Die Anatomie des Holzes stellt eine entscheidende Einflussgröße bei einer Vielzahl holztechnologischer Prozesse dar. Der Beitrag soll mit Hilfe rasterelektronenmikroskopischer Bildtafeln den anatomischen Bau des Holzes der Weiß-Eichen anschaulich vermitteln.

Der Anbau und die Züchtung schnellwachsender Baumarten gewinnen aufgrund der stetig steigenden Nachfrage nach regenerativen Rohstoffen wieder zunehmend an Bedeutung. Pappeln in ihren unterschiedlichen Sektionen stellen eine Möglichkeit zur Erzeugung nachwachsender Dendromasse auf landwirtschaftlichen Standorten dar. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde das Wachstum von Pappeln der Sektion der Weiß- und Zitterpappeln (Populus) wachstumskundlich untersucht. Zur Sektion Populus gehören unter anderem die Europäische Aspe (Populus tremula L.), die Amerikanische Aspe (Populus tremuloides Michx.) sowie die Silber-Pappel (Populus alba L.). Die Wuchsüberlegenheit von Hybriden aus Europäischen und Amerikanischen Aspen ist seit langem bekannt. Im Zuge des vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe geförderten und in drei Phasen durchgeführten Projektes „FastWOOD“ wurde seit 2009 ein neues Programm zur Züchtung von Hybridaspen durchgeführt. Dabei wurde auf den Erkenntnissen früherer Züchtungsperioden aufgebaut. Zuchtbäume wurden zum Teil in bestehenden Klonarchiven ausgewählt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit sollten schwerpunktmäßig Fragestellungen zur Schätzung der Biomasse, zur Schaftform, zur Rohdichte sowie zur Zuchteignung ausgewählter Elternbäume betrachtet werden. Von 50 ausgewählten Aspen-Nachkommenschaften auf vier Versuchsflächen in Brandenburg, Sachsen, Mecklenburg-Vorpommern und Schleswig-Holstein wurden insgesamt 982 Bäume hinsichtlich ihrer oberirdischen Biomasse untersucht. Zusätzlich wurde bei 20 Bäumen die unterirdische Biomasse bestimmt. Die erhobenen Da-ten wurden dafür genutzt, nachkommenschaftsspezifische Standardbiomassefunktionen herzuleiten. Dazu wurde aufgrund der hohen Anpassungsgüte und des biologisch plausiblen Verlaufs eine allometrische Funktion verwendet. Auf dieser Grundlage wurde versucht, die Parameter a0 und a1 der Standardbiomassefunktion mittels einfacher Eingangsgrößen, wie der Bestandesmittelhöhe und der Stammzahl zu schätzen, um so den Vorrat einfach ermitteln zu können. Dies ist mit der vorhandenen Datenbasis jedoch nicht gelungen. Mögliche Ursachen dafür können in der geringen Anzahl unterschiedlicher Standorte und der geringen Altersspreite der aufgenommenen Bäume begründet sein. In diesem Bereich sind weitere Forschungsarbeiten notwendig. Zur Volumenermittlung am stehenden Stamm bei der Aspe wird derzeit die Schaftholzvolumenfunktion nach KNAPP (1973) verwendet. Auf Grundlage von 682 sekti-onsweise vermessenen Aspen im Alter zwischen 6 und 43 Jahren konnte festgestellt werden, dass die Schaftholzvolumenfunktion nach KNAPP (1973) das wahre Einzelbaumvolumen systematisch unterschätzt. Aus diesem Grund wurden mittels der erhobenen Daten zwei neue Schaftholzvolumenfunktionen abgeleitet. Eine für den d1,3-Bereich <7 cm, die andere für den d1,3-Bereich ≥7 und ≤ 36 cm. Die auf einer umfangreichen Versuchsdatenbasis aufbauenden und gut angepassten Volumenfunktionen erlauben den Zusammenhang zwischen Schaftholzvolumen, Höhe und d1,3 frei von systematischen Abweichungen zu modellieren. Die Rohdichte spielt sowohl bei der stofflichen, als auch bei der energetischen Holznutzung eine entscheidende Rolle. Nichts desto trotz spielten Rohdichteuntersuchungen als Prüfkriterium auf Nachkommenschaftsprüfungen bislang keine Rolle, da die Verfahren in der Regel aufwändig und destruktiv sind. Das seit den 1970er Jahren angewendete Pilodynverfahren nutzt die Eindringtiefe einer 2,5 mm dünnen Nadel zur Bestimmung der Holzdichte. Dichte und Eindringtiefe stehen in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis. Das bedeutet, dass die Prüfnadel umso tiefer ins Holz eindringt, je geringer die Dichte ist. Anhand einer stereometrischen Holzdichtemessung nach den Vorgaben der DIN 52182 konnte eine Regressionsfunktion abgeleitet werden, anhand derer die erhobenen Pilodynwerte in Rohdichten umgerechnet werden können. Auf drei Versuchsflächen in Brandenburg, Sachsen und Schleswig-Holstein wurden Aspen hinsichtlich ihrer Holzdichte mit dem Pilodyn 6 J Forest (Proceq SA, Schwerzenbach, Schweiz) untersucht. Die Untersuchungen konnten zeigen, dass die Rohdichte sowohl genetisch als auch standörtlich beeinflusst wird. Hybridaspennachkommenschaften hatten in der Regel eine geringere Dichte. Gleiche Nachkommenschaften hatten bei besserem Standort zudem eine geringere Dichte als auf schlechteren Standorten. Da sich das Verfahren bewährt hat, sollte es zukünftig als zusätzliches Mittel genutzt werden, um züchtungsrelevante Holzmerkmale auf Versuchsflächen zu erheben. Auf Grundlage der ausgewerteten Daten sind acht Kreuzungsnachkommenschaften in die engere Auswahl gekommen. Zwei dieser Nachkommenschaften sind bereits als Vermehrungsgut zugelassen. Für die restlichen sechs Nachkommenschaften, allesamt Hybridaspen, konnte eine Zulassungsempfehlung ausgesprochen werden.:1. Einführung in den Problemkreis 2. Stand des Wissens 2.1 Die Gattung Populus 2.2 Vorkommen und Verbreitung der Pappeln der Sektion Populus 2.2.1 Europäische Aspe (Populus tremula L.) 2.2.2 Amerikanische Aspe (Populus tremuloides Michx.) 2.2.3 Silber-Pappel (Populus alba L.) 2.3 Standortsanforderungen 2.3.1 Europäische Aspe (Populus tremula L.) 2.3.2 Amerikanische Aspe (Populus tremuloides Michx.) 2.3.3 Silber-Pappel (Populus alba L.) 2.3.4 Hybridaspen 2.4 Holzeigenschaften der Aspe 2.5 Physikalische Kenngrößen 2.6 Verwendung des Aspenholzes 2.7 Geschichtliche Entwicklung des Aspenanbaus in Deutschland 2.8 Waldbauliche Behandlung 2.9 Anbau auf Kurzumtriebsflächen 2.10 Biotische und abiotische Risiken 2.11 Die Aspe im Klimawandel 2.12 Naturschutzfachliche Betrachtung 2.12.1 Ökologische Integration 2.12.2 Prädation und Herbivorie 2.12.3 Interspezifische Konkurrenz 2.12.4 Hybridisierung 2.12.5 Krankheits- und Organismenübertragung 2.12.6 Gefährdung der Biodiversität, Invasivität 2.12.7 Andere ökosystemare Auswirkungen 2.12.8 Möglichkeiten der Kontrolle 2.13 Wachstumskundliche Untersuchungen 2.13.1 Untersuchungen zur Massenleistung 2.13.2 Untersuchungen zur Form des Einzelbaums 2.13.3 Rohdichtebestimmung 3. Zielstellung der Arbeit 4. Material und Methoden 4.1 Flächenanlage und Versuchsdesign 4.2 Flächenvorbereitung und Pflegemaßnahmen 4.3 Standortcharakterisierung 4.4 Biomassefunktionen 4.5 Wurzelbiomassefunktion 4.6 Holzmesskundliche Untersuchungen am Einzelbaum 4.7 Rohdichtebestimmung mittels Pilodyn 4.8 Stereometrische Rohdichtebestimmung 4.9 Bestandesaufnahmen 4.9.1 Anwuchs- und Überlebensrate 4.9.2 Höhe 4.9.3 Durchmesser 4.9.4 Schaftform 4.9.5 Rostbonitur 4.10 Mathematisch-statistische Analyseverfahren 4.11 Berechnung von Selektionsindizes 5. Ergebnisse 5.1 Standardisierung von Biomassefunktionen 5.1.1 Eignung verschiedener Gleichungen zur Aufstellung von Biomassefunktionen 5.1.2 Lage und Form der Standardbiomassefunktion 5.1.3 Bestimmung der Parameter der Standard-Biomassefunktion 5.1.3.1 Beziehung zwischen der Mittelhöhe und den Parametern a0 bzw. a1 5.1.3.2 Beziehung zwischen der Stammzahl und den Parametern a0 bzw. a1 5.1.3.3 Zusammenhang zwischen den Parametern a0 und a1 5.2 Trockenmasseleistung ausgewählter Nachkommenschaften 5.3 Wurzelbiomassefunktion 5.4 Holzmesskundliche Untersuchungen 5.4.1 Volumenermittlung für die Probebäume 5.4.2 Übernahmeprüfung der Schaftholzvolumenfunktion nach KNAPP (1973) 5.4.3 Modellierung einer baumartenspezifischen Schaftholzvolumenfunktion für die Baumart Aspe 5.4.4 Schaftholzvolumentafel 5.4.5 Unechte Ausbauchungsreihe 5.4.6 Schaftholzformzahl 5.5 Rohdichte 5.5.1 Altlandsberg (AS 10/1) 5.5.2 Thammenhain (AS 10/2) 5.5.3 Trenthorst (Bio 11) 5.5.4 Auswertung der gemeinsamen Prüfglieder aller Flächen 5.6 Zusammenhang zwischen d1,3 und mittlerer Eindringtiefe 5.7 Beurteilung der Bestandesnachkommenschaften mit Hilfe eines Selektionsindex als Grundlage für weitere Züchtungsbemühungen und als Voraussetzung zur Herleitung von Zulassungsempfehlungen 6. Diskussion 6.1 Ermittlung eines Modells zur Schätzung der Parameter a0 und a1 der Standardbiomassefunktion für die Pappeln der Sektion Populus 6.2 Wachstum der Pappeln der Sektion Populus 6.3 Perspektiven der Aspenzüchtung 6.4 Förmigkeit 6.5 Rohdichtebestimmung mittels Pilodyn 6.6 Anbauempfehlung 6.7 Grenzen der Zuchtwertbestimmung 6.8 Zulassungsempfehlungen 7. Zusammenfassung 8. Summary 9. Literaturverzeichnis 10. Anlagen / The cultivation and breeding of fast-growing tree species are becoming increasingly important again due to the steadily rising demand for renewable raw materials. Poplars in their different sections represent a possibility for the production of