The analysis of time-delayed dynamics on networks may help to understand many systems from physics, biology, and engineering, such as coupled laser arrays, gene-regulatory networks and complex ecosystems. Beside the complexity due to the network structure, the analysis is further complicated by the presence of the delays. Delay systems are in general infinite dimensional and thus can display complex dynamics as oscillations and chaos. The mathematical difficulties related to the delays hinders the analysis of delay networks. Thus, little is known yet about basic relations between network structure and delay dynamics. It has been shown that networks without delays can be studied efficiently with the generalized modeling approach, which analyzes the stability of an assumed steady state by a direct parametrization of the Jacobian matrix. In this thesis, I demonstrate the extension of the generalized modeling approach to delay networks and analyze networks of delay-coupled delay oscillators, with delayed auto-catalytic growth on the nodes and delayed transport between nodes. For degree-homogeneous networks (DHONs), in which each node has the same number of links, the bifurcation lines that border the stable areas can be calculated analytically, where the topology of the network is described only by the eigenvalues of the adjacency matrix. For undirected networks, the stability pattern in the parameter space of growth and transport delay is governed by two periodic sets of tongues of instability, which depend on the largest positive and the smallest negative eigenvalue. The direct relation between the eigenvalue and the bifurcation lines allows us to predict stability patterns for networks with certain topological properties. Thus, bipartite networks display a characteristic periodicity of tongues. In order to analyze the stability of degree-heterogeneous networks (DHENs), I apply a numerical sampling method based on Cauchy\'s Argument Principle. The stability patterns of these networks resembles the pattern of DHONs, which is governed by the two periodic sets. For networks with sufficiently many links, one set disappears, and the stability of DHENs can be approximates by the stability of a fully-connected network with the same average degree. However, random DHENs tend to be more stable than DHONs, and DHENs with a broad degree-distribution tend to be more stable than DHENs with a narrow distribution. Thus, such networks are more likely to give rise to amplitude death, i.e. the stabilization of an unstable steady state through diffusive coupling. The stability pattern of DHENs can be qualitatively different than the pattern in DHONs. However, for small growth delays, close to the critical delay of the single node system, the bifurcation lines of all DHENs with the same average degree coincide. This, is particularly interesting, because there the stability depends on a global property of the network, which suggests a diverging interaction length. In summary, the extension of generalized modeling to time-delay networks reveals basic relations between the delay dynamics and the topology. The generality of our model should allow to apply these results to a large class of real-world systems.

Die Jahrestagung 2013 der deutschen Sektion der International Assiciation for Landscape Ecology (IALE) fand vom 10.-12.Oktober 2013 in Dresden statt. Motto der Tagung mit circa 70 Teilnehmern war "Vielfältige Landschaften: Biodiversität, Ökosystemdienstleistungen und Lebensqualität". Der Tagungsband entält die Kurzfassung der ca. 30 Tagungsbeiträge und 20 Poster.

