Niedermoore sind durch Grundwasser beeinflusste Standorte, in denen Torf gebildet wird oder oberflächig ansteht. Sie emittieren durch mikrobiologische Prozesse Treibhausgase (THG). Wird der Grundwasserstand gesenkt, steigen Kohlendioxid und Lachgas Emissionen, während bei einer Anhebung vermehrt Methan emittiert wird. Weltweit wird davon ausgegangen, dass Moore 5 % der anthropogen verursachten Emissionen verursachen. Um THG-Emissionen entgegenzuwirken, wird die Anhebung des Grundwasserstandes diskutiert. Dies führt durch eingeschränkte Befahrbarkeit und geringeres Kulturartenspektrum zu einer kaum gegebenen Wirtschaftlichkeit. Es fehlt ein Vergleich der THG-Emissionen und der Rentabilität der Bewirtschaftungssysteme verschiedener Landnutzungssysteme für Niedermoorstandorte der gemäßigten Klimazone. Die bodenbürtigen THG-Emissionen wurden mit einer Metaanalyse zu Veröffentlichungen von THG-Messungen in Niedermooren der gemäßigten Klimazone ermittelt. Ebenfalls wurden die bewirtschaftungsabhängigen Emissionen ermittelt und zu Gesamtemissionen zusammengefasst. Für den Vergleich der Rentabilität der Bewirtschaftungssysteme wurden Kosten und Erlöse berechnet. Abschließend wurden Treibhausgasvermeidungskosten abgeschätzt Bei zunehmender Landnutzungsintensität und größeren Grundwasserflurabstand nahmen die Gesamt-THG-Emissionen zu. Durch die Bewirtschaftung verursachte Emissionen spielten im Vergleich zu den bodenbürtigen Emissionen kaum eine Rolle. Zur THG-Einsparung und der Torferhaltung sollte die Bewirtschaftung extensiviert werden. Im Rentabilitätsvergleich erwiesen sich intensive, im Vergleich zu extensive Bewirtschaftungssysteme ohne Förderung als wirtschaftlich. Subventionen und Förderungen um torf- und klimaschonende Praktiken zu unterstützen, sind unverzichtbar. Mit dieser Arbeit wurde erstmalig für Niedermoore ein systematischer Überblick über die Gesamt-THG-Emissionen und die Rentabilität gängiger Bewirtschaftungssysteme verschiedener Landnutzungssysteme gegeben. / Fens are sites influenced by the groundwater where peat is formed in or located in the upper soil layer. They emit greenhouse gases (GHG) through microbiological processes in which the main influencing factor is the groundwater level. The lowering of the groundwater level increases carbon dioxide and dinitrogen monoxide emissions, while higher groundwater levels lead to methane emissions. It is assumed that fens cause 5% of global anthropogenic GHG emissions. In order to save peat and reduce GHG emissions, rewetting fens has been discussed and applied. This leads to low profitable land use due to limited trafficability and cultivation options. There is a lack of comparison of management systems in different land use systems regarding GHG emissions and profitability on fenlands in the temperate climate zone. The soil-borne GHG emissions for the land use systems were identified with a meta-analysis of published measurements of GHG emissions on fenlands in the temperate climate zone. The GHG emissions due to cultivation and possible land use changes were identified and summarized as the overall emissions. Costs and revenues were calculated for comparability purposes of profitability of management systems. GHG abatement costs were estimated too. Results indicated that overall GHG emissions increase with higher land use intensity and deeper groundwater level. Management induced GHG emissions are negligible compared to the soil-borne emissions. Fenlands should be extensified to save peats and reduce GHG emissions. The comparison of profitability showed that management systems of intensive land use systems, in contrast to extensive land use systems, with the low groundwater level are broadly profitable without subsidies. Subsidies and grants are indispensable to promote peat-saving and climate-friendly practices. This thesis provides a systematic overview of overall GHG emissions and profitability of common management systems of fenlands.