renewable woody biomass on agricultural sites. In the context of the present work, the growth performance of poplars from the section of white and trembling poplars (Populus) was examined. The Populus section includes the European aspen (Populus tremula L.), the American aspen (Populus tremuloides Michx.) and the white poplar (Populus alba L.). The growth superiority of hybrids from European and American aspen has been known for a long time. As part of the 'FastWOOD' project, funded by the Federal Ministry of Food and Agriculture through the “Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe” and carried out in three phases, a new program for breeding hybrid aspens has been running since 2009. This was based on the findings of earlier breeding periods. Breeding trees were selected in part from existing clone archives. Within the framework of the present work, the focus is on questions relating to the estimation of biomass, the stem shape, the raw density and the suitability for breeding of selected parent trees. A total of 982 trees from 50 selected aspen progenies on four trial plots in Brandenburg, Saxony, Mecklenburg-Western Pomerania and Schleswig-Holstein were examined with regard to their above-ground biomass. Additionally, the below-ground biomass was determined for 20 trees. The collected data were used to derive progeny-specific standard biomass functions. For this purpose, an allometric function was used due to the closeness of fit and the biologically plausible course. On this basis, an attempt was made to estimate the parameters a0 and a1 of the standard biomass function using simple input variables such as the mean stand height and the number of trees in order to be able to easily determine the stand volume. However, this was not feasible with the existing database. Possible reasons may be the small number of different sites and the low age range of the trees recorded. Further research is needed in this field. The volume function according to KNAPP (1973) is currently used to determine the volume of stem wood for individual trees in field. On the basis of 682 section-wise measured aspens ranging from 6 and 43 years, it was determined that the volume function according to KNAPP (1973) systematically underestimates the actual individ-ual tree volume. Therefore, two new volume functions were derived using the data collected. One function for the d1.3 range <7cm, the other one for the range ≥7cm and ≤36cm. These volume functions enable modeling of the relationship between stem volume, height and d1.3 free of bias. The raw density plays a decisive role regarding the material use as well as the ener-getic use of wood. Nevertheless, raw density tests so far played no role as a test criterion for progeny tests, since the procedures are usually complex and destructive. The Pilodyn method, which has been developed in the 1970s, uses the penetration depth of a 2.5 mm needle to determine the wood density. Density and penetration depth are inversely proportional. This means the lower the density, the deeper the test needle penetrates the wood. Using the stereometric wood density measurement according to the specifications of DIN 52182, a regression function was derived, which can be used to convert the Pilodyn values into raw densities. Regarding their wood density Aspen was examined with the Pilodyn 6J Forest (Proceq SA, Schwerzenbach, Switzerland) on three trial plots in Brandenburg, Saxony and Schleswig-Holstein. The investigations showed that the raw density is affected both by genetic and site factors. Hybrid aspen progeny generally had lower wood density. In addition, the same progeny had a lower density on better sites than on poor sites. Since the method has proven itself, it should be used in future as an additional means to identify breeding-relevant wood characteristics on trial plots. Based on the evaluated data, eight progenies were shortlisted. Two of these progenies have already been approved as propagation material. For the remaining six progenies, all hybrid aspen, an approval recommendation was made.:1. Einführung in den Problemkreis 2. Stand des Wissens 2.1 Die Gattung Populus 2.2 Vorkommen und Verbreitung der Pappeln der Sektion Populus 2.2.1 Europäische Aspe (Populus tremula L.) 2.2.2 Amerikanische Aspe (Populus tremuloides Michx.) 2.2.3 Silber-Pappel (Populus alba L.) 2.3 Standortsanforderungen 2.3.1 Europäische Aspe (Populus tremula L.) 2.3.2 Amerikanische Aspe (Populus tremuloides Michx.) 2.3.3 Silber-Pappel (Populus alba L.) 2.3.4 Hybridaspen 2.4 Holzeigenschaften der Aspe 2.5 Physikalische Kenngrößen 2.6 Verwendung des Aspenholzes 2.7 Geschichtliche Entwicklung des Aspenanbaus in Deutschland 2.8 Waldbauliche Behandlung 2.9 Anbau auf Kurzumtriebsflächen 2.10 Biotische und abiotische Risiken 2.11 Die Aspe im Klimawandel 2.12 Naturschutzfachliche Betrachtung 2.12.1 Ökologische Integration 2.12.2 Prädation und Herbivorie 2.12.3 Interspezifische Konkurrenz 2.12.4 Hybridisierung 2.12.5 Krankheits- und Organismenübertragung 2.12.6 Gefährdung der Biodiversität, Invasivität 2.12.7 Andere ökosystemare Auswirkungen 2.12.8 Möglichkeiten der Kontrolle 2.13 Wachstumskundliche Untersuchungen 2.13.1 Untersuchungen zur Massenleistung 2.13.2 Untersuchungen zur Form des Einzelbaums 2.13.3 Rohdichtebestimmung 3. Zielstellung der Arbeit 4. Material und Methoden 4.1 Flächenanlage und Versuchsdesign 4.2 Flächenvorbereitung und Pflegemaßnahmen 4.3 Standortcharakterisierung 4.4 Biomassefunktionen 4.5 Wurzelbiomassefunktion 4.6 Holzmesskundliche Untersuchungen am Einzelbaum 4.7 Rohdichtebestimmung mittels Pilodyn 4.8 Stereometrische Rohdichtebestimmung 4.9 Bestandesaufnahmen 4.9.1 Anwuchs- und Überlebensrate 4.9.2 Höhe 4.9.3 Durchmesser 4.9.4 Schaftform 4.9.5 Rostbonitur 4.10 Mathematisch-statistische Analyseverfahren 4.11 Berechnung von Selektionsindizes 5. Ergebnisse 5.1 Standardisierung von Biomassefunktionen 5.1.1 Eignung verschiedener Gleichungen zur Aufstellung von Biomassefunktionen 5.1.2 Lage und Form der Standardbiomassefunktion 5.1.3 Bestimmung der Parameter der Standard-Biomassefunktion 5.1.3.1 Beziehung zwischen der Mittelhöhe und den Parametern a0 bzw. a1 5.1.3.2 Beziehung zwischen der Stammzahl und den Parametern a0 bzw. a1 5.1.3.3 Zusammenhang zwischen den Parametern a0 und a1 5.2 Trockenmasseleistung ausgewählter Nachkommenschaften 5.3 Wurzelbiomassefunktion 5.4 Holzmesskundliche Untersuchungen 5.4.1 Volumenermittlung für die Probebäume 5.4.2 Übernahmeprüfung der Schaftholzvolumenfunktion nach KNAPP (1973) 5.4.3 Modellierung einer baumartenspezifischen Schaftholzvolumenfunktion für die Baumart Aspe 5.4.4 Schaftholzvolumentafel 5.4.5 Unechte Ausbauchungsreihe 5.4.6 Schaftholzformzahl 5.5 Rohdichte 5.5.1 Altlandsberg (AS 10/1) 5.5.2 Thammenhain (AS 10/2) 5.5.3 Trenthorst (Bio 11) 5.5.4 Auswertung der gemeinsamen Prüfglieder aller Flächen 5.6 Zusammenhang zwischen d1,3 und mittlerer Eindringtiefe 5.7 Beurteilung der Bestandesnachkommenschaften mit Hilfe eines Selektionsindex als Grundlage für weitere Züchtungsbemühungen und als Voraussetzung zur Herleitung von Zulassungsempfehlungen 6. Diskussion 6.1 Ermittlung eines Modells zur Schätzung der Parameter a0 und a1 der Standardbiomassefunktion für die Pappeln der Sektion Populus 6.2 Wachstum der Pappeln der Sektion Populus 6.3 Perspektiven der Aspenzüchtung 6.4 Förmigkeit 6.5 Rohdichtebestimmung mittels Pilodyn 6.6 Anbauempfehlung 6.7 Grenzen der Zuchtwertbestimmung 6.8 Zulassungsempfehlungen 7. Zusammenfassung 8. Summary 9. Literaturverzeichnis 10. Anlagen

