Simulationsmodelle sind ein etabliertes Instrument zur Analyse von Auswirkungen exogener Schocks in komplexen Systemen. Die in jüngster Zeit gestiegene verfügbare Rechenleistung und -geschwindigkeit hat die Entwicklung detaillierterer und komplexerer Simulationsmodelle befördert. Dieser Trend hat jedoch Bedenken hinsichtlich der Unsicherheit solcher Modellergebnisse aufgeworfen und daher viele Nutzer von Simulationsmodellen dazu motiviert, Unsicherheiten in ihren Simulationen zu integrieren. Eine Möglichkeit dies systematisch zu tun besteht darin, stochastische Elemente in die Modellgleichungen zu integrieren, wodurch das jeweilige Modell zu einem Problem (mehrfacher) numerischer Integrationen wird. Da es für solche Probleme meist keine analytischen Lösungen gibt, werden numerische Approximationsmethoden genutzt. Die derzeit zur Quantifizierung von Unsicherheiten in Simulationsmodellen genutzt en Techniken, sind entweder rechenaufwändig (Monte Carlo [MC] -basierte Methoden) oder liefern Ergebnisse von heterogener Qualität (Gauß-Quadraturen [GQs]). In Anbetracht der Bedeutung von effizienten Methoden zur Quantifizierung von Unsicherheit im Zeitalter von „big data“ ist es das Ziel dieser Doktorthesis, Methoden zu entwickeln, die die Näherungsfehler von GQs verringern und diese Methoden einer breiteren Forschungsgemeinschaft zugänglich machen. Zu diesem Zweck werden zwei neuartige Methoden zur Quantifizierung von Unsicherheiten entwickelt und in vier verschiedene, große partielle und allgemeine Gleichgewichtsmodelle integriert, die sich mit Agrarumweltfragen befassen. Diese Arbeit liefert methodische Entwicklungen und ist von hoher Relevanz für angewandte Simulationsmodellierer. Obwohl die Methoden in großen Simulationsmodellen für Agrarumweltfragen entwickelt und getestet werden, sind sie nicht durch Modelltyp oder Anwendungsgebiet beschränkt, sondern können ebenso in anderen Zusammenhängen angewandt werden. / Simulation models are an established tool for assessing the impacts of exogenous shocks in complex systems. Recent increases in available computational power and speed have led to simulation models with increased levels of detail and complexity. However, this trend has raised concerns regarding the uncertainty of such model results and therefore motivated many users of simulation models to consider uncertainty in their simulations. One way is to integrate stochastic elements into the model equations, thus turning the model into a problem of (multiple) numerical integration. As, in most cases, such problems do not have analytical solutions, numerical approximation methods are applied. The uncertainty quantification techniques currently used in simulation models are either computational expensive (Monte Carlo [MC]-based methods) or produce results of varying quality (Gaussian quadratures [GQs]). Considering the importance of efficient uncertainty quantification methods in the era of big data, this thesis aims to develop methods that decrease the approximation errors of GQs and make these methods accessible to the wider research community. For this purpose, two novel uncertainty quantification methods are developed and integrated into four different large-scale partial and general equilibrium models addressing agro-environmental issues. This thesis provides method developments and is of high relevance for applied simulation modelers who struggle to apply computationally burdensome stochastic modeling methods. Although the methods are developed and tested in large-scale simulation models addressing agricultural issues, they are not restricted to a model type or field of application.

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.