- Ziele der Arbeit - Ziel vorliegender Arbeit ist, zu analysieren und zu beurteilen, in welchem Umfang autogene Moorregeneration nach anthropogenen Störungen auftritt, welche Voraussetzungen sie erfordert und welche Prozesse von Bedeutung sind. Forstliche und naturschutzfachliche Relevanz der Erkenntnisse sind zu prüfen. - Versuchsanlage und Methoden - Die Versuchsanlage umfasst verschiedene räumliche Skalenebenen und Zeitabschnitte. Im Untersuchungsraum sächsisches Erzgebirge befinden sich fünf Untersuchungsgebiete. Geschichtliche Aspekte werden auf Basis von Recherchen, der aktuelle Moorzustand anhand von Geländeerhebungen zu Vegetation und Standort analysiert. Langzeitbeobachtungen dienen dem Nachweis von Sukzessionsprozessen und den sie beeinflussenden Umweltfaktoren. Regenerationsprozesse werden anhand von Regenerationsmerkmalen, die eigens für diese Zwecke erarbeitet wurden, lokalisiert und im Kontext mit dem aktuellen Moorzustand und den Erfordernissen von Naturschutz und Forstwirtschaft interpretiert. - Ergebnisse und Schlussfolgerungen - - Das Aufnahmematerial lässt die Differenzierung von 28 Vegetationstypen zu, die anhand von Artengruppen und Zeigerwerten charakterisiert und als Kartiereinheiten zur Bewertung der Moore verwendet werden. Die Moorfläche im Untersuchungsraum wird auf 8.500 ha geschätzt. Jedes untersuchte Moor weist eine spezifische Kombination abiotischer sowie biotischer Merkmale auf und ist deshalb individuell zu bewerten. Entwässerungen und Torfstiche führen zu starker Degeneration, Dominanz von Wald, Seltenheit moortypischer Pflanzenarten, Offengesellschaften, nässegeprägter hydromorphologischer Strukturen sowie ökosystemrelevanter Schlüsselarten. Hinzu kommt eine Schädigung der Baum- und Moosschicht durch SO2-Immissionen bis in die 1990er Jahre und eine nachfolgende Regeneration. - Wiedervernässungen durch Graben- und Torfstichverlandung sind anhand von Zeitreihen und aktuellen Regenerationsmerkmalen nachweisbar. Autogene Moorregeneration kommt selbst in stark degenerierten Mooren vor. Regenerationsbereiche sind häufig, erreichen aber nur einen geringen Anteil an der Moorfläche (Untersuchungsraum: 1 %, Untersuchungsgebiete: 12 %). Sie haben meist mesotrophen Charakter. Eine erhöhte Regenerationsdisposition tritt u. a. bei konvergenten Wasserströmen und geringen Neigungen auf. Lokale Prozesse wie die Bildung von Fließhindernissen beeinflussen das Unwirksamwerden von Gräben. Die Etablierung torfbildender Vegetation nimmt eine Schlüsselstellung ein. Verschiedene Stufen eines diskontinuierlichen Regenerationsfortschritts sind zu unterscheiden und in bisher bekannte Prozessabläufe einzuordnen. Häufigkeit und Flächenverhältnis initialer und fortgeschrittener Regeration legen nahe, dass Regenerationsprozesse auf größerer Fläche ablaufen, jedoch nicht erkannt werden. Regeneration führt zu Standortsdrift und Ausbreitung moortypischer Arten. Das Regenerationspotenzial ist abiotisch vorgegeben. Irreversible Veränderungen der hydromorphologischen Struktur durch Entwässerung oder Torfabbau setzen der Regeneration Grenzen. Anthropogene Stoffeinträge und Mangel an Schlüsselarten bewirken weitere Einschränkungen. - Soweit eine rentable Holzproduktion Ziel ist, stellen autogen regenerierende Moore schwer bis nicht bewirtschaftbare Standorte dar, die aufgrund von Standortsdrift und teils Gehölzfeindlichkeit ein hohes Produktionsrisiko bergen. Naturschutzfachlich sind Regenerationsprozesse eine Chance und ein bedeutendes Schutzgut, da sie zu höherwertigeren Moorlebensräumen führen. Bei fortgeschrittener Regeneration erübrigen sich kostenintensive Eingriffe. Ein statischer Schutz wird dem Prozesscharakter nicht gerecht. Initialstadien und Bereiche, die noch nicht regenerieren, aber ein hohes Potenzial aufweisen, lassen sich effizient fördern. Die starke Degeneration der Moore im Untersuchungsraum begründet bei geringem Anteil aktueller Regenerationsbereiche einen hohen Handlungsbedarf, einschließlich eines abschirmenden Schutzes sowie effizienter Kontrollmechanismen. - Geeignete Datengrundlagen zur Lokalisierung von Flächen mit einem hohen Regenerationspotenzial fehlen weitgehend. Eine Behebung dieses Defizits ist möglich. / - Objectives - The objective of this work is to analyse and to assess to which extent autogenous peatland regeneration occurs after anthropogenic disturbances, what preconditions it requires and what processes are important. Relevance of the findings for forestry and nature conservation is to be examined. - Experimental set-up and methods - The experimental set-up comprises various spatial scale levels