Lignin als nachwachsendes, erneuerbares Biopolymer, welches als Nebenprodukt in der Zellstoffindustrie anfällt, besitzt das Potenzial Materialien auf der Basis von endlichen, fossilen Rohstoffen ganz oder teilweise zu ersetzen. Ziel der Arbeit war es Adsorptionsmaterialien auf der Basis von Lignin in Form von Hydrogelen herzustellen und ihre Adsorptionseigenschaften zu untersuchen. Hierfür wurden zunächst verschiedene technische Lignine (Kraftlignine, Ligninsulfonate und Sodalignine) eingehend charakterisiert, zu Hydrogelen vernetzt und die Adsorptionseigenschaften an den Metallionen Cu(II), Ni(II) und Zn(II) untersucht. Weiterhin wurde der Einfluss der Fraktionierung des Lignins auf die Adsorptionseigenschaften der resultierenden Ligninhydrogele untersucht. Hierfür wurde das Kraftlignin mittels Aceton : Wassermischungen über die unterschiedliche Löslichkeit der Fraktionen aufgetrennt. Die Fraktionierung des Ligninsulfonates erfolge über die Membranfiltration, bei der ein Reinigungsschritt mit kleinem Porendurchmesser vorausgesetzt wurde. Durch chemische Modifizierung des Ausgangslignins konnten die Adsorptionseigenschaften des Ligninhydrogels verändert werden. Hierfür wurden drei verschiedene Synthesewege durchgeführt: Die Einbringung von Dihydroxybenzol über eine sauerkatalysierte Substitutionsreaktion, das Anbinden von Iminodiessigsäure über die Mannich-Reaktion und mittels Epichlorhydrin, sowie die Einbringung von stickstofffunktionellen Gruppen mittels oxidativer Ammonolyse. Ferner wurden weitere Eigenschaften wie die Zyklenstabilität und Selektivität der Ligninhydrogele untersucht. Die während der Adsorption ablaufenden die Schrumpf- und Quelleigenschaften des Hydrogels konnten ausgenutzt werden, um ein Konzept für ein Sensorsystem zu entwickeln. Dazu wurde das Ligninhydrogel an kovalent an einen ITO-Träger angebunden und die Schrumpf- und Quellprozesse mittels QCM am Beispiel von verschieden konzentrieren Magnesium- und Natriumionenlösungen untersucht. An Aerogelen, welche durch Gefriertrocknung aus dem Kraftligninhydrogel hergestellt wurden, konnten weiterhin die Adsorption von Rohöl gezeigt werden. Außerdem wurde eine Maßstabsvergrößerung der Hydrogelsynthese von 5 g auf 1 kg durchgeführt.:Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Formelzeichenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Motivation und Zielstellung 2 Theorie 2.1 Lignin 2.1.1 Aufbau 2.1.2 Isolierungsmethoden 2.1.2.1 Kraftaufschluss 2.1.2.2 Sulfitaufschluss 2.1.2.3 Sodaaufschluss bzw. Alkaliaufschluss 2.1.3 Anwendungspotenzial des Lignins 2.1.4 Fraktionierung des Lignins 2.1.5 Modifizierung des Lignins 2.2 Hydrogele 2.2.1 Ligninhydrogele 2.2.2 Anwendung von Ligninhydrogelen 2.3 Adsorption 2.3.1 Adsorptionsparameter 2.3.2 Ionenaustauscher 2.3.3 Selektivität 2.4 Metallionen 2.4.1 Toxikologie und Abscheidung von Schwermetallen 2.4.2 Adsorption von Metallionen an Materialien auf Ligninbasis 3 Ergebnisse und Diskussion 3.1 Hydrogele aus Ligninen unterschiedlichen Ursprungs 3.1.1 Charakterisierung der Lignine 3.1.2 Synthese und Charakterisierung der Ligninhydrogele 3.1.3 Vergleich der Adsorptionskapazitäten der Ligninhydrogele 3.1.4 Fazit zur Hydrogelsynthese aus unterschiedlichen Ligninen 3.2 Adsorptionseigenschaften der Ligninhydrogele am Beispiel von Ca-HG und LS-HG 3.2.1 Bestimmung thermodynamische Kenngrößen 3.2.2 Bestimmung kinetische Kenngrößen 3.2.3 Äußere Einflussfaktoren 3.2.4 Fazit zur Untersuchung der Adsorptionseigenschaften 3.3 Fraktionierung ausgewählter Lignine 3.3.1 Fraktionierung des Kraftlignins KL mittels Lösungsmittelgradienten 3.3.1.1 Charakterisierung der fraktionierten Lignine 3.3.1.2 Synthese und Charakterisierung der fraktionierten Ligninhydrogele 3.3.1.3 Zwischenfazit Fraktionierung von KL 3.3.2 Fraktionierung des Ligninsulfonates LSE mittels Membranfiltration 3.3.2.1 Entfernung von Zuckern und schwefliger Säure aus der Dicklauge 3.3.2.2 Charakterisierung der fraktionierten Lignine 3.3.2.3 Charakterisierung und Vergleich der Adsorptionskapazitäten der fraktionierten Ligninhydrogele 3.3.2.4 Zwischenfazit zur Fraktionierung von LSE 3.3.3 Fazit zur Fraktionierung von Lignin 3.4 Chemische Modifizierung der Kraftlignine 3.4.1 Modifizierung mit Dihydroxybenzol 3.4.1.1 Charakterisierung der modifizierten Ligninhydrogele 3.4.1.2 Vergleich der Ligninhydrogele aus fraktioniertem Kraftlignin aus KL 3.4.1.3 Fazit der Modifizierung mit Dihydroxybenzenen 3.4.2 Modifizierung durch oxidative Ammonolyse 3.4.2.1 Charakterisierung der modifizierten Lignine 3.4.2.2 Charakterisierung und Vergleich der Adsorptionskapazitäten der modifizierten Ligninhydrogele 3.4.2.3 Fazit der Modifizierung mittels oxidativer Ammonolyse 3.4.3 Modifizierung mit Iminodiessigsäure 3.4.3.1 Charakterisierung der modifizierten Lignine 3.4.3.2 Charakterisierung und Vergleich der Adsorptionskapazitäten der modifizierten Ligninhydrogele 3.4.3.3 Fazit der Modifizierung mittels Iminodiessigsäure 3.5 Vergleich der Aufnahmekapazitäten der hergestellten Ligninhydrogele mit der Literatur 3.6 Anwendungsorientierte Untersuchungen 3.6.1 Ligninhydrogele als Adsorber für die Sorption von Metallionen aus wässrigen Medien 3.6.1.1 Zyklenstabilität des Säulenmaterials 3.6.1.2 Selektive Adsorption von Cu(II)-Ionen 3.6.1.3 Fazit aus der Verwendung von Ligninhydrogelen als Adsorber für Metallionen aus wässrigen Lösungen 3.6.2 Ligninhydrogele für Sensoranwendungen 3.6.2.1 Anbindung des Ligninhydrogels an einen Glasträger 3.6.2.2 Untersuchung des Ansprechverhalten des Ligninhydrogelsensors 3.6.2.3 Fazit der Verwendung von Ligninhydrogelen als Sensormaterial 3.6.3 Aerogele aus Kraftligninhydrogelen für die Sorption von Ölen 3.6.3.1 Synthese und Charakterisierung des Aerogels 3.6.3.2 Vergleich mit anderen Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen 3.6.3.3 Fazit der Verwendung von Aerogelen aus Ligninhydrogelen für die Adsorption von Öl 3.6.4 Upscaling der Hydrogelsynthese 3.6.4.1 Planung und Aufbau der Syntheseanlage 3.6.4.2 Überprüfung der Anforderungen der Hydrogelsyntheseanlage 3.6.4.3 Fazit zum Upscaling der Hydrogelsynthese 4 Zusammenfassung und Ausblick 5 Experimentalteil 5.1 Chemikalien und Materialien 5.2 Lignine und Fraktionierung des Lignins 5.3 Modifizierung des Lignins 5.4 Synthese der Hydrogele, Aerogele und Xerogele 5.5 Anbindung des Ligninsulfonates an den Glasträger 5.6 Synthese von Referenzmaterialien 5.7 Vorversuche für die Herstellung der Hydrogelsyntheseanlage 5.8 Adsorptionsversuche 5.9 Analytische Methoden 6 Anhang 7 Literatur

Das hier vorgestellte Untersuchungsvorhaben hatte zum Ziel, natürliche Rationalisierungspotenziale im Forstbetrieb durch die Nutzung der spontanen Naturverjüngung von Buche und Eiche im Waldumbau zu identifizieren. Für eine großflächige sowie mittel- und langfristige Waldbauplanung sollten zu diesem Zwecke Prognoseinstrumente entwickelt werden, mit deren Hilfe die Etablierung der Naturverjüngung und deren Struktur abgeschätzt werden können. Einflussfaktoren für das Vorhandensein und die Dichte von Buchen- und Eichenverjüngung wurden vor dem theoretischen Hintergrund zur Samenlimitierung und Etablierungslimitierung nach Clark et al. (2007) untersucht. Die Ergebnisse führen zu der Schlussfolgerung, dass die Eiche im Untersuchungsgebiet durch Etablierungsbedingungen in ihrem Vorhandensein und ihrer Dichte limitiert ist. Die Ausbreitungsdistanz der Eiche übersteigt die der Buche deutlich und nur wenige Standorte lagen möglicherweise außerhalb der Reichweite von zoochoren Vektoren. Im Gegensatz dazu scheint die Verjüngung der Buche im Untersuchungsgebiet Samen limitiert zu sein. Die Etablierungsbedingungen schränken die Verjüngung der Buche in geringerem Maße ein. Die Dynamik des Klimawandels könnte jedoch zu einer Verbesserung der Etablierungsbedingungen für die Eiche und zu einer Verschlechterung der Bedingungen für die Buche führen. Mit den Prognoseinstrumenten, die in dieser Studie auf der Grundlage der Stichprobeninventurdaten gewonnen wurden, lässt sich räumlich abschätzen, welcher Faktor die Naturverjüngung von Buche und Eiche begrenzt, in welchen Bereichen Naturverjüngung zu erwarten ist und in welchen Bereichen Naturverjüngung durch gezielte waldbauliche Maßnahmen gefördert werden kann. So kann das enorme Rationalisierungspotenzial der Naturverjüngung genutzt und räumliche Entscheidungen über notwendige Waldumbauaktivitäten getroffen werden. / The aim of the research presented here was to identify natural potential for rationalisation in forest management by exploiting the spontaneous natural regeneration of beech and oak to drive forest conversion. Tools were to be developed for large-scale, medium- and long-term silvicultural planning. The purpose of these tools was to help estimate the extent of the establishment of natural regeneration and its structure. Factors influencing the presence and density of beech and oak regeneration were investigated in the context of the theoretical background to seed limitation and establishment limitation according to Clark et al. (2007). The results presented in this study lead to the conclusion that oak is limited in terms of occurrence and density by establishment conditions within the study area. The dispersal distance of oak clearly exceeds that of beech, and only a few sites were possibly beyond the range of zoochorous vectors. By contrast, beech regeneration in the study area appears to be seed-limited. The establishment conditions limit beech regeneration to a lesser extent. However, the dynamics of climate change could improve the establishment conditions for oak and worsen the establishment conditions for beech. Using the forecasting tools developed in this study on the basis of the sample plot inventory data, it is possible to estimate in space the factor limiting the natural regeneration of beech and oak, to identify the areas where natural regeneration can be expected and where natural regeneration should be promoted by means of targeted silvicultural measures. In this way, the enormous rationalisation potential inherent in natural regeneration can be exploited and spatially explicit decisions can be made in relation to necessary forest conversion activities.

