Ein System zur automatischen Erfassung der Klauengesundheit von Milchkühen kann durch möglichst frühzeitige präventive und kurative Eingriffe sowohl das Tierwohl steigern als auch ökonomische Verluste minimieren. Ziel war die Entwicklung eines automatischen Systems, dass mittels 3D Sensordaten die Rückenkrümmung einer Kuh erfassen kann und einen entsprechenden Locomotion Score ausgibt. In dieser Studie wurden von August bis Dezember 2016 auf einem Milchviehbetrieb mit Boxenlaufstallhaltung 200 Kühe der Rasse Deutsche Holstein automatisch von einem System nach Verlassen des Melkstandes erfasst. Das System bestand aus zwei RFID-Antennen zur Tiererkennung, einem 3D Sensor zur Lahmheitsbeurteilung und zwei 2D Kameras zur visuellen Bonitur und Validierung. Anhand der 2D Videos wurde nach der Methode von SPRECHER et al. (1997) für 1489 Datensätze ein Locomotion Scores vergeben. Im 2,5D-Tiefenbild wurden zunächst die Hüfthöcker als höchste, äußerste Punkte im Bild identifiziert. Ausgehend von einer Verbindungslinie zwischen den Hüfthöckern, wurde die Wirbelsäule als Polylinie der höchsten Punkte in Richtung Bildanfang ermittelt. Im 3D-Raum wurde dann an die gefundene Rückenlinie ein Kreis approximiert, dessen Radius umgekehrt proportional zur Krümmung des Kuhrückens ist. Der Vergleich der visuell vergebenen und der automatisch gemessenen Scores ergab für das Modell mit fünf Stufen eine Übereinstimmung von 59 % und für das Modell mit drei Stufen 65 %. Die Korrelation nach Spearman (rs = 0,73) zeigte einen deutlichen Zusammenhang zwischen den berechneten und den visuellen Scores. Mit einer Genauigkeit von 82 % wurden 96 % der lahmen Kühe auch als lahm erkannt. Die größte Übereinstimmung wurde für den Locomotion Score 2 erreicht (80 %). In dieser Arbeit wurde ein automatisches System entwickelt, welches durch die Berechnung der Krümmung der Rückenlinie insbesondere beginnende Lahmheiten sehr gut erkennen kann. / A system for automatic detection of lameness in dairy cows can increase animal welfare as well as minimize economic losses through early preventative and curative treatments. The aim of this study was to develop an automatic system that uses 3D sensor data to detect the spine curve of a cow and generate a corresponding locomotion score. In the present study 200 German Holstein cows housed in a free stall barn were recorded via an automatic system after leaving the milking parlour from August to December 2016 on a dairy farm. The system consisted of two RFID-antennas, a 3D depth camera for automatic lameness detection and two standard 2D cameras for visual classification and validation. An amount of 1,489 2D sets of data were locomotion scored according to the method of SPRECHER et al. (1997). Locomotion Score 1 was used to score a healthy cow and Locomotion Score 2 – 5 for lameness with increasing severity. In the analysis five levels (score 1 – 5) as well as three levels (score 1, 2, and ≥ 3) were compared. In the 2.5D depth image the hip joints were identified as the highest, outermost points in the image. Starting from a connection line between the hip joints, the spine was determined as a polyline of the highest points in anterior direction. On the 3D surface, a circle was approximated to the detected back line whose radius is inversely proportional to the curvature of the cow´s back. A comparison of the visually assigned and automatically detected scores showed a 59 % match of the five-level model and 65 % for the three-level model. The Spearman correlation (rs = 0.73) showed a clear correlation between the calculated and the visual scores. With an accuracy of 82 %, 96 % of lame cows were identified as lame. The highest agreement was reached for locomotion Score 2 (80 %). In the present study an automatic system was developed, which can recognize in particular beginning lameness by calculating the curvature of the back.