and time periods. Five study sites are located in the study area Saxon Erzgebirge Mountains. Historical aspects are analysed based on investigations, the actual condition of the peatland is determined by ground surveys focusing on the vegetation and the site. Long-term observations serve to prove succession processes and the environmental factors influencing them. Regeneration processes are localized by means of regeneration characteristics, which were elaborated just for this purpose, localized, and interpreted in the context of the actual peatland condition and of the requirements of nature conservation and forestry. - Results and conclusions - - The material under survey allows distinguishing between 28 vegetation types which are characterised by means of species groups and indicator values and which are used as mapping units for evaluating the peatlands. The peatland area in the study area comprises an estimated 8500 ha. Each investigated peatland has a specific combination of abiotic and biotic characteristics and therefore needs to be evaluated individually. Drainage and peat cuttings lead to strong degeneration, dominance of forest, rarity of plants species typical of peatland, open-land associations, wetness-coined hydromorphological structures as well as ecosystem-relevant key species. In addition, the tree and moss layer had been damaged by SO2-pollution up to the 1990ies and a succeeding regeneration. - Recurring wetting due to filling-up of ditches and peat cuttings by sedimentation are verifiable by time sequences and actual regeneration characteristics. Autogenous peatland regeneration occurs even in heavily degenerated peatlands. Regeneration areas are frequent, accounting, however, only for a small share at the peatland area (study area: 1 %, study sites: 12 %). Often they are of mesotrophic nature. An increased disposition to regeneration is found, among others, in case of convergent water flows and slight inclinations. Local processes like the formation of obstacles for the flowing may cause ditches to become ineffective. Establishing of peat-forming vegetation is a crucial phenomenon. Various stages of a discontinuous regeneration progress can be differentiated and allocated to the processes that are known so far. Frequency and the area ratio of initial and progressed regeneration suggest that regeneration processes take place on a larger area, but that they are not recognised. Regeneration leads to site drifting and the distribution of peatland species. The regeneration potential is given by abiotic conditions. Irreversible changes of the hydro-morphological structure due to drainage or peat cutting are limiting factors for the regeneration. Anthropogenic input of matter and lack of key species bring about other restrictions. - If a profitable timber production is aimed at, autogenously regenerated peatlands are sites difficult to manage or that cannot be managed at all, involving a high production risk due to site drifting and partly inadequacy for woody plants. For nature conservation, regeneration processes are a chance and an important asset worth of protection, as they lead to high-grade peatland habitats. In the case of advanced regeneration cost-intensive operations are not necessary. A protection of static nature is inadequate for the process character. Initial stages and zones not yet under regeneration, implying, however, a high potential, can be promoted efficiently. Heavy degeneration of the peatlands in the study area, given a low proportion of actual regeneration zones, justifies a strong call for action, including a shielding protection as well as efficient control mechanisms. - An appropriate data basis for localisation of areas, having a high regeneration potential, is largely missing. Remedying this deficit is possible.

Flora und Vegetation sind Spiegelbild naturräumlicher Potenziale ebenso wie kulturbürtiger Einflüsse. Der im Rahmen einer bodenkundlichen Tagung entstandene Artikel gibt einen textlichen und kartografischen Überblick zur potenziellen natürlichen Vegetation (pnV) Sachsens. Aktuelle Vegetationsverhältnisse finden ebenso Berücksichtigung. Die Naturregionen Tief-, Hügel- und Bergland werden aus vegetationskundlicher Sicht - unter Einbeziehung aktueller Forschungen und mit Bezug auf geologische, edaphische sowie klimatische Rahmenbedingungen - charakterisiert. Regionale Besonderheiten (z. B. die Ost-West-Gliederung des Erzgebirges) werden dabei ebenso herausgestellt wie neuere Erkenntnisse zur Verbreitung von landschaftsprägenden Waldtypen (z. B. bodensaure Eichenwälder im Tiefland).