Um den wachsenden Herausforderungen, denen Städte weltweit gegenüberstehen, entgegenwirken zu können, bedarf es an Schutz und Förderung urbaner Ökosysteme (oder auch “Stadtnatur”). Urbane Ökosysteme stellen eine Vielfalt diverser Ökosystemleistungen bereit und sind damit elementar für den Erhalt der Lebensqualität und des Wohlergehens städtischer Bevölkerung. Zudem spielt die Förderung urbaner Ökosysteme eine bedeutende Rolle in der Anpassung an die Folgen des Klimawandels, da sie in der Lage sind, klimatische Extremereignisse abzumildern. In diesem Kontext ist es von hoher Bedeutung, die Position urbaner Ökosysteme in der Stadtentwicklung und im Rahmen von Entscheidungsprozessen zu stärken; denn gerade diese “Leistungserbringer” sind es, die stark gefährdet sind und durch zunehmende Bebauungen, Versiegelungen und klimatische Veränderungen in Städten negativ beeinflusst werden. Eine stärkere Einbindung des Ökosystemleistungskonzepts kann die Position urbaner Ökosysteme in Stadtplanungsprozessen stärken und deren Erhalt und Förderung evozieren. Hierzu werden standardisierte und praxisorientierte Methoden zur Erfassung und Bewertung urbaner Ökosystemleistungen benötigt. Die Betrachtung lokaler, kleinräumiger Skalen und Bereiche ist in diesem Zusammenhang von hoher Bedeutung, da diese einerseits die Planungsebene und andererseits auch die Nachfrage seitens der lokalen Bevölkerung direkt betreffen. Hier knüpft die vorliegende Dissertation an und verfolgt das übergeordnete Ziel, einen anwendungsorientierten methodischen Ansatz für die Erfassung und Bewertung urbaner Ökosystemleistungen auf kleinräumiger Skala zu entwickeln und zu erproben. Die vorliegende Dissertation ist in drei aufeinanderfolgende Untersuchungsstufen aufgeteilt: (1) „Review”, (2) „Development” und (3) „Transfer”. Jeder Artikel dieser kumulativen Dissertation adressiert jeweils eine dieser Stufen und befasst sich mit jeweiligen Untersuchungszielen sowie Fragestellungen. Der erste Artikel stellt eine systematische Literaturübersicht über den aktuellen Wissensstand zu Bewertungsmethoden urbaner Ökosystemleistungen unterschiedlicher Grüninfrastrukturtypen und Raumskalen vor. Es konnte aufgezeigt werden, dass ein Großteil der Methoden generalisierender Art ist und damit nur wenige Ansätze auch einzelne, kleinskalige Raumstrukturen (z.B. Einzelbäume, kleine Grünflächen) untersuchen. Vielmehr werden Grüninfrastrukturen aggregiert und zusammengefasst bewertet. Mit der ersten Stufe dieser Dissertation („Review”) konnte eine Übersicht über den Wissensstand gegeben und bestehender Forschungsbedarf aufgezeigt werden. In dem zweiten Artikel wurde die Entwicklung sowie Anwendung eines praxisorientierten methodischen Ansatzes zur Erfassung und Bewertung urbaner Ökosystemleistungen kleinskaliger Raumstrukturen präsentiert. Mittels dieses Ansatzes, welcher die zweite Stufe „Development” adressiert, können Potenziale urbaner Ökosystemtypen hinsichtlich der Bereitstellung von drei ausgewählten Ökosystemleistungen bewertet werden. Darüber hinaus können gezielte Maßnahmenvorschläge abgeleitet werden, die z.B. den Zustand und folglich das Leistungsvermögen dieser Ökosystemtypen verbessern können. Der dritte Artikel dieser Dissertation ist der Untersuchungsstufe „Transfer” zugehörig und befasst sich mit digitalen Tools, die die Planung und Umsetzung von Klimaanpassungsmaßnahmen auf kleinen, urbanen Raumskalen erleichtern. Der erste Teil des Artikels analysiert bestehende Tools und identifiziert optimale Tooleigenschaften sowie Forschungslücken, welche für die Entwicklung entsprechender anwendungsfreundlicher Planungstools von Bedeutung sind. Im zweiten Teil dieses Artikels werden diese Ergebnisse aufgegriffen und ein sich in Entwicklung befindliches, webbasiertes Tool zur Ableitung kleinskaliger Hitzeanpassungsmaßnahmen für die Planungspraxis vorgestellt. Der zuvor entwickelte und präsentierte methodische Ansatz der „Development”-Stufe stellt dabei einen integrierten Bestandteil des Tools dar und kann zur Förderung von Ökosystemleistungen bei der Planung kleinräumiger Hitzeanpassungsmaßnahmen beitragen. Die Dissertation leistet einen Beitrag für das Forschungsfeld urbaner Ökosystemleistungen, insbesondere deren Erfassung und Bewertung auf kleinräumigen Skalen. Mit den aufeinander aufbauenden Untersuchungsstufen und damit verbundenen wissenschaftlichen Artikeln konnten zum einen der Stand der Wissenschaft sowie bestehende Forschungslücken aufgezeigt werden. Zum anderen konnten diese Erkenntnisse in der Folge im Rahmen der Entwicklung eines methodischen Ansatzes zur Erfassung und Bewertung urbaner Ökosystemleistungen aufgegriffen werden. Die Anwendung dieses Ansatzes wurde ebenfalls an zwei deutschen Stadtteilen (Dresden-Gorbitz, Erfurt-Oststadt) demonstriert. Die praxisorientierte Ansatzentwicklung stellt eine Basis für einen Transfer in die Planungspraxis in Form eines Webtools dar, wodurch die Dissertation zudem zur Entwicklung eines Hilfsinstrumentes für eine nachhaltige Stadtentwicklung beitragen kann. Aus den drei Artikeln dieser kumulativen Dissertation können einerseits im Rahmen der Synthese Potenziale für weitere Forschungen sichtbar gemacht werden, wie beispielsweise einer Erweiterung des Ansatzes um Zustands- und Bewertungsparameter sowie Möglichkeiten zur digitalen Generierung der benötigten Datengrundlage. Andererseits werden im Syntheseteil auch methodische Schwächen aufgezeigt und reflektiert, wie z.B. sich potenziell ergebende Verzerrungen durch den Einbezug von Fachexpertise in den Bewertungsschlüssel. Zusammenfassend ist hervorzuheben, dass das Ökosystemleistungskonzept durch eine gezielte Darstellung und Vermittlung von Werten urbaner Ökosysteme einen wesentlichen Beitrag zur nachhaltigen Stadtplanung leisten kann. Die Entwicklung von Methoden zur Erfassung und Bewertung dieser Leistungen, welche bestenfalls standardisiert sowie praxisorientiert sind und kleinräumige Maßstäbe berücksichtigen, spielt dabei eine elementare Rolle. Der Einsatz solcher Methoden kann dazu beitragen, dass Ökosystemleistungen in urbanen Räumen erhalten und gar gefördert werden. Letztlich ergeben sich hierdurch Potenziale für nachhaltige Stadtentwicklungen und den dazugehörigen Entscheidungsprozessen. / In order for cities to withstand or even counteract the growing challenges they face, it is vital to protect and promote urban ecosystems (or “urban nature”). Providing a variety of diverse ecosystem services, urban ecosystems are fundamental to maintaining the quality of life and well-being of city residents. In addition, the promotion of urban ecosystems plays an important role in the task of adapting to the repercussions of climate change and can help mitigate extreme climatic events. In this context, it is hugely important to strengthen the position of urban ecosystems within urban development and decision-making processes, because it is precisely these “service providers” that are seriously endangered and negatively affected by the spread of built-up areas, the expansion of soil sealing and related changes in the urban climate. A stronger integration of the ecosystem services concept and thus the representation and communication of the various ecosystem services can ensure that greater account is taken of urban ecosystems in urban planning processes and at the same time secure their preservation. For this purpose, we need standardized and practice-oriented methods for mapping and assessing urban ecosystem services, in particular regarding local, small-scale sites and areas, as these are directly related to both the planning level and the needs of the local population. This is the point of departure for the present dissertation, which pursues the overall objective of developing and testing an application-oriented methodological approach for the mapping and assessment of urban ecosystem services at small spatial scales. The dissertation is divided into three successive stages of investigation: (1) Review, (2) Development and (3) Transfer. Each article in this cumulative dissertation addresses one of these stages by considering the respective research objectives as well as questions. The first article presents a systematic literature review of current methods to assess urban ecosystem services for different green infrastructure types and at various spatial scales. It is shown that most previous methods are rather generalized, i.e. only a few approaches allow the investigation of individual, small-scale spatial structures such as single trees or small green spaces. Instead, most standard methods assess green infrastructure in an aggregated manner. The opening Review stage of this dissertation provides an overview of the current state of knowledge and identifies existing research needs. In the second article, I present the development and application of a practice-oriented methodological approach for the mapping and assessment of urban ecosystem services provided by small-scale spatial structures. Through this approach, which addresses the second Development stage, the potentials of urban ecosystem types can be assessed with respect to the provision of three selected ecosystem services. Such assessments can then be used to identify proposals for targeted measures to improve the condition and consequently the capacity of these ecosystem types to deliver ecosystem services. The third article of this dissertation belongs to the Transfer stage and deals with digital tools to facilitate the planning and implementation of climate change adaptation measures at small (urban) spatial scales. The first part of the article analyzes existing tools and identifies optimal tool features as well as research gaps relevant to the development of appropriate user-friendly planning tools. The second part addresses these findings and presents a web-based tool currently under development aimed at deriving small-scale heat adaptation measures for planning practice. The previously developed and presented methodological approach of the Development stage represents an integrated component of the tool which can contribute to the promotion of ecosystem services in the planning of heat adaptation measures at small spatial sites. The dissertation contributes to the research field of urban ecosystem services, in particular their mapping and assessment at small spatial scales. Through the successive stages of investigation and the publishing of associated scientific articles, I was able to determine the state of the art and pinpoint existing research gaps. These findings could subsequently be exploited to develop a methodological approach for the mapping and assessment of urban ecosystem services. The application of this approach was demonstrated on two German city districts, namely Dresden-Gorbitz and Erfurt-Oststadt. The practice-oriented approach ultimately enabled a transfer to planning practice in the form of a web tool, whereby the dissertation also contributes to the development of a supporting tool for sustainable urban development. Potentials for further research can be drawn from the three articles of this dissertation, such as an extension of the methodological approach by condition and assessment parameters as well as possibilities for digital generation of the required data basis. Furthermore, methodological limitations are also identified and reflected on, such as potential biases due to the inclusion of expert opinions within the assessment key. In summary, it should be emphasized that the ecosystem services concept can make a significant contribution to sustainable urban planning through the targeted presentation and communication of urban ecosystem services. Here we require methods for mapping and assessing these services which are standardized, practice-oriented and take small-scale scales into account. The use of such methods can help to maintain and even promote ecosystem services in urban areas. Ultimately, this will lead to fresh potentials for sustainable urban development and improvements in the associated decision-making processes.