Aufbauend auf dem agrarökonomischen, dynamischen Optimierungsmodell MAgPIE, zeigen die hier vorgestellten Forschungsergebnisse, dass die Governance-Leistung einen bedeutenden Einfluss auf den technologischen Fortschritt und das Wachstum der Flächenproduktivität hat, insbesondere für in der Entwicklung begriffene Regionen wie Lateinamerika, Afrika südlich der Sahara, Südasien und Südostasien. Dies wirkt sich wiederum auf die Landnutzungsdynamik aus, einschließlich der Ausdehnung von Ackerflächen und der Entwaldung. Neben Umweltauswirkungen beeinflusst die Governance-Leistung auch Lebensmittelpreise und das Handelsverhalten, und damit die Existenzgrundlagen vieler Menschen. Darüber hinaus legt die Dissertation nahe, dass sich das globale Produktivitätswachstum trotz unterschiedlicher sozioökonomischer Bedingungen wahrscheinlich fortsetzen wird. Die Größenordnung der Wachstumsrate unter den jeweiligen Bedingungen variiert jedoch, je nach verwendeten Produktivitätsindizes. Unterschiede in den sozioökonomischen Gegebenheiten führen zu einer Zunahme des Produktivitätswachstums im Ackerbau, was tiefgreifende Auswirkungen auf die Anbaufläche und die Lebensmittelpreise hat. Nicht zuletzt zeigen die Ergebnisse der Dissertation, dass die Liberalisierung des Agrarhandels negative Auswirkungen des Klimawandels auf das landwirtschaftliche Angebot abfedern kann, den Anstieg der Lebensmittelpreise im Zuge von erheblichen klimabedingten Ertragseinbußen begrenzen und die Ausdehnung der Anbauflächen im globalen Maßstab verringern kann. In bestimmten Regionen kann es aufgrund von veränderten Handelsmustern zu einer Ausdehnung der Anbauflächen kommen. In Zusammenschau der Ergebnisse aus den Einzelstudien vertieft die vorliegende Dissertation das Verständnis für potenzielle Zielkonflikte und Synergien von wirtschaftspolitischen Optionen, die darauf abzielen, die Produktionskapazitäten im landwirtschaftlichen Sektor der steigenden Nachfrage entsprechend auszubauen. / Building upon an agro-economic dynamic optimization model known as MAgPIE, this dissertation fseeks to enhance representation of the economic factors in the model. The research findings reveal that governance performance has a significant impact on technological progress and land productivity growth, especially for developing regions, such as Latin America, Sub-Saharan Africa, South Asia, and Southeast Asia. This, in turn, exerts impacts on land dynamics, including cropland expansion and deforestation. Aside from environmental impacts, governance performance affects livelihoods, as it influences food prices and trade patterns. Moreover, the dissertation suggests that global productivity growth is likely to continue, despite differences in possible socioeconomic conditions. However, the magnitude of the growth rate under each set of conditions will vary, according to different productivity indices. Differences in socioeconomic conditions lead to a spread in productivity growth in the crop sector, which will have profound implications for cropland expansion and food prices. Last but not least, the dissertation argues that liberalizing agricultural trade can buffer negative impacts from climate change on agricultural supply, limit increasing food prices in a scenario of high-end climate impacts on crop yields, and reduce cropland expansion on the global scale, though it may induce cropland expansion in certain regions due to changes in trade patterns. Synthesizing the findings from the individuals studies of which it is comprised, the dissertation is intended to enhance understanding of the trade-offs and synergies of economic options for agricultural outputs to keep pace with increasing demand and, thereby, contribute to the core discussion among agricultural economists on food production and its economic and environmental impacts.

