L‘objectif de ce travail est d‘étudier le développement d‘une énergie renouvelable, la méthanisation, comme potentiel vecteur de transformation de l‘activité agricole et de son intégration dans les espaces ruraux en Allemagne. Il s‘agit d‘analyser la dimension spatiale de ce changement social. L‘hypothèse centrale consiste à considérer que les modalités du changement sociotechnique qu‘est la transition énergétique dépendent de la manière dont les acteurs, ici principalement des agriculteurs, se saisissent des possibilités offertes par les objets techniques et les politiques publiques. Ces phénomènes sont ici étudiés dans une enquête structurée par l‘association entre les concepts de multifonctionnalité et de capital territorial, portant sur quatre territoires de projet situés en Allemagne. Les enquêtes deterrain démontrent l‘ambivalence des changements agricoles liés à l‘activité de méthanisation, entre le renforcement de l‘intégration agro-industrielle et celui de l‘ancrage territorial des exploitations agricoles. Elles permettent de dresser une typologie de ces formes d‘hybridation. Il a également pu être démontré que cette ambivalence était fortement liée à l‘évolution des politiques publiques. Cependant, elle est également influencée par les types d‘investisseurs ainsi que par les contextes géographiques, dont les acteurs peuvent mobiliser les caractéristiques (dynamiques récessives ou intégration urbaine des espaces ruraux, héritages territoriaux, rapports localisés à l‘énergie). / This research aims at investigating the connections between energy transitions and agricultural transformations through a comparative research focused on four case studies in Germany. The starting point of this inquiry was the ambivalence of these changes. On the one hand, biogas generation tends to reinforce the socio-economic integration of farms intoagro-industrial value chains. On the other hand, this activity could also strengthen the connections with local stakeholders, for example through the implementation of localised heating networks in neighbouring villages or cities. The first aim of this research is to depict these ambivalent agricultural changes, to identify and evaluate key drivers that shape these processes. The main hypothesis of this work is that not only changes in German policies could explain this ambivalence. The various kinds of investors and the individual farmer‘s aims and needs influence the particular ways in which these changesoccur. Finally, the use of resources bounded to specific contexts contributes to shape these changes, but also generate social inequalities. / Das Ziel dieser Arbeit bestand darin, die Auswirkungen der Energiegewinnung durch Biogas auf die Landwirtschaft und die ländlichen Räume anhand einer vergleichenden Studie in vier deutschen Untersuchungsgebieten zu untersuchen. Dafür wurden die Konzepte der landwirtschaftlichen Multifunktionalität und des territorial capital in Verbindung mit der multi-level perspective auf den soziotechnischen Wandel verwendet. Dabei wurde zunächst der Trend zu einer Hybridisierung dieses Wandels herausgearbeitet. Biogas kann die produktivistischen Praktiken der Betriebe verstärken, aber auchabschwächen. Die Untersuchung zeigt, dass diese gegenläufigen Entwicklungspfade gleichzeitig in den landwirtschaftlichen Betrieben ablaufen können. Darüber hinaus belegt diese Arbeit, dass die Entwicklung der Gesetzgebung und auch die Art von Investoren (industrielle oder finanzielle Firmen, landwirtschaftliche Betriebsarten) ebenso wie die lokalen Merkmale (Peripherisierungsprozesse bzw. Bevölkerungsrückgang im ländlichen Raum, Formen des territorialen Erbes— „héritage territorial― — oder eine besondere lokale Geschichte in Bezug auf das Thema Energie) diese ambivalenten Entwicklungspfade beeinflussen können, sobald die Akteure die betreffenden Merkmaleund Ressourcen nutzen. Deshalb kann es zur Entstehung von umweltbezogenen sozialen Ungleichheiten kommen.