Recent climatic extreme events, such as the 2018-2020 drought period, demonstrate that ongoing climate change has a significant impact on our plant ecosystems, resulting in a variety of consequences such as temporal shifts in the growing season, biodiversity loss, and increased tree mortality. Forest ecosystems are especially endangered because the trees’ long lifecycles and their sessile nature impairs the potential to adapt or evade negative impacts in time. Nonetheless, forests are particularly essential because they accomplish key functions in our economic, ecological, and social lives, such as supplying timber, regulating carbon- and water cycling, or providing recreational benefits. Consequently, we need to investigate and comprehend the climatic impact on forest growth at both temporal and spatial scales. Additionally, we must examine the current state of forest vitality and productivity in order to make predictions about forest growth under changing climate. This thesis adds to our understanding of the climate-growth responses of two economically and ecologically important tree species in Central Europe within their low elevational and central distribution ranges: European beech (Fagus sylvatica L.) and Scots pine (Pinus sylvestris L.). We examine patterns in climate-driven growth responses at different spatiotemporal scales, ranging from regional to site-specific extents, and from retrospective to near real-time monitoring. In addition, we look at the possibility of employing tree-ring width (TRW) and remote-sensing (RS) data to assess forest vitality and productivity. A deeper knowledge of climate-growth responses in European beech and Scots pine will provide a foundation for decision making and forest management, assisting in the development of a resistant and resilient forest of the future. Chapter 1 provides an overview of the research objectives by situating them in the context of the present state of the art, framing the research objectives, introducing the study design, and finally formulating the research questions for this thesis. For that reason, we employ two tree-ring networks with varying spatial scales: the regional-scale Baltic Sea Network and the site-specific BDF-F-Network. The Baltic Sea Network includes TRW data from 119 pine and 55 beech study sites spread throughout the southern Baltic Sea region, which is distinguished by its predominantly medium nutritious soils, low elevation, and transitional climate ranging from maritime to more continental conditions. The BDF-F-Network, situated within the spatial extents of the Baltic Sea Network, spans along a precipitation gradient in northern Germany. It comprises 54 permanent monitoring plots with substantial information on soil and tree status dating back 40 years. During this PhD project, we extended the exhaustive data base of site-specific information by collecting TRW data for the entire network. As a result, the newly established BDF-F-Network acts as the thesis' centering point. In Chapters 2 and 3, we investigate the spatio-temporal growth responses of beech and pine in their low-elevational and central distribution ranges. Both species exhibit species-specific climate-growth responses with similar patterns at different spatial scales, i.e. when comparing the Baltic Sea and BDF-F-Network. While beech growth is predominantly impacted by summer drought conditions, winter temperature has the greatest impact on pine. We show that the main climatic drivers stay stable across spatial scales, whereas secondary climatic drivers, or climatic drivers with weaker correlations, may vary. Further, we investigate temporal instabilities in climate-growth responses for both networks by applying spatial segregation analyses and comparing growth responses for an early and a later period. We show that during the last few decades, both beech and pine have responded instable to their main climatic drivers, with increased sensitivity to summer drought and winter temperature, respectively. These temporal instabilities are visible at both regional and site-specific scales. Furthermore, Chapter 3 addresses how non-climatic and site-specific soil- and stand characteristics may influence tree growth across the BDF-F-Network's precipitation gradient. We use multilinear regression modeling to examine how stand parameters such as average tree height, diameter at breast height, and TRW differ across the gradient, and if they are impacted by soil water availability or soil type. However, our findings indicate no significant differences in site-specific soil- and stand-characteristics, with the exception of a minor effect on average tree height of European beech. In Chapter 4, we estimate the potential of TRW to assess long-term trends in beech vitality. At 9 sites, we compare the growth trends, climate sensitivities, and drought resistance of 10-20 pairs of vital and non-vital trees that are visually classified by crown condition. Moreover, we use individual heterozygozity as a proxy to determine if differences in growth behavior are caused by genetic predisposition. Surprisingly, growth responses and individual heterozygozity are similar in non-/vital trees. At several study sites, some as vital classified trees exhibit an even greater reduction in TRW than non-vital trees. In summary, we show that TRW is a better proxy for assessing long-term trends in tree vitality, compared to crown condition assessments that are defined by a high year-to-year dynamic. Similarly, Chapter 5 seeks to study the potential of satellite-derived leaf area index (LAI) series to monitor and evaluate forest productivity using European beech as an example. We employ an interdisciplinary approach by combining medium resolution LAI time series derived from two separate satellite sensors (SPOT-VGT/PROBA-V and MODIS), as well as long-term masting monitoring and TRW data from BDF-F-Network sites. By applying site-specific and across-network correlation analysis, we analyze the link between these three target parameters and identify common climatic drivers. While SPOT-VGT/PROBA-V LAI is negatively correlated with masting and positively correlated with TRW, finer resolved MODIS data does not show any significant relationships. We show that RS data from the SPOT-VGT/PROBA-V sensor could be a useful tool for assessing forest vitality and productivity if the LAI time series are sufficiently long. Furthermore, our findings indicate that masting and TRW are both influenced by summer climate conditions, whereas RS LAI appears to be climatically de-coupled. Our findings suggest that RS data has the potential to explore masting and hence forest productivity, but it should always be evaluated in light of the restrictions of different RS products. Finally, Chapter 6 summarizes the preceding chapters' findings and discusses them in the context of the research questions provided at the beginning of the thesis. / Die jüngsten klimatischen Extremereignisse, wie die Dürreperiode 2018-2020, zeigen, dass sich der anhaltende Klimawandel erheblich auf unsere Pflanzenökosysteme auswirkt. Dies führt zu einer Vielzahl weitreichender Folgen, wie der zeitlichen Verschiebung von Wachstumsperioden, Verlusten in der Biodiversität oder einer erhöhten Waldsterblichkeit. Besonders gefährdet sind hierbei Waldökosysteme, da die langen Lebenszyklen von Bäumen eine schnelle Anpassung an sich ändernde Klimabedingungen stark beeinträchtigen. Jedoch erfüllen vor allem Wälder wichtige Funktionen in unserem wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen Leben, z. B. als Holzlieferanten, Regulatoren des Kohlenstoff- und Wasserkreislaufs oder auch als Erholungsraum für die Menschen. Dementsprechend ist es unerlässlich die klimatischen Auswirkungen auf das Waldwachstum sowohl auf zeitlicher als auch auf räumlicher Ebene zu untersuchen und zu verstehen. Zudem müssen wir auch den aktuellen Zustand der Vitalität und Produktivität der Wälder überprüfen, um aussagekräftige Prognosen zum Waldwachstum unter dem Einfluss des Klimawandels treffen zu können. Diese Dissertation trägt zu unserem Verständnis der Klimawachstumsreaktionen zweier wirtschaftlich und ökologisch relevanter Baumarten in ihrem ökologisch optimalen Verbreitungsgebiet in Mitteleuropa bei: der Rotbuche (Fagus sylvatica L.) und der Waldkiefer (Pinus sylvestris L.). Hierbei werden die klimabedingten Wachstumsreaktionen auf verschiedenen räumlichen und zeitlichen Skalen untersucht, welchen von regionalen bis standortsspezifischen Ausmaßen und von retrospektiven Analysen bis nahezu Echtzeit-Monitoring reichen. Darüber hinaus erörtert diese Arbeit das Potenzial Jahrringdaten (TRW) als auch Fernerkundungsdaten (RS) zur Bewertung der Vitalität und Produktivität von Wäldern beispielhaft an der Rotbuche zu verwenden. Ein tiefreichendes Verständnis der Klima- Wachstumsreaktionen der Rotbuche und der Waldkiefer bietet somit eine gute Basis um bei Fragen zur zukünftigen Waldbewirtschaftung und der Entscheidungsfindung zu unterstützen, sodass wir einen widerstandsfähigen Wald der Zukunft aufbauen können. Kapitel 1 gibt einen Überblick über diese Dissertation, indem es Forschungsfragen in den Kontext des aktuellen Stands der Wissenschaft einordnet, die Forschungsziele erläutert, das Studiendesign vorstellt und schließlich die Forschungsfragen formuliert. Hierbei verwenden wir zwei Jahrringnetzwerke mit unterschiedlichen räumlichen Ausmaßen: das regionale Baltic Sea Netzwerk und das standortspezifische BDF-F-Netzwerk. Das Baltic Sea Netzwerk umfasst TRW-Daten von 119 Kiefern- und 55 Buchen-Standorten, welche sich über die gesamte südliche Ostseeregion erstrecken. Diese Standorte sind durch überwiegend mittelnährstoffreiche Böden, niedrige Höhenprofile und einem Übergangsklima von maritimen zu kontinentalen Bedingungen charakterisiert. Das BDF-F-Netz erstreckt sich entlang eines Niederschlagsgradienten in Norddeutschland und befindet sich somit innerhalb der geographischen Ausdehnungen des Baltic Sea Netzwerkes. Es umfasst 54 permanente Monitoring-Standorte zu denen umfangreichen Informationen zum Boden- und Baumzustand der letzten 40 Jahre vorliegen. Im Rahmen dieses Dissertationsprojektes wurden die umfassenden standortspezifischeren Informationen mit TRW-Daten für das gesamte Netzwerk ergänzt. Das daraus resultierende BDF-F-Netzwerk bildet somit den Dreh- und Angelpunkt der Dissertation. In den Kapiteln 2 und 3 werden die räumlichen und zeitlichen Wachstumsreaktionen von Rotbuche und Waldkiefer in ihren zentralen Verbreitungsgebieten untersucht. Unabhängig von der räumlichen Skala, sprich beim Vergleich von Standorten beider Netzwerke, zeigen beide Baumarten artspezifische Klimawachstumsreaktionen. Während die Rotbuche primär von Sommertrockenheit beeinflusst wird, ist das Wachstum der Waldkiefer maßgeblich von den Temperaturen im Winter geprägt. Zudem zeigt diese Arbeit, dass die primären Klimatreiber über verschiedene räumliche Skalen hinweg stabil bleiben. Sekundäre Klimatreiber, welche