In dieser Arbeit wurden Untersuchungen zur Ontogenese des Fressverhaltens von Milchkühen durchgeführt und zwei mitentwickelte Sensorsysteme zur Überwachung des tierindividuellen Fress- und Wiederkauverhaltens wissenschaftlich bewertet. Das Fressverhalten erstlaktierender Kühen unterschied sich deutlich von dem älterer Kühe. Besonders große Unterschiede fanden sich hier in der Fressgeschwindigkeit, die bei älteren Kühen deutlich größer war. Auch die Fresszeit unterschied sich deutlich zwischen Jung- und Altkühen, allerdings nicht im gleichen Maß wie die Fressgeschwindigkeit. Zur Überwachung des Fress-und Wiederkauverhaltens wurden zwei verschiedene sensorbasierte Systeme eingesetzt. Das RFID-basiertes System erwies sich bei der Erfassung des Fressverhaltens als ungeeignet aufgrund des großen infrastrukturellen Aufwands und der unzureichenden Erfassung der Tiere am Fressgitter. Dennoch konnten vergleichbare Ergebnisse mit der Literatur bei der Charakterisierung des Fressverhaltens erzielt werden. Auch konnten Unterschiede im Fressverhalten zwischen gesunden und auffälligen Kühen festgestellt werden. Das elektromyographiebasierte Sensorsystem erwies sich als gut geeignet, um das tierindividuelle Wiederkauverhalten zu erfassen und zu analysieren. Anhand der Detailanalyse der Signale konnte ein Wiederkaukriterium, ähnlich dem Mahlzeitenkriterium, ermittelt werden. Des Weiteren zeigten sich die Vorteile im Abgleich mit den RFID-basierten Wiegetrögen. Letztere weisen in den Fresszeiten Ungenauigkeiten auf, da sie die tatsächliche Maulaktivität nicht erfassen können. Trotzdem sind sie wichtig, da die quantitative Erfassung der Futteraufnahme mit anderen Systemen derzeit nicht möglich ist und die gezeigten Zusammenhänge zwischen Fress- und Wiederkauverhalten zu stark variieren, um allgemeingültige Aussagen zur Menge des aufgenommenen Futters zu treffen. An dieser Stelle müssen weitere Forschungsvorhaben ansetzen. / In this work the ontogenesis of feeding behavior of dairy cows was investigated and two co-developed sensor systems for monitoring feeding and ruminating scientifically evaluated. It appears that the feeding behavior of first-lactation cows significantly differs from that of older cows. Particularly noticeable differences were found for the feeding speed, which was much higher for older cows. The feeding times of young and old cows differed as well, but to a lesser extent. In order to monitor feeding and ruminating two different sensor-based systems wer used. It turned out that the RFID-based system is a rather unfit choice due to its extensive infrastructure requirements and the insufficient registration of the animals at the feed fence. However, measured results are comparable to those found in previous studies of typical feeding behavior. In addition, differences in the behavioral patterns of healthy cows and of ailing cows were noted. The electromyography-based sensor system appears to be quite suitable for documenting and evaluating animal-specific rumination patterns. Based on the detailed analysis of the signals, it was possible to determine a rumination variable, similar to the meals variable. This approach is also advantageous compared to the RFID-based weighing troughs in that the latter suffer from inaccuracies in the feeding times due to their inability to measure actual mouth activity. Nevertheless, these RFID-based systems play an important role as they currently provide the only option for quantitative measurements of feed intake. Furthermore, the noted correlations between feeding and rumination patterns vary too much to allow absolute statements on the amount of feed intake. Additional studies will have to explore these issues further.

Die Ergebnisse aus den beiden Dauerfeldversuchen verdeutlichen, dass die mineralische N Düngung wie erwartet den größten Einfluss auf die Höhe der THG Emissionen hat. Die höchsten THG Minderungspotenziale zeigten sich folglich in der Reduktion der mineralischen N Düngung, insbesondere wenn die N Düngung oberhalb des standortspezifischen Ertragsoptimums liegt. Die Anpassung der Fruchtfolge kann zur Erhöhung der Bodenkohlenstoff-Vorräte beitragen und letztendlich die THG Emissionen mindern, allerdings bedarf diese These weiterer Untersuchungen. Die Ergebnisse haben weiterhin gezeigt, dass mit dem Aufbau organischer Bodensubstanz durch Stalldung erhebliche Potenziale zur THG-Minderung verbunden sind. Je nach methodischem Ansatz zur Berücksichtigung von Bodenkohlenstoff-Veränderungen ergaben sich allerdings große Unterschiede in den THG-Bilanzen und letztendlich auch in den ermittelten THG-Minderungspotenzialen. Die Entwicklung eines einheitlichen wissenschaftlichen Verfahrens zur Berücksichtigung von Bodenkohlenstoff-Veränderungen wird deshalb empfohlen. Die Ergebnisse aus der Fallstudie haben gezeigt, dass die THG Minderung in der landwirtschaftlichen Praxis eine Veränderung der Ackerflächenverhältnisse erfordert. In diesem Zusammenhang ist der Anbau emissionsintensiver Fruchtarten mit einer intensiven mineralischen N Düngung wie beispielsweise Winterraps zu reduzieren und durch den Anbau emissionsarmer Fruchtarten zu ersetzen. Im