With increasing population growth, changed consumption patterns and the resulting need for resources, the management and use of cultural landscapes has intensified during the last century. Due to this intensification, cultural landscapes in Europe and other human-dominated regions around the world have transformed from multifunctional landscapes (i.e. providing a diverse set of ecosystem services) to more specialized and uniform landscapes (i.e. providing fewer ecosystem services). Since the widespread loss of ecosystem services can seriously affect human well-being, scientists and intergovernmental organizations have increasingly called for the restoration of multifunctionality at the landscape scale. This again resulted in a growing body of literature on the topic and an uncertainty about what multifunctionality actually is about and how to assess multifunctionality. In this dissertation, the focus is on ecosystem service-based multifunctionality (i.e. the quantification of multifunctionality through ecosystem services). Studies of this field generally examine how different ecosystem services interact, where their overall supply is highest and which factors influence the capacity of a landscape to provide multiple ecosystem services. The consideration of multiple ecosystem services at the landscapes scale specifically enables landscapes and the complex interactions within landscapes to be viewed and studied as socio-ecological systems. The assessment of ecosystem service-based multifunctionality is therefore regarded as an important tool for finding sustainable solutions in landscape management. The overall aim of this dissertation was to enhance and strengthen the concept of multifunctionality from a scientific point of view, and to provide novel conceptual and empirical insights on landscape multifunctionality that are relevant for environmental planning and management. In this dissertation, I have specifically focused on three topics that present challenges for the assessments of ecosystem service-based multifunctionality: 1) overcoming the conceptual and methodological uncertainties related to quantitative multifunctionality assessments, 2) accounting for spatial variability of ecosystem service supplies and 3) differentiating between stakeholders’ perspectives on multifunctionality. Each article of this cumulative dissertation focuses on one of the three challenges: The first article (Chapter 2) presents a quantitative literature review of 101 multifunctionality assessments. Conceptual and methodological differences between ecosystem function- and ecosystem service-based multifunctionality assessments were identified, as well as the most commonly used multifunctionality metrics: threshold approaches, average or sum approaches and diversity indices. The second article (Chapter 3) uses 18 ecosystem service indicators to quantify multifunctionality at the municipality scale (alpha-multifunctionality) and further introduces a new multifunctionality indicator (beta-multifunctionality) that accounts for the unique ecosystem service contributions of municipalities to regional multifunctionality. The results of this article show how multifunctionality at the municipality scale, as well as the unique contributions of municipalities to regional multifunctionality vary across Europe and across different land system archetypes. Finally, the third article (Chapter 4) of this dissertation uses eleven ecosystem service indicators to quantify multifunctionality in two peri-urban landscapes in Europe: the Vereinigte Mulde in Germany and the Kromme Rijn in the Netherlands. By weighting the ecosystem service indicators with stakeholder-derived valuations of the ecosystem services, a differentiation between multifunctionality beneficiaries was achieved. The main contributions of this thesis therefore include an overview of the most recent multifunctionality assessments and the testing of two alternative approaches to assess ecosystem service multifunctionality. By compiling previously used methods and linking them with the most recent conceptual advancements in scope of the literature review, I showed that a clear distinction between studies with an exclusively ecological focus and studies with a more integrated socio-ecological perspective is needed to strengthen the application of the multifunctionality concept. As a follow up on this review, I was able to derive common steps in multifunctionality assessments, as well as recommendations for future studies. In scope of the second and third article, I was able to highlight some specific challenges in current multifunctionality assessments and to test methods that go beyond the common quantification of multifunctionality at single spatial scales or for society as a whole. First of all, my work shows that, due to spatial variability of ecosystem service supplies, the diversity of ecosystem services (alpha-multifunctionality) cannot be maximized in all areas. Accounting for unique ecosystem service supplies (beta-multifunctionality) could thus be more relevant for finding viable land management solutions than assessing ecosystem service hotspots only. This approach is especially applicable, if maximizing (alpha-) multifunctionality is not possible or wanted. Second, maintaining a high diversity of ecosystem services is only meaningful, if the ecosystem services are demanded by society and if no land use conflicts evolve through increased multifunctionality. In my last research paper, I therefore show that accounting for different perspectives of stakeholders on landscape multifunctionality is another crucial aspect for finding viable and sustainable land management solutions. All in all, I conclude that maintaining a high diversity of ecosystem services that relevant to various stakeholders and at spatial scales that allow an implementation of multifunctionality, is important for preventing environmental degradation and for ensuring that society as a whole can benefit from landscape multifunctionality. Quantitative multifunctionality assessments can be used in various ways to answer current research questions in landscape ecology and thus to support the maintenance of ecosystem services in cultural landscapes. However, further development, improvement and applications are needed for multifunctionality assessments to work as strong tools for management and decision-making.