The analysis of time-delayed dynamics on networks may help to understand many systems from physics, biology, and engineering, such as coupled laser arrays, gene-regulatory networks and complex ecosystems. Beside the complexity due to the network structure, the analysis is further complicated by the presence of the delays. Delay systems are in general infinite dimensional and thus can display complex dynamics as oscillations and chaos. The mathematical difficulties related to the delays hinders the analysis of delay networks. Thus, little is known yet about basic relations between network structure and delay dynamics. It has been shown that networks without delays can be studied efficiently with the generalized modeling approach, which analyzes the stability of an assumed steady state by a direct parametrization of the Jacobian matrix. In this thesis, I demonstrate the extension of the generalized modeling approach to delay networks and analyze networks of delay-coupled delay oscillators, with delayed auto-catalytic growth on the nodes and delayed transport between nodes. For degree-homogeneous networks (DHONs), in which each node has the same number of links, the bifurcation lines that border the stable areas can be calculated analytically, where the topology of the network is described only by the eigenvalues of the adjacency matrix. For undirected networks, the stability pattern in the parameter space of growth and transport delay is governed by two periodic sets of tongues of instability, which depend on the largest positive and the smallest negative eigenvalue. The direct relation between the eigenvalue and the bifurcation lines allows us to predict stability patterns for networks with certain topological properties. Thus, bipartite networks display a characteristic periodicity of tongues. In order to analyze the stability of degree-heterogeneous networks (DHENs), I apply a numerical sampling method based on Cauchy\'s Argument Principle. The stability patterns of these networks resembles the pattern of DHONs, which is governed by the two periodic sets. For networks with sufficiently many links, one set disappears, and the stability of DHENs can be approximates by the stability of a fully-connected network with the same average degree. However, random DHENs tend to be more stable than DHONs, and DHENs with a broad degree-distribution tend to be more stable than DHENs with a narrow distribution. Thus, such networks are more likely to give rise to amplitude death, i.e. the stabilization of an unstable steady state through diffusive coupling. The stability pattern of DHENs can be qualitatively different than the pattern in DHONs. However, for small growth delays, close to the critical delay of the single node system, the bifurcation lines of all DHENs with the same average degree coincide. This, is particularly interesting, because there the stability depends on a global property of the network, which suggests a diverging interaction length. In summary, the extension of generalized modeling to time-delay networks reveals basic relations between the delay dynamics and the topology. The generality of our model should allow to apply these results to a large class of real-world systems.