Allgemeine Gleichgewichtsmodelle (Computable General Equilibrium (CGE) models) werden oft genutzt, um Erkenntnisse über die gesamtwirtschaftlichen Auswirkungen bildungspolitischer Maßnahmen zu gewinnen. Eine Literaturrecherche zur Integration des Bildungs- und Ausbildungssystems in CGE-Modellen zeigt klare Limitationen bisheriger Studien bezüglich der Darstellung des Bildungs- und Ausbildungssystems und identifiziert damit eine wichtige Forschungslücke, der sich diese Dissertation widmet. Vor diesem Hintergrund ist das Hauptziel dieser Dissertation die Entwicklung eines neuartigen Ansatzes zur Einbeziehung der anerkannten Bildungs- und Berufsbildungssysteme in CGE-Modellen, einschließlich aller potenziellen Verbindungen zwischen diesen beiden Systemen. Das entwickelte Modell ermöglicht die Akkumulation von Arbeitskräften entsprechend der Veränderungen der Anzahl der Absolventen und Schulabbrecher eines integrierten Bildungs- und Ausbildungssystems. Es handelt sich um ein rekursiv-dynamisches Ein-Land-CGE-Modell (STAGE-Edu), das die mittel- bis langfristigen gesamtwirtschaftlichen Effekte verschiedener Bildungs- und Ausbildungspolitiken abbildet. Der Sudan gehört zu den Ländern der unteren mittleren Einkommensklasse, die bezüglich der Förderung der menschlichen Entwicklung vor zahlreichen Herausforderungen stehen. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Dissertation verschiedene bildungspolitische Maßnahmen analysiert und deren Auswirkungen auf das Wirtschaftswachstum und die Humankapitalbildung im Sudan bewertet. Der entwickelte Modellierungsrahmen leistet einen wichtigen Beitrag zur gesamtwirtschaftlichen Darstellung der durch Bildung und Ausbildung bewirkten menschlichen Entwicklung sowie der drauf abzielenden politischen Maßnahmen. STAGE-Edu bietet politischen Entscheidungsträgern ex-ante Erkenntnisse bezüglich der potenziellen Auswirkungen von Maßnahmen zur Verbesserung der Arbeitsqualifikation und letztlich zur Erhöhung des Lebensstandards der Bevölkerung. / Computable General Equilibrium (CGE) models have been widely used to generate insights into the economy-wide implications of education policy measures. A literature review on incorporating the education and training system in CGE models reveals explicit limitations of previous studies depicting vocational education and training system, hence, identifying a significant research gap, which shall be addressed in this dissertation. Against this background, the main objective of this dissertation is to develop a novel approach to incorporate the acknowledged education and vocational training systems in CGE models, including all potential exiting bridges between these two systems. The developed model enables labor force accumulation according to changes in the number of graduates and dropouts from an integrated education and training system. It is a recursive-dynamic single-country CGE model (STAGE-Edu), which depicts the medium- to long-run economy-wide effects of various education and training policies. The Sudan is one of the lower-middle-income countries that face numerous challenges in accelerating human development. For this reason, in the dissertation at hand different education and training policy measures are analyzed and their implications on economic growth and human capital accumulation in the Sudan are assessed. The developed modeling framework contributes to the field of economy-wide depiction of human development triggered by education and training as well as related policy measures. STAGE-Edu provides policymakers with ex-ante insights on potential impacts of measures for enhancing labor skills and ultimately for improving the livelihood of the population.

Bioporen werden von Regenwürmern und Pfahlwurzeln geformt und gelten als präferentieller Weg für das Wurzelwachstum in tiefere Bodenbereiche. Jedoch ist bislang unklar, ob dem bioporennahen Unterboden eine besondere Funktion für das Wurzelwachstum, die Nährstoffakquise und den Zugang in den bulk-Boden zukommt. In diesem Bereich fehlt es an einer Quantifizierung von Wurzelwachstum und die Messung von Wurzelaktivität. Mit speziell angefertigtem Beprobungswerkzeug wurde der bioporennahe Unterboden großlumiger, nahezu vertikal verlaufender Bioporen (Durchmesser >5 mm) in kleinteiligen Abständen in 0-2, 2-4 und 4-8 mm auf die Wurzellänge [cm], den Wurzeldurchmesser [mm], die Gesamt-C- und -N-Gehalte [%] (Ct, Nt) sowie den pH-Wert untersucht. Neben der Untersuchung von Bioporen im Feld wurde in Gefäßversuchen der Einfluss des Regenwurms und der Pfahlwurzel auf das Wurzelwachstum separat betrachtet. Für die Untersuchungen wurden Sommergerste, Sommerraps und Ackerbohne eingesetzt zur Abbildung verschiedener Wurzelsysteme. Die Ergebnisse zeigten einen deutlich ausgeprägten lateral abnehmenden Gradienten der Ct- und Nt-Gehalte im Feldversuch. In den Gefäßversuchen gab es keine Unterschiede zwischen den Bioporentypen in den Ct- und Nt-Gehalten. Die Wurzeln wuchsen hauptsächlich im Bioporenlumen und in 0-2 mm, geringer in 2-4 und 4-8 mm des bioporennahen Unterbodens. Der pH-Wert war in der Wurmpore höher als im bulk-Boden. Sommerraps und Ackerbohne zeigten