Multifunktionale ländliche Wege sind zur Nutzung durch den land- und forstwirtschaftlichen Verkehr sowie als Rad-, Wander- und Reitweg bestimmt. Das Gutachten zeigt die Möglichkeiten einer adäquaten Widmung und Finanzierung sowie die rechtlichen Grundlagen zu Fragen der Unterhaltung, Haftung und Verkehrssicherungspflicht auf.

Diese Dissertation untersucht verschiedene soziale sowie landschaftsästhetische Funktionen der Landwirtschaft in strukturell gegensätzlichen Agrarsystemen. In der Untersuchung wird hierfür stets ein von kleinen Familienbetrieben dominiertes System mit einem stärker großstrukturierten, gewerblichen System verglichen. Die Arbeitszufriedenheit der Landwirte sowie ihre soziale Vernetzung mit der lokalen Gemeinde wurden im Vergleich zwischen dem kleinbäuerlichen Schweizer und dem großbetrieblichen nordostdeutschen System analysiert. Mittels Choice Experimenten wurden in der Schweiz und in Süddeutschland (d.h. kleinbäuerliche Systeme) sowie in Ostdeutschland (d.h. großstruktiertes, gewerbliches System) zudem Bevölkerungspräferenzen für Agrarlandschaften und damit die ästhetische Funktion der Landwirtschaft untersucht. Unter Berücksichtigung der Betriebsstruktur (z.B. Betriebsgröße) sind Schweizer Bauern zufriedener mit ihrer Arbeit als nordostdeutsche. Das Betriebseinkommen ist für nordostdeutsche Bauern signifikant wichtiger für die Arbeitszufriedenheit als für die Schweizer Kollegen. Besonders für Schweizer Bauern spielt die Betriebsdiversifizierung eine positive Rolle für die Zufriedenheit, z.B. die Vielfalt der Produktionszweige oder nicht-landwirtschaftliche Betriebszweige wie Agrotourismus. Auch haben Schweizer Bauern und solche kleinerer Betriebe mehr Bezug zu ihrer lokalen Gemeinde durch lokal fokussierte soziale Netzwerke. Betriebsleiter größerer Betriebe sind hauptsächlich außerhalb der Gemeinden vernetzt und fühlen sich diesen weniger zugehörig. Zudem stärkt ein biographischer Bezug zum Hof die Verbindung mit der Gemeinde. Die Mehrheit der befragten Schweizer und Ostdeutschen ist zudem für qualitative Veränderungen der Agrarlandschaften (d.h. mehr Weiden zur Freilandhaltung, Streuobstwiesen und höhere Biodiversität). Waldrückgange sowie Schlaggrößenveränderungen landwirtschaftlicher oder forstlicher Flächen werden nahezu einheitlich abgelehnt. / This dissertation investigates different social functions of agriculture as well as landscape aesthetics in farming systems of different agricultural structures. Throughout the whole project farming systems dominated by small family farms and large-scale farming systems dominated by commercial non-family farms (e.g. cooperatives) were compared. Farmers’ work satisfaction and their connection to the local community were examined in the small-scaled Swiss system and in the larger scaled Northeast (NE) German one. Public landscape preferences were derived using choice experiments in Switzerland and South Germany, representing small-scale systems, as well as in East Germany, representing a large-scaled one, to explore agriculture‘s aesthetic function. Swiss farmers are more satisfied with their agricultural work if for effects of farm structure (e.g. farm size) is controlled for. Farm income plays a significantly more important role for the work satisfaction of NE German farmers than for that of Swiss ones. Especially for Swiss farmers, farm diversification plays an important role, for example through a diversity of production lines or through non-agricultural activities like agrotourism. Further results show that Swiss farmers and farmers of smaller farms are more connected to their local communities through more locally focused social networks. Farmers of larger farms have their networks farther away from the farm and a weaker sense of belonging to their local community. A biographical bond to the farm also strenghtens the connection to the local community. Concerning public landscape preferences the majority of the Swiss and East German respondents generally prefers qualitative changes to landscapes (i.e. meadows for free range animal husbandry, meadow orchards and more biodiversity). Forest loss or changes in plot sizes of agricultural land and forests are nearly uniformly rejected in all regions.