- Ziele der Arbeit - Ziel vorliegender Arbeit ist, zu analysieren und zu beurteilen, in welchem Umfang autogene Moorregeneration nach anthropogenen Störungen auftritt, welche Voraussetzungen sie erfordert und welche Prozesse von Bedeutung sind. Forstliche und naturschutzfachliche Relevanz der Erkenntnisse sind zu prüfen. - Versuchsanlage und Methoden - Die Versuchsanlage umfasst verschiedene räumliche Skalenebenen und Zeitabschnitte. Im Untersuchungsraum sächsisches Erzgebirge befinden sich fünf Untersuchungsgebiete. Geschichtliche Aspekte werden auf Basis von Recherchen, der aktuelle Moorzustand anhand von Geländeerhebungen zu Vegetation und Standort analysiert. Langzeitbeobachtungen dienen dem Nachweis von Sukzessionsprozessen und den sie beeinflussenden Umweltfaktoren. Regenerationsprozesse werden anhand von Regenerationsmerkmalen, die eigens für diese Zwecke erarbeitet wurden, lokalisiert und im Kontext mit dem aktuellen Moorzustand und den Erfordernissen von Naturschutz und Forstwirtschaft interpretiert. - Ergebnisse und Schlussfolgerungen - - Das Aufnahmematerial lässt die Differenzierung von 28 Vegetationstypen zu, die anhand von Artengruppen und Zeigerwerten charakterisiert und als Kartiereinheiten zur Bewertung der Moore verwendet werden. Die Moorfläche im Untersuchungsraum wird auf 8.500 ha geschätzt. Jedes untersuchte Moor weist eine spezifische Kombination abiotischer sowie biotischer Merkmale auf und ist deshalb individuell zu bewerten. Entwässerungen und Torfstiche führen zu starker Degeneration, Dominanz von Wald, Seltenheit moortypischer Pflanzenarten, Offengesellschaften, nässegeprägter hydromorphologischer Strukturen sowie ökosystemrelevanter Schlüsselarten. Hinzu kommt eine Schädigung der Baum- und Moosschicht durch SO2-Immissionen bis in die 1990er Jahre und eine nachfolgende Regeneration. - Wiedervernässungen durch Graben- und Torfstichverlandung sind anhand von Zeitreihen und aktuellen Regenerationsmerkmalen nachweisbar. Autogene Moorregeneration kommt selbst in stark degenerierten Mooren vor. Regenerationsbereiche sind häufig, erreichen aber nur einen geringen Anteil an der Moorfläche (Untersuchungsraum: 1 %, Untersuchungsgebiete: 12 %). Sie haben meist mesotrophen Charakter. Eine erhöhte Regenerationsdisposition tritt u. a. bei konvergenten Wasserströmen und geringen Neigungen auf. Lokale Prozesse wie die Bildung von Fließhindernissen beeinflussen das Unwirksamwerden von Gräben. Die Etablierung torfbildender Vegetation nimmt eine Schlüsselstellung ein. Verschiedene Stufen eines diskontinuierlichen Regenerationsfortschritts sind zu unterscheiden und in bisher bekannte Prozessabläufe einzuordnen. Häufigkeit und Flächenverhältnis initialer und fortgeschrittener Regeration legen nahe, dass Regenerationsprozesse auf größerer Fläche ablaufen, jedoch nicht erkannt werden. Regeneration führt zu Standortsdrift und Ausbreitung moortypischer Arten. Das Regenerationspotenzial ist abiotisch vorgegeben. Irreversible Veränderungen der hydromorphologischen Struktur durch Entwässerung oder Torfabbau setzen der Regeneration Grenzen. Anthropogene Stoffeinträge und Mangel an Schlüsselarten bewirken weitere Einschränkungen. - Soweit eine rentable Holzproduktion Ziel ist, stellen autogen regenerierende Moore schwer bis nicht bewirtschaftbare Standorte dar, die aufgrund von Standortsdrift und teils Gehölzfeindlichkeit ein hohes Produktionsrisiko bergen. Naturschutzfachlich sind Regenerationsprozesse eine Chance und ein bedeutendes Schutzgut, da sie zu höherwertigeren Moorlebensräumen führen. Bei fortgeschrittener Regeneration erübrigen sich kostenintensive Eingriffe. Ein statischer Schutz wird dem Prozesscharakter nicht gerecht. Initialstadien und Bereiche, die noch nicht regenerieren, aber ein hohes Potenzial aufweisen, lassen sich effizient fördern. Die starke Degeneration der Moore im Untersuchungsraum begründet bei geringem Anteil aktueller Regenerationsbereiche einen hohen Handlungsbedarf, einschließlich eines abschirmenden Schutzes sowie effizienter Kontrollmechanismen. - Geeignete Datengrundlagen zur Lokalisierung von Flächen mit einem hohen Regenerationspotenzial fehlen weitgehend. Eine Behebung dieses Defizits ist möglich. / - Objectives - The objective of this work is to analyse and to assess to which extent autogenous peatland regeneration occurs after anthropogenic disturbances, what preconditions it requires and what processes are important. Relevance of the findings for forestry and nature conservation is to be examined. - Experimental set-up and methods - The experimental set-up comprises various spatial scale levels