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.

Energie und Rohstoffe auf Basis von Biomasse gelten als wichtiger Beitrag, um den anthropogen begründeten Klimawandel zu mindern. Diese publikationsbasierte Arbeit analysiert, inwiefern Aussagen über Vorzüglichkeit von Biomassenutzung im direkten Vergleich oder auch in komplexeren wirtschaftlichen Nutzungssystemen durch Unsicherheiten in den Treibhausgasemissionen (THG) oder durch die Anwendung der Bewertungsmethodik beeinflusst werden. Eine Fallstudie zur stationären Biostromerzeugung aus der Vergasung von Pappelhackschnitzeln zeigte mittels Monte-Carlo-Analyse, dass dieser Biostrom trotz Unsicherheiten weniger THG emittiert bzw. sogar Kohlendioxid sequestrieren könnte. Die zweite Fallstudie analysierte Biomassenutzung im Systemzusammenhang. Sie bezog neben THG-Emissionen als Bewertungskriterien sowohl den Bedarf an Agrarfläche als auch an fossilen Ressourcen mit ein. Für das Beispiel der Häuserdämmung mittels Hanffasern oder Styropor konnte aus den drei Kriterien auch unter Berücksichtigung mehrerer Szenarien keine eindeutige Vorzugslösung der Biomassenutzung abgeleitet werden. Basierend auf dem Produktivitätskonzept stellt der dritte Beitrag mit CUDe (Carbon Utilization Degree) einen Ansatz vor, wie die Nutzungseffizienz des in der Biomasse bereitgestellten Kohlenstoffs bewertet werden könnte. THG-Minderungsrechnungen erfordern eine fundierte Kenntnis der Methode als auch des Produktionssystems in seinem regionalen Kontext. Als Landnutzungseffekte sollten neben Änderungen im Bodenkohlenstoffgehalt auch Unterschiede in Lachgas-Hintergrundemissionen von annuellen gegenüber mehrjährigen Kulturen berücksichtigt werden. Trade-Offs sprechen dafür, Biomassenutzungssysteme nicht nur hinsichtlich Klimawirksamkeit zu optimieren. Ergänzend könnte Kohlenstoff auch als Ressource betrachtet und mit Effizienzkriterien bewertet werden. Biomassenutzung ließe sich so optimieren, dass gemeinsam mit Klimaschutz weitere aktuelle Handlungsfelder adressiert werden. / Biomass-based energy and materials are considered important for the mitigation of human-induced climate change and as relevant bioeconomic feedstock. This publication-based dissertation aims to contribute to the discussion about the reliability of mitigation assessment of biomass applications in an increasingly bio-based, low-carbon economy that also fulfils sustainability constraints of resource conservation. It analysed how preference of biomass use in direct comparison as well as in larger economic context is affected by single uncertainties as well as by mitigation calculation methods. A case study on stationary bioelectricity generation from poplar wood chip gasification with a Monte Carlo approach showed that such bioelectricity could emit less greenhouse gases (GHG) or even sequester carbon despite existing uncertainties. The second case study analysed biomass use in a systemic context. Besides GHG emissions also resource demand of cropland and fossil fuels were used to assess two strategies to isolate buildings. From the three criteria, none of the strategies would clearly be preferred. The third case study presented an approach to assess the efficiency of biomass carbon use (CUDe; Carbon Utilization Degree) and applied it exemplarily to a biogas and a hemp insulation system. GHG mitigation analyses of biomass use must be performed with profound knowledge of the methodology and the biomass system in its regional context. In land use change assessment, emissions resulting from deviating nitrous oxide baselines from annual and perennial crops should be considered in addition to carbon stock changes. Optimization of biomass applications only with respect to GHG emissions (or other single criteria) might overlook trade-offs. However, multi-criteria analyses might yield ambiguous results. A resource-efficient viewpoint on biogenic carbon use instead of its sole GHG implications might help to foster a transformation to bio-based, low-carbon economies.