Durch Parasiten stellen eine starke Gefährdung für die Aquakultur dar. Die durch diplomonaden Flagellaten bei der Regenbogenforelle Oncorhynchus mykiss verursachte Morbidität und Mortalität wurde bisher in Deutschland noch nicht gründlich untersucht. Ich habe diese Parasiten mittels SEM & TEM charakterisiert und wurde die Art Spironucleus salmonis bestimmt. Erstmals konnten die caudale Projektion, sich entleerende Vakuolen und verformbare Kernloben nachgewiesen werden. Ich untersuchte Mikrohabitatpräferenz von des Parasiten sowie pH-Profile in vier Darmabschnitten der Fische. Das Vorkommen und die Dichte von S. salmonis war in der Pylorusregion wesentlich höher als in anderen Bereichen. Das pH-Profil war bei infizierten und nicht infizierten Fischen gleich. Der optimale pH-Wert für S. salmonis war 7,1-7,5. Ich habe die Lebenszyklus der Diplomonaden mittels LM & SEM unter Kulturbedingungen untersucht. Die Enzystierung begann mit der Anheftung von Trophozoiten mit der Spitze der adhäsiven hinteren Flagellen aneinander oder an Fremdkörper. Die pyriformen Trophozoiten wurden kugelförmig, und die vorderen Flagellen inaktiv. Oberflächenbläschen produzierten eine lichtbrechende Zystenwand. Dies ist der erste Beschreibung der Multifunktionalität von Flagellen bei Diplomonaden. Ich untersuchte pathogene Mechanismen und sezierte die Pylorusregion sowie die Leber mittels H&E, PAS/AB. Bei infizierten Fischen trat eine signifikante Hypertrophie der Becherzellen auf. Zu erkennen war eine Hyperaktivität der Becherzellen, jedoch keine Hyperplasie. Ich entwickelte einen in vitro  Plasma-Inkubationstest zur Bestimmung der Suszeptibilität von Regenbogenforelle, Karpfen und Störe. Die unterschiedliche Resistenz von Stör, Karpfen und Regenbogenforelle gegen S. salmonis entsprechend zu den epizootiologischen Daten. Meine Untersuchungen führten zu einem neuen diagnostischen Hilfsmittel, Vorschlägen für neue Behandlungsmethoden, zu verbesserten in vitro-Kulturbedingungen und einem Modellsystem für die Multifunktionalität von Flagellen und flagellaren Signaltransduktion. / Parasitic diseases pose a significant threat to aquaculture. Diplomonad flagellates in rainbow trout Oncorhynchus mykiss are associated with morbidity and mortality; but in Germany has not been thoroughly studied. I characterised the species by SEM & TEM, which revealed Spironucleus salmonis, allowed its complete description including newly showing the caudal projection, discharging vacuoles, and deformable nuclear lobes; diagnostic keys were improved. The microhabitat preference of diplomonads was tested by recording occurrence and density of infection, and pH profile in 4 intestinal regions in fish. Occurrence and density of S. salmonis were significant higher in the pyloric region than elsewhere. The pH profile in uninfected and infected fish was similar; a causal relationship between microhabitat preference and pH was unlikely, and the optimal pH was between 7.1 – 7.5. I described life cycle and encystment using light and SEM. Encystment in culture began by trophozoites attaching at tip of adhesive posterior flagella to each other/debris. Pyriform trophozoites became sub-spherical, anterior flagella inactive, surface blebs produced a refractile cyst wall. Cysts clusters may exceed minimum infective dose for new infection; suggesting new treatment target. This is the first report of multi-functionality of flagella in diplomonads. I investigated pathogenic mechanism of diplomonads by sectioning and staining the pyloric region of the intestine and liver with H&E, and PAS/AB. There was significant hypertrophy of goblet cells in infected fish. The hyperactivity of goblet cells was seen, but no hyperplasia. This hyper-production of mucus may decrease nutrient absorption, underlying impaired growth in S. salmonis infected fish. I developed an in vitro plasma incubation test to predict host susceptibility of rainbow trout, carp, and sturgeon. The test showed the hierarchy of resistance of S. salmonis in sturgeon > carp > rainbow trout; this parallels epizootiological data. My research yielded new diagnostic tool, suggested new treatment target, improved in vitro conditions, and new model system for multi-functionality of flagella and flagellar signalling.

