Zugl.: Stuttgart, Univ., Diss., 2008

The COVID-19 pandemic has reshaped societies and will continue to do so. Despite its salience, micro-scale evidence on how this pandemic reshapes the livelihood strategies of forest communities in sub-Saharan Africa are lacking. To bridge this lacuna, this paper analyses the dynamics around forest-based livelihood strategies in the context of the COVID-19 pandemic in the Bia West District of Ghana. Key informant interviews (n = 8) and a survey of forest-dependent households (n = 100) were conducted to generate relevant data. The study identified fuelwood harvesting, medicinal plants extraction, fruit-gathering and beekeeping as the four livelihood activities that were predominantly practised in the study communities during the COVID-19 pandemic. The analysis established an increase in the number of households that diversified into fuelwood harvesting. Regarding medicinal plants collection as a livelihood strategy, less than 10% of households either diversified or intensified this practice with similar charges recorded in fruit-gathering and beekeeping. The logistic regression disclosed gender, household size, education and income, as the socioeconomic variables that significantly predict livelihood diversification and intensification during the COVID-19 pandemic. Additionally, the financial, social and physical asset base of households significantly shaped livelihood diversification. Diversification into fuelwood collection, medicinal plants extraction and beekeeping were the strategies that showed a significant positive correlation with the well-being outcomes of forest-based households. While this paper provides fresh evidence to inform the vulnerability dimension of the sustainable livelihoods framework, it further calls for policy interventions to build pandemic-resilient livelihood strategies around forest communities.

Afrikanisches einheimisches Gemüse (AIVs) hat in letzter Zeit in ganz Afrika südlich der Sahara (SSA) aufgrund des zunehmenden Bewusstseins für deren Ernährung und gesundheitlichen Nutzen größere Anerkennung gefunden. Dieses wachsende Verbraucherbewusstsein hat zu einer erhöhten Nachfrage nach AIV-Verbrauch geführt, was wiederum zu einer verstärkten Produktion von AIV geführt hat. Das Ziel dieser Arbeit war es daher, das Ausmaß und die zugrunde liegenden Faktoren zu bewerten, die Einfluss auf die Einführung nachhaltiger Intensivierungsmethoden (SIPs) haben (Einsatz von verbesserten Bewässerungssystemen, integrierte Bodendüngung, organischer Dünger und AIV - Diversifizierung) (2) Die Übernahme von SIP in Bezug auf den Lebensunterhalt der Landwirte und (3) eine Bewertung der wirtschaftlichen Leistung und der ökologischen Ergebnisse von Bodendüngungsstrategien, um Bodenbewirtschaftungsstrategien zu empfehlen, die die Produktion, den Lebensunterhalt und den Klimaschutz optimieren. Die Ergebnisse zeigten, dass der Einsatz von organischem Dünger und die Diversifizierung der AIV in ländlichen und stadtnahen Produktionsgebieten weit verbreitet waren, wohingegen verbesserte Bewässerungssysteme und ein integriertes Bodenfruchtbarkeitsmanagement eher gering waren und in ländlichen Gebieten sogar erheblich niedriger waren als in Stadtrandgebieten. Darüber hinaus wurden Komplementaritäten und Substituierbarkeiten zwischen SIPs identifiziert, was darauf hindeutet, dass eine Änderung der Richtlinien, die sich auf ein einzelnes SIP auswirkt, Auswirkungen auf andere verwandte SIPs haben kann. Die Ergebnisse der Determinanten von SIP zeigen, dass die Marktintegration, das Haushaltseinkommen und die städtischen Gemüseproduktionsumgebungen die Haupttreiber der Akzeptanz waren. Darüber hinaus erhöht die Einführung von SIPs sowohl das Gesamteinkommen der Haushalte als auch die Ernte. Darüber hinaus optimiert die integrierte Strategie zur Bodenfruchtbarkeit die Wirtschafts- und Umweltleistung. Daher ist ein integriertes Bodenfruchtbarkeitsmanagement ein möglicher Weg, um die AIV-Produktion nachhaltig zu intensivieren. / African indigenous vegetables (AIVs) have recently gained greater recognition across sub-Sahara Africa (SSA) because of increased awareness on their nutrition and health benefits. This rising consumer consciousness has caused an increase in demand for consumption of AIVs, which in turn has led to increased intensification of AIV production. The aim of this thesis was therefore, to evaluate the level and underlying factors influencing the adoption of sustainable intensification practices (SIPs) (use of improved irrigation systems, integrated soil fertilisation, organic manure and AIV diversification), (2) examined the impacts of SIP adoption on farmers’ livelihoods, and (3) assessed economic performance and ecological outcomes of soil fertilisation strategies in order to recommend soil fertility management strategies which optimises production, livelihood and climate trade-offs. The results