Die exakte Bestimmung des energetischen Futterwertes von Grünland ist für die Praxis von großer Bedeutung. Das am häufigsten angewendete Schätzverfahren auf Basis der chemischen Analyse ist für Grünlandbestände mit geringer Nutzungsintensität nicht anwendbar. Ziel der Arbeit war es zu prüfen, ob andere ausgewählte Zellwandparameter (Xylose, Arabinose, pCA, FA, säurelösliches Lignin, ADL:Gesamtlignin) über ein breites Nutzungsspektrum eine engere Korrelation zur Verdaulichkeit der OS haben als die Rohfasergehalte, auf deren Korrelation zur in vivo Verdaulichkeit die Schätzgleichungen auf Basis der chemischen Analyse beruhen. Weitere Ziele waren ein Methodenvergleich verschiedener Schätzverfahren und die Bestimmung des Einflusses der Zusammensetzung der bestandsbestimmenden Einzelpflanzen auf den Energiegehalt der Bestände. Als Probenbasis dienten Pflanzenbestände, die in den Jahren 1996-1998 auf drei unterschiedlichen Versuchsflächen (5, 6 und 7) mit verschiedenen Gräserzusammensetzungen und drei unterschiedlichen Nutzungsformen (intensiv, 3-4 Schnitte, mit (A) bzw. ohne (B) N-Düngung und extensiv (C), 2 Schnitte, später erster Schnitt) im ersten und zweiten Aufwuchs gewonnen worden waren. Alle Bestandsproben (insgesamt 50) und Einzelpflanzen (109) wurden nach der Weender-Analytik analysiert, die Faserbestandteile NDF, ADF und ADL bestimmt, ausgewählte Zellwandparameter analysiert und der HFT-Gastest durchgeführt. Zum Methodenvergleich wurden die von der Gesellschaft für Ernährungsphysiologie (GfE, 1998) empfohlenen Gleichungen auf der Basis des Rohnährstoffgehaltes und der Gasbildung (Gb) sowie die Gleichungen von WEISSBACH et al. (1996, 1999) auf der Basis der enzymunlösbaren organischen Substanz (EuLOS) verwendet. Als Ergebnis dieser umfangreichen Untersuchungen zeigte sich, dass durch den starken Einfluss von Weißklee auf die Gehalte an Hemicellulosemonomeren (der Xylosegehalt von Klee beträgt 22% des Gehaltes in Gräsern) und phenolischen Säuren (pCA-Gehalt im Klee 10% des Gehaltes in Gräsern) in den Proben die Arbeitshypothese einer engen Korrelation dieser Parameter zur Verdaulichkeit nicht bestätigt werden konnte. Das ADL:Gesamtlignin Verhältnis erbrachte die engste Korrelation zur in vivo Verdaulichkeit. Aus diesem Grund wird dieser Parameter als Prüffaktor am geeignetsten betrachtet. Die Einzelpflanzen zeigten in Abhängigkeit zur Nutzung größere Abweichungen als zwischen den Gräserspezies. Der Methodenvergleich erbrachte, dass mit dem untersuchten Probenmaterial die HFT- und EuLOS96-Gleichungen eine sehr gute Übereinstimmung mit den gemessenen Energiewerten aufwiesen. Die erfassten unlöslichen Reste sowohl aus HFT als auch aus der Cellulasemethode (EuLOS) zeigen eine wesentlich engere Korrelation zur Verdaulichkeit als die Gasbildung und ELOS-Werte. / In practice, the accurate estimation of the feed value of grassland is important. The most common method, the calculation of feed value using the chemical analysis of nutrients, is not suitable for grasslands with a low levels of utilisation. Therefor the objective of this study was to test some selected parameters of cell wall for their better suitability of calculating the feed value than the conventional crude fibre content. These parameters were: Xylose, Arabinose, para coumaric acid (pCA), ferula acid (FA), acid soluble Lignin, and the ratio ADL to whole lignin. Further objectives were to compare different in vitro feed value estimation methods and to estimate the influence of the single grass species on the energy content of the grassland. The study samples were different grassland populations harvested during 1996 and 1998, from three different floor spaces (5,6,7) with different grass populations and with three intensities of management 3 to 4 cuts per year, with (A) and without (B) N-fertilizer and 2 cuts (C) with the first cut after the 1st July. The nutrient content, detergent fibre, cell wall parameter analysis, and HFT gas test were analysed for all grass samples (50) and single plant species (109). The recommended formulas based on the nutrienet content and HFT values (GfE, 1998) and based on the enzymatically insoluble organic matter (WEISSBACH et al., 1996, 1999) were used for the comparison of the feed value calculation methods. Based on the results of this extensive analytical work the chosen cell wall parameters xylose, arabinose, xylose: arabinose, pCA and ferula acid were not better suitable for the estimation of energy content. The possible reason for this is that the big differences in xylose and pCA contents between the white clover and grasses on the grassland. The concentration of xylose and pCA in clover is only 22% and 10% of the grasses, respectively. The ratio ADL: whole lignin gave a close correlation to the in vivo digestibility and seems to be the best suitable for estimating the energy content. The management intensity affected the nutrient contents more than the single grass species. The HFT and EuLOS96 - methods provided the lowest deviation to the in vivo values and are best suitable also for the extensively produced samples. The measured insoluble residues of the HFT and cellulase-methods gave closer correlation coefficients than the ml Gb and the cellulase soluble matter.