untersuchten landwirtschaftlichen Betrieb erwiesen sich Mais mit organischer N Düngung sowie der Anbau von Leguminosen als besonders emissionsarm. In der vorliegenden Arbeit konnte darüber hinaus gezeigt werden, dass ein positiver Beitrag der ackerbaulichen Bodennutzung zur THG Minderung nicht zwangsläufig mit höheren Kosten für den Landwirtschaftsbetrieb verbunden sein muss, wenn bei der betriebswirtschaftlichen Optimierung die THG Emissionen angebauter Fruchtarten berücksichtigt werden. / The aim of this study was to analyze the potential for reducing greenhouse gas (GHG) emissions in different land use systems on sandy soils in the Brandenburg region in Germany, based on two long-term field experiments at Thyrow and Groß Kreutz and an on farm case study. The calculations of the GHG balances are based on the LCA standard and the German emission report guidelines. There is currently no scientific consensus on how soil organic carbon changes are to be included in GHG balances. Therefore, different approaches to include soil organic carbon changes in GHG calculations from long-term field experiments were examined. The results of the long-term field experiments showed that mineral nitrogen fertilization had the greatest influence on GHG emissions. The reduction of mineral nitrogen fertilization consequently showed the biggest GHG reduction potential especially if nitrogen fertilization was above the local level. The adaptation of crop rotations may increase soil organic carbon content and thereby mitigate GHG emissions, but this hypothesis requires further research. An increase of soil organic carbon stocks by organic fertilization was shown for the use of farmyard manure. Although this had a high GHG reduction potential, there were large differences between the analytical approaches. This highlights the need to develop standardized scientific methods for assessing GHG emissions from cropping systems. The results of the case study showed that changing the proportions of different crop species can be used for GHG reduction. In particular, the reduction of crops with high mineral nitrogen demand, e.g. oilseed rape, and the substitution with crops having low GHG emissions is recommended. Maize, receiving high rates of organic fertilizer, as well as legumes showed low GHG emissions on the evaluated farm. Furthermore, this study elaborates the potential economic benefit for agricultural enterprises with regards to the correlation of GHG reduction and an optimized crop rotation.

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.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, den Einfluss verschiedener Schwefel (S)-Düngemittel, der Leguminosenart und des Gemengebaus von Erbse (Pisum sativum L.) und Gerste (Hordeum vulgare L.) auf die Schwefelakkumulation sowie den Ertrag der Ackerbohne (Vicia faba L.), Schmalblättrige Lupine (Lupinus angustifolius L.) und Erbse zu erheben. In den Jahren 2012 bis 2014 wurden Feldversuche auf zahlreichen Standorten durchgeführt, um die Wirkung von Kieserit (MgSO4), Gips (CaSO4), elementarem S und Bittersalz (MgSO4 × 7H2O) auf die Körnerleguminosen zu testen. Die Düngung von Ackerbohne, Schmalblättriger Lupine und Erbse mit verschiedenen S-haltigen Düngemitteln führte unter den geprüften Feldbedingungen weder zu Ertragssteigerungen noch zu einer gesteigerten N-Akkumulation. Der S-Bedarf der drei Körnerlegunminosen wurde offenbar über natürliche Ressourcen gedeckt. Trotzdem zeigten sich Gips und Kieserit, teilweise auch Bittersalz als geeignete Düngemittel, um die S-Konzentration im Gewebe der Pflanzen zu erhöhen. Die S-Akkumulation im Spross der Ackerbohne (5-17 kg S ha-1), Schmalblättrigen Lupine (5-15 kg S ha-1) und Erbse (2-13 kg S ha-1) war gering und wurde von den Pflanzen an deren Bedarf angepasst. Im Gegensatz zu Ackerbohne (SHI 0,65) und Erbse (SHI 0,63), die S vorwiegend im Korn akkumulierten, sammelte die Schmalblättrige Lupine einen Großteil des aufgenommenen S im Stroh (SHI 0,40) an. Der Einfluss des Gemengeanbaus mit Gerste auf den S-Haushalt der Erbse war sehr gering. Die Erbse in Reinsaat nahm signifikant mehr S gemittelt über alle getesteten Düngemittel auf als das Gemenge aus Erbse und Gerste. Erbse und Gerste akkumulierten ähnlich hohe Mengen S im Spross pro Einheit Kornertrag. Um maximale Kornerträge sowie N- und S-Akkumulationen in einem substitutiv zusammengesetzten Gemenge aus Erbse und Gerste zu erzielen, wurde ein optimales Saatverhältnis von 42-88% keimfähiger Erbsensamen zu 12-58% keimfähigen Gerstensamen der jeweiligen Reinsaatstärke ermittelt. / The objectives of this study were to evaluate the influence of different sulfur (S) containing fertilizers, the legume species and of intercropping of pea (Pisum sativum L.) and barley (Hordeum vulgare L.) on sulfur accumulation and yield of faba bean (Vicia faba L.), narrow leaf lupin (Lupinus angustifolius L.) and pea. In the years 2012 to 2014 field trials have been conducted to test the effects of kieserite (MgSO4), gypsum (CaSO4), elemental S and epsom salt (MgSO4 × 7H2O) on grain legumes at several sites in Germany. Under the given environmental conditions, fertilization