revealed that use of organic manure and AIV diversification were widely adopted across rural and peri-urban production areas while improved irrigation systems and integrated soil fertility management was rather low, and even significantly lower in rural areas than in peri-urban areas. Moreover, complementarities and substitutabilities between SIPs were also identified indicating that a change in policy affecting a single SIP might have a spill over effect on other related SIPs. The results of determinants of SIPs shows that market integration, household income and peri-urban vegetable production environments were the major drivers of adoption. In addition, adoption of SIPs significantly increases both total household and crop incomes. Furthermore, integrated soil fertility manage strategy optimises economic and environmental performance. Therefore, integrated soil fertility management is a potential pathway to sustainably intensify AIV production.

Computermodelle stellen heute ein Standardwerkzeug in vielen wissenschaftlichen Disziplinen dar. Einer ihrer Hauptzwecke ist die Verknüpfung von Prozessen verschiedener Skalen. Verzichtet man auf diese Verknüpfung im Modell, sind realistische Prognosen meist ausgeschlossen, bildet man die Realität 1:1 nach, wird das Modell unlösbar. Wichtig ist daher eine gute Balance zwischen Genauigkeit und Abstraktion. Ich untersuche Möglichkeiten, skalenübergreifende Interaktionen in der Landnutzungsmodellierung effizient zu implementieren. Fokus liegt dabei auf zwei Prozessen: 1.Der Nutzung hochaufgelöster Daten im Modell. 2.Dem technologischer Wandel als landwirtschaftlichem Treiber. Häufig können hochaufgelöste Daten augrund limitierter Modellkomplexität nicht direkt verwendet werden. Meist wird dieses Problem gelöst, indem die Daten nach einem statischen Aggregationsschema hochskaliert werden. Als Alternative diskutiere ich den Einsatz von Clusteralgorithmen. Meine Untersuchungen zeigen, dass der entstehende Informationsverlust bei Verwendung von Clusteralgorithmen signifikant geringer ist als bei der Verwendung statischer Aggregationsvorschriften. Ein weiterer in der Landwirtschaft wichtiger Prozess ist technologischer Wandel. Während in der Vergangenheit Steigerungen in der Produktion meist durch Landexpansion erreicht wurden, so geschieht dies heute häufig durch Intensivierung. Ich präsentiere eine Modellimplementierung dieses Prozesses mitsamt der Rückkopplung der Landnutzungsintensität auf die Effektivität zugehöriger Investitionen. Grundlage dafür ist ein neuentwickeltes Maß für landwirtschaftliche Landnutungsintensität. Damit zeige ich, dass die Effektivität von Investitionen mit steigender Landnutzungsintensität sinkt. Meine Arbeit zeigt, dass außer dem Detailgrad eines Modells auch die Struktur der verwendeten Implementierungen einen signifikanten Einfluss auf die generelle Qualität der Simulation hat und insgesamt mehr Beachtung in der Modellierung finden sollte. / Computer models have become a common tool in various disciplines. A major challenge in modeling is the linking of processes on different scales. Neglecting cross-scale interactions leads to biases in model projections while a 1:1 representation is computational infeasible. Therefore, a good balance between accuracy and abstraction is essential. I investigate efficient implementations of cross-scale interactions in agricultural land-use models. I focus on two dominant aspects: First, the inclusion of spatially explicit data in a global optimization model; second, the proper representation of technological change as a driver for land use change. As a consequence of limitations in complexity of global optimization models the problem arises that high-resolution data cannot be used directly as model input. Typically, the spatially explicit data is upscaled by using a static upscaling rule. As an alternative I discuss the use of clustering methods for upscaling. I provide a general framework including the creation of clusters, the upscaling of inputs, and the downscaling of outputs. My investigations show that the information loss due to upscaling decreases significantly with cluster methods compared to static grids. Another important process in agriculture is technological change. Whereas in the past increases in agricultural production were mainly achieved by agricultural land expansion, nowadays most increases in total production are outcome of intensification due to technological change. To model this feedback I introduce a measure for agricultural land-use intensity. Based on this measure I show that the effectiveness of investments in technological change decreases with the agricultural land-use intensity. My findings imply that apart from detailedness especially the implementation has a significant impact on general model quality. Therefore, in model development the framework used for implementation should be emphasized to a greater extent.