anhand Wurzel-induzierter pH-Wertänderung eine deutliche Stoffwechselaktivität in der Wurzelprägung, während in der Wurmprägung keine signifikante pH-Wertveränderung für die drei Kulturarten sichtbar wurde. Die verminderte laterale Wurzelausdehnung im bioporennahen Unterboden deutet auf ein begrenztes Potenzial der Bioporen als Zugangsweg zum Explorieren des bulk-Bodens hin. Ein erhöhtes Wurzelwachstum in den ersten 2 mm des bioporennahen Unterbodens weist auf eine Verankerung der Wurzeln und eine Nährstoffaufnahme hin. / Biopores are formed by earthworms and taproots and are considered a preferential pathway for root growth into deeper soil layers. However, it is unclear to date whether the biopore sheath has a specific function for root growth, nutrient acquisition and access into the bulk soil. There is a lack of literature on the quantitative measurement of root growth and the measurement of actual root activity in the biopore sheath. Using sampling tools specially made for this type of investigation, the biopore sheath of large-sized, nearly-vertical biopores (diameter >5 mm) were sampled at small-scale intervals in 0-2, 2-4 and 4-8 mm and analyzed for root length [cm], root diameter [mm], total C- and N-contents [%] (Ct, Nt), and pH. In addition to the study of biopores in the field, the influence of earthworm or taproot on root growth was considered separately in pot experiments. Spring barley, spring oilseed rape and faba bean were used for the investigations in order to be able to map different root systems. The results showed a clearly pronounced laterally decreasing gradient of Ct- and Nt-contents in the field experiment. There were no differences between the biopore types in Ct- and Nt-contents in the pot experiments. Roots grew mainly in the biopore and in 0-2 mm, less in 2-4 and 4-8 mm of the biopore sheath. The pH value was higher in the worm type biopore than in the bulk soil. Based on root-induced pH change, spring oilseed rape and faba bean showed significant metabolic activity in root type biopore, while no significant pH change was found in worm type for the three crop species. The laterally decreasing root elongation from biopore surface towards bulk soil is pointing towards a limited potential of biopores as an access path to explore the bulk soil. Increased root growth in the first 2 mm of the biopore sheath indicates root anchorage and nutrient uptake.

Um das 1,5°C Ziel zu verhindern, müssen bis 2020 die globalen anthropogenen CO2 Emissionen Sektor-übergreifend ihren Spitzenwert erreichen und bis 2050 auf Netto-Null-Emissionen sinken. Der AFOLU Sektor hat einen Anteil von 23% an den globalen Treibhausgasemissionen (THGE). Neben der Möglichkeit THGE zu vermeiden, bietet die Implementierung von Klimaschutzmitigation auch Synergien um die Ernährungssicherheit, Nährstoff- und Wassereffizienz zu verbessern sowie Landdegradation umzukehren. Eine kritische Bedeutung hat die Abholzung von tropischen Waldflächen durch die mehr als ein Drittel der Emissionen im Bereich des AFOLU entsteht. Vor diesem Hintergrund werden vorliegend, mit Fokus auf die Abholzung in der tropischen Zone, die indirekten Auslöser der THGE innerhalb des AFOLU untersucht. Diese Auslöser werden zunächst auf einer globalen Skala analysiert, wobei die Rolle der Variabilität von Preisveränderungen international gehandelter Waren und weiterer sozio-ökonomischer Indikatoren auf regionale Waldumwandlungsprozesse betrachtet wird. Anschließend analysiert diese Arbeit den Aspekt des Waldverlustes im Zusammenhang mit politischer Instabilität und bewaffneten Konflikten. Zudem werden regionale Lösungen zur Mitigation in weiteren Sektoren adressiert. Insbesondere wird die Möglichkeit zur THGE-Einsparung in silvopastoralen Systemen untersucht um das Zusammenspiel zwischen intensiver Viehbewirtschaftung und der Kohlenstofffixierung besser zu verstehen. Darüber hinaus werden regionale Lösungen mit Hilfe von Basisorganisationen bzw. gemeindebasierten Initiativen (CBI) zur THGE-Einsparung in den Bereichen Energie, Nahrungsmittel, Transport und Abfall erforscht. Diese Arbeit liefert vielfältige Beiträge zum Verständnis der indirekten Auslöser von Abholzung und den damit verbundenen THGE innerhalb der tropischen Zone, sowie zur Förderung lokaler Lösungen für die sektorübergreifende THG-Minderung. / Global anthropogenic CO2 emissions from different sectors must peak in 2020 and reach net zero by 2050 in order to reach the 1.5°C target. The AFOLU sector represents 23% of global greenhouse gas (GHG) emissions. In addition to its mitigation potential, the implementation of solutions in this sector also holds the synergistic potential of enhancing climate change adaptation, improving food security, nutrient and water efficiency, and reverting land degradation. Tropical deforestation is of particular importance within the AFOLU sector, representing over a third of its emissions. Against this backdrop, this thesis examines the underlying drivers of GHG emissions in the AFOLU sector, with a particular emphasis on tropical deforestation. These drivers are explored, firstly, at a global scale by addressing the role