durch schwächeren Korrelationen zwischen Klima und Wachstum charakterisiert sind, können jedoch über geographische Ausbreitungen hinweg variieren. Weiterhin wurden zeitliche Instabilitäten in den Klimawachstumsreaktionen für beide Netzwerke mittels räumlicher Segregationsanalysen und dem Vergleich einer frühen und einer späteren zeitlichen Periode untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Rotbuche als auch Waldkiefer Instabilitäten in ihren Hauptklimatreibern aufweisen. In den letzten Jahrzehnten stieg die Sensitivität der Rotbuche auf Sommertrockenheit signifikant an, während die Waldkiefer immer stärker auf Wintertemperaturen reagiert. Diese zeitlichen Instabilitäten können in beiden Netzwerken, sowohl auf überregionalen als auch auf standortortsspezifischer Skala, nachgewiesen werden. Kapitel 3 beleuchtet den Einfluss nichtklimatischer und standortspezifische Merkmale des Bodens und Bestandes auf das Baumwachstum. Hierbei werden entlang des Niederschlagsgradienten des BDF-F-Netzwerks Unterschiede in der durchschnittlichen Baumhöhe, des Brusthöhendurchmesser und TRW mittels multilinearer Regressionsmodellierung untersucht. Zudem werden die Einflüsse der Bodenwasserverfügbarkeit als auch der Bodenart erörtert. Abgesehen von einem marginalen Einfluss auf die durchschnittliche Baumhöhe der Rotbuche bestehen keine signifikanten Unterschiede in den Bestands- und Bodencharakteristika des Standorts. Die zugrundeliegenden Ursachen werden in Hinblick auf Erkenntnisse der aktuellen wissenschaftlichen Literatur und des Studiendesigns des BDF-F-Netzwerkes besprochen. Kapitel 4 untersucht das Potenzial TRW-Daten zu verwenden, um langfristige Trends in der Vitalität der Rotbuche zu bewerten. Hierbei wurden in 9 Beständen 10-20 Baumpaare, bestehend aus je einem vitalen und einem nicht vitalen Baum, visuell nach Kronenzustand klassifiziert. Somit können Unterschiede in den langfristigen Wachstumstrends, der Klimasensitivität und der Trockenheits-resistenz zwischen nicht-/vitalen Individuen analysiert werden. Zudem wird die individuelle Heterozygotie als Proxy für genetische Vielfalt der Rotbuche herangezogen, um genetisch bedingte Unterschiede im Wachstumsverhalten zu beleuchten. Überraschenderweise unterscheiden sich weder die Wachstumsreaktionen noch die individuelle Heterozygotie bei nicht-/vitalen Rotbuchen. Zudem zeigen einige vitale Bäume eine höhere TRW-Reduktion im Vergleich zu nicht vitalen Bäumen. Dementsprechend zeigen die Ergebnisse, dass TRW ein guter Proxy für die Bewertung langfristiger Trends in der Vitalität von Bäumen zu sein scheint, wohingegen Vitalitätsansprachen mittels visueller Abschätzung des Kronenzustands aufgrund einer hohen Jahr-zu-Jahr-Dynamik eine Momentaufnahme der Baumvitalität darstellen. Kapitel 5 erörtert die Frage, inwieweit wir satellitenbasierte Daten (RS) mit mittlerer Auflösung zur Überwachung und Bewertung der Waldproduktivität verwenden können und untersucht dies am Beispiel der Rotbuche. In diesem interdisziplinären Ansatz werden Fernerkundungsdaten des Blattflächenindex (LAI) von zwei Satellitensensoren (SPOT-VGT/PROBA-V und MODIS) mit Daten zum Mastverhalten und der TRW der Rotbuche innerhalb des BDF-F-Netzwerks kombiniert. Durch standortspezifische und netzwerkweite Korrelationsanalysen wird der Zusammenhang dieser drei Zielparameter analysiert und anhand gemeinsamer klimatischer Treiber diskutiert. Während SPOT-VGT/PROBA-V LAI negativ mit Mast und positiv mit TRW korreliert, gibt es keine signifikanten Korrelationen in höher aufgelösten MODIS-Daten. Die Ergebnisse zeigen, dass bei ausreichend langen Zeitreihen SPOT-VGT/PROBA-V-Daten ein nützliches Werkzeug zur Bewertung der Waldvitalität und -produktivität sein können. Darüber hinaus scheint RS LAI klimatisch entkoppelt zu sein, während sowohl Mastverhalten als auch TRW hauptsächlich vom Sommerklima beeinflusst werden. Die Ergebnisse zeigen, dass satellitenbasierte LAI-Daten das Potential besitzen das Mastverhalten und somit die Waldproduktivität zu erfassen und zu analysieren. Jedoch sollten etwaige Interpretationen und Rückschlüsse immer in Bezug zu technologischen und methodologischen Limitationen verschiedener RS-Produkte bewertet werden. Abschließend fasst Kapitel 6 die Ergebnisse der vorherigen Kapitel zusammen und diskutiert sie im Zusammenhang mit den Forschungsfragen, die zu Beginn der Arbeit gestellt wurden.

European forests have experienced vitality loss and dieback due to increasing disturbances, temperatures, droughts, and forest management. Around 160 million cubic meters of woody biomass in Germany were damaged from 2018 to 2020. Protected areas can offer insights into the natural resilience of European forests after disturbances. However, they face conflicts such as mass outbreaks and the spread of insect pests that can threaten biodiversity and natural habitats. The European spruce bark beetle (Ips typographus) is among Europe’s most important and severe forest pest species and can act as an ecological disturbance. Due to ongoing climate change, no weakening is expected in the future. Forest management can directly influence important drivers of disturbance regimes. However, the response times are likely slow, requiring effective and adaptive risk-assessing management. Simulation models can play an important and influential role in such management as decision-making tools or for analysis of important drivers. Such models have been successfully applied in fishery management, disease control, and forest fire management. While there are many models published about Ips typographus, there is still no simulation tool that individually describes trees and beetles with their properties and decisions, tests the effectiveness of management measures, and uses spatially explicit data for natural landscapes. This approach would allow for investigating infestation patterns and development in natural landscapes based on individual beetle and tree traits. It could also be used to study the impact of climate change and forest protection management on all spatial scales - from individual beetles to entire landscapes. The main goal of the thesis is to predict the risk of bark beetle infestations and outbreaks in a national park region in Germany under different climate change and management scenarios as an emergent outcome of individual traits of the European spruce bark beetle and its host tree. To achieve this goal, a combination and improvement of existing models on the life history of Ips typographus and its host tree Picea abies is done to simulate infestations on an individual level. The results are then scaled to the landscape level using a Markov chain metamodel for 20 years into the future. It is shown how (i) management scenarios consisting of different sanitation felling intensities, and (ii) climate change scenarios representing increasing numbers of yearly beetle generations interact and affect the infestation spread. Chapter 2 discusses the creation, testing, and implementation of a new simulation model for the dispersal and infestation of Ips typographus in a natural European landscape. The IPS-SPREADS (Infestation Pattern Simulation Supporting PREdisposition Assessment DetailS) model is an innovative combination of existing models on beetle phenology (PHENIPS), spruce tree predisposition (PAS - predisposition assessment systems), and precise mechanistic dispersal flight in an artificial forest (IPS - Infestation Pattern Simulation). The model is used to study the effectiveness of sanitation felling in five different research areas at the border of a national park in Germany under varying annual beetle generation numbers. Chapter 3 explores the various purposes and types of metamodels used in agentbased modeling and attempts to identify and rank the most suited or efficient model types for each application. This assessment was accomplished through a systematic literature review of 27 scientific publications containing 40 different metamodel applications in an individual-based modeling context. A standardized rating instruction was created and used by the candidate and a group of other Ph.D. students and postdoctoral researchers to objectively rate different metamodel applications, such as upscaling agent-based models or conducting sensitivity analyses. In Chapter 4 of the dissertation, the IPS-SPREADS simulation model is used to predict the risk of bark beetle infestations in a national park region for 20 years into the future. A metamodel approach based on Markov chains is used to scale the computationally demanding IPS-SPREADS model to larger temporal and spatial scales. The metamodel is calibrated and validated using data on infested trees from 2015 to 2017. The model is then used to assess the effectiveness of sanitation felling in preventing the spread of a bark beetle outbreak from the national park to adjacent forests until 2038. This work adds to a series of previous studies investigating several aspects of the Norway spruce (Picea abies) and European spruce bark beetle (Ips typographus) system, such as risk assessment, beetle development, beetle dispersal, and infestation patterns, the effectiveness of forest protection measures against the beetle spread or the impact of bark beetle disturbance on the forest as well as its interaction with other disturbances. The results of the studies presented as thesis chapters 2 to 4 indicate that regardless of the number of yearly beetle generations and the spatial or temporal scale, a sanitation felling intensity of 80 % and above seems to mitigate further mass outbreak propagation. It is also shown that habitat inter-connectivity and individual traits of beetles and host trees substantially affect the infestation patterns. In addition, commonly applied metamodel types and application purposes in an individual-based modeling context are revealed. The most promising model variant varies in regard to the chosen application aim. Further research directions based on the work presented in this thesis incorporate investigating spatial configurations of mixed forest stands and their effect on the dispersal and infestation risk of the European spruce bark beetle. Furthermore, it is discussed how applying and integrating open-access GIS data, such as the European Unions Copernicus program, could improve model validity and applicability. The effects and implications for implementing and analyzing further management measures, such as buffer zones around protected areas, terrestrial detection based on visual clues, and dispensers with anti-attractants in the proposed model framework, are discussed. / Europas Wälder haben aufgrund von zunehmenden Störungen, Temperaturen, Dürren und vergangener Managemententscheidungen an Vitalität verloren und zeigen großflächige Absterbeerscheinungen. Allein in Deutschland betrug das Schadvolumen von 2018 bis 2020 rund 160 Millionen Kubikmeter. Schutzgebiete können Einblicke in die natürliche Widerstandsfähigkeit der Wälder nach Störungen