Seit Beginn des Ackerbaus hat sich eine an die Kulturarten angepasste Ackerbegleitflora und -fauna entwickelt. Intensivierungsprozesse der landwirtschaftlichen Produktion führten in den letzten Jahrzehnten zu einer stetig voranschreitenden Umstrukturierung vieler Agrarlandschaften und einer Abnahme der Habitatdiversität. Diese Entwicklung war verbunden mit einem dramatischen Verlust der Artenvielfalt und einem drastischen Rückgang der Populationsgrößen von Segetalarten. Eine Reihe von Studien zeigt aber, dass eine artenreiche Segetalflora eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der Funktionsfähigkeit von Agrar-Ökosystemen spielt, z.B. durch Förderung höherer trophischer Ebenen oder durch die Bereitstellung von Ökosystemdienstleistungen. Die vorliegende Arbeit untersucht die Auswirkungen der ackerbaulichen Intensivierung auf die Segetalvegetation in Mitteldeutschland sowohl auf Landschafts- als auch auf Populationsebene. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden zur Evaluierung bestehender Projekte zur Förderung der Segetalflora genutzt und liefern eine Grundlage für zukünftige Schutzstrategien. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen eine dramatische Verarmung der Segetalvegetation auf allen wichtigen Hierarchiestufen. Auf europäischer Ebene konnte für alle europäischen Länder nachgewiesen werden, dass ein höherer Weizenertrag auch mit einer erhöhten Zahl gefährdeter Segetalarten einhergeht. So hatte jede zusätzlich produzierte Tonne Weizen/ha eine Gefährdung von etwa zehn weiteren Segetalarten Ländern zur Folge. Dabei scheinen die an bestimmte Kulturarten angepassten Spezialisten am stärksten vom Aussterben bedroht zu sein. Die Untersuchungen belegen, dass der verstärkte Einsatz von Herbiziden in den EU-Mitgliedstaaten in Mittel-und Nord-Westeuropa zu einer Selektion ausgewählter Segetalarten geführt hat, die an die heutigen nivellierten Standortbedingungen angepasst ist. Auf Gesellschaftsniveau, zeigen unsere Untersuchungen deutlich, dass die Intensivierung der Nutzung von Agrar-Ökosystemen zu massiven Verschiebungen in der Zusammensetzung von Segetalgesellschaften geführt hat. In den 1950er/60er Jahren konnte die Mehrzahl der Vegetationsaufnahmen noch auf Assoziationsebene zugeordnet werden, während sich aktuelle Vegetationserhebungen oft nur noch auf der Ebene höherer Syntaxa wie Verband, Ordnung, Klasse oder als floristisch stark verarmte Fragment-Gesellschaften einstufen ließen. In diesem Zusammenhang kann in den letzten fünf Jahrzehnten auch eine Verringerung des regionalen Artenpools um 23 %, ein dramatischer Artenverlust auf Plot-Ebene (mittlerer Verlust von 17 Arten pro Aufnahme) sowie stark zurückgehende Populationsgrößen kennzeichnender Arten belegt werden. Die Ergebnisse verdeutlichen auch, dass die Intensität der Veränderungen in der Vegetationszusammensetzung zwischen den unterschiedlichen Böden variierte, wobei sandige Standorte weniger