Gegenstand der Arbeit war die Untersuchung der Rolle der Schwebegarnele Mysis relicta im pelagischen Nahrungsnetz des Breiten Luzins unter besonderer Berücksichtigung der trophischen Interaktionen zur Kleinen Maräne Coregonus albula. Schwerpunkte waren die Abundanz und räumlich-zeitliche Verteilung von M. relicta, C. albula und dem Zooplankton sowie die trophischen Beziehungen im Pelagial. Im Vergleich zu früheren Studien war M. relicta weiträumiger und mit höherer Dichte im Untersuchungsgebiet verbreitet. Dies war auf die Verbesserung der Wasserqualität zurückzuführen. Ähnliche Verteilungsmuster führten zu starken räumlichen Überlappungen von M. relicta und C. albula. M. relicta konsumierte vorwiegend abundantes Plankton. Es zeigte sich aber auch eine Präferenz für Cladocera. Aus den in vitro ermittelten Ingestionsraten wurde für die Situation im Freiland ein starker Fraßdruck von M. relicta auf das Zooplankton abgeleitet. In Kombination mit einer Überschneidung der Beutespektren führte das zur Nahrungskonkurrenz zwischen M. relicta und C. albula. Andererseits war M. relicta eine wichtige Beute für C. albula und wurde stark positiv selektiert. Die Fettsäuremuster der untersuchten Organismen waren überwiegend durch ihre Nahrung beeinflusst. Die Aufnahme von M. relicta wurde nicht durch das Auftreten spezifischer Fettsäuren bei C. albula nachgewiesen. Grundsätzlich entsprach der Energietransfer im Nahrungsnetz des Breiten Luzins allgemeinen Modellen mit 10 % Transfereffizienz zwischen benachbarten trophischen Ebenen. Im Einzelnen zeigten sich aber auch Abweichungen, die größtenteils auf M. relicta zurückzuführen waren. Durch ihre omnivore Ernährung und als Beute für C. albula schafft M. relicta zusätzliche Verbindungen zwischen den trophischen Ebenen. Insgesamt hat M. relicta einen weitreichenden Einfluss auf die Struktur und den Energietransfer des Nahrungsnetzes im Breiten Luzin, wodurch ihr Vorkommen für das Gewässer von besonderer Bedeutung ist. / The aim of the study was to investigate the role of the opossum shrimp Mysis relicta in the pelagic food web of Lake Breiter Luzin (Germany) with special focus on trophic interactions with European cisco Coregonus albula. Main aspects were the abundance and temporal and spatial distribution of M. relicta, C. albula and zooplankton as well as trophic relationships in the food web. As a result of improved water quality M. relicta showed a wider distribution and enhanced abundances in the study area than earlier investigations suggested. Due to similar diurnal vertical distributions a great spatial overlap was evident for M. relicta and C. albula. M. relicta fed mainly on highly abundant plankton. Besides, an overall preference for cladocerans was detected. By applying estimated in vitro feeding rates to field situations it could be shown that zooplankton was strongly exploited by M. relicta. This high demand combined with similar prey preferences of C. albula led to a strong food competition between M. relicta and C. albula. On the other hand M. relicta formed high amounts in the diet of C. albula and was always positively selected. Fatty acid composition of examined organisms resembled the composition found in their dietary resources. The intake of M. relicta could not be detected by a specific fatty acid composition in C. albula. Considering highest and lowest trophic levels, transfer efficiency in Lake Breiter Luzin fit into general models assuming a transfer of 10 % between neighbouring trophic levels. Transfer between intermediate trophic levels partly differed from this general pattern. This was connected to the existence of M. relicta. Being omnivorous and by providing an important food source for C. albula the mysid established additional links between trophic levels in the food web. In summary, M. relicta is a significant factor in structuring the food web of Lake Breiter Luzin and has profound impact on the entire lake ecosystem.

Durch die zunehmende Automatisierung der Tierhaltung gewinnt die Tier-Technik-Beziehung zunehmend an Bedeutung. Es besteht ein wachsendes Interesse am Tierverhalten, den Möglichkeiten des Lernens der Tiere und den Anpassungsstrategien. In der Dissertation untersuchte ich die Melk-, und Milchparameter und das Tierverhalten bei der automatischen Milchgewinnung. Die Messungen haben gezeigt, dass auf die Milchabgabe einzelner Individuen und insbesondere auf deren Euterviertel sehr differenziert einzugehen ist. Das Automatische Melksystem (AMS) vermag auf die speziellen Unterschiede der einzelnen Viertel, im Sinne einer verbesserten Tiergerechtheit, Rücksicht zu nehmen. Ein weiterer wichtiger Aspekt die Tiergerechtheit zu verbessern ist es, eine zuverlässige Prozesskontrolle durchzuführen. Dazu muss zunächst einmal festgestellt werden, wie sich die natürliche Variationsbreite der einzelnen Parameter darstellt, um pathologisch bedingte Abweichungen signifikant erkennen zu können. Die Gewinnung von verlässlichen Aussagen über den Gesundheitszustand von Kühen im AMS setzen voraus, dass verschiedene interdependente Parameter so verknüpft oder deren Messungen sooft wiederholt werden, bis ein intelligentes Entscheidungssystem seine Schlüsse ziehen kann. Dabei ist zu beachten, dass stark auffällige Werte ein hohes Maß an Information haben, aber eine entsprechend geringe Verlässlichkeit aufweisen. Sich wiederholende Werte haben hingegen einen geringen Informationsgehalt, dafür aber ein hohes Maß an Redundanz bzw. Verlässlichkeit, soweit sie nicht durch systematische Fehler entstehen. Für eine zuverlässige Prozesskontrolle kann es manchmal vorteilhafter sein, eine automatisierte Datengewinnung zu installieren, auch wenn der einzelne Parameter (z. B. die Leitfähigkeit) zwar wenig aussagekräftig, dafür aber die Durchführung deutlich zuverlässiger ist als bei Tests, die von Menschen manuell durchgeführt werden. Ähnliches gilt für die Haltungsumwelt von Tieren. Eine durch Automation dominierte Umwelt kann für Tiere deutlich berechenbarer und damit zuverlässiger gestaltet werden. Das bedeutet, dass für die Individuen weniger Stresssituationen mit den für sie unabsehbaren Folgen entstehen. Es sollte aber dabei beachtet werden, dass es zwingend ist, auf die Lerngeschwindigkeit der einzelnen Tiere, in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Lernsituation, einzugehen, um zuverlässige Umweltbedingungen für die Kühe mit einem AMS bereitzustellen. Es konnte weiterhin festgestellt werden, dass das Melken in einem AMS bei