konnte gezeigt werden, dass die Tannine einen deutlichen Einfluss auf die Proteolyse während der Silierung insbesondere in den ersten Tagen hatten. Die Beurteilung der Effekte der Zulage von tanninhaltigen Pflanzenextrakten basierte unter anderem auf Veränderungen der Parameter der Rohproteinfraktionierung nach dem Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS). Durch den Zusatz von tanninhaltigen Pflanzenextrakten konnte der Abbau von schwer- und mittellöslichen Rohproteinfraktionen (Fraktionen B1-B3) zur leichtlöslichen Rohproteinfraktion (Fraktion A) signifikant minimiert werden, parallel stieg der Gehalt der pansenstabilen Rohproteinfraktionen. Die Effekte unterschiedlicher TM-Gehalte in den Silierversuchen mit Luzerne (Medicago sativa L.) zeigten, dass die eingesetzten tanninhaltigen Pflanzenextrakte unabhängig von ihrer botanischen Zusammensetzung in ihrer Wirkung umso höher waren je geringer der TM-Gehalt war. / Tannins belong to phenol compounds and have traditionally been classified as antinutritive substances in animal nutrition. Tannins are usually divided into two groups: hydrolyzed and condensed tannins. The present study focused on reducing proteolysis during ensilage by supplementing tannin extracts from different botanical sources. Ensilage studies were carried out with Lolium perenne dominated forage and two different tanniniferous extracts (Mimosa and Quebracho) alone as well as in combination with silage additives. In a second study, the effects of different tannin concentrations and two different dry matter levels on proteolysis during ensilage were tested with alfalfa (Medicago sativa L.). The results show that tannin extracts definitely reduce proteolysis during the first days of ensilage. The protein fractionation of the Cornell Net Carbohydrate and Protein System (CNCPS) was used as indicator. Degradations from slightly soluble (B1 – B3) to easily soluble (A) fractions were significantly reduced by the addition of tannin extracts. At the same time, the level of rumen undegradable true protein was increased. The alfalfa study used different dry matter levels showing that by supplementing tannin extracts the wetter the silage was, the clearer the effect on reducing proteolysis.