stark betroffen waren. Des Weiteren hat sich der mittlere Deckungsgrad der Segetalarten drastisch auf ein Zehntel des früheren Wertes reduziert, wohingegen der Deckungsgrad der Kulturpflanzen anstieg und die Kulturpflanzenvielfalt abnahm. Archäophyten, Neophyten und die meisten Grasartigen zeigten zum Teil starke Frequenzverluste ähnlich denen von einheimischen krautigen Pflanzen, aber nur geringe Veränderungen in ihrem Anteil an der Gesamtdeckung der Segetalarten. Der beobachtete Anstieg der „Ellenberg-Zeigerwerte“ für Stickstoff und Bodenreaktion deutet darauf hin, dass die höhere Düngergaben in Kombination mit der heute üblichen Anwendung von Herbiziden und den sehr dicht stehenden Kulturpflanzenbeständen als Hauptursachen für Veränderungen in der Segetalvegetation angesehen werden können. Der beobachtete Trend einer Vereinheitlichung der Gesellschaftstrukturen von Segetalarten, bei der Spezialisten und diagnostisch wichtige Arten zurückgehen und die Anzahl und Abundanz der Generalisten zunimmt, spiegelt die Vereinheitlichung von Anbausystemen und der Optimierung des Nährstoffangebotes in den letzten Jahrzehnten wider. Der beobachtete Rückgang der Populationsgröße, insbesondere bei selten gewordenen Arten mit geringer Populationsgröße (Adonis aestivalis L. und Consolida regalis S.F. Gray), wirkten sich auf die genetische Vielfalt dieser Populationen aus. Da die genetische Struktur zwischen den Arten und Populationen variiert, ist in diesem Zusammenhang auch die Komplexität der Landschaftsstruktur entscheidend. Anders als erwartet war die genetische Diversität innerhalb einzelner Populationen in weniger stark strukturierten Landschaften wesentlich höher als innerhalb von Populationen in strukturreichen Landschaften. Populationen aus strukturreichen Landschaften unterschieden sich genetisch zudem stärker voneinander als Populationen strukturärmerer Landschaften. Darüber hinaus wurde bei der fremdbefruchtenden C. regalis eine höhere Diversität innerhalb der Populationen festgestellt, während die selbstbefruchtende A. aestivalis eine geringere Diversität innerhalb der Populationen aufwies. Allerdings zeigten weder A. aestivalis noch C. regalis eine signifikante „Isolation-by-Distance“ unabhängig von der Landschaftsstruktur. Zusammenfassend zeigt die vorliegende Arbeit, dass auf allen Hierarchiestufen von der kontinentalen Ebene, über die Phytocoenosen bis hin zu Populationen einzelner Arten starke Veränderungen in den Segetalgesellschaften stattgefunden haben. Um das nationale Ziel der Erhöhung der Populationsgrößen der Mehrzahl der Arten in landwirtschaftlich genutzten Ökosystemen bis 2015 zu erreichen, sind neue, effektive und innovative Maßnahmen dringend erforderlich. Um den fortwährenden Biodiversitätsverlust in der Agrarlandschaft entgegenzuwirken ist vor allem eine entsprechende Ausgestaltung der Gemeinsamen Europäischen Agrarpolitik (GAP) für die Förderperiode 2014-2020 von zentraler Bedeutung.