den Kühen nicht als belastender Stressfaktor identifiziert werden kann, wenn man die Herzfrequenz als Indikator heranzieht und diese über eine längere Zeit analysiert. Der zunehmende Einsatz von Technik in der Milchviehhaltung kann einen wichtigen Beitrag dazu leisten, die Haltungsumwelt der Kühe human und tiergerecht zu gestalten. / Relationship between animal and technology in automatic milk production: Due to the fact of the increasing automation in husbandry systems becomes the relationship between the animal and the technology more and more important. There is a growing interest to know more about animal behaviour, the ability of learning and the coping strategies in such systems. In the thesis I investigated the parameter of milking, of milk and of animal behaviour in an Automatic Milking System (AMS). The measurement has shown that the milk yield differs very much between the quarters of the udder. An AMS has the possibility to take such differences into consideration. This is one step towards more animal welfare. Another improvement of animal welfare is a better control of the process. For that, it is important to have a certain knowledge about the natural variation of different parameters, such as electrical conductivity of the milk, milk ingredients or milk yield. This makes the basis of the identification of anomalies depending on pathological problems. To get a reliable declaration about the state of health one has to connect different interdependent parameters and/or the measurement has to be repeated so often until an intelligent decision system can draw conclusions. Besides it is important to know, that a conspicuous value is highly informative, but it is less reliable, otherwise is an often repeatable value less informative but highly redundant, if there is no systematic failure. For a control of the process it is important to get reliable information, so it is sometimes better to automat the tests, instead of using human knowledge, which is often more informative, but less reliable (i.e. electrical conductivity). There is a similarity in husbandry systems because an automated system can be much more reliable and calculable for animals. That means less stressing situations because of incalculable reactions. For such a reliable environment in an AMS it is necessary to give every cow their individual time to learn the facts about the AMS. The milking in an AMS cannot be identified as a negative stress factor, if one uses the measurement of heart rate for identification. The increasing automation in the dairy husbandry can be an important contribution to create a humane environment for dairy cows and improve animal welfare.

Automatische Melksysteme (AMS) sind in weiten Teilen Europas bereits sehr verbreitet und werden von verschiedenen Herstellern weltweit angeboten. Die Gewährleistung einer hohen Milchqualität ist eine der Hauptanforderungen beim Übergang vom konventionellen zum automatischen Melken. Ziel dieser Arbeit war es den Einfluss des mechanischen Stresses, der durch mehrere AMS-Elemente induziert wird, auf die Milchqualität zu untersuchen. Dafür wurden zwei Labor-Melkstände (LMP) mit den melktechnischen Hauptkomponenten zweier AMS entwickelt und die Versuche unter standardisierten Laborbedingungen durchgeführt. Für die Analyse der Effekte einzelner technischer Komponenten oder Einstellungen wurden verschiedene Modifikationen vorgenommen, die zum Teil von den realen Einsatzbedingungen in der Praxis abweichen. Zur Bewertung der Milchqualität wurden folgende Merkmale herangezogen: freie Fettsäuren (FFA), Fett-, Eiweiß-, Laktose- und Harnstoffgehalt, Zellzahl, pH, und Gefrierpunkt. Für einen Teil der Untersuchungen konnte darüber hinaus auch das Fettsäureprofil in der Milch analysiert werden. Der Einfluss der folgenden Komponenten wurde analysiert: Das Pulsationsverhältnis, LMP, die Melkbecher, die Auslegung der LMP-Technik, und die Durchflussrate. Allgemeine Korrelationen zwischen einzelnen technischen Elementen und der Milchqualität festgestellt, signifikante Ergebnisse wurden eindeutig beim FFA- und Fettgehalt beobachtet. Die seit einiger Zeit routinemäßig bestimmbaren Fettsäureprofile bieten einen aussichtsreichen Ansatz für Ursache-Wirkung-Analysen in neuer Qualität. Die nachgewiesenen Signifikanzen in den Änderungen von Eiweiß- und Laktosegehalt sowie des Gefrierpunktes bedürfen tiefergehender Betrachtungen und kausaler Analysen. Insgesamt wurde deutlich, dass mechanische Belastungen von Milch bereits auf dem Weg vom Kuheuter zum Milchsammeltank zu Veränderungen chemischer und physikalischer Produkteigenschaften führen, auch wenn hier unter Laborbedingungen gearbeitet wurde. / Automatic milking systems (AMS) have been common in large parts of Europe and are offered by various manufacturers worldwide. Ensuring high milk quality is one of the primary requirements when transition from conventional milking to AMS. The aim of the present thesis was to investigate whether the mechanical stress induced by multiple AMS elements and settings affect the parameters of cow milk. To this end, two laboratory milking parlors (LMP) were developed to imitate an actual AMS. Under standardized laboratory conditions, the main milking technical components were installed by two different AMS companies for the analysis of the effects of single technical elements or settings on milk parameters. The following parameters were used to evaluate milk quality: free fatty acids (FFA), fat, protein, lactose, urea, somatic cell count (SCC), pH, and freezing point (FP). For some of the investigations, the milk fatty acid profile (MFAP) was also analyzed. The influence of following components: pulsation ratio, LMP, teat cup, the layout of the LMP technique, and flow rate was analysed. General correlations were identified between singular technical elements and milk quality, significant results were observed clearly on FFA and fat content. Milk fatty acid profiles (MFAP) have been routinely determinable for some time now and can offer an interesting approach for cause-and-effect analyses of a new quality. The demonstrated significances in the changes of protein and lactose content as well as freezing point require deeper consideration and causal analysis. Overall, it became clear that mechanical stresses on milk already lead to changes in chemical and physical product properties on the way from the cow's udder to the milk collection tank, even if the work was carried out under laboratory conditions.