of faba bean, narrow leaf lupin and pea with different S containing fertilizers did not increase yield and nitrogen (N) accumulation. The S demand of the three grain legumes was low and obviously covered by S sources from the soil as well as atmospheric S deposition. However, gypsum, kieserite and epsom salt generated noticeable increases in S concentration in parts of the plants. S accumulation in shoots of faba bean (5-17 kg S ha-1), narrow leaf lupin (5-15 kg S ha-1) and pea (2-13 kg S ha-1) was comparatively low and has been adapted to the plants respective S demand. In contrast to faba bean (SHI 0,65) and pea (SHI 0,63), who accumulated S predominantly in seeds, narrow leaf lupin (SHI 0,40) accumulated the bulk of S in its straw. The influence of barley on peas S concentration was very low. Pea in pure stands accumulated significantly more S than the total intercrop of pea and barley, whereas pea and barley accumulated similar amounts of S in its shoots per unit seed yield. To achieve the maximum seed yield and maximum N and S accumulation in substitutive mixtures of pea and barley, a relative seed frequency of 42%–88% pea seeds to 12%–58% barley seeds of their monocrop seeding rate has been calculated to be optimal.

Kleinbäuerliche Haushalte im Globalen Süden sind zunehmend gefordert, ihre landwirtschaftlichen Aktivitäten an globale Veränderungen anzupassen. Landwirtschaftliche Beratungsdienste (extension services) stoßen vielerorts auf Schwierigkeiten, eine wachsende rurale Bevölkerung mit heterogenen Informationsbedürfnissen adäquat zu erreichen. Die zunehmende Verbreitung moderner Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) hat in jüngster Zeit neue Möglichkeiten geschaffen, Information weitreichend zu verbreiten. Gleichzeitig bietet digitale Kommunikation aber auch Möglichkeiten, große Zahlen von Bäuerinnen und Bauern in der Erzeugung von Wissen und Information einzubinden. Durch digitale Kanäle können landwirtschaftliche Beratungsdienste systematisch Daten-Inputs von ihrer Zielgruppe erheben, sie aggregiert verarbeiten, und auf dieser Grundlage ihre Dienstleistung verbessern. Diese Dissertationsschrift präsentiert drei Machbarkeitsstudien zu verschiedenen Strategien zur Einbindung großer Zahlen von Bäuerinnen und Bauern in der landwirtschaftlichen Beratung mittels moderner IKT. Eine erste Studie untersucht die Machbarkeit und den Nutzen digital unterstützter landwirtschaftlicher „Bürgerwissenschaft“ (citizen science) zur Einbindung von Bäuerinnen und Bauern in der Wissensgenerierung. Eine zweite Studie passt den „Positive Deviance-Ansatz“ an multi-dimensionale kleinbäuerliche Entwicklung an. Eine dritte Studie präsentiert und testet ein Verfahren zur Nutzung von „Zwei-Wege-Kommunikation“ über Mobiltelefone, um die automatisierte, individuelle Priorisierung von Beratungsinhalten in kleinbäuerlichem Kontext zu verbessern. Auf Basis der vorgelegten Erkenntnisse aus drei unabhängigen Machbarkeitsstudien macht die Dissertationsschrift Vorschläge, wie landwirtschaftliche Beratungsdienste im Globalen Süden die Herausforderungen der großen Zahl und starken Heterogenität kleinbäuerlicher Haushalte mit effizienter, systematischer Nutzung digitaler Medien begegnen können. / Smallholder farmers across the Global South increasingly need to adapt their farming activities to fast-paced changes. Worldwide, agricultural extension services face the challenge of reaching a large and growing clientele with highly diverse information needs. In recent years, increased penetration of modern information and communication technology (ICT) has created new opportunities for disseminating agricultural information. At the same time, digital communication can also allow the involvement of large numbers of farmers in the creation and aggregation of relevant knowledge and information. By collecting well-defined data inputs from farmers and processing these data in systematic ways, agricultural advisory services can potentially improve their overall performance towards a large and heterogeneous clientele. Through three proof-of-concept studies, this dissertation delivers empirical evidence on the feasibility of different ways of employing modern ICT to harness large-scale farmer participation in agricultural extension. A first study explores the feasibility and usefulness of digitally-enabled agricultural citizen science for involving large numbers of farmers in knowledge generation. A second study adapts the ‘Positive Deviance approach’ to multi-dimensional agricultural development and delivers evidence on its feasibility. A third study suggests and tests a procedure for employing two-way communication through mobile phone interfaces for improving the targeting of agricultural advisory messages in smallholder context. Based on the empirical evidence from these three independent proof-of-concept studies, the dissertation suggests how agricultural extension services in the Global South can address the challenges of scale and complexity in smallholder farming context through increased methodological pluralism, greater farmer participation, and efficient, systematic use of digital media.