and time periods. Five study sites are located in the study area Saxon Erzgebirge Mountains. Historical aspects are analysed based on investigations, the actual condition of the peatland is determined by ground surveys focusing on the vegetation and the site. Long-term observations serve to prove succession processes and the environmental factors influencing them. Regeneration processes are localized by means of regeneration characteristics, which were elaborated just for this purpose, localized, and interpreted in the context of the actual peatland condition and of the requirements of nature conservation and forestry. - Results and conclusions - - The material under survey allows distinguishing between 28 vegetation types which are characterised by means of species groups and indicator values and which are used as mapping units for evaluating the peatlands. The peatland area in the study area comprises an estimated 8500 ha. Each investigated peatland has a specific combination of abiotic and biotic characteristics and therefore needs to be evaluated individually. Drainage and peat cuttings lead to strong degeneration, dominance of forest, rarity of plants species typical of peatland, open-land associations, wetness-coined hydromorphological structures as well as ecosystem-relevant key species. In addition, the tree and moss layer had been damaged by SO2-pollution up to the 1990ies and a succeeding regeneration. - Recurring wetting due to filling-up of ditches and peat cuttings by sedimentation are verifiable by time sequences and actual regeneration characteristics. Autogenous peatland regeneration occurs even in heavily degenerated peatlands. Regeneration areas are frequent, accounting, however, only for a small share at the peatland area (study area: 1 %, study sites: 12 %). Often they are of mesotrophic nature. An increased disposition to regeneration is found, among others, in case of convergent water flows and slight inclinations. Local processes like the formation of obstacles for the flowing may cause ditches to become ineffective. Establishing of peat-forming vegetation is a crucial phenomenon. Various stages of a discontinuous regeneration progress can be differentiated and allocated to the processes that are known so far. Frequency and the area ratio of initial and progressed regeneration suggest that regeneration processes take place on a larger area, but that they are not recognised. Regeneration leads to site drifting and the distribution of peatland species. The regeneration potential is given by abiotic conditions. Irreversible changes of the hydro-morphological structure due to drainage or peat cutting are limiting factors for the regeneration. Anthropogenic input of matter and lack of key species bring about other restrictions. - If a profitable timber production is aimed at, autogenously regenerated peatlands are sites difficult to manage or that cannot be managed at all, involving a high production risk due to site drifting and partly inadequacy for woody plants. For nature conservation, regeneration processes are a chance and an important asset worth of protection, as they lead to high-grade peatland habitats. In the case of advanced regeneration cost-intensive operations are not necessary. A protection of static nature is inadequate for the process character. Initial stages and zones not yet under regeneration, implying, however, a high potential, can be promoted efficiently. Heavy degeneration of the peatlands in the study area, given a low proportion of actual regeneration zones, justifies a strong call for action, including a shielding protection as well as efficient control mechanisms. - An appropriate data basis for localisation of areas, having a high regeneration potential, is largely missing. Remedying this deficit is possible.

Flora und Vegetation sind Spiegelbild naturräumlicher Potenziale ebenso wie kulturbürtiger Einflüsse. Der im Rahmen einer bodenkundlichen Tagung entstandene Artikel gibt einen textlichen und kartografischen Überblick zur potenziellen natürlichen Vegetation (pnV) Sachsens. Aktuelle Vegetationsverhältnisse finden ebenso Berücksichtigung. Die Naturregionen Tief-, Hügel- und Bergland werden aus vegetationskundlicher Sicht - unter Einbeziehung aktueller Forschungen und mit Bezug auf geologische, edaphische sowie klimatische Rahmenbedingungen - charakterisiert. Regionale Besonderheiten (z. B. die Ost-West-Gliederung des Erzgebirges) werden dabei ebenso herausgestellt wie neuere Erkenntnisse zur Verbreitung von landschaftsprägenden Waldtypen (z. B. bodensaure Eichenwälder im Tiefland).