gewähren, bieten aber auch Potenzial für Konflikte wie Massenvermehrungen und Ausbreitung von Schädlingen, die die biologische Vielfalt und die natürlichen Lebensräume bedrohen können. Der Große Achtzähnige Fichtenborkenkäfer (Ips typographus) gehört zu den wichtigsten und schwerwiegendsten Waldschädlingen in Europa. Aufgrund des anhaltenden Klimawandels ist keine Gefährdungsabnahme der Waldbeständen zu erwarten. Während die Forstwirtschaft wichtige Treiber von Störungsregimen direkt oder indirekt beeinflussen kann, sind die Reaktionszeiten sehr langsam und verlangen ein wirksames und adaptives Risikomanagement. Simulationsmodelle können eine wichtige und effektive Rolle für das Management als Entscheidungshilfen oder zur Analyse wichtiger Treiber spielen. Beispiele für erfolgreiche Anwendungen im Entscheidungsprozess stellen Bereiche wie das Fischereimanagement, die Bekämpfung von Epidemien und das Waldbrandmanagement dar. Obwohl es bereits einige Simulationsmodelle für Ips typographus gibt, wurde bisher kein Ansatz untersucht, bei dem sowohl die Bäume als auch die Käfer als Individuen mit Eigenschaften, Wahrnehmung und Interaktionen abgebildet werden. Mit solch einem Modell könnte untersucht werden, wie sich die individuellen Eigenschaften der Käfer und der Bäume auf die Befallsmuster und die Wirksamkeit von Managementmaßnahmen in Abhängigkeit der betrachteten räumlichen oder zeitlichen Skala auswirken. Das Hauptziel der vorliegenden Dissertation besteht daher darin, das Risiko von Borkenkäferbefall und von Ausbrüchen unter verschiedenen Klimawandel- und Managementszenarien als emergentes Ergebnis individueller Eigenschaften des Großen Achtzähnigen Fichtenborkenkäfers und seines Wirtsbaums zu analysieren. Dies geschieht durch die Kombination, Verbesserung und Anwendung bestehender Modelle zur Lebensgeschichte von Ips typographus und dessen Wirtsbaum Picea abies am Beispiel einer Nationalparkregion in Deutschland. Die Ergebnisse des Individuenbasierten Modells werden anschließend auf die Landschaftsebene und für 20 Jahre in die Zukunft skaliert, indem ein auf Markov-Ketten basierendes Metamodel kreiert und validiert wird. Es wird gezeigt, wie (i) Managementszenarien bestehend aus verschiedenen Entnahmeintensitäten befallener Bäume sowie (ii) Klimawandelszenarien bestehend aus einer Zunahme der jährlichen Käfergenerationen interagieren und die Befallsausbreitung beeinflussen. In Kapitel 2 der Dissertation wird die Entwicklung, Überprüfung und Implementierung eines neuen Simulationsmodells für die Ausbreitung und den Befall von Ips typographus in einer realen Landschaft Europas diskutiert. Das IPS-SPREADS (Infestation Pattern Simulation Supporting REdisposition Assessment DetailS) Modell ist eine innovative Kombination bestehender Modelle zur Phänologie des Käfers (PHENIPS), der Prädisposition des Wirtsbaumes gegenüber Borkenkäferbefall (PAS - Prädispositionsabschätzsysteme) und der Individuen-basierten Simulation des Ausbreitungsflugs der Käfer in einem künstlichen Wald (IPS - Infestation Pattern Simulation). Das neue Modell IPS-SPREADS wird dann verwendet, um die Wirksamkeit der Entnahme befallener Bäume in fünf verschiedenen Probeflächen des Nationalparks Sächsische Schweiz während zunehmender jährlicher Käfergenerationen zu untersuchen. Darüber hinaus wird der Einfluss individueller Eigenschaften auf das Befallsgeschehen und auf die Wirksamkeit der Entnahme befallener Bäume analysiert. Kapitel 3 widmet sich der Anwendungsgebiete und Typen von Metamodellen, die für Agenten-basierten Modelle verwendet werden, und versucht, die vielversprechendsten Modelltypen je Anwendung zu identifizieren. Dies geschieht mittels einer systematischen Literaturanalyse, die 27 wissenschaftliche Veröffentlichungen mit insgesamt 40 verschiedenen Metamodellanwendungen für Individuen-basierte Modelle untersucht. Ein standardisiertes Bewertungsverfahen wird erstellt und vom Kandidaten zusammen mit einer Gruppe von Doktoranden und Postdoktoranden angewendet, um die Metamodelle im Bezug auf ihr Anwendungsziel objektiv zu bewerten. In Kapitel 4 der Dissertation wird das entwickelte IPS-SPREADS Modell verwendet, um das Risiko von Borkenkäferbefall in einer Nationalparkregion für 20 Jahre in die Zukunft vorherzusagen. Dafür wird ein Metamodell basierend auf Markov-Ketten entwickelt, welches das rechenintensive IPS-SPREADS Modell auf größere zeitliche und räumliche Skalen hebt. Dieses Metamodell wird mittels Befallsdaten aus der Nationalparkregion für die Jahre 2015 bis 2017 validiert. Im Anschluss wird das Metamodell dann verwendet, um die Wirksamkeit der Entnahme befallener Bäume für die Ausbreitungsbekämpfung eines Borkenkäfermassenbefalls vom Nationalpark in die angrenzenden Wälder während eines 20-jährigen Zeitraums zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit baut auf einer Reihe von Studien auf, die verschiedene Aspekte des Systems von Großem Achtzähnigen Fichtenborkenkäfer (Ips typographus) und Gemeiner Fichte (Picea abies) untersuchen: Prädispositionsbewertung, Käferentwicklung, Ausbreitungs- und Befallsmuster sowie die Wirksamkeit von Waldschutzmaßnahmen gegen die Befallsausbreitung. Die Ergebnisse der als Kapitel zwei bis vier vorgestellten Studien zeigen, dass unabhängig von der Anzahl der jährlichen Käfergenerationen und der räumlichen oder zeitlichen Skala eine Entnahmeintensität befallener Bäume von 80 % und mehr die Ausbreitung eines Massenbefalls zu mindern scheint. Es wird auch gezeigt, dass die Habitatvernetzung und die individuellen Eigenschaften der Käfer und Wirtsbäume die Befallsmuster beeinflussen. Darüber hinaus werden häufig angewandte Metamodelltypen und Anwendungszwecke in einem Individuenbasierten Modellierungskontext zusammengetragen und die vielversprechendste Modellvariante je Anwendungsgebiet extrahiert. Zum Schluss werden weitere Forschungsrichtungen basierend auf den vorgestellten Studien diskutiert, wie zum Beispiel die Untersuchung der räumlichen Konfiguration von Mischwäldern und deren Auswirkungen auf das Befallsgeschehen des Großen Achtzähnigen Fichtenborkenkäfers. Des Weiteren wird diskutiert, wie die Anwendung und Integration von frei verfügbaren GIS-Daten, wie beispielsweise des Copernicus Programms der Europäischen Union, die Validität und Anwendbarkeit der entwickelten Modelle verbessern können. Am Ende werden potenzielle Implikationen für die Implementierung und Analyse weiterer Managementmaßnahmen wie Pufferzonen um Schutzgebiete, terrestrische Erkennung von Borkenkäferbefall sowie Dispenser mit Anti-Aggregationspheromonen im Rahmen der vorgestellten Modellstudien diskutiert.

This volume contains the abstracts of participants of the seminar. / PROGRAM: The seminar consists both of scientific exchange and social events. Keynote speeches on integrated natural resources management, planning and landscape governance make up an essential part of the seminar, complemented by presentations of posters from the participants, an excursion to a landscape project and a role play with a landscape planning exercises. To underpin theory with valuable local practical experience, an exchange with practitioners from forestry and water management in the wider fringe of Kampala will take place. The seminar is designed to encourage interaction among participants and to facilitate the sharing and discussion of individual experiences and perspectives on the various topics. By this learning and generating insights shall be enabled, for upgrading the competencies of the participants and for improving strategies for natural resource management. Kindly find the detailed program schedule on the following pages.

Moore besitzen weltweit eine große Bedeutung für den Natur- und Klimaschutz. Sie dienen als Lebensraum für eine Vielzahl an Pflanzen- und Tierarten sowie als Kohlenstoffsenken. Aufgrund intensiver land- und forstwirtschaftlicher Nutzung weist die Mehrheit der Moorgebiete jedoch hochgradige Schäden auf, durch welche sie in ihrer Funktionalität beeinträchtigt werden. Um die charakteristischen Biotopeigenschaften wiederherzustellen, laufen derzeit zahlreiche Moorschutzprogramme, unter anderem in der deutsch-tschechischen Grenzregion im Osterzgebirge. Damit die Auswirkungen der durchgeführten Schutz- und Renaturierungsmaßnahmen auf die Vegetationsstruktur verfolgt und kontrolliert werden können, erfolgt in dieser Region regelmäßig eine stereoskopische Luftbildinterpretation der Moorflächen. Derartige manuelle Auswertungen sind jedoch mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden, weswegen eine Automatisierung der Prozesse angestrebt wird. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren präsentiert, mit welchem die Vegetationsstrukturen der Moore bei Satzung teilautomatisch klassifiziert werden können. Unter Verwendung von digitalen Luftbildern und einem digitalen Geländemodell lassen sich verschiedene Gras-, Baum- und Bodenarten voneinander trennen und lokalisieren. Für die Unterscheidung der einzelnen Klassen werden sowohl pixel- als auch objektbasierte Merkmale in die Datenanalyse einbezogen. Aufnahmen der Satelliten WorldView-2 und Sentinel-2A wurden ebenfalls auf ihr Auswertepotential hin untersucht, allerdings ohne zufriedenstellende Ergebnisse. Die Automatisierung von Monitoring-Prozessen für Moorschutzgebiete ermöglicht eine Objektivierung des Analyseverfahrens und stellt eine zeit- und kostengünstige Alternative zur stereoskopischen Bildinterpretation dar. / Moorlands are of worldwide importance for nature and climate protection. They serve as a habitat for a variety of plant and animal species, as well as carbon sinks. Most of the moorlands show significant damage from intense agricultural and silvicultural use, affecting the functionality of many. Currently, several moorland protection programs are running to restore the habitats’ characteristic features, such as that in the Czech-German border region in The Eastern Ore Mountains. Using stereoscopic image interpretation, the moorlands in this region are regularly monitored to observe the influence of executed protection and renaturation measures on the local vegetation structures. However, such manual evaluations require high labor costs. Therefore, the automation of this process is sought. The master thesis at hand presents a procedure enabling the semi-automatic classification of vegetation structures in the moorlands nearby Satzung, Germany. Different grass, tree and soil types can be distinguished and localized using digital aerial imagery and a digital terrain model. For the distinction between different object classes, pixel- and object-based features are taken into consideration. Satellite images acquired by WorldView-2 and Sentinel-2A were also tested for their classification suitability, but without satisfactory results. The automation of monitoring processes for protected moorlands facilitates the externalization of the data analysis and represents a time- and cost-efficient alternative to stereoscopic image interpretations.

