Augsburg, Univ., Diss., 2008.

Thesis (doctoral)--Universität, Bochum, 2001.

Zugl.: Frankfurt (Main), Univ., Diss., 2009

Zugl.: Frankfurt (Main), Universiẗat, Diss., 2009.

Universiẗat, Diss--Mannheim, 2005.

Der anhaltende Anstieg der anthropogenen Treibhausgasemissionen führt zu einer erheblichen Verschärfung des Klimawandels und bedroht damit zunehmend die Integrität der Biosphäre und Gesellschaften weltweit. Negative Emissions-Technologien (NETs) wie die Pyrogene Kohlenstoffbindung und -speicherung (PyCCS) bieten potenzielle Lösungsansätze zur Minderung dieser Bedrohung. Diese Dissertation umfasst drei Studien, in denen das Vegetationsmodell LPJmL angewendet wird, um die globalen biogeochemischen Potenziale von PyCCS unter verschiedenen Implementierungsszenarien zu analysieren und die damit verbundenen Landnutzungsdynamiken zu evaluieren, die zu den kritischsten Zielkonflikten gehören. Zunächst zeigt die erste Studie mithilfe einer bedarfsorientierten Analyse, dass die Speicherung von Pflanzenkohle im Boden das Potenzial aufweist, NE von einem Umfang zu liefern, der laut klima-ökonomischen Szenarien zur Begrenzung der globalen Klimaerwärmung auf 1,5°C erforderlich wäre, was als besonders schwer vereinbar mit Naturschutz identifiziert wird. Die zweite Studie untersucht darauffolgend einen PyCCS-Ansatz, der den Landnutzungsdruck reduziert, indem Ackerflächen für PyCCS freigegeben werden, während die Kalorienversorgung auf den verbleibenden Anbauflächen durch Ertragssteigerungen mittels Pflanzenkohlezuführung aufrechterhalten wird. Dieser Ansatz könnte NE aus Bioenergie mit CO2-Abscheidung und -Speicherung—eine wichtige NET in ökonomischen Mitigationsszenarien—ersetzen und Flächen freigeben, die alternativ die Kalorienproduktion oder Naturschutzflächen fördern könnten. Im Rahmen der dritten Studie baut die Dissertation das Verständnis über das Potenzial von LCN-PyCCS als Instrument zur Klimastabilisierung durch die zusätzliche Darstellung der sich verbreitenden Praxis der Pflanzenkohle-basierten Düngung und Sensitivitätsanalysen der angenommenen Pyrolyseparameter und Bewirtschaftungsintensitäten weiter aus. / The ongoing rise in anthropogenic greenhouse gas emissions is significantly exacerbating climate change, which poses an increasing threat to the integrity of the biosphere and societies worldwide. Negative emission technologies (NETs) like Pyrogenic carbon capture and storage (PyCCS) offer potential mitigation solutions. This dissertation comprises three studies that apply the Dynamic Global Vegetation Model LPJmL to estimate global biogeochemical potentials of PyCCS under different deployment scenarios and evaluate the associated land use dynamics, which are among the most critical potential trade-offs. The first study is a demand-driven analysis aiming to achieve NEs projected to be required for limiting global warming to 1.5°C by PyCCS deployment. It finds that that biochar application has the potential to deliver these NEs — yet only under significant land use expansion, posing a significant threat to areas identified as particularly relevant for conservation. Subsequently, a novel approach to PyCCS deployment was assessed that reduces land pressure by releasing cropland to PyCCS feedstock production while maintaining calorie supply through biochar-mediated yield increases on remaining cropland. Based on this allocation scheme and LPJmL-computed biomass yields, a sequestration potential of 0.44–2.62 Gt CO2 yr−1 was quantified alongside calculating the potential benefits of replacing NE from BECCS (bioenergy with carbon capture and storage — a prominent NET in stabilization scenarios of climate economics) with PyCCS for nature restoration and calorie production. The understanding of the potential for LCN-PyCCS as a strategy for climate stabilization was further expanded by the representation of the emerging practice of biochar-based fertilization (i.e., biochar applied as mixtures with fertilizer at lower rates than the previously evaluated soil amendment) and sensitivity analyses of assumed pyrolysis parameters and management intensities in the third study.