In der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss von Lichtbedingungen auf den Ertrag und die nutritive Qualität der Versuchspflanze Persicaria odorata untersucht. Die Experimente wurden unter praxisnahen Bedingungen im Gewächshaus (Sonnenlicht) und Klimakammern (Dreiband-Leuchtstoffröhren) unter Berücksichtigung eines breiten Inhaltsstoffspektrums, mehreren Versuchsreihen, Lichtmodifizierungen anhand von Zusatzbestrahlungen mit LEDs und Überdeckungen mit photoselektiven Folien sowie dem Anwenden verschiedener statistischer Auswertungsverfahren durchgeführt. Die Tageslichtsumme beeinflusste das Pflanzenwachstum positiv. Beispielsweise wurde die Frischmasse bei einem Anstieg der Tageslichtsumme um 1% mit gleichbleibender spektralen Lichtzusammensetzung um 0,96% (Gewächshaus) bzw. 0,64% (Klimakammer) erhöht. Versuche mit monochromatischen LEDs zeigten, dass spektralbereichsabhängige Erhöhungen der Tageslichtsumme die Biomassesteigerungen verstärkten. Den deutlichsten Effekt im Hinblick auf die Frischmassebildung hatte das kurzwellige Blaulicht (443 nm). Bezüglich der Inhaltsstoffe zeigte insbesondere das kurzwellige Grünlicht (515 nm) einen positiven Effekt. Dieser Spektralbereich wird jedoch durch die traditionell in Gewächshäusern eingesetzten Natriumhochdrucklampen kaum emittiert. Auch sind die bisher häufig eingesetzten Bestrahlungen mit Blau- und Rotlicht in kontrollierten Anbausystemen zwar wichtig für den Aufbau von Biomasse, jedoch nicht optimal im Hinblick auf den Nährwert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Belichtung im Gartenbau sorgfältig ausgewählt werden sollte, jedoch während strahlungsschwachen Monaten eine effektive Möglichkeit ist, den Ertrag und die nutritive Qualität von P. odorata deutlich erhöhten. Durch Modifikationen der Lichtbedingungen ist es möglich den Ertrag und Nährwert pflanzlicher Erzeugnisse zu steigern und dadurch die Versorgungslage mit gesundheitsfördernden bzw. essentiellen pflanzlichen Inhaltsstoffen zu verbessern. / This thesis examined the impact of light conditions on the nutritive quality of the test plant Persicaria odorata. Experiments took place in a greenhouse (sunlight) and climate chamber (fluorescent tube) and under consideration of a wide range of nutritive compounds, several test series, different light modifications and the use of various statistically evaluation procedures. This thesis demonstrates that varying light conditions increase nutritive value and yield under realistic conditions. Increasing the day light integral by 1% improved the fresh mass of 0,96% (greenhouse) and 0,64% (climate chamber). Experiments with monochromatic LEDs proved a high increase of biomass by spectral range dependent enhancements of the day light integral. For example, in the greenhouse, fresh mass was mostly affected by short wave blue radiation (443 nm). Additionally, the day light integral influenced the accumulation of nutrients. Higher contents of polyphenols and flavonoids in the climate chamber and the reactions on additional monochromatic LEDs proved again that it is more effective to increase day light integral by a specific enhancement of certain spectral ranges. The highest increases were achieved by supplementing spectral ranges that are not included in the emission spectrum of commonly used high pressure sodium lamps. Results also indicate that controlled agriculture’s frequently used lighting systems which emit blue and red light can improve plant growth, but it is not optimal regarding the nutritive quality. Adding short wave green light (515 nm) could increase biomass and improve the nutritive quality considerably. This thesis demonstrates that additional lighting in horticulture is an effective method to improve yield and nutritive quality of herbal vegetables in light deprived northern regions. By altering the emission spectrum of traditional artificial lighting systems, it is possible to increase yield and simultaneously improve the nutritive value of vegetables.