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.

Der Klimawandel fordert die Anbausysteme heraus, um das derzeitige Produktionsniveau zu verbessern oder sogar aufrechtzuerhalten. Es wird erwartet, dass zukünftige Trends bei Temperatur und Niederschlag die Ernteproduktivität beeinträchtigen. Es ist daher notwendig, möglicher Lösungen zur Anpassung der Anbausysteme an den Klimawandel zu untersuchen. Ziel dieser Arbeit ist es, das Wissen über die Anpassung von weltweit relevanten Getreidepflanzen an den Klimawandel zu erweitern. Die zentrale Fragestellung ist, ob globale Anbausysteme an den Klimawandel angepasst werden können, indem die Phänologie der Kulturpflanzen durch Anpassung von Wachstumsperioden und Sorten gesteuert wird. Die Phänologie und die Ertragsreaktionen sowohl auf den Temperaturanstieg als auch auf die Sortenselektion werden zunächst anhand eines Ensembles von “Global Gridded Crop Models” bewertet. Anschließend wird die Komplexität der Anpassung durch phänologisches Management analysiert, insbesondere unter Berücksichtigung der bestehenden großen Wissenslücken bei der Auswahl von Pflanzensorten. Das Ergebnis der Analyse ist ein regelbasierter Algorithmus, der phänologische Zyklen der Kulturpflanzen auswählt, um die Zeit für die Ertragsbildung zu maximieren und Temperatur- und Wasserbelastungen während der Wachstumszyklen der Kulturpflanzen zu minimieren. Die berechneten Aussaatdaten und Wachstumsperioden werden verwendet, um globale Muster von Sorten zu parametrisieren, die an aktuelle und zukünftige Klimaszenarien angepasst sind. Diese Arbeit zeigt, dass die Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenproduktivität erheblich variieren können, je nachdem, welche Annahmen für das agronomische Management getroffen werden. Änderungen im Management zu vernachlässigen, liefert die pessimistischste Prognose für die zukünftige Pflanzenproduktion. Relativ einfache Ansätze zur Berechnung angepasster Aussaatdaten und Sorten bieten eine Grundlage für die Berücksichtigung autonomer Anpassungsschemata als integraler Bestandteil globaler Modellierungsrahmen. / Climate change is challenging cropping systems to enhance or even maintain current production levels. Future trends in temperature and precipitation are expected to negatively impact crop productivity. It is therefore necessary to explore adaptation options of cropping systems to changing climate. The aim of this thesis is to advance knowledge on adaptation of world-wide relevant grain crops to climate change. The central research question is whether global cropping systems can be adapted to climate change by managing crop phenology through adjusting growing periods and cultivars. Phenology and yield responses to both temperature increase and cultivar selection are first assessed making use of an ensemble of Global Gridded Crop Models. Then, the complexity of adaptation through phenological management is analysed, particularly addressing the existing large knowledge gaps on crop cultivar choice. The outcome of the analysis is a rule-based algorithm that selects crop phenological cycles aiming at maximizing the time for yield formation and minimizing temperature and water stresses during the crop growth cycles. The computed sowing dates and growing periods are used to parametrize global patterns of cultivars adapted to present and future climate scenarios. This thesis demonstrates that the impacts of climate change on crop productivity can vary substantially depending on which assumptions are made on agronomic management. Neglecting any changes in management return the most pessimistic projection on future crop production. Relatively simple approaches to compute adapted sowing dates and cultivars provide a base for considering autonomous adaptation schemes as an integral component of global scale modelling frameworks.