Die Körpergröße ist von großer Bedeutung für die Fitness vieler Tiere, weil sie positiv mit Überleben und Reproduktionserfolg korreliert ist. Große Rogner vieler Fischarten sind fruchtbarer und produzieren Nachkommen von höherer Qualität verglichen mit kleineren Weibchen. Auch für Milchner einiger Fischarten wurde ein Einfluss der Körpergröße auf frühe Lebensstadien nachgewiesen. Der größenabhängige paternale Effekt verglichen mit maternalen Effekten ist weniger gut untersucht. Das Verständnis der Variation im Reproduktionserfolg als Funktion der Körpergröße der Laicher ist wichtig, weil die Fischerei die Durchschnittsgröße des Laicherbestands reduziert. In vorliegender Dissertation wurden in Laborversuchen an Zebrafischen (Danio rerio) größenabhängige paternale und maternale Effekte auf den Reproduktionserfolg und die Auswirkungen größenselektiver Entnahme auf Körperlänge, Reifung und Reproduktionserfolg untersucht. Die Köperlänge und Kondition waren wichtige Determinanten der Reifung bei Zebrafischen. Größere Rogner zeigten höheren Reproduktionserfolg als kleinere Fische und ein signifikanter Einfluss der Milchnerkörperlänge auf die frühen Lebensstadien ihrer Nachkommen wurde dokumentiert. Längere Männchen wurden von Rognern auch bei der Paarung bevorzugt. Die größenabhängigen maternalen und paternalen Effekte waren ausschlaggebend für den erhöhten Reproduktionserfolg von Zebrafischlaichbeständen, die, verglichen mit kleinen Laichern, aus großen oder zufällig zusammengesetzten Individuen zusammengesetzt waren. Die größenselektive Entnahme führte zu phänotypischen und genetischen Veränderungen, die nach Einstellung der experimentellen Befischung persistierten. Das deutet an, dass die durch die Fischerei ausgelöste Evolution schwierig umkehrbar sein könnte. Die Köpergröße ist von überragender Bedeutung in der Reproduktionsbiologie des Zebrafisches und der Schutz großer Laichfische kann wichtig für den Erhalt der Reproduktionskapazität von befischten Beständen sein. / Body size is a fundamentally important trait for fitness in many animal species because it correlates positively with survival and reproductive success. In many fish species, large females exhibit higher fecundity and produce higher quality offspring compared to small females. Similarly, male body size can affect offspring quality and early life-history traits but the importance of these effects to the reproductive biology of fish is poorly studied. The extent to which variation in reproductive success is explained by parental body size is an important research topic because size-selective fishing usually reduces the average size of reproducing adults in a population. In my dissertation, I studied the parental size effects on reproductive success in a model species (zebrafish, Danio rerio). I also studied the effects of size-selective harvesting on body size, maturation and reproductive output. Body size and condition factor were important determinants of the initiation of maturation in zebrafish. Large females were found to have higher reproductive success compared to small females and a significant effect of male body size on early life-history traits was documented. I found that large males were also favored by the females resulting to differential allocation of reproductive resources toward large males. The maternal- and paternal-size effects ultimately led to elevated reproductive success of experimental spawning stocks consisting of large or random-sized individuals compared to spawning stocks consisting of small individuals. Size-selective harvesting induced rapid phenotypic and genetic changes, which persisted after selection was halted. This suggests that fishing-induced changes might be hard to reverse. My results emphasize the importance of body size to the reproductive biology of zebrafish and suggest that protecting large fish might be important to maintain the reproductive potential of exploited fish stocks.