Die Arbeit liefert ein umfassendes Verständnis der (1) Auswirkungen auf Landnutzung und Treibhausgas (THG)-emissionen im Zusammenhang mit der deutschen Milchproduktion im Zeitraum von 2000 bis 2015 und bis 2030, (2) Unsicherheiten hinsichtlich der Bewertung der THG-emissionen der Milchproduktion und (3) Bewertung der Anwendbarkeit des zugrundeliegenden Modells für andere Länder als Deutschland. Landnutzung stellt die Anbaufläche von Futter für bestimmte Milchleistungen dar. Die Arbeit konzentrierte sich auf die Landnutzungsänderung zwischen Grün- und Ackerland durch Änderung der Milchkuhrationen. Ein Ökobilanz-Modell wurde entwickelt, um die Auswirkungen der Entwicklung der deutschen Milchproduktion und -leistung (typische Rationen unter deutschen Bedingungen) bis 2030 für drei Weidesysteme (ohne Weide, Halbtags- und Ganztagsweide) zu simulieren. THG-emissionen wurden für die gesamte Produktionskette berechnet, beginnend mit dem Pflanzenbau. Eingangsdaten für Ökobilanz-Studien von Lebensmitteln werden von Variabilität und Unsicherheiten beeinflusst. Ein systematischer Ansatz (Kombination aus lokaler und globaler Sensitivitätsanalyse) wurde verwendet, um wesentliche Eingangsparameter für die Bewertung der THG-emissionen der Milchproduktion zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurden drei Rationen, welche die Weidesysteme im Jahr 2030 repräsentieren, ausgewählt. Die lokale Sensitivitätsanalyse diente der Identifikation der einflussreichsten Parameter, die globale der Identifikation der wichtigsten Parameter. Die USA dienen der Prüfung der Anwendbarkeit des Modells für andere Länder. Produktionssystem, verfügbare Daten und IPCC Tier-Methoden werden mit dem deutschen System und zugehörigen Daten verglichen. Diese Arbeit liefert wichtige Erkenntnisse zur künftigen Intensivierung der Milchproduktion sowie zu Klimaschutzpotenzialen in Abhängigkeit der Fütterungsstrategie. Darüber hinaus trägt sie zur Verringerung der Unsicherheiten künftiger Studien zur Milchproduktion bei. / This thesis provides an comprehensive understanding of: (1) impacts on land use and greenhouse gas (GHG) emissions related to the German milk production in the period from 2000 to 2015 and further until 2030, (2) uncertainties with regard to the assessment of GHG emissions of milk production and (3) evaluation of applicability of the underlying life cycle assessment (LCA) model for countries other than Germany. Land use represents the acreage needed to provide sufficient feed for certain milk yields. This research focusses on land use change between grassland and cropland as an effect of changing dairy cow diets. A LCA model, which reflects typical dairy cow diets under German conditions, was developed to simulate the impact of the German development of milk production and yield until 2030 for three grazing systems (zero-, restricted and unrestricted grazing). GHG emissions have been calculated for the whole production chain, beginning with crops cultivation. Input parameter of LCA studies of food products are affected by variability and uncertainty. A systematic approach (combining local and global sensitivity analysis) was used to identify essential input parameters for the assessment of GHG emissions of milk production. Three diets representing the grazing systems in the year 2030 were selected for this purpose. Local sensitivity analysis was used to identify the most influential parameters, global sensitivity analysis was used to identify the parameters which are most important. The United States of America are taken as example to verify the applicability of the LCA model for other countries. Production system, available data, and IPCC tier methods were compared with the German system and data. This thesis provides important insights on future intensification of milk production along with climate change mitigation potentials depending on the feeding strategy. Moreover, it contributes to the reduction of uncertainties of future LCA studies of milk production.

Aquatische Gemeinschaften sind stark körpergrößenstrukturiert mit einer exponentiellen Abnahme der Häufigkeit der Individuen mit zunehmender Körpergröße, die als Größenspektrum (SS) bezeichnet wird. Körpergrößenbasierte Ansätze bieten eine einfache und kostengünstige Methode zur Beantwortung komplexer ökologischer Fragestellungen in aquatischer Forschung. Widersprüchliche Ergebnisse zu den wichtigsten Faktoren, die Größenspektren beeinflussen unterstreichen jedoch die Notwendigkeit weiterer Studien. Um einige dieser widersprüchlichen Schlussfolgerungen anzugehen, habe ich eine Reihe von Fragen in den Bereichen Limnologie und Korallenriffökologie untersucht. In dieser Dissertation wurden größenbasierte Ansätze wie SS verwendet, um zu untersuchen, (i) was die Größenverteilung von Zooplankton beeinflusst und ob Zooplankton-fressende Fische (topdown) oder Ressourcenverfügbarkeit und Umweltbedingungen (bottom-up) die SS der Zooplanktongemeinschaft bestimmen, (ii) ob traditionelle Schleppnetze oder moderne hydroakustische Methoden Fisch-SS zuverlässiger darstellen, und (iii) ob SS von Korallenriff- Fischgemeinschaften und die strukturelle Komplexität der Korallen bzw. deren Beziehung zueinander sich unter verschiedenen anthropogenen Stressoren verändert. Zuallererst konnte ich zeigen, dass weder Top-down- noch Bottom-up-Kräfte stark die Größenverteilung der Zooplanktongemeinschaft beeinflussten. Zooplankton SS scheinen robust gegenüber Prädationseffekten zu sein, aber ein empfindlicher Indikator für die Energieverfügbarkeit und Transfereffizienz im Nahrungsnetz des untersuchten Sees. Des Weiteren konnten meine Studien bestätigen, dass hydroakustische Methoden die SS von pelagischen Fischgemeinschaften zuverlässig darstellen, was sie zu einer kostengünstigen und minimalinvasiven Alternative zu traditionellen Fischentnahmemethoden macht. Ich konnte jedoch kein allgemeingültiges Muster hinsichtlich der Größenverteilung von Korallenrifffischen und der strukturellen Komplexität der Korallen in Beziehung zu unterschiedlichen anthropogenen Stressoren finden. Insgesamt zeigt die Dissertation das weite Anwendungsspektrum von SS, um Strukturen und Prozesse in aquatischen Gemeinschaften und Fischfangmethoden zu untersuchen. Die hohe Variabilität von Größenspektren und der Einfluss von Umweltbedingungen unterstreicht weiter die Wichtigkeit, Daten über einen langen Zeitraum einzubeziehen. Darüber hinaus unterstreichen die Ergebnisse dieser Arbeit auch die Grenzen der Anwendung von SS, da für die Beantwortung