Eastern African countries have been confronted with forest landscape degradation and the consequently growing gap between the supply and demand of wood products. Small-scale farmers growing trees on farm have been increasingly acknowledged as a major wood supplier. Value chain analysis studies pointed out the challenges faced by the smallholders, as they are commonly engaged in informal wood markets, associated with weaker bargaining power and market asymmetry. From the Social and Solidarity Economy lens, collective action approaches through farmers’ organizations can counter the challenges of individual smallholders, while facilitating the upgrading of wood value chains. Thus, the objective of this dissertation was to analyze the (potential) roles of forest farmers’ organizations (FFOs) in wood value chain upgrading, with two case studies in Ethiopia and Tanzania. Through a systematic literature review worldwide, the study first sought to provide a knowledge base for FFO research grounded on (i) the policy context within which FFOs operate, and (ii) the typology of their performance with reference to resource mobilization, commercialization of wood products and benefit sharing mechanisms. Value chain analyses of wood products from smallholders each in Ethiopia and Tanzania were the point of departure for the empirical work, consequently treated as the case studies. A collective of smallholders and individual smallholders were embedded as the units of analysis in the two independent case studies. The two-country study setting permitted the analytical generalization of collective action approaches to value chain upgrading and the development of a research agenda and policy recommendations. Grounded on the value chain upgrading approach, FFO business models were co-developed to assess the interlinkages between the business model and (i) the organizational governance and (ii) the implications on wood value chain upgrading. Participatory workshops with existing farmers’ organizations were conducted to co-develop the business models, while focus group discussions and key informant interviews served to frame and triangulate the contextual conditions. Semi-structured household interviews were employed to examine the perception of FFOs and the main factors influencing farmers’ willingness to participate. Binary logistic regression analysis and descriptive statistics were employed in tandem with thematic analysis to analyze the data. The global review represented 57 FFOs distributed globally across 20 countries, which were manifested as associations, cooperatives, and small- and medium-sized enterprises. Research in FFOs has gained scholarly traction in the last three decades, emphasizing the emerging trend of smallholders managing forest farm forestry plots across the tropics. The review revealed three categories of FFOs, depending on the extent of the organization’s product portfolio, the value addition captured at the organizational level, and the linkages to market channels. The empirical findings revealed that southern Ethiopia and southern Tanzania had contrasting regulatory framework for the establishment of FFOs. Given the existing foreign donor program targeted at smallholders in Tanzania, institutional and financial start-up support exist. In both cases, farmers were able to envisage an FFO business model that would allow product and process upgrading of wood value chains. The FFO was perceived differently across the two cases. The Ethiopian case study referred to it as a tree marketing cooperative, which shall facilitate the production of members’ woodlots and the commercialization of wood products of members and non-members alike at a timber yard in a nearby urban area. The Tanzanian case study termed it as a tree growers’ association, which shall facilitate the production of members’ wood and non-wood products, and the commercialization of members’ sawn timber to existing traders. Achieving functional upgrading would necessitate concerted efforts by various governmental and non-governmental stakeholders. The household interviews revealed that 74% (n = 185) and 90% (n = 190) of smallholders would be willing to participate in an FFO in the Ethiopian and Tanzanian case, respectively. In Ethiopia, farmers perceived it as a collective wood marketing enterprise. A relatively small group size with substantial monetary contribution characterize farmers’ preferences to undertake a joint business on wood marketing. In Tanzania, the perception of a tree growers’ association centered on social learning elements to improve wood production and find alternative buyers, while regulating fire incidences. In both cases, the significant factors influencing farmers’ willingness to participate were (1) household socio-economic characteristics, e.g. household head’s age group or household size; and (2) experiences with tree growing activities, e.g. price satisfaction in the last sales or difficulty in market access. The synthesis permitted the derivation of the following conceptual assertion: that FFOs have the potential in upgrading the wood value chains, as long as farmers can envision a business model of an FFO that accommodates the factors influencing farmers’ willingness to participate. Overall, the study demonstrates the changing narratives of farmers’ organizations in the study countries and contributes to the commons-cooperative alliance theory – the integration of collective action and cooperative management. Furthermore, the key findings provide the groundwork to springboard future research avenues, specifically to test the derived assumptions, and recommendations for policy and development. / Die ostafrikanischen Länder sind mit der Degradierung der Waldlandschaft und der daraus resultierenden wachsenden Kluft zwischen Angebot und Nachfrage nach Holzprodukten konfrontiert. Kleinbauern, die auf ihren Höfen Bäume anbauen, werden zunehmend als wichtige Holzlieferanten anerkannt. In Studien zur Analyse von Wertschöpfungsketten wurde auf die Herausforderungen hingewiesen, mit denen die Kleinbauern konfrontiert sind, da sie in der Regel auf informellen Holzmärkten tätig sind, die mit einer schwächeren Verhandlungsposition und Marktasymmetrie verbunden sind. Aus der Sicht der Sozial- und Solidarökonomie können kollektive Handlungsansätze durch Bauernorganisationen den Herausforderungen einzelner Kleinbauern begegnen und gleichzeitig die Aufwertung von Holzwertschöpfungsketten erleichtern. Ziel dieser Dissertation war es daher, die (potenzielle) Rolle von Waldbauernorganisationen (FFOs) bei der Aufwertung von Holzwertschöpfungsketten anhand von zwei Fallstudien in Äthiopien und Tansania zu analysieren. Durch eine systematische weltweite Literaturrecherche versuchte die Studie zunächst eine Wissensbasis für die FFO-Forschung zu schaffen, die sich auf (i) den politischen Kontext, in dem FFOs agieren, und (ii) die Typologie ihrer Leistungen in Bezug auf Ressourcenmobilisierung, Kommerzialisierung von Holzprodukten und Mechanismen zum Gewinnausgleich stützt. Ausgangspunkt für die empirische Arbeit waren Wertschöpfungskettenanalysen von Holzprodukten von Kleinbauern in Äthiopien und Tansania, die folglich als Fallstudien behandelt wurden. Ein Kollektiv von Kleinbauern und einzelne Kleinbauern wurden als Analyseeinheiten in die beiden unabhängigen Fallstudien eingebettet. Der Rahmen der Zwei-Länder-Studie ermöglichte die analytische Verallgemeinerung von kollektiven Handlungsansätzen zur Verbesserung der Wertschöpfungskette und die Entwicklung einer Forschungsagenda und politischer Empfehlungen. Auf der Grundlage des Ansatzes zur Aufwertung der Wertschöpfungskette wurden gemeinsam FFO-Geschäftsmodelle entwickelt, um die Zusammenhänge zwischen dem Geschäftsmodell und (i) der Organisationsführung und (ii) den Auswirkungen auf die Aufwertung der Wertschöpfungskette für Holz zu bewerten. Zur gemeinsamen Entwicklung der Geschäftsmodelle wurden partizipative Workshops mit bestehenden Bauernorganisationen durchgeführt, während Fokusgruppendiskussionen und Interviews mit Schlüsselinformanten dazu dienten, die Kontextbedingungen zu erfassen und zu triangulieren. Halbstrukturierte Haushaltsbefragungen wurden eingesetzt, um die Wahrnehmung der FFOs und die wichtigsten Faktoren, die die Bereitschaft der Landwirte zur Teilnahme beeinflussen, zu untersuchen. Zur Analyse der Daten wurden binäre logistische Regressionsanalysen und deskriptive Statistiken in Verbindung mit einer thematischen Analyse eingesetzt. Die globale Untersuchung umfasste 57 FFOs in 20 Ländern, die in Form von Verbänden, Genossenschaften sowie kleinen und mittleren Unternehmen organisiert sind. Die Forschung zu FFOs hat in den letzten drei Jahrzehnten an wissenschaftlicher Bedeutung gewonnen, wobei der aufkommende Trend zu Kleinbauern, die in den Tropen forstwirtschaftliche Flächen bewirtschaften, hervorgehoben wurde. Die Untersuchung ergab drei Kategorien von FFOs, je nach Umfang des Produktportfolios der Organisation, der Wertschöpfung auf Organisationsebene und der Anbindung an Marktkanäle. Die empirischen Ergebnisse zeigen, dass der Süden Äthiopiens und der Süden Tansanias unterschiedliche rechtliche Rahmenbedingungen für die Gründung von FFOs haben. Angesichts des bestehenden Programms ausländischer Geber, das auf Kleinbauern in Tansania abzielt, gibt es institutionelle und finanzielle Starthilfe. In beiden Fällen waren die Landwirte in der Lage, sich ein FFO-Geschäftsmodell vorzustellen, das eine Produkt- und Prozessverbesserung der Holzwertschöpfungsketten ermöglichen würde. Die FFO wurde in den beiden Fällen unterschiedlich wahrgenommen. In der äthiopischen Fallstudie wurde sie als Baumvermarktungsgenossenschaft bezeichnet, die die Produktion der Holzflächen der Mitglieder und die Vermarktung der Holzprodukte von Mitgliedern und Nichtmitgliedern auf einem Holzlagerplatz in einem nahe gelegenen städtischen Gebiet erleichtern soll. Die tansanische Fallstudie bezeichnete sie als eine Baumzüchtervereinigung, die die Produktion von Holz- und Nichtholzprodukten der Mitglieder und die Vermarktung des Schnittholzes der Mitglieder an bestehende Händler erleichtern soll. Um eine funktionale Aufwertung zu erreichen, bedarf es konzertierter Anstrengungen verschiedener staatlicher und nichtstaatlicher Akteure. Die Haushaltsbefragungen ergaben, dass 74% (n = 185) bzw. 90% (n = 190) der Kleinbauern in Äthiopien und Tansania bereit wären, sich an einer FFO zu beteiligen. In Äthiopien verstanden die Landwirte die FFO als kollektives Holzvermarktungsunternehmen. Eine relativ kleine Gruppengröße und ein erheblicher finanzieller Beitrag kennzeichnen die Präferenzen der Landwirte für ein gemeinsames Holzvermarktungsunternehmen. In Tansania konzentrierte sich die Wahrnehmung einer Baumzüchtervereinigung auf Elemente des sozialen Lernens, um die Holzproduktion zu verbessern, alternative Abnehmer zu finden und gleichzeitig das Auftreten von Bränden einzudämmen. In beiden Fällen waren die wichtigsten Faktoren, die die Bereitschaft der Landwirte zur Teilnahme beeinflussten, (1) sozioökonomische Merkmale des Haushalts, z. B. die Altersgruppe des Haushaltsvorstands oder die Haushaltsgröße, und (2) Erfahrungen mit Baumzuchtaktivitäten, z. B. die Preiszufriedenheit beim letzten Verkauf oder Schwierigkeiten beim Marktzugang. Die Synthese ermöglichte die Ableitung der folgenden konzeptionellen Behauptung: FFOs habe das Potenzial, die Wertschöpfungsketten im Holzsektor aufzuwerten, sofern sich die Landwirte ein Geschäftsmodell für ein FFO vorstellen können, das die Faktoren in Betracht zieht, die die Bereitschaft der Landwirte zur Teilnahme beeinflussen. Insgesamt zeigt die Studie die sich wandelnden Narrative von Bauernorganisationen in den Studienländern auf und leistet einen Beitrag zur Theorie der Allmende-Kooperation - der Integration von kollektivem Handeln und genossenschaftlichem Management. Darüber hinaus bilden die wichtigsten Ergebnisse die Grundlage für künftige Forschungsansätze, insbesondere für die Überprüfung der abgeleiteten Annahmen, sowie für Empfehlungen für Entscheidungsträger.