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Während der letzten Jahrzehnte hat sich die Landwirtschaft grundlegend verändert und wird heute zunehmend von hocheffektiven, wirtschaftlich optimierten Produktionssystemen mit ausgedehnten Anbauflächen und dem damit verbundenen gesteigertem Einsatz von Kunstdüngern und Pestiziden geprägt. Diese Entwicklung bedingt jedoch auch den Verlust und die Fragmentierung von naturnahen Habitaten mit negativen Auswirkungen auf die Artenvielfalt in intensiv genutzten landwirtschaftlichen Gebieten. Der Rückgang der Artenvielfalt führt zur Schwächung von Ökosystemfunktionen wie der biologischen Schädlingskontrolle oder der Bestäubung von Ackerkulturen. Agrarumweltprogramme, ökologische Anbaumethoden und Habitatmanagement können helfen, diese negativen Auswirkungen abzumildern. Hierbei wird zunehmend deutlich, dass neben der lokalen Ebene auch der Einfluß der strukturellen Diversität auf der Landschaftsebene berücksichtigt werden muß: Eine Steigerung der Habitatdiversität auf der Landschaftsebene kann die Biodiversität auf der lokalen Ebene erhöhen, und so die negativen Folgen einer intensivierten Landnutzung kompensieren. In dieser Arbeit wurden die Effekte von lokalem Habitatmanagement (künstlich angelegte Blühstreifen, Waldränder und Hecken) und die Effekte verschiedener Anbaumethoden (extensive im Gegensatz zu intensiver Nutzung) auf Schwebfliegen-Gilden untersucht. Des Weiteren wurde der Einfluß bestimmter Landschaftsparameter, wie das Verhältnis von landwirtschaftlich genutzter Fläche zu naturnahem Habitat (als Maß der strukturellen Komplexität der Landschaften), oder der prozentuale Anteil von Rapskulturen im Umfeld der Versuchsflächen untersucht. Schwebfliegen stellen eine der größten Gruppen der Insektenordnung Diptera dar und kommen in vielen verschiedenen Habitaten in landwirtschaftlich genutzten Gebieten vor. Während adulte Schwebfliegen hauptsächlich Pollen- und Nektarkonsumenten sind, zeigen ihre Larven eine große Vielfalt von Ernährungsstrategien, die von zoophagen über bakteriophage und phytophage bis hin zu fungivoren Spezies reichen. Aphidophage Spezies wie Episyrphus balteatus oder Sphaerophoria scripta stellen die im Untersuchungsgebiet die am häufigsten vertretenen Schwebfliegenarten dar und können eine wichtige Rolle bei der biologischen Schädlingskontrolle verschiedener Blattlausarten einnehmen (z.B. Sitobion avenae, Rhopalosiphum padi, Metopolophium dirhodum). In dieser Arbeit haben wir den Einfluß künstlich angelegter Blühstreifen und natürlich entwickelter Grasstreifen auf Schwebfliegenpopulationen in Winterweizenfeldern untersucht, die entlang eines Gradienten der Landschaftskomplexität (zwischen 30% und 100% Ackerland auf mutiplen räumlichen Skalen von 0.5 bis 4 km Radien der Landschaftssektoren) lagen. Die Analyse des Einflusses extensiver im Vergleich zu intensiver Landwirtschaft wurde in zwei europäischen Ländern durchgeführt (Südschweden und Norddeutschland), indem jeweils vier Felder mit hoher landwirtschaftlicher Intensivierung (lokalisiert in strukturarmen Landschaften) mit vier Feldern mit niedriger landwirtschaftlicher Intensivierung (lokalisiert in strukturreichen Landschaften) verglichen wurden. Weiterhin wurde der Einfluß von Waldrändern, mit Waldrädern verbundenen Hecken und isolierten Hecken, die an landwirtschaftliche Flächen (Winterweizen- und Rapsfelder) angrenzten, im Zusammenhang mit veränderlichen Anteilen von Rapsfeldern in der umliegenden Landschaft im Hinblick auf die Häufigkeit von Schwebfliegen untersucht. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass Blühstreifen die Häufigkeit von Schwebfliegen steigern können: Die Schwebfliegen-Artenvielfalt in Weizenfeldern, die sich in der Nähe von Blühstreifen befanden, war ebenfalls erhöht. Weiterhin nahmen der Artenreichtum und die Häufigkeit von Schwebfliegen in den Blühstreifen zu, wenn der Anteil von Ackerland im umgebenden Landschaftsausschnitt anstieg, was zu einer Konzentration von Schwebfliegengemeinschaften auf den vereinzelten, aber als Nahrungsressource lohnenden, Blühstreifen führte. Die Gesamthäufigkeit von Schwebfliegen, ebenso wie die Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen, war auf den deutschen Versuchsflächen höher als auf den schwedischen Versuchsflächen. Die Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen war in Feldern mit hoher Intensivierung erhöht, während nicht-aphidophage Schwebfliegen in Feldern mit niedriger Intensivierung häufiger waren. Außerdem tauchten Schwebfliegen in der deutschen Versuchsregion früher in der Saison auf, was möglicherweise eine engere Räuber-Beute-Synchronisation ermöglicht. Die Abundanz der Schwebfliegen war in Rapsfeldern im Vergleich zu Weizenfeldern erhöht. Die Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen in Hecken und Waldrändern unterschied sich entsprechend benachbarter Feldfrüchte (Weizen und Raps) und dem Anteil von Rapsfeldern in der umgebenden Landschaft. Hierbei zeigte sich eine verringerte Abundanz aphidophager Schwebfliegen in der Nachbarschaft von Rapsfeldern (Verdünnungseffekt) und eine erhöhte Abundanz in der Nachbarschaft von Winterweizenfeldern (Konzentrationseffekt) bei gleichzeitig hohen Anteilen von Rapsfeldern in der umgebenden Landschaft. Die Abundanz von aphidophagen Schwebfliegen war am höchsten in Hecken, welche mit einem Waldrand verbunden waren. Gleichzeitig zeigte sich auch eine erhöhte Abundanz in den an solche Standorte angrenzenden Agrarflächen, was auf ein gesteigertes Übertreten (spillover) zwischen den Hecken-Habitaten und den angrenzenden landwirtschaftlichen Flächen hindeutet, und auf diesem Wege möglicherweise auch die biologische Schädlingskontrolle und die Bestäuberleistung verbessern kann. Im Allgemeinen haben die Resultate gezeigt, dass lokales Habitatmanagement die Diversität und die Häufigkeit von Schwebfliegen erhöhen kann und dabei möglicherweise auch die biologische Kontrolle von Getreideblattläusen gesteigert werden kann. Auf der Landschaftsebene unterstreichen die Resultate die Annahme, dass Umweltmanagement in strukturarmen Landschaften aufgrund der Konzentration hochmobiler Schwebfliegen in ressourcenreichen Habitaten effektiver ist als in Landschaften mit generell erhöhter Habitattypendiversität. Die relative Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen variierte stark zwischen der deutschen und der schwedischen Versuchsregion, was auf eine veränderliche Rolle bestimmter Arten in unterschiedlichen Breiten hinweist. Schwebfliegen-Gilden (aphidophage im Gegensatz zu nicht-aphidophagen) wurden unterschiedlich von der landwirtschaftlichen Intensivierung beeinflußt. Die Häufigkeit von aphidophagen Schwebfliegen in naturnahen Hecken wird durch den Prozentsatz der Rapsfelder in der umgebenden Landschaft sowie die Art der benachbarten Feldfrüchte beeinflußt. Die positive Wirkung seminatürlicher Habitate wie künstlicher Blühstreifen und Hecken auf angrenzende Anbauflächen (mit veränderlicher Stärke entsprechend verschiedener Landschaftsparameter wie Ackeranteil und Rapsanteil) zeigt den dringenden Bedarf an gruppenspezifischen Habitatmanagementmethoden, um die Biodiversität und damit verbundene Ökosystemleistungen wie die biologische Schädlingskontrolle und Bestäubung in Agrarlandschaften zu verbessern.