mancher ökologischer Fragestellungen artenspezifische Informationen, wie Lebensraum- und Nahrungspräferenzen benötigt werden. / Aquatic communities are highly body-size structured with an exponential decline of abundance with increasing body size, which is referred to as the size spectrum (SS). The importance of body size as a principal and simplifying framework within aquatic communities, has led to a high number of theoretical and empirical studies on energy fluxes in food webs and predatorprey interactions using Size Spectra. These size-based approaches offer a rather simple and inexpensive method to answer complex ecological questions. However, conflicting findings on the key drivers of SS highlight the need for further studies. To address some of these conflicting conclusions, I investigated a range of questions within the fields of limnology and coral reef ecology. In this thesis size-based approaches such as SS were employed to explore (i) what drives zooplankton size distribution and whether zooplanktivorous fish (top-down) or resource availability and environmental condition (bottom-up) determine zooplankton community SS, (ii) whether traditional midwater trawling or modern hydroacoustic methods more reliably represent fish SS, and (iii) coral reef fish community SS and habitat structural complexity and their relationship across site-specific anthropogenic stressors. By analysing long term data, I first found that neither top-down or bottom-up forces drove the zooplankton community size distribution. Zooplankton SS seem robust against predation effects but a sensitive indicator for lake-wide energy availability and transfer efficiency in the food web. Then I found that hydroacoustic methods reliably represent pelagic fish community SS, making it a great alternative to traditional and more invasive fish removal sampling methods. Finally, I discovered that coral reef fish SS slope and structural complexity of the reef exhibited a significant negative relationship on two of the examined reef sites which are least exposed to anthropogenic disturbances. A consistent pattern of fish SS and reef complexity was missing, indicating that other environmental factors may also impact the assessed parameters. Overall, my studies show the range of applications of SS to effectively answer universal questions from trophic interactions and the importance of habitat characteristics in a community to a methodological comparison of fish sampling methods. The high variability of SS behaviour and the influence of environmental conditions further underlines the importance to include data on a large temporal scale. Community information, such as taxonomic identity and consideration of species-specific feeding and habitats preferences, for example, are still beneficial in some cases to answer ecologically questions extensively.

Genomische Selektion ist ein Routine-Verfahren bei verschiedenen Nutztierarten, aber noch nicht bei der Honigbiene wegen der Besonderheiten dieser Spezies. Für die Zuchtwertschätzung bei der Honigbiene ist eine spezielle genetische Verwandtschaftsmatrix erforderlich, da die Paarungsbiologie dieser Spezies ungesicherte Vaterschaft, diploide Königinnen und haploide Drohnen umfasst. Die Arbeit präsentiert einen neu-entwickelten Algorithmus zur effizienten Berechnung der Inversen der genetischen Verwandtschaftsmatrix und der Inzuchtkoeffizienten auf großen Datensätzen. Die Methode wurde zur Voraussage von genomischen und Stammbaum-basierten Zuchtwerten in einer Simulationsstudie genutzt. Die Genauigkeit und die Verzerrung der geschätzten Zuchtwerte wurden ausgewertet unter Berücksichtigung verschiedener Größen der Referenzpopulation. Außerdem wurde der Zuchtfortschritt im ersten Durchlauf von Zuchtprogrammen ausgewertet, die Zuchtschemata mit genomischer oder Stammbaum-basierter Selektion nutzten. Ein erheblich größerer Zuchtfortschritt als bei Stammbaum-basierter Selektion wurde mit genomischer Vorselektion erzielt, für die junge Königinnen genotypisiert wurden, und nur die Kandidaten mit den höchsten genomischen Zuchtwerten zur Anpaarung oder Leistungsprüfung zugelassen wurden. Für einen realen Datensatz von ungefähr 3000 genotypisierten Königinnen wurden Stammbaum-basierte und genomische Zuchtwerte für sechs wirtschaftlich bedeutende Merkmale vorhergesagt. Drei Merkmale zeigten eine signifikant höhere Vorhersagegenauigkeit bei genomischer Zuchtwertschätzung gegenüber Stammbaum-basierten Verfahren und die Unterschiede zwischen allen sechs Merkmalen konnten im Wesentlichen aus den genetischen Parametern der Merkmale und der begrenzten Größe der Referenzpopulation erklärt werden. Damit zeigt die Arbeit, dass die genomische Selektion bei der Honigbiene genutzt werden kann, den Zuchtfortschritt zu erhöhen. / Genomic selection is a routine practice for several important livestock species but not yet in honey bees, due to the peculiarities of this species. For honey bees, a specialized genetic relationship matrix is required for the prediction of breeding values, since their mating biology involves uncertain paternity, diploid queens, and haploid drones. The thesis presents a novel algorithm for the efficient computation of the inverse of the numerator relationship matrix and the coefficients of inbreeding on large data sets. The method was used to estimate genomic and pedigree-based breeding values in a simulation study. The accuracy and bias of the estimated breeding values were evaluated and various sizes of the reference population were considered. Subsequently, the genetic gain in the initial cycle of breeding programs was evaluated for several breeding schemes employing genomic or pedigree-based selection. A considerably higher genetic gain than with pedigree-based selection was achieved with genomic preselection, for which queens were genotyped early in life, and only the candidates of high genomic breeding value were admitted for mating or phenotyping. On a real data set of about 3000 genotyped queens, pedigree-based and genomic breeding values were predicted for six economically relevant traits. Three traits showed significantly higher prediction accuracy with genomic compared to pedigree-based methods, and the differences between all the six traits could be explained mainly from their genetic parameters and the limited size of the reference population. The results show that genomic selection can be applied in honey bees, and the thesis provides appropriate breeding schemes and mathematical methods for its implementation.