that changes in price of internationally-traded commodity products and other socio-economic variables exert on regional forest conversion. Secondly, this work examines the relationship between tree cover loss and a very under-researched driver of tropical deforestation, namely extreme political instability and armed conflict. Motivated by the urgency of climate change impacts, this thesis also explores local solutions for climate change mitigation across different sectors. In particular, the GHG mitigation role of silvopastoral systems, a type of agroforestry system, is examined to further understand the interplay between livestock intensification and carbon sequestration. In addition, more broad, local-scale solutions are examined across the energy, food, transport, and waste sectors by addressing the GHG mitigation potential of grassroots organizations, also known as community-based initiatives (CBIs). This thesis provides manifold contributions, not only to further understand some of the underlying drivers of deforestation and associated GHG emissions in the tropics, but also towards the advancement of local solutions for GHG mitigation across sectors.

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.

Der Agrarsektor spielt eine dominierende Rolle in der pakistanischen Wirtschaft, indem er einen größeren Beitrag zum Bruttoinlandsprodukt leistet und einem großen Teil der Erwerbsbevölkerung Arbeitsplätze bietet. Punjab ist die größte Provinz Pakistans in Bezug auf landwirtschaftliche Produktion und Bevölkerung. Die Mehrheit der Bauern in Punjab sind Kleinbauern. Diese Kleinbauern sind größtenteils arm und haben eine geringere menschliche Entwicklung. Infolgedessen bleibt die landwirtschaftliche Produktion entweder qualitativ minderwertig oder quantitativ unzureichend, was als landwirtschaftliche Armut bezeichnet wird. Agrarwissenschaftler haben viel Arbeit geleistet, um die Produktivität des Agrarsektors durch die Verwendung von besserem Saatgut, Düngemitteln, Mechanisierung usw. zu verbessern. Die aktuelle Studie zielte darauf ab, den Zusammenhang zwischen landwirtschaftlicher Armut und menschlicher Entwicklung bei Kleinbauern in Punjab zu untersuchen. Primärdaten wurden von 250 Kleinbauern in 5 Distrikten von Punjab gesammelt. Die Analyse der binären logistischen Regression wurde verwendet, um die Beziehung zwischen den Dimensionen der menschlichen Entwicklung und der landwirtschaftlichen Armut eingehend zu analysieren. Bei der Analyse der Daten fand die Studie einen umgekehrten Zusammenhang zwischen landwirtschaftlicher Armut und allen drei Dimensionen der menschlichen Entwicklung, d. H. Bildung, Gesundheit und Lebensstandard der Kleinbauern in Punjab. Die Ergebnisse zeigten, dass die bessere Bildung, Gesundheit und der bessere Lebensstandard die Wahrscheinlichkeit verringern, dass der Landwirt landwirtschaftliche Armut hat. Die Regierung von Punjab der menschlichen Entwicklung von Kleinbauern bei der Ausarbeitung einer Politik besondere Aufmerksamkeit widmen sollte. Die Regierung sollte sicherstellen, dass die Kleinbauern in Punjab über Bildung und Sensibilisierung, Gesundheitseinrichtungen und einfache Kredite verfügen. / Agriculture sector plays a dominant role in Pakistan economy by making a greater contribution to Gross Domestic Product and providing employment to a huge portion of labor force. Punjab is the largest province of Pakistan with respect to agricultural production and population. Majority of the farmers in Punjab are small land holders. These small farmers are mostly poor and having lower levels of human development. low level of human development among small farmers obstructed the growth of agriculture in Punjab. As a result, the agricultural output remains either inferior in quality of insufficient in quantity which is termed as Agricultural poverty. A lot of work has been done by agricultural scientists globally on improving the productivity of agricultural sector by the use of better seed, fertilizers, mechanization etc. The current study aimed to explore the relationship between Agricultural poverty and human development among small farmers in Punjab. Primary data was collected from 250 small farmers in 5 districts of Punjab. Binary Logistic Regression analysis was used to analyze the relationship between the dimensions of human development and agricultural poverty. The study found inverse relationship between Agricultural poverty and all three dimensions of human development i.e Education, health and living standard of the small farmers in Punjab. Results revealed that the better education, health and living standard decreases the probability of the farmer to have agricultural poverty. Agriculture sector and farmers remained one of the most neglected part of the society by policy makers. Among farmers, the small farmers are most vulnerable. There is a need of extensive policy. It is suggested that the Government of Punjab should pay special attention to the human development of small farmers while devising policy. Government should ensure the provision of education and awareness, health facilities and easy credit to the small farmers in Punjab.