S’il paraît attesté que les énergies renouvelables (EnR) participent à la lutte contre le changement climatique, leur influence sur le développement des espaces ruraux reste encore en grande partie à explorer. L’objet de ce travail comparatif est précisément d’étudier dans quelle mesure les initiatives locales dans le domaine des énergies renouvelables affectent les espaces ruraux français et allemands. La mobilisation des concepts de capital social, capital territorial et de multifonctionnalité a permis de montrer le rôle décisif de facteurs territorialisés dans la réalisation des projets. L’étude empirique montre ensuite que la réalisation de projets photovoltaïques et éoliens contribue à dynamiser les territoires et à accroître leur résilience. En fonction de caractéristiques locales, deux types de développement ont été identifiés : un développement territorial institutionnel et un développement territorial citoyen. / It is indisputable that renewable energies contribute to the struggle against climate change but their influence on the development of rural space remains to be further explored. The aim of this comparative study is to analyse the effect of local initiatives and projects in the domain of renewable energies on French and German rural areas. Using the concepts of Social Capital, territorial capital and multifunctionality, we show that the implementation of endogenous photovoltaic- and windpowerplant projects contribute to push the development of these areas and reinforce their resilience. On the base of the noted principle, two forms of development can be identified: an intuitional territorial development and a citizen territorial development. / Es ist unstrittig, dass erneuerbare Energien zum Kampf gegen den Klimawandel beitragen, aber ihr Einfluss auf die Entwicklung ländlicher Räume verdient es dennoch weiter erforscht zu werden. Das Ziel dieser vergleichenden Studie ist es, den Einfluss lokaler Initiativen und Projekte im Bereich der erneuerbaren Energien auf ländliche Räume in Frankreich und Deutschland zu erforschen. Unter Verwendung der Konzepte von Sozialkapital, territorial capital und Multifunktionalität wird gezeigt, dass raumbezogene Faktoren eine entscheidende Bedeutung für die Verwirklichung der Projekte haben. Weiterhin geht aus der empirischen Untersuchung hervor, dass die Verwirklichung von endogenen Photovoltaik- und Windprojekten dazu beiträgt, die Entwicklung der betreffenden Räume voranzutreiben und deren Resilienz zu stärken. Ferner konnten auf Grundlage der untersuchten lokalen Merkmale zwei Entwicklungstypen identifiziert werden: eine institutionalisierte Regionalentwicklung und eine bürgernahe Regionalentwicklung.

Adsorption and advanced oxidation processes, especially photocatalysis, are amongst the most common water treatment methodologies. Unfortunately, using each of these techniques independently does not fully eliminate the pollutants of diverse nature, which are present in wastewater. Here, an avenue for multifunctional materials for water treatment is opened by reporting for the first time the preparation, characterization, and study of the properties of a novel multifunctional nanocomposite with both adsorption and visible-light-driven photocatalysis abilities. These multifunctional nanocomposites, namely iron (II, III) oxide/poly(N-isopropylacrylamide-co-methacrylic acid)/silver-titanium dioxide (Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)/Ag-TiO2), are prepared by combining magnetic polymeric microspheres (Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA)) with silver-decorated titanium dioxide nanoparticles (Ag-TiO2 NPs). Cationic dyes, such as basic fuchsin (BF), can be adsorbed by the nanocomposites thanks to the carboxylic groups of Fe3O4/P(NIPAM-co-MAA) microspheres. Concomitantly, the presence of Ag-TiO2 NPs endows the system with the visible-light-driven photocatalytic degradation ability toward antibiotics such as ciprofloxacin (CIP) and norfloxacin (NFX). Furthermore, the proposed nanocomposites show antibacterial activity toward Escherichia coli (E. coli), thanks to the presence of silver nanoparticles (Ag NPs). Due to the superparamagnetic properties of iron (II, III) oxide nanoparticles (Fe3O4 NPs), the nanocomposites can be also recycled and reused, after the cleaning process, by using an external magnetic field.