Kleine, flache Gewässer gelten als sogenannte „hotspots“ der Primärproduktion und Kohlenstoffbindung. Diese Doktorarbeit zielt darauf ab, die Primärproduktion verschiedener kleiner Gewässer zu quantifizieren sowie die Mechanismen, die den Kohlenstoffkreislauf dieser Systeme beeinflussen, zu analysieren. Der Fokus liegt dabei auf dem Einfluss globaler Veränderungen, die diese Mechanismen verändern können Im ersten Abschnitt wurde die Primärproduktion (PP) in kleinen, temporären Söllen untersucht, die sehr anfällig für Störungen sind. Ich konnte zeigen, dass die PP der Sölle im Sommer außergewöhnlich hoch ist, was hauptsächlich auf eine hohe Makrophytenproduktion zurückzuführen ist Im zweiten Teil analysiere ich die Ergebnisse eines Experiments zum Einfluss erhöhter Temperaturen auf die benthische PP kleiner Gewässer im Frühjahr. Acht Mesokosmen wurden bei normalen und um 4°C erhöhten Wassertemperaturen gemäßigter Breiten betrieben. In der ersten Hälfte des Experiments konnte ich eine erhöhte benthische PP in den erwärmten Mesokosmen feststellen, die auf direkte Temperatureffekte und indirekte Auswirkungen einer höheren Nährstoffverfügbarkeit zurückzuführen war. Anfang Juni stieg jedoch der Einfluss der Makroinvertebraten auf das Periphyton in den erwärmten Mesokosmen, so dass keine Unterschiede in der PP mehr auftraten. Schließlich, untersuche ich die Resilienz eines Sees gegenüber einem plötzlichen Eintrag gelösten organischen Kohlenstoffs (DOC) aus dem terrestrischen Umland, der zu einer starken Braunfärbung des Wassers führte. Der Fokus liegt dabei auf Veränderungen der Wasserqualität und der aquatischen PP des Sees, nachdem sich die DOC-Konzentration verfünffacht hatte. Drei Jahren nach Erreichen der maximalen DOC- und Gesamt-Phosphor im See sanken diese signifikant, lagen jedoch noch immer 1,5- bzw. 2-fach oberhalb der Ausgangskonzentrationen vor dem DOC-Eintrag. Die benthische PP zeigte eine teilweise Erholung, erreichte jedoch ebenfalls nicht die Ausgangswerte. / Small, shallow freshwater ecosystems are now considered hotspots of primary production & carbon sequestration. Yet till recently they’ve been mostly neglected. This thesis aims at explaining the underlying mechanisms affecting carbon cycling in these systems, particularly focusing on how contemporary global changes alter ecological equilibria. In the first section, using a compartmental approach, I study primary production in small, temporary ponds (kettle holes) within agricultural fields that are highly susceptible to environmental & anthropogenic disturbances. I show that summertime gross primary production (GPP) in kettle holes is exceptionally high, mostly driven by a strong macrophyte production. In winter, periphyton contributes to the majority of the systems’ GPP. High summertime deposition, correlated to GPP, and low sediment mineralization rates, signified a high potential for carbon burial. In the second experiment, I test the impact of increased temperatures on periphyton production during spring. I use eight mesocosms running at normal & +4°C temperatures. Initially, I recorded elevated periphyton GPP in the warmed treatment driven by direct temperature effects & indirect effects of higher nutrient availability. By late spring, the trend is reversed due to increased grazing pressure in the warm treatment. In the third study, I investigate a lake’s resilience to a sudden brownification event: A 5-fold increase in dissolved organic carbon (DOC) concentrations. Within three years after peak brownification, the lake DOC & total phosphorous concentrations dropped significantly but seem to have plateaued at 1.5 & 2-fold their pre-brownification levels, respectively. Consequently, benthic GPP, which had collapsed due to light limitation at peak brownification, marked only a partial recovery, while phytoplankton (& whole-lake) GPP remained higher than pre-brownification levels. Phytoplankton & periphyton exhibited an inverse response to DOC & TP concentrations.