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.

Die Agrarpolitik in den Ländern der OECD hat sich seit Mitte der 1980er Jahre stark verändert. Lange Zeit galt die Landwirtschaft als exzeptioneller Wirtschaftszweig, der umfangreiche staatliche Unterstützung für Erzeuger:innen benötigt, um Ernährungssicherheit zu gewährleisten. Heute befasst sich Agrarpolitik auch mit politikfeldübergreifenden Themen wie Verbraucherschutz, Tierwohl und ökologischer Nachhaltigkeit. Dieser Wandel ging mit neuen Politikzielen und -instrumenten, offeneren Institutionen und komplexeren Akteurskonstellationen einher. Gleichzeitig ist Agrarpolitik weiterhin auf Erzeuger:innen ausgerichtet, wodurch der ‚exzeptionalische‘ Kern – die Stützung landwirtschaftlicher Einkommen – bestehen bleibt. Das Konzept des Post-Exzeptionalismus beschreibt dieses Nebeneinander von alten und neuen Ideen, Institutionen, Akteuren, Politikzielen und -instrumenten, wodurch Spannungen in den Politikarrangements entstehen können. Diese Dissertation hat das Ziel am Beispiel der Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) der Europäischen Union (EU) und von Governance-Aktivitäten in landwirtschaftlichen Wertschöpfungsketten in Deutschland zu einem besseren Verständnis dieser Spannungen beizutragen. Auf Grundlage einer Kombination verschiedener Ansätze der Public Policy- und Governance-Analyse untersucht diese Dissertation, wie sich die Spannungen in (i) der Ausgestaltung der Instrumente im GAP-Policy-Mix (2014-2022), (ii) den Diskurskoalitionen und Frames nationaler Stakeholdern in der Debatte zur GAP nach 2022, (iii) dem Verhältnis zwischen Staat und Landwirt:innen und (iv) den Koordinierungsaktivitäten in Wertschöpfungsketten in Deutschland zeigen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Details der GAP-Umsetzung und Governance-Aktivitäten entscheidend für die (Nicht-)Angleichung der alten und neuen Elemente in der Agrarpolitik sind. Ihre Ausgestaltung handelt sich also nicht um rein technische, administrative oder unternehmerische, sondern vielmehr um zutiefst politische Aktivitäten. / Agricultural policy in OECD countries has changed considerably since the mid-1980s. Long treated as an exceptional economic sector in need of extensive state support to ensure food security, agricultural policy now also aims to address more cross-cutting issues, including consumer protection, animal welfare and environmental sustainability. Novel objectives and policy instruments, a more open institutional framework and increasingly complex actor constellations have accompanied this shift. At the same time, agricultural policy has predominantly remained producer-oriented, perpetuating the exceptionalist core of farm income support. The term post-exceptionalism aims to capture the tensions arising from the juxtaposition of old and new ideas, institutions, actors, and objectives and policy instruments in agricultural policy. This dissertation aims to provide a better understanding of the tensions inherent in post-exceptionalist arrangements in agricultural policy, with the implementation of the European Union’s (EU) Common Agricultural Policy (CAP) and governance activities in agri-food value chains in Germany as an example. Combining different approaches of public policy and governance analysis, the thesis examines how the tensions play out in (i) the design of instrument calibrations in the CAP policy mix (2014-2022), (ii) discourse coalitions and frames among national stakeholders in the run-up to the CAP post-2022, (iii) the relationship between the state and farmers underlying direct payment implementation for the CAP 2023-2027, (iv) and coordination activities in the governance of sustainability-based agri-food value chains in Germany. The results of this dissertation show that the very details of CAP implementation and governance activities in value chains are decisive for the (non)alignment of old and new elements of agricultural policy. Thus, they constitute not a mere technical, administrative or entrepreneurial but rather a political activity.