Ausgangspunkt dieser Arbeit ist die gesellschaftliche Problematisierung des Größenstrukturwandels in der deutschen Landwirtschaft. Zuerst wird anhand einer strukturierenden Inhaltsanalyse von Positionspapieren zur Reform der Gemeinsamen Agrarpolitik herausgearbeitet, dass der Größenstrukturwandel sowohl als Gerechtigkeits- als auch als Multifunktionalitätsproblem gedeutet wird. Die Positionen überlappen im Prinzip der Leistungsgerechtigkeit und in dem Ziel, möglichst viele Betriebe zu erhalten. Viele der präsenten Annahmen über die Vorteile kleiner Betriebe lassen sich wissenschaftlich nicht bestätigen. Hinsichtlich sozialer Funktionen von Landwirtschaft wird eine Forschungslücke identifiziert. Es folgt eine systematische Literaturanalyse, die konzeptuelle Zugänge zu sozialen Funktionen von Landwirtschaft voneinander abgegrenzt und in einem Analyserahmen integriert. Dieser Analyserahmen berücksichtigt landwirtschaftliche Betriebe, die von ihnen ausgeübten Tätigkeiten sowie deren Wirkungen hinsichtlich sozialer Ziele (Funktionen). Aus der Literatur werden zudem elf verschiedene Typen sozialer Funktionen abgeleitet. Daran knüpft eine empirische Fallstudie an, die basierend auf umfangreichen qualitativen Daten soziale Funktionen von Landwirtschaft in Dithmarschen analysiert und Zusammenhänge mit dem regionalen Größenstrukturwandel exploriert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich der mit dem Größenstrukturwandel verbundene, zunehmend industrielle Charakter landwirtschaftlicher Tätigkeiten sowie die abnehmende Anzahl von Landwirt/innen in ehrenamtlichen Strukturen negativ auf soziale Funktionen auswirken. Einkommensdiversifizierung gewinnt im Kontext des Größenstrukturwandels an Bedeutung und stärkt soziale Funktionen, wobei kapital- und arbeitsintensiven Tätigkeiten unterschiedlich wirken. Die Dissertation ermöglicht eine sachlichere Debatte zum Größenstrukturwandel und eine differenzierte Auseinandersetzung mit sozialen Funktionen von Landwirtschaft. / This dissertations’ starting point is the societal problematisation of the changing farm size structure in Germany. In the first article, a structuring content analysis of position papers on the post-2020 reform of the Common Agricultural Policy shows that the shift towards fewer and larger farms is framed as a problem of both equity and multifunctionality. The respective positions overlap when it comes to the principle of performance equity and the goal of maintaining as many (small) farms as possible. Many of the claims made in the debate about benefits of small farms are not supported by empirical research, and a research gap is identified, particularly regarding social functions of agriculture. The second article presents a systematic literature review. Different conceptual approaches to the social functions of agriculture are distinguished and integrated into an analytical framework. This framework considers farms, the activities they carry out and the functions that can be fulfilled through these activities. In addition, eleven different types of social functions are derived from the literature reviewed. The third article builds up on the second and presents an empirical case study, which analyses the social functions of agriculture in Dithmarschen and explores how these relate to regional structural change on the basis of an extensive qualitative data set. The results indicate that both, the increasingly industrial character of agricultural activities associated with the change in farm size structure and the decreasing number of farmers in voluntary structures have a negative impact on social functions. Income diversification becomes more important in the context of farm exits and strengthens social functions, although the effects of capital-intensive and labour-intensive activities differ. Overall, this dissertation facilitates a more objective debate on structural change and a differentiated analysis of the social functions of agriculture.