Die Studie erforscht institutionalle Arrangements, die auf eine Privatisierung des Agrarlands in der Republik Georgien abzielen, deren Formalisierung der Eigentumsrechte den letzten Schritt der Agrarreformen darstellen, und speziell, wie sich die Durchsetzung des Rechts auf Privateigentum entwickelt hat. Laut Schätzungen ist bisher nur ca. ein Drittel des Landes registriert. Das Ziel der Analyse dient dem Verständnis, wie sich politische Reformen, die eine Privatisierung des Agrarlands beabsichtigen, auf den Landbesitz allgemein und die Agrarproduktion im Besonderen auswirken. Anhand von zwei der führenden landwirtschaftlichen Exportprodukte – Haselnuss und Wein –, verfolgt die Studie methodologisch einen abduktiven Forschungsansatz, der von Triangulation geleitet ist. Die Ergebnisse basieren auf einer Umfrage, Fokusgruppen-Interviews mit Agrarproduzenten sowie Interviews mit Leitern verarbeitender Betriebe, Repräsentanten der Regierung sowie Experten. Die Ergebnisse zeigen einerseits, dass Nutzungs- und später Eigentumsrechte konstant kraft einer ‚property rule’ durchgesetzt wurden, und somit einen Status quo gesichert haben, der besonders die Mitglieder ehemaliger einflussreicher (lokaler) Regierungskreise begünstigt hat; demgegenüber haben die Reformen kontinuierlich Unsicherheit unter der Landbevölkerung erzeugt – indem die Durchsetzung privater Eigentumsrechte von einer ‚property rule’ hin zu einer ‚liability rule’ verändert worden ist –, während die erforderlichen Kosten zur (Wieder-)Erlangung der Besitzansprüche zunehmend den ehemaligen Rechtsinhabern aufgebürdet worden ist. Die Ergebnisse lassen eine potentielle Umverteilung in Form konzentrierten Landbesitzes vermuten, während die Mehrheit der Betriebe künftig auf die Durchsetzung von Landnutzungsrechten vertrauen darf, um ihre Subsistenzwirtschaft fortzuführen. / This study focuses on the institutional change of agricultural land privatization in the Republic of Georgia, where the formalization of private property rights forms the last step of the agrarian land reforms, and specifically how people’s entitle-ment to land has been protected over time. It is estimated that so far only about a third of the land has been registered. The aim of the analysis is to understand how political reforms targeting land privatization have affected land ownership, and to show the effects on agricultural production. By focussing on two leading export products of Georgian agriculture – hazelnut and wine – the study methodologi-cally follows an abductive research strategy led by the principles of triangulation. It is based on survey data, focus groups interviews with agrarian producers as well as interviews with processors, government representatives and experts. The results reveal, on the one hand, that by constantly enforcing use and then owner-ship rights according to a property rule maintained a status-quo which has mainly favored former influential (local) government circles; in contrast, the reforms have persistently generated insecurity to rural neighborhoods – by changing the enforcement of people’s private ownership rights from a property rule to a liabil-ity rule –, while the emerging costs to (re-)claim ownership were increasingly shifted to the former right holders who can hardly raise the required financial means. The results suggest a re-distribution of land in the form of a rising concen-tration of land ownership, while the majority of agricultural producers may rely on the granting of use-rights to proceed with their subsistence farming in the fu-ture.

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.