Langzeitdüngungsversuche (LTFE) sind für die Agrarforschung von entscheidender Bedeutung, da sie dokumentieren, überwachen, lernen und zeigen können, was in der Vergangenheit geschehen ist, und mit Hilfe von Vorhersagemodellen vorhersagen und simulieren können, was in Zukunft geschehen wird. Diese Modelle dienen dazu, zukünftiges Pflanzenwachstum unter verschiedenen Klima- und Bewirtschaftungsszenarien abzuschätzen und so Entscheidungsprozesse zu unterstützen. In diese Studie wurden die Reaktionen der Getreideerträge auf das Düngermanagement in Sandböden in einem LTFE (1971 bis 2016) in Nordostdeutschland analysiert. Die Ziele dieser Studie waren a) die Analyse der Ertragsreaktionen von Sommergerste, Winterroggen und Winterweizen auf das Düngemanagement, b) die Analyse der Sensitivität der Ertragsreaktionen auf den Zeitpunkt von Wetterereignissen und c) der Vergleich verschiedener Analysemodelle. Die Studie ergab, dass die Reaktion der Getreideerträge auf das Düngermanagement von komplexen Beziehungen zwischen Klimaabhängigkeit, Vorfrucht und Bodeneigenschaften beeinflusst wurde. Die Witterungsbedingungen bei der Aussaat und in den frühen Wachstumsstadien des Getreides beeinflusste den Kornertrag. Bei Wintergetreide waren die Intensität und Dauer der extremen Temperaturen im Sommer, insbesondere die Anzahl der Tage mit einer Höchsttemperatur von über 30°C im Juli, eine wichtige Variable für den Ertrag. Unter den untersuchten Modellen zeigte das LMM-Modell eine bessere Vorhersageleistung als das M5P-Modell, und beide hatten umfangreichere Regressoren als die ANOVA und die BMA. Das M5P-Modell bot eine intuitive Visualisierung wichtiger Variablen und ihrer kritischen Schwellenwerte und offenbarte andere Variablen, die vom LMM-Modell nicht erfasst wurden. Die Ergebnisse dieser Analyse tragen zu umfassenden Strategien für eine nachhaltige Pflanzenproduktion im Hinblick auf den zukünftigen Klimawandel bei. / Long-term fertilizer experiments (LTFEs) are essential for agricultural research as they provide necessary information and data to build predictive models. These models can be used to estimate future plant growth under different climate and management scenarios to support decision-making processes. The current study analyzed cereal grain yield responses to fertilizer management in sandy soil in a LTFE (1971 to 2016) in Northeast Germany. The objectives of this study were to a) analyze yield responses of spring barley), winter rye, and winter wheat to fertilizer management, b) analyze the sensitivity of yield responses to timing of weather events, and c) compare different analysis models. The study revealed that cereal yield response to fertilizer management was influenced by complex relationships among climatic dependence, preceding crop, and soil characteristics. Weather conditions at seeding and early growth stages of cereal were found to be sensitive to grain yield. For winter cereals, the intensity and duration of extreme temperatures in the summertime (harvest year), especially the number of days recorded with a maximum temperature above 30°C in July was an important variable for the yield. Among the investigated models, LMM-model had a better predictive performance compared to M5P-model and both had richer regressors than the ANOVA and BMA-model. The M5P-model presented an intuitive visualization of important variables and their critical thresholds, and revealed other variables that were not captured by the LMM-model. The findings of this analysis contribute to comprehensive strategies for sustainable crop production with regard to future climate change.