Fischgemeinschaften in Seen sind zunehmenden Umweltveränderungen unterworfen. Die Analyse des Einflusses abiotischer und biotischer Faktoren auf die Größenstruktur von Fischgemeinschaften ist entscheidend, um die Entwicklung von Seeökosystemen im Zuge von Umweltveränderungen vorhersagen zu können. Es ist jedoch schwierig Fische in Seen zu beproben, da Fanggeräte selektiv sind. Die Qualität und Vergleichbarkeit von Fischfängen durch Angler, Kiemennetze, Schleppnetze und Hydroakustik wurden untersucht. Anglerfänge eignen sich begrenzt für vergleichende Fischbestandsuntersuchungen. Vertikale Hydroakustik eignet sich für die Fischbiomassequantifizierung in geschichteten Seen. Der Beprobungsaufwand von Kiemennetzen kann reduziert werden, wenn zeitnah hydroakustische Untersuchungen statt finden. Schleppnetze eignen sich für die Beprobung von pelagischen Fischen in tiefen Seen. Die Größenstruktur von Fischgemeinschaften unterschied sich auf regionaler und überregionaler Ebene entlang abiotischer und biotischer Gradienten. Die regionale Studie zeigte, dass tiefe nährstoffarme Seen mit hohen Raubfischabundanzen durch mehr große Fische gekennzeichnet waren. Nährstoffreiche Flachseen mit wenigen Raubfischen zeigten höhere Anteile von mittleren Fischgrößen. Im überregionalen Vergleich führten Temperaturpräferenzen der Fischarten zu zwei Fischgemeinschaften, die sich in ihrer Größenzusammensetzung unterschieden. Ein hoher Anteil großer Salmoniden war typisch für hochgelegene Kaltwasserseen im Norden und Süden Europas. Flachlandseen mit Kühl- und Warmwasserfischen zeichneten sich durch eine Dominanz von kleinen Fischen aus. Das lässt vermuten, dass Fischgemeinschaften in Flachlandseen relativ robust gegenüber Umweltveränderungen reagieren. Kaltwasserfischgemeinschaften könnten im Zuge der Klimaerwärmung starken Änderungen unterliegen, da eine Veränderung in der Artenzusammensetzung von einer Verschiebung in der Größenstruktur hin zu mehr kleinen Fischen begleitet sein wird. / Lake fish assemblages are increasingly exposed to environmental change in their habitats. The investigation of abiotic and biotic factors and their effects on the size structure of lake fish is essential for predicting the response of fish assemblages to environmental change. However, sampling of lake fish is challenging because sampling gears are selective. The quality and correspondence of fish catches from angling, gillnetting, trawling and hydroacoustics were analysed. Non-standardised catch data from recreational angling were of limited quality for a comparison of fish stocks. Vertical hydroacoustics is an efficient method to quantify fish biomass in stratified lakes. Sampling effort of multi-mesh gillnets can be reduced when fish abundance estimates are derived from contemporarily operating hydroacoustics. Trawling is useful to sample pelagic fish assemblages in deep lakes. The size structures of fish assemblages differed on a small and a large geographical scale along gradients of abiotic and biotic lake descriptors and differences in fish assemblage composition. At a small geographical scale assemblages in deep and less nutrient-rich lakes with high predator abundances were characterised by a higher proportion of large fish. Shallow nutrient-rich lakes with few predators were characterised by more medium-sized fish. At a large geographical scale thermal optima of fish generated two types of assemblages with different size structures. A high proportion of large salmonids was observed in coldwater lakes at high elevation sites in northern and southern Europe. Lowland lakes with cool- and warmwater fish were dominated by small-sized individuals. The results suggest that lowland lake fish assemblages are relatively robust against environmental change. Coldwater fish assemblages instead may suffer dramatic consequences from global warming as expected species shifts are likely to be accompanied by shifts in the size structure towards smaller individuals.